POLIMERI HI-TECH >> membri | proiecte | aparatura | colaboratori | publicatii | aplicatii


BIOCOPET >> prezentare | parteneri | obiective | etape | rezultate finale | contact


ETAPE

Etapa    I:  Studii si analize pentru identificarea principiilor de baza ale realizarii unor materiale de acoperire biodegradabile, ecologice, utilizand deseuri de PET si elaborare model experimental (Decembrie 2007).
Etapa   II:  Realizarea si experimentarea tehnologiei de laborator pentru obtinerea copoliesterilor biodegradabili dispersabili in apa, din deseuri de PET (Septembrie 2008).
Etapa  III:  Testarea tehnologiei de laborator de obtinere a materialelor de acoperire copoliesterice biodegradabile la producerea ingrasamintelor cu levigabilitate redusa (Septembrie 2009).
Etapa  IV:  Diseminarea rezultatelor (Decembrie 2009).
Etapa   V:  Realizarea si experimentarea tehnologiei pilot de obtinere a materialelor de acoperire biodegradabile poliesterice, elaborare documentatie tehnica si protectie prin brevet (Noiembrie 2010).


OBIECTIVE REALIZATE IN ETAPA I/2007

1.  Evaluarea posibilitatilor de obtinere a unor materiale de acoperire biodegradabile, generate din dispersii copoliesterice apoase prin reciclarea chimica a deseurilor de PET

  -  Analiza tehnico-stiintifica privind posibilitatile de sinteza a unor copoliesteri biodegradabili dispersabili in apa, utilizand ca materie prima deseuri de PET;
  -  Analiza tehnico-stiintifica privind posibilitatile de utilizare a acestor copoliesteri ca pelicule de acoperire pentru ingrasaminte;
  -  Analiza tehnico-stiintifica privind posibilitatile de caracterizare a unor copoliesteri biodegradabili, dispersabili in apa, utilizand ca materie prima deseuri de PET;
  -  Analiza tehnico-stiintifica privind dispersarea copoliesterilor in apa;
  -  Studiul tipului de microorganisme implicate in biodegradarea poliesterilor.

2.  Elaborarea modelelor experimentale de laborator

  -  Sinteza copoliesterilor biodegradabili, dispersabili in apa, din deseuri de PET;
  -  Obtinerea unor ingrasaminte granulare, acoperite cu un film de copoliester biodegradabil, generat din dispersii apoase;
  -  Obtinerea dispersiilor apoase copoliesterice;
  -  Testarea in casa de vegetatie a cineticii de eliberare a azotului din ingrasamintele acoperite cu film copoliesteric. Stabilirea interrelatiilor dintre microorganismele autotrofe (bacterii si microfungi) si poliesterii introdusi in sol.


OBIECTIVE REALIZATE IN ETAPA II/2008

1.  Realizarea modelului experimental de obtinere a unor dispersii apoase de copoliesteri biodegradabili sintetizati prin reciclarea chimica a deseurilor de PET

    1.1  Sinteza copoliesterilor biodegradabili, dispersabili in apa:
      - Au fost obtinute experimental 12 variante structurale de copoliesteri, din care urmeaza a fi selectionate structurile chimice care conduc la obtinerea celor mai bune proprietati de biodegradabilitate si hidrofilie;
      - S-au stabilit parametrii optimi ai reactiilor de sinteza.
    1.2  Obtinerea dispersiilor copoliesterice apoase:
      Variantele reprezentative de copoliesteri obtinuti in laborator au fost utilizati pentru obtinerea de dispersii apoase. Au fost preparate 6 variantele experimentale de dispersii copoliesterice apoase.

2.  Experimentarea modelului de laborator de obtinere a unor dispersii apoase de copoliesteri biodegradabili sintetizati prin reciclarea chimica a deseurilor de PET

    2.1  Caracterizarea fizico-chimica si structurala a copoliesterilor.
       2.1.1  Caracterizarea fizico-chimica: s-au determinat prin metode fizico-chimice - intervalul de topire, continut de grupe acide, continut de grupe hidroxil, masa moleculara medie, viscozitatea relativa la diferite concentratii de polimer in solutie, viscozitatea intrinseca precum si termostabilitatea copoliesterilor prin metode instrumentale TGA si DTG.
       2.1.2  Caracterizarea structural complexa: probe de produsi de glicoliza, esteri intermediari si copoliesteri au fost analizate prin spectroscopie 1H-RMN si 13C-RMN precum si spectroscopie FTIR si calorimetrie diferentiala de baleiaj (DSC).
       2.1.3  Caracterizarea copoliesterilor din punct de vedere al dispersabilitatii in apa.
    2.2  Caracterizarea dispersiilor apoase copoliesterice: dispersiile apoase copoliesterice au fost caracterizate din punct de vedere al stabilitatii, morfologiei si reometric. Metodele utilizate au fost: conductometrie, masuratori reologice si microscopie optica cu captura de imagini.
    2.3  Testarea in laborator a biodegradabilitatii produsului copoliesteric. Testarea influentei produsului copoliesteric asupra dimensiunii si structurii comunitatii microorganismelor heterotrofe din sol (toxicologie). Au fost testate in cadrul unui experiment de laborator, in conditii de temperatura apropiata de mediul ambiant, 4 structuri copoliesterice, pentru evidentierea biodegradabilitatii acestora sub influenta microorganismelor mezofile, aerofile, heterotrofe din sol.


OBIECTIVE REALIZATE IN ETAPA III/2009

1.  Perfectionarea tehnologiei de obtinere a materialelor de acoperire biodegradabile, generate din dispersii apoase, prin reciclarea chimica a deseurilor de PET

  -  Sinteza copoliesterilor biodegradabili, dispersabili in apa
Au fost investigati in continuare copoliesterii din doua clase de structuri chimice, considerand mai in detaliu influenta altor parametrii ai reactiei de sinteza asupra proprietatilor fizico-chimice ale acestora. Imbunatatirea acestor proprietati a fost deasemenea un obiectiv al actualei etape.
S-au obtinut trei variante de copoliesteri care au fost caracterizati din punct de vedere fizico-chimic (interval topire, temperatura de tranzitie sticloasa: prin DSC, indice de aciditate, indice de hidroxil, viscozitate intrinseca) si structural (spectroscopie 1H-RMN si FTIR).
  -  Obtinerea dispersiilor copoliesterice apoase
Au fost obtinute trei variante de dispersii apoase, care au fost caracterizate prin determinarea viscozitatii dinamice si a dimensiunii medii a particulelor prin difuzia dinamica a luminii (DLS), cu un instrument de tip Nicomp.

2.  Obtinerea ingrasamintelor cu solubilizare controlata a substantelor active

  -  Conditionarea ingrasamintelor granulate, prin acoperite cu un film de copoliester biodegradabil, generat din dispersii apoase
Conditionarea ingrasamintelor s-a realizat pe un granulator taler rotativ, printr-un proces discontinuu, in doua etape, utilizand ingrasaminte complexe N-P-K si dispersiile apoase de copoliesteri, obtinute anterior.
Au fost realizate trei variante de fertilizanti acoperiti cu o pelicula de copoliester biodegradabil, care au fost inaintate pentru evaluarea biodegradarii peliculei copoliesterice si determinarea cineticii eliberarii nutrientilor partenerului P5-ICPA.

3.  Testarea comportarii ingrasamintelor cu eliberare controlata a substantei active in sol

  -  Evaluarea biodegradarii peliculei de acoperire copoliesterice
  -  Experimentarea in casa de vegetatie a cineticii de eliberare a azotului din ingrasamintele granulare acoperite cu pelicula copoliesterica. Selectie de microorganisme implicate in biodegradarea copoliesterilor
Variantele experimentale au fost realizate in vase de vegetatie, din material de sol Aluviosol eutric, caracterizat printr-o slaba aprovizionare cu elemente nutritive in care s-au introdus materialele fertilizante testate si un martor.
La intervale de timp s-au recoltat probe de sol, care au fost analizate in laborator pentru determinarea: reactiei (pH), continutului de azot total, continutului de fosfor si potasiu accesibile si a celui de nitrati in vederea stabilirii modului in care elementele minerale sunt eliberate din cele patru tipuri de ingrasaminte granulare acoperite cu pelicula copoliesterica.
Fiecare dintre cele 3 pelicule copoliesterice a avut o dinamica proprie a degradarii, creind momente diferite de eliberare a ingrasamintelor minerale.


OBIECTIVE REALIZATE IN ETAPA IV/2009

1.  Diseminarea rezultatelor prin comunicarea si publicarea de lucrari stiintifice
  -  elaborarea de comunicari stiintifice;
  -  editarea unui CD-ROM de prezentare a rezultatelor cercetarii.

Au fost elaborate si prezentate la sesiuni de comunicari 4 lucrari stiintifice:

  1.  2-nd EUCHEMS CHEMISTRY CONGRESS, Torino, 16-19 sept. 2008
"Synthesis of some biodegradable, water dispersible, film-forming co-polyesters from PET wastes and diols derived from biomass"
  2.  IXeme Colloque Franco - Roumain sur les Polymeres - SYNTHESE ET PROPRIETES DES POLYMERES; LES POLYMERES ET L'ENVIRONNEMENT - Alba Iulia, Roumanie, 27 – 29 Aout 2009
"Co-polyester aqueous dispersions based on chemical recycled PET bottle wastes, for coating applications"
  3.  Simpozionul international "Mediul Actual si Dezvoltarea Durabila” Universitatea "Al. I. Cuza", Iasi, 16-18 Octombrie 2009
"Modificari chimice in solul fertilizat cu ingrasaminte minerale complexe acoperite cu pelicule copoliesterice sintetizate prin reciclarea chimica a deseurilor din PET"
  4.  Simpozionul international "PRIORITATILE CHIMIEI PENTRU O DEZVOLTARE DURABILA"-PRIOCHEM editia a V-a, Sinaia, Romania, 28-30 octombrie 2009
"Copoliesteri biodegradabili din deseuri de PET si materiale regenerabile"

A fost editat un CD-ROM de prezentare a rezultatelor cercetarilor stiintifice care contine:
  -  Prezentarea tematicii proiectului;
  -  Prezentarea rezultatelor proiectului;
  -  Cele 4 lucrari stiintifice elaborate in Etapa IV, prezentate mai sus.


OBIECTIVE REALIZATE IN ETAPA V/2010

1.  Identificarea si atribuirea drepturilor de proprietate intelectuala asupra rezultatelor

Ca urmare a lucrarilor de cercetare desfasurate in cadrul proiectului a fost depusa la OSIM o cerere de brevet de inventie. Titlul brevetului: "Procedeu de obtinere a unui copoliester aromatic-alifatic biodegradabil, dispersabil in apa si dispersie apoasa a acestuia".
Titulari: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Chimie si Petrochimie – ICECHIM Bucuresti; Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Pedologie, Agrochimie si Protectia Mediului ICPA- Bucuresti.
Autori: Stela Iancu, Monica Duldner, Anca-Rovena Lacatusu, Emeric Bartha, Dan-Florin Anghel.

2.  Realizarea tehnologiei pilot de obtinere a dispersiilor apoase poliesterice

  -  Definitivarea parametrilor de lucru in instalatia pilot pentru obtinerea materialelor de acoperire biodegradabile
In urma rezultatelor obtinute in laborator a fost selectionata o structura copoliesterica care a prezentat proprietatile adecvate scopului propus: caracteristicile fizico-chimice ale copoliesterului, inclusiv hidrofilie si biodegradabilitate, caracteristicile fizico-chimice ale dispersiei apoase copoliesterice, comportare adecvata a dispersiei copoliesterice la incapsularea ingrasamintelor, eliberare controlata a substantelor active din ingrasamintele incapsulate.
S-au realizat experimentari in instalatia pilot pentru reproducerea variantei selectionate si optimizarea parametrilor proceselor de obtinere a copoliesterului si dispersiei apoase. Au fost stabilite variantele definitive ale acestor parametri si a fost produsa o cantitate de aproximativ 4 Kg de copoliester din care s-au obtinut aproximativ 12 Kg de dispersie copoliesterica, cantitate corespunzatoare obtinerii a aproximativ 160 Kg de ingrasamant incapsulat.

3.  Experimentarea tehnologiei pilot de obtinere dispersii apoase copoliesterice

  -  Analize fizico-chimice de baza pentru copoliesteri si dispersia apoasa obtinuta in pilot
  -  Verificarea reproductibilitatii caracteristicilor copoliesterilor sintetizati in pilot
  -  Verificarea reproductibilitatii structurii copoliesterilor obtinuti in instalatia pilot
  -  Caracterizarea dispersiilor copoliesterice apoase din punct de vedere reologic, granulometric si al stabilitatii
Au fost determinate caracteristicile fizico-chimice de baza ale copoliesterului si dispersiei apoase (pentru copoliester: interval de topire, indice de aciditate, indice de hidroxil, viscozitate intrinseca; pentru dispersie : viscozitate dinamica, dimensiunea particulelor). S-a constatat faptul ca acestea s-au mentinut la valorile adecvate scopului propus, obtinute anterior in cursul experimentarilor de laborator. Caracteristicile termice ale copoliesterului: stabilitatea termica si temperatura de tranzitie sticloasa, au fost deasemenea corespunzatoare (valoarea Tg a copoliesterului a fost de 35°C). Structura chimica a copoliesterului a fost reconfirmata prin spectroscopie 1H-RMN si FTIR.
Copoliesterul rezultat a fost analizat si din punct de vedere al caracterului hidrofil. S-a constatat ca in solutii apoase valorile tensiunii superficiale sunt mai mici decat cele ale substantelor tensioactive, acesta prezentand un caracter de polielectrolit. Rezultatele au fost, prin urmare, pozitive, recomandand respectivul copoliester pentru utilizarea ca agent formator de film din dispersie apoase. Dispersia apoasa a fost caracterizata din punct de vedere reologic (stabilindu-se faptul ca are o comportare de fluid vâscoelastic Maxwell) si al dimensiunii particulelor. Masuratori conductometrice au fost deasemenea realizate pentru evaluarea stabilitatii dispersiei copoliesterice.
La intervale de timp s-au recoltat probe de sol, care au fost analizate in laborator pentru determinarea: reactiei (pH), continutului de azot total, continutului de fosfor si potasiu accesibile si a celui de nitrati in vederea stabilirii modului in care elementele minerale sunt eliberate din cele patru tipuri de ingrasaminte granulare acoperite cu pelicula copoliesterica.

4.  Testarea tehnologiei pilot de obtinere a materialelor de acoperire copoliesterice la producere de ingrasaminte cu levigabilitate redusa

  -  Verificarea reproductibilitatii obtinerii de ingrasaminte cu solubilizare controlata a substantelor active
  -  Verificarea reproductibilitatii biodegradarii peliculei de acoperire copoliesterice
  -  Verificarea reproductibilitatii proprietatilor de biodegradabilitate pentru produsele obtinute in instalatia pilot
Pentru obtinerea ingrasamintelor incapsulate a fost realizata o instalatie care sa simuleze un pat fluidizat modificat, utilizat in procesele de acoperire "Wurster". Au fost stabilite conditiile de lucru pentru obtinerea unor ingrasaminte capsulate care sa nu prezinte lipiciozitate sau tendinta de aglomerare la temperatura ambianta. S-au realizat doua variante de ingrasaminte incapsulate cu pelicula copoliesterica, utilizand un ingrasamint complex NPK 15,15,15 provenind de la S.C. MONDISTAR S.R.L. si un ingrasamint complex NPK 15,15,15 +S +Zn - LINZER STAR, provenind de la S.C. LINZER AGRO TRADE Romania S.R.L.
Un film poliesteric obtinut din dispersia copoliesterica experimentala a fost testat din punct de vedere al biodegradabilitatii. S-a constatat ca filmul a fost aproape in intregime biodegradat in 75 de zile de la inoculare, in prezenta microorganismelor existente in mod obisnuit in sol. Ambele variante de ingrasaminte incapsulate au fost testate, in case de vegetatie, urmarindu-se cinetica eliberarii nutrientilor. Proba provenind de la S.C. LINZER AGRO TRADE Romania S.R.L. a fost testata la cultura unui hibrid de porumb PR39D81 (hibrid apartinand grupei FAO 200). Datele au fost prelucrate statistic utilizand analiza variantei (ANOVA), folosind diferentele limita pentru testele Student si Tukey. S-a constatat ca viteza de eliberare a elementelor minerale din ingrasamintele incapsulate este evident mai mica decat cea a probei martor (acelasi ingrasamant necapsulat), efectele generate de utilizarea ingrasamintelor minerale complexe, acoperite cu pelicule copoliesterice in formula propusa, fiind benefice pentru asigurarea solului cu elemente nutritive pe o perioada de timp mai indelungata. In acelasi timp prezenta peliculelor copoliesterice nu a determinat aparitia de efecte toxice asupra comunitatilor microbiene (ceea ce ar duce implicit la dereglarea circuitelor bio-geo-chimice creatoare de fertilitate in sol), acestea dezvoltandu-se abundent, la nivelul propriu solului supus cercetarii.

5.  Elaborare documentatie tehnica a tehnologiei

In urma rezultatelor obtinute s-a conchis ca procedeul propus a condus la obtinerea unui produs care a raspuns cerintelor stabilite in cadrul proiectului si, in consecinta, a fost elaborat Manualul de prezentare a tehnologiei pilot de obtinere a unor materialele de acoperire biodegradabile generate din dispersii apoase de copoliesteri, obtinuti prin reciclarea chimica a deseurilor de PET.