Újabb sikeres pályázatok segítik a környezetbarát polimerek műegyetemi kutatásait.

„Napjainkban életünk legfontosabb kérdései a fenntarthatósággal kapcsolatosak” – hangsúlyozta Vadas Dániel, a BME Vegyészmérnöki Kar (VBK) Oláh György Doktori Iskola másodéves hallgatója, aki a csökkentett éghetőségű politejsav habok folyamatos üzemű gyártásáról szóló OTDK munkájáért a közelmúltban Pro Scientia Aranyérmet kapott, míg témavezetője, Bordácsné Bocz Katalin, a VBK Szerves Kémia és Technológia Tanszék tudományos munkatársa OTDK tanári ösztöndíjat vehetett át. Tudományos munkájukat folytatva a fiatal kutatónő az „Új égésgátló módszerek és mechanizmusok kutatása súlycsökkentett polimer kompozitok fejlesztéséhez” című pályázatára nyert jelentős támogatást a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) idei felhívásán. Korábban, 2017-ben hasonló témában a 3 évre szóló Bolyai János Kutatási Ösztöndíjjal jutalmazták, egyúttal megkapta az Emberi Erőforrások Minisztériuma (EMMI) által az Új Nemzeti Kiválóság Program (ÚNKP) keretében idén először meghirdetett „Nemzeti Felsőoktatási Kiválóság Ösztöndíj – Bolyai+ Felsőoktatási Fiatal Oktatói, Kutatói Ösztöndíját” is. (A tavalyi támogatottak névsora elérhető a bme.hu-n – a szerk.).

A környezeti fenntarthatóság problémáját a műanyagiparban három fő szempontból közelítik meg a szakemberek: egyrészt megújuló alapanyagokból előállított és biológiailag lebomló (biodegradálható) polimerek használatát szorgalmazzák, másrészt a termékek tömegének (ezáltal alapanyagigényének) a csökkentése a cél, ami leghatékonyabban habosítással érhető el, harmadrészt a többszöri újrahasznosítás megkönnyítésére törekednek. Utóbbihoz kapcsolódik Vadas Dániel egy korábbi TDK munkája, amelynek során ún. önerősített műanyagokat fejlesztett a nehezen újrahasznosítható üveg- vagy szénszálas kompozitok helyett. Elmondta, „a létrehozott műanyagok tulajdonságai speciálisak, több szempontnak kell megfelelniük: így pl. a tömeg csökkentése mellett lényeges, hogy mennyire éghetők”. Az előrejelzések szerint politejsav (angol nevén Polylactic acid, PLA) alapú anyagok válthatják le az ipar által hatalmas mennyiségben gyártott polisztirol (PS) és polietilén (PE) habokat. Előbbiek gyártásakor a termék porozitása akár 95% feletti értéket is elérhet, így jelentősen könnyebb lesz. Kifejtette: „a gond az, hogy a habszerkezetből adódó óriási fajlagos felület fokozza a gyúlékonyságot, ennek megfelelően a habosított kompozitok égésgátlása nagy kihívást jelent”.

A habosított politejsav az expandált polisztirolra hasonlít: főként ún. párnázó anyagnak használják – emelte ki Bordácsné Bocz Katalin témavezető. Hozzáfűzte: „e szivacshoz hasonló műanyagok hulladékának kezelése nem előnyös, mivel bár kicsi a tömegük, de nagy helyet foglalnak, ezért sem szállítani, sem elégetni nem gazdaságos azokat”.

A hagyományos műanyagok biopolimerekre cserélésével számos kutatócsoport foglalkozik szerte a világban. Vadas Dániel a Szerves Kémia és Technológia Tanszéken Marosi György, tanszékvezető-helyettes egyetemi tanár által vezetett, évtizedek óta működő Gyógyszer-, Környezet- és Biztonságtechnológiai Kutatócsoport bioanyagok tűzállóságával foglalkozó kutatásaiba kapcsolódott be 2013-ban, amely együttműködik a tehetséges hallgatókkal a folyamatos, szabályozott gyógyszertechnológia és kristályosítás, valamint az alkalmazott mikro-Raman spektrometria területén is.

„A polimerek általában éghető anyagok, amelyekről az átlagember gyakran csak a katasztrófahírekből értesülhet” – jegyezte meg Dániel. „A panelházakban például sokszor a műanyagok miatt terjed pillanatok alatt, megállíthatatlanul a tűz az emeletek között: nem véletlenül fontos célunk az éghetőség csökkentése. Emellett egyes járművek gyártásánál (pl. repülőgépeknél), ahol a kis súlyú műanyagok alkalmazása jelentős energiamegtakarítást eredményez, biztonsági okokból szigorú előírások vonatkoznak a – ma már nélkülözhetetlen – égésgátló anyagok használatára. A politejsav egyes paraméterei rosszabbak, mint a polisztirolé, mivel már 50-60 Celsius-fokon meglágyulhat, és a rugalmassági tulajdonságain is van még mit javítani, ami a későbbi kutatások célkitűzése lesz” – árulta el a doktorandusz.

A kutatóknak tehát sajátos problémával kell megküzdeniük: egyrészt azzal, hogy a kifejlesztett új típusú biopolimerek tulajdonságai hasonlítsanak a hagyományos műanyagokéhoz, másrészt, hogy csökkenjen a tűzveszélyességük – mondta a díjazott, hozzátéve: TDK munkájának fókuszába éppen ezért az égésgátolt politejsav habok sajátos eljárással – ún. szuperkritikus széndioxiddal segített extrúzióval – történő előállítása és széleskörű vizsgálata került.

„Laikusok gyakran érdeklődnek afelől, hogy a biopolimer lebomlik-e a felhasználásával épült lakóházban?” – osztotta meg a bme.hu-val a fiatal kutató, aki válaszában elárulta: „nem, mivel ilyen környezetben ritkán fordulnak elő a lebontást végző mikrobák, illetve a szükségesnél alacsonyabb hőmérséklet és páratartalom. Viszont ipari komposztálással az anyag könnyen lebontható, így a folyamat nem tart több száz évig, mint a hagyományos műanyagoknál”.

„A BSc tanulmányaim alatt kerestem tudományos témát és műhelyt, de eleinte nem láttam világosan a távlatokat” – vallotta a kezdetekről a doktorandusz, aki szerint sokat segít a kutatóvá válásban, hogy már vannak nála fiatalabbak, akikkel nap mint nap együtt dolgozik az aktuális feladatokon. Az ifjú szakember hangsúlyozta, a többi tehetséges diák közül sok munkával és a kötelező gyakorlatokon kívül a saját területén végzett rendszeres önképzéssel lehet kitűnni. A TDK dolgozat összeállítása erre kiválóan alkalmas, „de egy prózai ok is lényeges: a hallgató hamarabb készen lesz a szakdolgozatával, ha TDK-zik”. Elmondta még, vannak intenzívebb időszakok: a verseny előtti egy hónap például eléggé zsúfolt, munkával teli, és mivel a sikeres kutatások több hónap után születnek, a tanulók a nyár nagy részét is a laborban töltik.

„Sokat számít az egyénileg ráfordított időben a saját szakmai eszközökkel, anyagokkal elért siker, ugyanakkor a gyakorta előforduló egyéni kudarc utáni következtetések levonása is” – beszélt a diákköri munkáról Bordácsné Bocz Katalin, hozzátéve ugyanakkor, hogy a csoportos laborgyakorlatok mindezt csak kevéssé biztosítják. Azt üzente: „mind korábban kell elkezdeni kutatóvá válni, amit – a kezdeti lámpalázat oldó – házi konferenciák nagymértékben segítenek. Nagy lendületet adhat még az is, ha a TDK iránt elkötelezett oktatók – mint Marosi professzor és kutatócsoportja – szintén felkarolják a tehetségeket”.

„Még PhD hallgató voltam, amikor Dániel bekapcsolódott a kutatócsoportunk munkájába, és magam is fiatalon kerültem a csapatba, ezért jobban átérzem a kezdők problémáit” – emlékezett vissza a kutatónő, aki korábban két alkalommal is TDK-zott: mindig a hőre lágyuló műanyagok érdekelték. „Időközben több TDK-zó hallgatóm volt már és rájöttem, hogy sokkal jobban izgulok az ő eredményükért, mint a sajátjaimért” – jegyezte meg. Úgy fogalmazott: „ha nekem nem sikerül valami, van lehetőségem az ismétlésre. Ha a diákoknál látom a csalódottságot, az sokkal rosszabb érzés; tehetségekkel foglalkozni a témavezetőnek is motiváló. A hétköznapokban gyakran nem látjuk biztosan a kutatómunkánk közvetlen hasznát, az oktatásban viszont előttünk zajlik a gyakorlati tapasztalatra épülő mérnökké válás elősegítése.

HA-GI

Fotó: Philip János