Въздесъщият полипропилен

Защо един млад учен избира да изучава възможностите за рециклиране на синтетични материали

Иванка Петрова-Дойчева е тазгодишният носител на съвместната награда на фондация „Еврика“ и Съюза на учените в България за постижения в науката. Тя е завършила Минно-геоложкия университет – бакалавърската Ӝ степен е в специалност „Обогатяване и рециклиране на суровини“, а магистратурата – в специалност „Пречистване на води“. Научната Ӝ продукция е впечатляваща. Има 11 публикации с импакт-фактор в международни списания, 11 участия в международни конференции, в проекти, специализации в чужбина и в международни програми за обучение за млади учени, пет спечелени гранта от европейската програма COST. Носител е и на награда „Най-добър млад механик“ за 2015 г. на Националния комитет по теоретична и приложна механика. В момента е главен асистент и постдокторант по Националната програма „Млади учени и постдокторанти 2018 – 2020“ на МОН.

Зина СОКОЛОВА

След дипломирането си от Университета Иванка Петрова-Дойчева иска да прави докторантура, но няма свободни места. Докато си търси работа, попада на обява за докторантура в Института по механика на БАН. „Моята връзка с Института по механика и с Отворената лаборатория по експериментална микро- и наномеханика (ОЛЕМ) започна през есента на 2012 г., когато бях зачислена в редовна докторантура. Темата ми беше „Реология, механични и термични свойства на трифазни полимерни нанокомпозити“, казва тя.
Младият учен открива, че изследванията с полимерни нанокомпозити имат доста общи неща с базовата ѝ подготовка като студентка. Реологията е доста сложна и тясна наука, която се занимава с механичните свойства на течащи системи, определя се зависимостта между приложените напрежения и последващите деформации чрез прецизни измервания с апарат, наречен реометър. „Реологичните свойства на полимерите характеризират техните отнасяния при деформирането им – подчертава младият учен. – Лабораторията, в която работя, е оборудвана със съвременна апаратура както за реологични изследвания, така и за макро-, микро- и наномеханика; термични и структурни анализи, електронна микроскопия и др. Целта на изследванията е да подобряваме свойствата на съществуващите полимерни материали, така че те да са достатъчно здрави и устойчиви да заместват, където е възможно, метал, керамика или други материали. Широкият спектър изследвания и комбинацията от различните измервания ни позволяват да контролираме получаването на тези нанокомпозити, техния състав и структура и да ги охарактеризираме напълно.“
За дисертацията младият учен избира да работи с полипропилен, защото той притежава редица предимства: ниска плътност, ниско собствено тегло, водонепроницаемост, добър изолатор е, удароустойчив е, здрав е, с висока якост на опън и резистентен към много органични разтворители и химикали, подлежи на рециклиране и не е токсичен. Полипропиленът е втората най-широко разпространена синтетична пластмаса в света (след полиетилена), чиито приходи надхвърлят 145 млрд. долара през 2019 г. Дисертацията на Иванка Петрова е изцяло свързана с получаване, изследване и характеризиране на хибриден вид нанокомпозити, съдържащи два вида пълнители (въглеродни нанотръбички и органична глина) в полипропилен. В наши дни хибридните нанокомпозити представляват засилен интерес заради възможността да се комбинират свойствата на пълнителите и очакванията за синергичен ефект при получените нанокомпозити. „Това е и една от причините дисертацията ми да е ориентирана към трифазни нанокомпозити“, подчертава тя.
Иванка Петрова-Дойчева получава наградата за приносите, описани в дисертацията. Те открояват два нанокомпозитни материала от полипропилен – органоглина и въглеродни нанотръбички, които имат потенциал за създаване на нанокомпозитни материали за структурни и функционални приложения – както и за функционални опаковки. В първия случай материалът е подходящ за конструктивни детайли, контейнери, елементи и детайли в самолетостроенето, автомобилната индустрия и мехатрониката, докато във втория материалът е подходящ за фолиа за опаковки на храни и защитни опаковки в електрониката.
„На защитата ми един от рецензентите ми зададе въпроса дали съществуват научни разработки относно рециклирането на очакваната огромна маса от излезли от употреба изделия на основата на този материал. Оттогава тази тема започна много да ме вълнува, и написах проекта, който изпълнявам в момента като постдокторант.“
Интересът към рециклирането на полимерните нанокомпозити се поражда, защото колкото повече примеси има в един полимер, толкова по-трудно става неговото рециклиране, подчертава ученият. Затова първо проучва начините за рециклиране на базовия полимер, за да се ориентира какво може да се използва от съществуващите технологии. Когато става въпрос за индустриални полимери, е много важно колко стъпки се добавят в даден технологичен процес, защото това го оскъпява.
И може да се окаже неефективно.
„Проектът съчетава три актуални теми от нашето ежедневие, а именно: полимерните нанокомпозити, рециклирането и последващо използване на рециклирания материал за различна цел от първоначалната им употреба и 3D печат на полимерни детайли с приложение в мехатрониката, автомобилостроенето и други сектори на индустрията. Планираме след етапа на валидиране на идеята в лабораторни условия да използваме излезли от употреба опаковки за храни, произведени от полипропилен и органична глина. Идеята е не просто да се рециклират нанокомпозитните материали, но и да намерят повторно приложение в мехатрониката като обемни детайли. Това е добра алтернатива на съществуващите техники за депониране и рециклиране на смесени полимери. Иска ми се да комбинирам няколко познати технологии за рециклиране и да направим от нанокомпозит пак нанокомпозит, за да видим колко цикъла на преработка може да претърпи, защото това е важно. Те не могат да се преработват до безкрай, защото полимерните вериги се разкъсват и се променят качествата на материала“, обобщава Иванка Петрова-Дойчева.