Studium chování polymerních materiálů v mikrobiálním prostředí

Ing. Martina KOPČILOVÁ

Disertační práce

Study of behavior of polymeric materials in microbial environment

Anotace:

Dizertační práce byla zejména zaměřena na praktickou realizaci metody hodnocení biodegradability polymerních materiálů v prostředí kompostu. Použití uzavřených reakčních lahví s využitím plynově chromatografické analýzy pro stanovení plynných složek biologického rozkladu se ukázalo jako velmi efektivní a dovolilo rozšířit počet testovacích pozic. V první fázi byla spolehlivost metody ověřena sledováním biodegradace mikrokrystalické celulosy. V dalším kroku byla tato metodika aplikována pro sledování biodegradace reálných polymerních materiálů vyrobených na bázi poly(vinyl)alkoholu, kyseliny poly-(beta)-hydroxy máselné, poly-(epsilon)-kaprolaktonu a kyseliny polymléčné. Směsné polymery byly vyrobeny za podmínek simulujících průmyslovou výrobu na dvojzavitovém extrudéru LABtech. Na základě srovnání mechanických vlastností jednotlivých vzorků a jejich biodegradability v kompostu, lze vyhodnotit jako nejnadějnější polymerní směs pro praktické využití materiál s označením PCL/M/P13. Tento směsný polymer o složení 39 % PCL, 31 % škrobu M100, 13 % PVAL a 17 % glycerolu vykazoval jak dobré mechanické vlastnosti srovnatelné s běžnými typy plastů tak vysokou rozložitelnost v kompostu, která činila dle hodnoty DCO2 74,66 %. Vzhledem k novým možnostem využití extracelulárních polysacharidů jako plnivo polymerních směsí byla v práci věnována bližší pozornost také testování biodegradability vzorků obsahující PVAL a gellan nebo xanthan v kompostu, v půdě a v aktivaci. Dle očekávání byly všechny směsné polymery na bázi PVAL a gellanu nebo xanthanu kompletně mineralizovány v aktivaci. Biodegradovatelnost vzorků v kompostu a půdě byla ovlivněna nízkou rozložitelností PVAL a zároveň rozdílnou rozložitelností gellanu a xanthanu. Výhodnější typ přírodního polymeru použitého do blendů se ukázal být xanthan, protože vzorky obsahující tento polysacharid vykazovaly lepší mechanické vlastnosti a vyšší stupeň mineralizace.

Abstract:

The PhD Thesis was mainly focused on the practical implementation of methods for the evaluation of polymeric materials biodegradability in compost. The employment of gas tight flasks using gas chromatographic analysis to determine the gaseous constituents of biodegradation has proved to be very effective. This has allowed the extension of the number of test positions. In the first phase, the reliability of the method was verified by monitoring the biodegradation of microcrystalline cellulose. Thereafter, this methodology was applied to monitor the biodegradation of real polymeric materials based on poly (vinyl)alcohol, poly (3-hydroxybutyric acid), poly (epsilon-caprolactone) and polylactic acid. Mixed polymers were produced under conditions simulating the industrial production of the twin-screw LABtech extruder. Based on a comparison of mechanical properties of individual samples and their biodegradability in compost, the material with the designation PCL/M/P13 was evaluated to be the most promising polymer compound for practical usage. The mixed polymer composition of 39 % PCL, 31 % starch M100, 13 % PVAL and 17 % glycerol evinced good mechanical properties which were comparable to conventional types of plastics and high biodegradability in compost. The results showed this was by a DCO2 value of 74.66 %. Considering the new possibilities of using extracellular polysaccharides as fillers in polymer blends, closer attention has been given to test the biodegradability of samples containing PVAL and gellan, or xanthan, in compost and soil and activation proccess. As expected, all blended polymers based on PVAL and gellan, or xanthan, were completely mineralized in the activation processes. Biodegradability of the samples in compost and soil was affected by a low degradability of PVAL, as well as by a different degradability of xanthan and gellan. Xanthan proved to be a more favourable natural polymer type used in blends because the samples containing this polysaccharide showed better mechanical properties and higher grade of mineralization.

Klíčová slova

Kompost, biodegradace, lahvové testy, plynová chromatografie, poly(vinyl)alkohol, kyselina poly-(beta)-hydroxy máselná, poly-(epsilon)-kaprolakton

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 9. 2011

Zveřejnit od: 19. 9. 2011

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 7. 11. 2011
• Vedoucí: prof. Ing. Jan Kupec, CSc.

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Fakulta technologická

Doktorský studijní program / obor:
Chemie a technologie materiálů / Technologie makromolekulárních látek