Zapraszamy do zapoznania się z rozmową z dr hab. Beatą Podkościelną, prof. uczelni z Katedry Chemii Polimerów i kuratorką Katedry Chemii Organicznej w Instytucie Nauk Chemicznych na Wydziale Chemii UMCS, autorką inteligentnego lakieru polimerowego na bazie akrylanów, uhonorowanego Złotym Medalem podczas Międzynarodowych Targów Wynalazków i Innowacji INTARG 2022.
Jest Pani Profesor autorką innowacyjnego, opatentowanego i nagrodzonego wynalazku, tzw. inteligentnego lakieru polimerowego na bazie akrylanów. Proszę zdradzić, co kryje się pod tą nazwą.
Nagrodzony wynalazek to fotoluminescencyjna kompozycja lakiernicza, która skutecznie zabezpiecza materiały przed degradacją, w szczególności fotochemiczną. Zawarty w lakierze specjalny dodatek, który jest opatentowany przeze mnie, absorbuje promieniowanie UV, a następnie emituje je w postaci bardzo słabego promieniowania w zakresie widzialnym. Zabezpieczone w ten sposób m.in. tworzywa są chronione przed degradacją, a czas ich użytkowania jest znacznie wydłużony. Degradacja fotochemiczna jest szczególnie istotna ze względów praktycznych. Wyroby z tworzyw sztucznych (ale nie tylko) są często eksponowane na działanie światła słonecznego i pod jego wpływem zachodzi ich niszczenie. Zjawisko to występuje bardzo powszechnie i prowadzi w końcowym efekcie do całkowitej degradacji tworzywa, szczególnie w połączeniu z czynnikami atmosferycznymi. Z tego powodu szczególnie ważne są badania nad ochroną tworzyw sztucznych przed ich przedwczesną degradacją.
Jakie tworzywa można ochronić takim fotoluminescencyjnym lakierem?
Jakie czynniki na niego wpływają i czy produkt długo utrzymuje się na powierzchni?
Nie musimy ograniczać się wyłącznie do tworzyw sztucznych, możemy tym lakierem pokrywać wiele powierzchni, bo ma on dużą adhezję do różnego rodzaju materiałów. Oprócz tworzyw sztucznych mogą to być np. metale, drewno, a nawet ceramika. Jest to lakier na bazie żywicy epoksydowej, więc ma dużą tendencję do łączenia się z różnymi powierzchniami. Jest bezpieczny dla środowiska, szczególnie w utwardzonej formie. I choć nie był jeszcze w pełni testowany w dłuższym okresie czasu, to myślę, że może zdecydowanie przewyższać czas ochrony podawany przez producentów zwykłych produktów lakierniczych, które obecnie są dostępne na rynku.
W jaki sposób została opracowana formuła lakieru?
Lakier został opracowany w ramach grantu pt. „Inteligentny lakier polimerowy na bazie akrylanów” finansowanego przez Inkubator Innowacyjności 4.0 realizowany na UMCS. Dzięki wsparciu finansowemu mogłam poświęcić się temu tematowi, dogłębnie przeanalizować możliwość zastosowania wynalazku i stworzyć właściwą kompozycję lakierniczą. Projekt realizowałam przez 10 miesięcy. Finalnie badania zostały zakończone zgłoszeniem patentowym do Urzędu Patentowego RP. Po zgłoszeniu patentowym otwiera się droga informowania o produkcie lub możliwość publikowania wyników badań. Zgłoszenie patentowe przeszło już wstępną ocenę formalną i teraz oczekuję na udzielenie patentu, co średnio trwa około 3 lat.
Praca nad tym wynalazkiem wiązała się z przeniesieniem badań typowo laboratoryjnych do zastosowań bardziej aplikacyjnych i użytkowych.
Po opatentowaniu związku, który wykazuje zjawisko fotoluminescencji, było to kilka lat temu, przez długi czas szukałam możliwości jego zastosowania. Związek został przebadany dokładnie od strony właściwości termicznych oraz chemicznych i dostrzegłam w nim duży potencjał. Związek ten ma możliwość absorpcji promieniowania UV, czyli nie pozwala, aby szkodliwe promieniowanie doszło do głębszych warstw – zatrzymuje je, a następnie emituje w postaci światła, tworząc wspomniany efekt fotoluminescencyjny. W przypadku uzyskania dofinansowanie na badania typowo przedwdrożeniowe, musiałam połączyć myślenie naukowca z przedsiębiorcą. Spojrzeć na zjawisko bardziej praktycznie i użytkowo. My naukowcy tworzymy dużo nowych związków lub materiałów, ale wiele z nich trafia do przysłowiowej szuflady. W przypadku komercjalizacji badań należy zmienić myślenie, zastanowić się, gdzie będzie można zastosować nasz wynalazek, jakie będzie miał właściwości i cenę, czy ktoś będzie nim zainteresowany.
No właśnie, a jakie są koszty wytworzenia takiego inteligentnego lakieru polimerowego na bazie akrylanów? Czy możemy spodziewać się, że niedługo zostanie on wprowadzony na rynek?
Koszty lakieru nie są wysokie, bo jego baza oparta jest na żywicy epoksydowej. Jest to materiał szeroko dostępny i niedrogi w stosunku do ceny odczynników chemicznych. Z kolei dodatek fotoluminescencyjny, opatentowany przez mnie, nie jest dostępny handlowo i wymaga otrzymania go przez firmę chemiczną.
Kompozycja lakiernicza została wszechstronnie przebadana pod kątem właściwości termicznych, termo-mechanicznych i luminescencyjnych. Wprowadzenie jej na rynek nie jest procesem szybkim, ponieważ głównym kryterium rynku jest cena. Wszystko zależy od tego, czy znajdzie się firma, która będzie chciała taki lakier wyprodukować lub firma zainteresowana zakupem dużej ilości takiego lakieru. Jeżeli tak, to byłaby to kwestia około roku.
W których branżach lub sektorach gospodarki przywołany wynalazek może znaleźć zastosowanie? Czy każdy z nas będzie mógł z niego korzystać?
Lakier wpisuje się w gamę produktów proponowanych na zewnątrz jako twardy lakier polimerowy o właściwościach UV-ochronnych. Zastosowanie tego wynalazku to przede wszystkim pokrycia różnego typu użytkowych materiałów konstrukcyjnych, również w bezpośrednim otoczeniu człowieka. Ochronie możemy poddawać różne powierzchnie m.in. drewniane, plastikowe ramy okienne, drzwi, konstrukcje ogrodowe, różnego typu zadaszenia chroniące przed słońcem, czy nawet elementy konstrukcyjne paneli słonecznych, które szczególnie są eksponowane na działanie promieni słonecznych. Dodatkowo, lakier posiada podwyższoną odporność chemiczną i termiczną, co również przyczynia się do zwiększenia żywotności chronionych produktów, wystawionych na działanie zmiennych warunków środowiskowych, takich jak: temperatura, woda czy słońce.
Tematyka biomateriałów i biopolimerów to ważny element Pani pracy naukowej. Jakie możemy wyróżnić biopolimery?
Do podstawowych biopolimerów możemy zaliczyć celulozę, skrobię, chitozan, chitynę oraz ligninę. W mojej pracy badawczej stosuję wszystkie wymienione biopolimery, ze szczególnym naciskiem na ligninę. Tematyka badań obejmuje ich modyfikację chemiczną, a następnie zastosowanie do otrzymywania ekologicznych sorbentów lub kompozytów polimerowych. To jeden z ważnych tematów badawczych, które realizujemy w Katedrze Chemii Polimerów.
Kolejny grant, który Pani Profesor realizuje w ramach Inkubatora Innowacyjności dotyczy ligniny.
Tematem projektu jest zastosowanie ligniny do otrzymywania tanich i ekologicznych sorbentów do oczyszczania wody. Generalnie celem moich badań jest jak najszersze zastosowanie tego taniego i niedocenianego biopolimeru. Synteza takiego typu materiałów wpisuje się w aktualną gospodarkę zrównoważonego rozwoju. Lignina jest produktem odpadowym, który powstaje podczas produkcji papieru. Posiada ona niesamowite właściwości i budowę chemiczną zupełnie inną niż większość biopolimerów, bo merami w ligninie są pochodne alkoholi aromatycznych. To właśnie występowanie pierścieni aromatycznych jest jej atutem. Przemysł chemiczny potrzebuje związków aromatycznych do produkcji m.in. tworzyw sztucznych. Mamy więc tutaj naturalne i odnawialne źródło związków aromatycznych. Zastosowanie ligniny do otrzymywania materiałów polimerowych ma swoje uzasadnienie pod względem ekonomicznym i myślę, że jest to temat bardzo aktualny. Zwłaszcza teraz, kiedy złoża surowców kopalnych kurczą się i często występuje problem z ich dostępem. Wszelkie działania, które pozwoliłyby w jakiś sposób uzupełnić tę lukę, są bardzo potrzebne.
Jakie materiały można stworzyć na bazie ligniny?
W naszym laboratorium wykorzystujemy ligninę do otrzymywania m.in. polimerowych adsorbentów, czyli takich materiałów, które mogą służyć do oczyszczania wody, wychwytywania szkodliwych jonów metali ciężkich, jak również mogą oczyszczać roztwory wodne z toksycznych związków aromatycznych takich jak np. chlorofenole. Lignina jest również odpowiednim materiałem do modyfikacji chemicznej, ale kluczowe znaczenie w perspektywie jej zastosowań ma jej frakcjonowanie, czyli podział dużej cząsteczki na mniejsze fragmenty. Zastosowania ligniny są naprawdę bardzo szerokie, wiele z nich jest dopiero odkrywanych (np. baterie na bazie węgla z ligniny).
Pani wynalazek pn. inteligentny lakier polimerowy na bazie akrylanów otrzymał wiele nagród, m.in. został uhonorowany Złotym Medalem podczas Międzynarodowych Targów Wynalazków i Innowacji INTARG® 2022. Co tego typu wyróżnienia oznaczają dla naukowca?
Nagrody i wyróżnienia są dla mnie ukoronowaniem codziennej pracy badawczej. Praca naukowa wymaga dużo samodyscypliny, ponieważ na co dzień jest zwykłą pracą w laboratorium, w której nie zawsze badania kończą się założonym sukcesem. Moja tematyka badań jest ściśle związana z materiałami polimerowymi. Jest to taki dział chemii, który daje mi możliwość rozwoju zarówno w sferze typowo naukowej, jak i komercjalizacji badań, czyli poszukiwaniu dla otrzymanych nowych materiałów ich praktycznego zastosowania w przemyśle. Nie jest to droga łatwa, ale dająca ogromną satysfakcję, szczególnie gdy nasz wynalazek jest zauważony i nagrodzony.
Rozmowę przeprowadziła Klaudia Olender.
Fot. Bartosz Proll
