Synteza polimerów met/akrylowych pochodnych cukrów prostych

Izabela Bukowska-Śluz
[email protected]
Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej
Wydział Chemii, Zakład Chemii Polimerów
Synteza polimerów met/akrylowych pochodnych cukrów prostych
W dzisiejszych czasach materiały polimerowe są powszechnie używane we
wszystkich dziedzinach życia. Chociaż znane są już od dawna, w dalszym ciągu trwają prace
nad syntezą nowych monomerów, które można by następnie wykorzystać w produkcji
nowych i interesujących materiałów polimerowych, znajdujących szerokie zastosowanie.
Szczególną grupą materiałów polimerowych są polimery biodegradowalne otrzymywane
z odtwarzalnych surowców roślinnych. Cukry i produkty ich przetwarzania stosowane są
w różnych dziedzinach gospodarki. Ostatnio w coraz większym stopniu są one
wykorzystywane do produkcji wyrobów niespożywczych, w tym między innymi do tworzyw
opakowaniowych, ale głównie w postaci wypełniacza.
Większość tworzyw przeznaczonych do wyrobu opakowań produkowana jest
z polimerów syntetycznych, głównie pochodnych z przerobu ropy naftowej. Są one bardzo
trwałe, praktycznie nieulegające rozkładowi w środowisku naturalnym. Nagromadzenie się
wielkich ilości odpadów z tworzyw sztucznych stanowi w dzisiejszych czasach poważny
problem ekologiczny i gospodarczy w krajach uprzemysłowionych. Około 80% odpadów
z tworzyw syntetycznych stanowią odpady komunalne, głównie zużyte opakowania. Zalegają
one wysypiska śmieci stwarzając konieczność zwiększania ich powierzchni.
Rozwiązaniem tego problemu jest wytwarzanie tworzyw z udziałem komponentów
ulegających biodegradacji, miedzy innymi z udziałem cukrów. Cukier ulegając biodegradacji
powoduje zmniejszenie masy i rozluźnienie struktury pozostałej części tworzywa, która dzięki
temu łatwiej ulega dezintegracji.
Dlatego też konieczne jest ciągłe poszukiwanie nowych monomerów zdolnych do
tworzenia w procesie polimeryzacji materiałów polimerowych zdolnych do degradacji
w środowisku naturalnym.
Tworzywa otrzymywane z udziałem komponentów naturalnych, takich jak cukry
proste - glukoza, galaktoza czy fruktoza, ze względu na swoje szczególne właściwości, mogą
znaleźć zastosowanie w ogrodnictwie, ochronie roślin i rolnictwie, jako folie stosowane do
przykrywania podłoża częściowo albo zupełnie ulegające biodegradacji. Rozwiązanie to może
przyczynić się do zmniejszenia ilości odpadów na Lubelszczyźnie, która jest terenem
rolniczym.
Materiały biodegradowalne, wykonywane z przeróbki naturalnych cukrów
roślinnych, mogą zostać również wykorzystane do produkcji takich artykułów powszechnego
użytku jak na przykład talerzyki, noże, filiżanki, kubeczki do zimnych napojów, wyposażenie
biur i mieszkań.
Dodatkowo produkcja tworzyw z udziałem komponentów naturalnych, takich jak
węglowodany, jest dużo tańsza, wymaga mniejszych nakładów energetycznych, a obciążenie
ekologiczne jest dużo mniejsze, zarówno na etapie produkcji jak i po eksploatacji, ze względu
na szybszą i nieszkodliwą biodegradację.
Celem projektu jest synteza mało znanych oraz nowych pochodnych met/akrylowych
cukrów prostych, takich jak glukoza, galaktoza i fruktoza. Związki te zostaną następnie
wykorzystane jako monomery w procesie polimeryzacji i kopolimeryzacji do otrzymania
nowych materiałów polimerowych na bazie monosacharydów. Zakłada się, że otrzymane
w ten sposób polimery będą podatne na biodegradację.
Uwaga zostanie zwrócona na opracowanie metodologii syntezy pochodnych
met/akrylowych cukrów prostych oraz procesu ich homopolimeryzacji i kopolimeryzacji
z następującymi związkami: metakrylanem metylu, N-winylopirolidonem, styrenem
i akrylanem butylu. Ważnym etapem badań będzie również określenie właściwości
fizykochemicznych, termicznych oraz mechanicznych nowych materiałów polimerowych.
Pierwszy etap badań zostanie skoncentrowany na otrzymaniu nowych met/akrylowych
pochodnych cukrów prostych, takich jak glukoza, galaktoza i fruktoza. Tego typu związki,
dotychczas nie syntezowane, posiadają w swojej strukturze chemicznej atrakcyjne i zdolne do
polimeryzacji wiązanie nienasycone (wiązanie podwójne). Wprowadzenie tych związków
jako monomerów do procesu polimeryzacji może doprowadzić do uzyskania nowych
materiałów polimerowych o interesujących właściwościach fizykochemicznych. Ważnym
zagadnieniem będzie również przebadanie otrzymanych monomerów, zawierających w swojej
budowie cząsteczki cukrów prostych, pod kątem ich zdolności do kopolimeryzacji.
Ze względu na potencjalne zastosowania, do otrzymywania polimerów i kopolimerów,
autorzy przewidują mi. zastosowanie fotoinicjowanej polimeryzacji.
Finalnym celem projektu jest przebadanie otrzymanych materiałów polimerowych
z udziałem komponentów naturalnych takich jak cukry proste – glukoza, galaktoza i fruktoza,
pod kątem degradacji w środowisku naturalnym. Szczególny nacisk zostanie położony na
badania mające na celu określenie podatności danych materiałów polimerowych na
biodegradację. Planowane są badania prowadzące do określenia szybkości i stopnia rozkładu
materiałów polimerowych na bazie pochodnych met/akrylowych cukrów prostych
w środowisku pod wpływem mikroorganizmów.
Konsekwencją tych badań będzie znalezienie możliwości praktycznego zastosowania
materiałów kopolimerowych przyjaznych środowisku naturalnemu.