PRELUDIUM 20

Tytuł projektu: Kinetyczno-kalorymetryczne badania fotopolimeryzacji w cienkich warstwach porowatych przy użyciu nowych dwuskładnikowych luminescencyjnych układów sensorycznych.

Główny wykonawca: Dr.inż. Maciej Pilch

Uzyskane środki: 209 760 PLN

Dofinansowanie: Narodowe Centrum Nauki (NCN)

Czas trwania projektu:

Data rozpoczęcia projektu: 07.12.2021

Data zakończenia projektu: 09.12.2024

Krótki opis projektu: Proponowany projekt koncentruje się na nowych dwuskładnikowych luminescencyjnych systemach sensorycznych dedykowanych do pomiarów kinetyczno-kalorymetrycznych reakcji fotopolimeryzacji w cienkich warstwach porowatych. Głównym zadaniem badawczym projektu jest opracowanie i przetestowanie dwuskładnikowego układu czujnik kinetyczny – czujnik termiczny (KIN-T), dedykowanego do pomiarów kinetyczno-kalorymetrycznych reakcji fotopolimeryzacji w cienkich warstwach porowatych, a także zbadanie zjawisk zachodzących podczas fotopolimeryzacji cienkich warstw porowatych, które mogą powodować powstawanie w nich defektów strukturalnych. Porowate materiały polimerowe znajdują obecnie coraz szersze zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w szczególności w produkcji katalizatorów heterogenicznych, systemów filtracyjnych, implantów kostnych oraz inteligentnych materiałów funkcjonalnych. Jedną z najczęściej stosowanych metod wytwarzania hierarchicznych porowatych materiałów polimerowych jest drukowanie 3D z żywic fotoutwardzalnych. Podczas procesu drukowania 3D struktur porowatych ważne jest utrzymanie minimalnego gradientu temperatury i gradientu postępu reakcji w całej warstwie drukowanego materiału. Zapewnia to uzyskanie pożądanej porowatej struktury, wolnej od wad strukturalnych. Dlatego bardzo ważne jest monitorowanie rozkładu parametrów, takich jak temperatura i stopień konwersji w całej objętości warstwy drukowanego materiału. Niestety, ponieważ materiały porowate charakteryzują się złożoną strukturą przestrzenną, bardzo trudno jest określić te parametry w całej objętości reakcji. Z tego względu rozważane procesy wytwarzania porowatych materiałów polimerowych nie były dotychczas dokładnie badane pod kątem rozkładu tych parametrów w kolejnych warstwach wytworzonego materiału.

W odpowiedzi na zapotrzebowanie na badania kinetyczne i kalorymetryczne procesu wytwarzania porowatych materiałów polimerowych, w ramach niniejszego projektu podjęto się opracowania dwuskładnikowych układów sensorycznych oraz przeprowadzenia badań kinetyczno-kalorymetrycznych takich procesów. W pierwszym etapie badań prace skupią się na opracowaniu dwuskładnikowych luminescencyjnych układów sensorycznych. W drugim etapie prac zostaną zaprojektowane i zbudowane dwa układy pomiarowe do badań kinetyczno-kalorymetrycznych reakcji fotopolimeryzacji. W kolejnym etapie prac planowane jest zweryfikowanie możliwości zastosowania opracowanych układów sensorycznych do badań kinetyczno-kalorymetrycznych reakcji fotopolimeryzacji w cienkich porowatych warstwach polimerowych. Testy systemów sensorycznych zostaną przeprowadzone dla modelowych reakcji fotopolimeryzacji rodnikowej monomerów akrylowych w cienkich warstwach polimerowych. Walidacja zaproponowanej metody pomiarowej zostanie przeprowadzona przy użyciu technik DSC i FTIR w czasie rzeczywistym. Ostatni, ale nie mniej ważny etap badań skupi się na badaniu zjawisk, które mogą powodować powstawanie defektów strukturalnych podczas przygotowywania materiałów porowatych, takich jak lokalne przegrzanie struktury porowatej, niezgodny stopień konwersji monomeru w objętości drukowanej struktury, a także blokowanie i sieciowanie fotoutwardzalnej żywicy uwięzionej w porach. Zbadany zostanie również wpływ parametrów procesu fotopolimeryzacji na występowanie i nasilenie wyżej wymienionych zjawisk.

Najważniejszymi efektami tego projektu będzie opracowanie nowych dwuskładnikowych układów sensorycznych do badań kinetyczno-kalorymetrycznych reakcji fotopolimeryzacji, a także dokładne zbadanie wpływu parametrów procesu i struktury materiałów porowatych na występowanie zjawisk powodujących powstawanie defektów strukturalnych w tych materiałach podczas ich wytwarzania metodą fotopolimeryzacji. Ze względu na fakt, że proponowana technika pomiarowa łączy przestrzenne pomiary sensoryczne z wizualizacją przepływu, może ona również przyczynić się do odkrycia nieznanych wcześniej zjawisk zachodzących w materiałach porowatych w warunkach przepływu masy i ciepła. Z pewnością takie odkrycia wykazują dużą potencjalną wartość poznawczą w dziedzinie katalizy heterogenicznej, materiałów filtracyjnych i inżynierii chemicznej.