Lista wynalazków

Wykorzystanie odpadowej biomasy z produkcji rolnej do otrzymywania biopolioli stosowanych w technologii wytwarzania spienionych materiałów termoizolacyjnych

autorzy: 1. dr hab. inż. Joanna Paciorek-Sadowska , prof. Uczelni 2. mgr inż. Marek Isbrandt 3. dr inż. Marcin Borowicz 4. mgr Paweł Sander

Wynalazek dotyczy otrzymywania polioli w wyniku upłynniania odpadowych produktów rolnych w postaci makuchów z gorczycy białej, a następnie wykorzystanie ich jako surowca z aktywnymi grupami hydroksylowymi do produkcji sztywnych pianek poliuretanowych (PUR). W pracach badawczo-rozwojowych wykorzystano technikę upłynniania. Jest to bardzo praktyczny sposób roztwarzania biozasobów, który pozwoli otrzymać pełnowartościowy surowiec poliolowy. W reaktorze o objętości 6 litrów umieszcza się odpowiedni rozpuszczalnik (m.in. glicerynę, glikol polietylenowy np. PEG 400). Stosunek rozpuszczalnika do biomasy (makuchy z gorczycy białej) wynosi od 5:1 do 10:1. Całość miesza się mechanicznie oraz podgrzewa do temperatury 50 ⁰C. Zawartość reaktora początkowo utrzymuje się w tej temperaturze przez około 0,5 h. Po tym czasie dodaje się katalizator kwas siarkowy (VI) w ilości 3 % wag. Następnie całość należy ogrzewać do zadanej temperatury, czyli 150 - 180°C. Podczas procesu upłynniania co godzinę pobiera się próbkę z zawartości reaktora w celu analizy jej właściwości (liczba hydroksylowa, liczba kwasowa) i na tej podstawie określa się postęp reakcji. Po osiągnięciu zadanej temperatury pobiera się pierwszą próbkę, a kolejne co 1 godzinę do upływu 6 godzin. Następnie całość mieszaniny poddaje się schłodzeniu i określone zostanie pH. W przypadku użycia kwaśnego katalizatora uzyskuje się niskie pH otrzymanych polioli i większą zawartość wody. Parametry te są niekorzystne dla surowców stosowanych do otrzymywania materiałów poliuretanowych. W celu zmiany tych właściwości biopoliole zobojętniono wodnym roztworem NaOH w temperaturze 110⁰C oraz osuszano pod zmniejszonym ciśnieniem w celu odprowadzenia lotnych produktów małocząsteczkowych, głównie wody. W efekcie otrzymano biopoliole charakteryzujące się pH w zakresie 6.5-7 oraz zawartością wody w zakresie 0,2-0,5%. Natomiast drugi etap technologii związany jest z otrzymywaniem biopianek poliuretanowych o odpowiedniej charakterystyce użytkowej, przeznaczonych m.in. dla branży budowlanej i przemysłu chłodniczego jako materiał termoizolacyjny. Według aktualnego stanu wiedzy (przegląd patentowy, publikacje) istnieją rozwiązania dotyczące otrzymywania biopolioli na bazie biomasy pochodzącej z różnych źródeł. Biomasa należy do surowców odnawialnych, o dużym potencjale aplikacyjnym, głównie ze względu na fakt, że można ją modyfikować w różnych procesach chemicznych. Istnieje coraz więcej doniesień na temat wykorzystania różnego rodzaju biomasy, nie tylko jako źródła energii odnawialnej, ale także jako surowca do otrzymywania m.in. biopolioli wykorzystywanych w produkcji materiałów poliuretanowych. Zasoby biomasy pochodzą głównie z rolnictwa (nadmiar słomy oraz siana), z leśnictwa (odpady drzewne), źródeł biologicznych (osady) oraz z gospodarki komunalnej. Nie znaleziono natomiast żadnych informacji na temat wykorzystania do otrzymywania termoizolacyjnych poliuretanów produktów odpadowych w postaci makuchów, otrzymywanych podczas produkcji np. oleju z gorczycy. Wiadomo, że szeroko definiowana biomasa stanowi bardzo atrakcyjną bazę surowcową – zawiera związki stosowane jako antypireny oraz celulozę, która intensyfikuje proces biodegradacji. Jednakże ze względu na jej pochodzenie – głównie rolnictwo, może być surowcem konkurencyjnym ze względu na wykorzystywanie niektórych jej źródeł na cele żywnościowe. Jednak w przypadku makuchów z gorczycy białej nie stanowi to problemu, ponieważ zarówno olej jak i makuchy z gorczycy nie są przeznaczone do celów spożywczych, ani rolniczych. Makuchy z gorczycy stanowią odpad, którego upłynnienie i przetworzenie do pełnowartościowego biosurowca jest odpowiedzią na nagromadzenie kłopotliwych pozostałości poprodukcyjnych nienadających się do zagospodarowania w bezpośrednich procesach produkcji rolnej. Wykorzystanie biopolioli z biomasy w formulacji poliuretanowej jest rozwiązaniem innowacyjnym, które pozwoli na otrzymanie nowych o zwiększonej podatności na biodegradację materiałów poliuretanowych i korzystnej charakterystyce użytkowej. Obecnie większość polioli stosowanych do produkcji poliuretanów jest pochodzenia petrochemicznego. Malejące zasoby paliw kopalnych, wzrastające ceny ropy naftowej oraz ograniczona biodegradowalność tworzyw otrzymywanych z surowców pochodzenia petrochemicznego wiążą się z koniecznością poszukiwania do ich produkcji źródeł odnawialnych. Opisana technologia ma charakter multidyscyplinarny, gdyż obejmuje takie dziedziny nauki jak: nauki inżynieryjno-techniczne: inżynieria chemiczna – synteza nowych związków; inżynieria środowiska – nowe ekologiczne związki otrzymywane z surowców odnawialnych; inżynieria materiałowa - nowe materiały o projektowanych właściwościach, nauki rolnicze – zagospodarowanie odpadu z produkcji rolnej, nauki ścisłe i przyrodnicze – biodegradacja otrzymanych związków.