28 listopada 2021

Kobiety kreują innowacje

Sektor nowych technologii, jak każda inna gałąź biznesu potrzebuje kobiet. Do kręgu zainteresowań naukowych Pani mgr inż. Pauliny Bednarczyk należą głównie fotoutwardzalne powłoki lakierowe. Drobne otarcia, ubytki lakieru samochodowego, rysy, a także korozja to usterki, których nie dało się  do tej pory uniknąć. Innowacyjny projekt przełamuje schematy.

Pani mgr inż. Paulina Bednarczyk z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie jest kierownikiem projektu pt. ,,Inteligentne powłoki lakierowe sieciowane technikami UV/LED”. Inteligentne powłoki lakierowe w przedstawionym projekcie to fotoutwardzalne materiały polimerowe zdolne do wielokrotnej samonaprawy, sieciowane przy pomocy wysokoefektywnych procesów fotochemicznych oraz fotoinicjatorów i polimerów nowej generacji.

Tworzywa polimerowe znane są od połowy XIX wieku. Należą do materiałów konstrukcyjnych o niemalże nieograniczonych możliwościach. Historia rozwoju materiałów polimerowych jest bogata w punkty przełomowe. Po tworzywach polimerowych uzyskiwanych z materiałów pochodzenia naturalnego (parkesina, celuloid) pojawiły się materiały polimerowe otrzymane w wyniku polimeryzacji związków chemicznych nie występujących w przyrodzie (bakelit). Kolejnym krokiem na drodze do rozwoju polimerów stały się tworzywa o bardzo wysokiej przezroczystości (PMMA) oraz materiały o wytrzymałości przewyższającej stopy metali (Kevlar).

Rozkwit technologii tworzyw polimerowych burzy dotychczasowe schematy związane z tymi materiałami, bowiem pojawiły się tworzywa niepalne i odporne na bardzo wysokie temperatury (PEI), polimery przewodzące prąd elektryczny (poliacetylen) oraz tworzywa biodegradowalne (L-PLA), które rozkładają się na substancje proste, nie zanieczyszczając środowiska naturalnego. Koniec XX wieku to polimery z pamięcią kształtu, natomiast początek nowego, trzeciego tysiąclecia przyniósł ze sobą materiały o niespotykanych do tej pory właściwościach, pozwalające na ich samoczynne naprawianie się.

Wykorzystać mocne strony

Materiały samonaprawiające się reagują na uszkodzenia strukturalne, takie jak pęknięcia, ubytki, czy wgięcia. Wizja mechanizmu samonaprawy materiałów jest analogiczna do tego jaki istnieje w przyrodzie (np. gojenie się skóry, zrastanie się złamanych kości) i opiera się na natychmiastowej reakcji na uszkodzenie bez (lub przy znikomej) ingerencji człowieka. Istotnym aspektem jest również szybkość reakcji przy minimalnym udziale czynników zewnętrznych. Projekt zakłada w szczególności opracowanie nowatorskich polimerów jako nowych spoiw lakierowych, wytworzenie fotoutwardzalnych powłok i opracowanie metody samonaprawy powłok lakierowych z wykorzystaniem odwracalnej reakcji Dielsa-Aldera (DA), która to w 1950 roku przyniosła odkrywcom Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Efektem końcowym projektu będzie opracowanie technologii otrzymywania nowych niespotykanych w technologii światowej, inteligentych fotoutwardzalnych lakierów mających zdolność do samonaprawy na poziomie pojedynczych molekuł w wyniku odwracalnych reakcji chemicznych.

Powłoki lakierowe wysokiej jakości powinny charakteryzować się zdolnością do samoczynnej regeneracji, niskimi kosztami wytwarzania i brakiem negatywnego wpływu na środowisko naturalne. W projekcie została zastosowana nowoczesna technologia fotosieciowania z wykorzystaniem technik UV/LED. Sieciowanie to przynosi wiele korzyści – wśród nich większą produktywność i wysoką jakość, a ponadto krótki czas utwardzania i brak emisji lotnych związków do atmosfery. Lakiery samochodowe utwardzalne promieniowaniem UV znane są w skali światowej od kilkunastu lat, natomiast w Polsce od kilku lat, (w naszym kraju nie są produkowane, a tylko dystrybuowane). Produkt niniejszego projektu mógłby globalnie zrewolucjonizować rynek lakierów.

Dzięki przełomowym badaniom z ostatniego dziesięciolecia wiadomo, że samonaprawa polimerów jest możliwa. Nadrzędnym celem jest utworzenie lakieru, który będzie posiadał zdolność do samoczynnej naprawy. Dotychczas stosowane lakiery utwardzane poprzez odparowanie rozpuszczalnika lub lakiery chemoutwardzalne przyczyniają się do emisji lotnych związków do atmosfery, a praca przy ich utwardzaniu odbywa się w niezbyt komfortowych warunkach. Jednak ich największą wadą jest niska trwałość i podatność na zarysowania, co prowadzi do dalszego procesu destrukcji powłoki i podłoża, jak np. korozja. Lakiery opracowane w ramach tego projektu przyczynią się również do ochrony środowiska, ponieważ samoregenerując się, eliminują konieczność przeprowadzania szkodliwych procesów utylizacji tworzyw sztucznych, a zastosowanie wysokoefektywnej techniki UV/LED do sieciowania powłok pozwala dodatkowo na zmniejszenie ilości produktów ubocznych, eliminację emisji lotnych związków do atmosfery, ograniczenie nakładów energetycznych i otrzymanie powłok gotowych do użytkowania w bardzo krótkim czasie, rzędu kilku sekund. Przewiduje się, że lakiery zdolne do samonaprawy opracowane w ramach projektu będą bardzo pożądane na rynku, głównie ze względu na ich uniwersalność w stosunku do zastosowania w różnych gałęziach przemysłu, ale i potrzebę specjalistycznych cech użytkowych.

Cele stawiane w projekcie posiadają szczególną i wszechstronną wartość naukową oraz innowacyjną, której efekty mogą mieć znaczenie dla niemal każdej dziedziny nauki i gałęzi przemysłu. Naukowa strona projektu łączy syntezę organiczną oraz chemię polimerów z wykorzystaniem fotopolimeryzacji, co pozwoli wnieść nową wiedzę na temat mechanizmu syntezy polimerów o założonych cechach funkcjonalnych, poprawiających istniejące rozwiązania, które będą atrakcyjne naukowo i komercyjnie. Końcowy efekt projektu stanowi opracowanie technologii otrzymywania konkurencyjnego produktu zgodnego z zapotrzebowaniem rynkowym oraz jego komercjalizacji na polskim rynku.

Obecnie istnieje niedobór lub brak skutecznych rozwiązań powłokotwórczych, które jednocześnie utwardzają się w krótkim czasie, nie szkodzą środowisku i posiadają właściwości samonaprawcze, stąd zagadnienia poruszane w niniejszym projekcie są bardzo uzasadnione, a na szczególną uwagę zasługuje niespotykane w przemyśle i literaturze naukowej połączenie zalet technologii UV/LED oraz lakierów inteligentnych w jednym produkcie. Dotychczasowe badania przeprowadzone przez kierownika projektu wskazują jednoznacznie na możliwość samonaprawy powłok lakierowych otrzymanych z użyciem proekologicznych metod i ich przemysłowego wykorzystania, w związku z czym nowoopracowany produkt może otworzyć nowe perspektywy rozwoju szeroko rozumianej technologii materiałów powłokotwórczych w Polsce i poza granicami naszego kraju. Opracowana w projekcie technologia jest szczególnie ukierunkowana na zastosowanie praktyczne i komercjalizację wyników badań mających wpływ na inteligentny i zrównoważony rozwój gospodarki w sektorze związanym z przemysłem polimerowym. Przełomowy charakter metody samoczynnego likwidowania uszkodzeń powłok polimerowych może podkreślić również fakt, że do poważnego wspierania trwających od około 10 lat prac nad rozwojem tworzyw samonaprawialnych, włączyły się na całym świecie instytuje rządowe związane z przemysłem zbrojeniowym, lotniczym i medycznym oraz świat nauki. Pozwala to przypuszczać, że w niedalekiej przyszłości samoregenerujące się części maszyn i urządzeń wykonane z tworzyw polimerowych będą coraz szerzej wykorzystywane, stając się kolejnym krokiem w trwającym od prawie dwustu lat nieustającym rozwoju materiałów polimerowych.

Idą dobre czasy dla branży motoryzacyjnej

Celem projektu jest opracowanie technologii otrzymywania lakierów głównie dla przemysłu motoryzacyjnego. Mogłyby one znaleźć również zastosowanie w układach, których dzisiaj się nie naprawia (ma to miejsce ,gdy jest to nieekonomiczne lub niemożliwe), np. w mikroelektronice, implantach medycznych, w lotnictwie czy technologii kosmicznej. Dlatego projekt ten nacechowany jest nie tylko wyróżniającym aspektem poznawczym, ale i realnymi możliwościami aplikacyjnymi prawie w każdej gałęzi przemysłu, a nawet w życiu codziennym, wszędzie tam gdzie liczy się przede wszystkim jakość i specjalistyczne zastosowanie. Finalnym rezultatem projektu będzie technologia produkcji, aplikacji, utwardzania i samonaprawy ciekłych, bezbarwnych i bezrozpuszczalnikowych polimerów nowej generacji przeznaczonych w szczególności do ochronno-dekoracyjnego pokrywania podłoży stalowych (np. w przemyśle samochodowym) oraz elementów z tworzyw sztucznych. Materiały otrzymane w ramach przedstawionego projektu mogą znaleźć zastosowanie w licznych dziedzinach, które jednocześnie kreują nowe standardy i jakość w inżynierii i projektowaniu aplikacji dla przemysłu i w życiu codziennym. Nadzieja na szybki rozwój tej technologii jest uzasadniona, ponieważ produkt zaspokaja niszę rynku związaną z zapotrzebowaniem na trwałe powłoki polimerowe, które w dodatku utwardzane są przy pomocy proekologicznych metod.

Kobiety w nauce

Kobiety zaczęły studiować na uczelniach wyższych 150 lat temu. Jeszcze na początku XX wieku musiały mieć zgodę władz uczelni na uzyskanie stopni naukowych. Postrzeganie kobiet jako inżynierów lub naukowców obarczone jest wieloma stereotypami, jednak ja mam to szczęście, że pracuję w środowisku, które nie kieruje się tego typu szablonowym myśleniem. Dodam jeszcze, że 90 % zespołu badawczego to kobiety, są bardzo pracowite i ambitnie podchodzą do każdego tematu. Kobiety nie tylko mają niesamowitą wiedzę, motywację do pracy, ale również ciekawe pomysły i rozwiązania. Smutnym faktem jest jednak niestety to, że te, które pracują w laboratorium chemicznym muszą rezygnować z pracy na czas ciąży i po porodzie, co związane jest często z przerwaniem pracy na dwa lata. Tak długa przerwa wiąże się z brakiem ciągłości dorobku naukowego, co często jest oceniane np. przy staraniu się o granty. Na szczęście w świecie nauki mamy coraz więcej kobiet oraz dofinansowań na ich działania., co dodaje motywacji.

Pani mgr inż. Paulina Bednarczyk została nominowana do nagrody Ambasador Innowacyjności. Serdecznie gratulujemy!

-Augustyna Szczepańczyk