Functional materials produced from polymers and modified polymer systems with controlled structure  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
101124
Type K
Principal investigator Pukánszky, Béla
Title in Hungarian Funkcionális anyagok előállítása szabályozott szerkezetű polimerekből és társított rendszereikből
Title in English Functional materials produced from polymers and modified polymer systems with controlled structure
Keywords in Hungarian funkcionális anyagok, természetes és mesterséges polimerek, biológiailag lebontható polimerek, társított/erősített anyagok, határfelületi kölcsönhatások, makroszkopikus szerkezet, deformációs folyamat
Keywords in English functional materials, synthetic and natural polymers, biodegradable polymers, modified/reinforced polymers, interfacial interactions, macroscopic structure, deformation processes, mechanical property
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Faludi, Gábor
Földes, Eniko
Hári, József
Móczó, János
Molnár, Kinga
Renner, Károly
Sudár, András
Starting date 2012-02-01
Closing date 2016-01-31
Funding (in million HUF) 29.923
FTE (full time equivalent) 6.61
state closed project
Summary in Hungarian
Az ipar és a tudomány érdeklődése a szerkezeti anyagok felől egyre inkább a különleges és/vagy funkcionális anyagok irányába fordul. A polimerek, műanyagok területén ilyen anyagok a polimer molekulaszerkezetének megfelelő kialakításával vagy társítással állíthatók elő. A fejlesztés és anyagkiválasztás egy másik fontos szempontja a fenntartható fejlődés biztosítása, amit természetes alapanyag bázisú és/vagy biológiailag lebontható anyagok felhasználásával érhetünk el. Csoportunk korábbi tevékenysége specifikus anyagok és anyagi rendszerek szerkezet tulajdonság összefüggéseinek megállapítására irányult. Az elért eredmények megteremtik a lehetőséget meghatározott jellemzőkkel és funkcionalitással rendelkező anyagok előállítására. Természetes polimereket (keményítő, cellulóz) használunk kompozitok mátrixaként vagy erősítő anyagként. A papírgyártás mellékterméke a lignin. Kémiai átalakítása sokoldalú felhasználást tesz lehetővé stabilizátorként, fényelnyelő adalékként vagy kompozitok mátrixanyagaként. Jelenleg a viszonylag nagy mennyiségben gyártott polimerek közül a politejsav felhasználása növekszik a leggyorsabban. Ez a természetes alapanyagforrásokra épülő műanyag azonban több hátrányos tulajdonsággal rendelkezik, mint pl. merevség, gyors fizikai öregedés, az ütésállóság hiánya stb. A hátrányok kiküszöbölésére módosítjuk a polimert (töltőanyag, lingocellulóz erősítés, ütésállósítás), hogy alkalmazási területeit kiszélesítsük (csomagolás, autó- és elektronikai ipar), ami jelentős alapkutatást és fejlesztést igényel. A gyógyászatban, illetve a csomagolástechnikában egyre inkább terjednek a különleges funkcionális polimerek. Korábbi kutatásainkra alapozva hőszigetelő, nedvesség és oxigénzáró csomagolóanyagok, illetve kontrollált hatóanyag leadású gyógyászati eszközök előállítására alkalmas anyagokat kívánunk előállítani. Céljainkat természetesen csak akkor érhetjük el, ha az eddigiekhez hasonlóan sikerül kapcsolatot találni a funkcionalitás, a molekuláris és/vagy makroszkopikus szerkezet és a természetes és szintetikus polimerek, valamint társított rendszereik tulajdonságai között. A megállapított összefüggések várhatóan nagymértékben hozzájárulnak a tudományterület fejlődéséhez és lényeges gyakorlati hatásuk is lesz, új anyagokat és anyagrendszereket eredményeznek.
Summary
The interest of both the industry and academia turns more and more from structural towards functional materials. In the field of polymer science such materials can be produced through the control of molecular structure or through modification with various materials. Another important aspect of development and material selection is sustainable development that can be achieved by the use of bio-based and/or biologically degradable materials. Former activities of our group focused mainly on the determination of structureproperty correlations in specific materials. The results obtained offer the possibility to produce materials with controlled structure and desired functionality. In the research we use natural polymers as matrix or reinforcement in polymers and polymer composites. Lignin is a byproduct of the paper industry. Its chemical modification allows its use as stabilizer, UV absorbent or as the matrix of composites. Presently the growth rate of poly(lactic acid), PLA, is one of the largest among the polymers produced in relatively large quantities. However, this polymer produced from natural resources possesses several disadvantageous properties like large stiffness, fast physical ageing, lack of impact resistance, etc. In order to overcome these drawbacks we modify PLA (combination with fillers, reinforcement with lignocellulosic fibers, impact modification) in order to extend its application areas (packaging, automotive and electronic industry), which requires considerable basic research and development work. Functional polymers gain increasing acceptance in the biomedical industry and in packaging. Based on our previous results we try to develop materials acting as heat sinks, or which can be used as moisture and oxygen barrier packaging. We also develop polyurethane elastomers with controlled drug release for the coating of stent. Naturally, we can achieve our goals only if we can find relationships between functionality, molecular and/or macroscopic structure and properties of natural and synthetic polymers and their modified systems. The established correlations are expected to contribute significantly to the development of the field and they can have also practical relevance, they may help in the target oriented design and production of new materials and material systems.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A szerződés által finanszírozott kutatás fókuszában a funkcionalitás állt, és munkánkhoz egyre nagyobb mennyiségben használtunk természetes vegyületeket és polimereket. Minden eredmény felsorolása lehetetlen ezért példaként megemlítenénk többek között a polietilén stabilizálásával kapcsolatos eredményeinket. Bebizonyítottuk, hogy a gyakorlatban jelenleg használ fenolos stabilizátorok kiválthatók természetes antioxidánsokkal, amelyek sok esetben lényegesen hatékonyabbak, mint a hagyományos adalékok. Feltártuk a polipropilén (PP) molekulaszerkezete, a gócképző kémiai szerkezete és a PP termékek optikai tulajdonságai közötti összefüggéseket. Fa erősítőanyaggal helyettesítettük, a hagyományos üvegszálakat PP kompozitokban és részletesen vizsgáltuk a faliszttel erősített politejsav (PLA) kompozitok szerkezetét és tulajdonságait. Megállapítottuk, hogy a PLA és a faliszt közötti adhézió erős és csak kismértékben javítható megfelelő kapcsolóanyagokkal. A kompozitok szilárdságának további javítására az erősítőanyag sajátszilárdságának növelése ad lehetőséget. Kompozitokat készítettünk termoplasztikus keményítőből és vizsgálatokat indítottunk a poli(hidroxi-butirát) lebonthatóságával, valamint a lignin műanyagipari felhasználásával kapcsolatban. Munkánkban számos fiatal kutató vesz részt és kutatási eredményeink nagy része a gyakorlatban is hasznosul.
Results in English
The research financed by this contract focused on functionality, and natural compounds as well as biopolymers were used in increasing quantities in our work. It is impossible to list all results here, therefore we mention as an example, among others, those obtained in the stabilization of polyethylene. We proved that the phenolic stabilizers used in industrial practice today can be replaced with natural antioxidants, which are often more efficient than the usual additives. We established correlations among the molecular structure of polypropylene (PP), the chemical structure of the nucleating agent and the optical properties of the resulting PP product. We replaced the traditional glass fibers with wood in PP composites and investigated in detail the structure and properties of poly(lactic acid) (PLA)/wood fiber composites. We found that the interfacial adhesion between PLA and wood is strong and can be increased only slightly by coupling. The strength of such composites can be increased by the improvement of the inherent strength of the fibers. We prepared composites from thermoplastic starch and started research on the degradation of poly(hydroxyl butyrate), as well as on the possible use of lignin as a component in plastics. Several students and young scientists take part in the research and a large part of the results is utilized in practice.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101124
Decision
Yes





 

List of publications

  
Áron Csikós, Gábor Faludi, Attila Domján, Károly Renner, János Móczó, Béla Pukánszky: Modification of interfacial adhesion with a functionalized polymer in PLA/wood composites, EUR POLYM J 68: 592-600, 2015
Benjámin Gyarmati, Nóra Hegyesi, Béla Pukánszky, András Szilágyi: A colourimetric method for the determination of the degree of chemical cross-linking in aspartic acid-based polymer gels, EXPRESS POLYM LETT 9: (2) 154-164, 2015
Imre B, Pukánszky B: From natural resources to functional polymeric biomaterials, EUR POLYM J 68: (4) 481-487, 2015
Kirschweng B, Tátraaljai D, Földes E, Pukánszky B: Efficiency of curcumin, a natural antioxidant, in the processing stabilization of PE: Concentration effects, POLYM DEGRAD STABIL 118: 17-23, 2015
Kirschweng Balázs, Polyák Péter, Pukánszky Béla, Vörös György: A poli(3-hidroxibutirát) hidrolitikus degradációja, POLIMEREK 1: (5) 136-140, 2015
Müller Péter, Imre Balázs, Bere József, Móczó János, Pukánszky Béla: Physical ageing and molecular mobility in PLA blends and composites, J THERM ANAL CALORIM 122: (3) 1423-1433, 2015
Renner Károly, Imre Balázs, Pukánszky Béla: Természetes és biológiai lebontható polimerek módosítása: kölcsönhatás, szerkezet, tulajdonságok, MAGY KÉM FOLY KÉM KÖZL 121: (2-3) 68-72, 2015
Faludi G, Dora G, Imre B, Renner K, Mõczõ J, Pukánszky B: PLA/lignocellulosic fiber composites: Particle characteristics, interfacial adhesion, and failure mechanism, J APPL POLYM SCI 131: (4) , 2014
Kenyó Csaba, Hári József, Renner Károly, Kröhnke Christoph, Pukánszky Béla: Effect of Matrix Characteristics on the Properties of High-Impact Polystyrene/Zeolite Functional Packaging Materials, IND ENG CHEM RES 53: (49) 19208-19215, 2014
Imre Balázs, Renner Károly, Pukánszky Béla: Mesterséges és biopolimerek módosítása fizikai és kémiai módszerekkel, MAGY KEM LAP 70: (4) 119-121, 2015
Béla Pukánszky: Mineral Filled Polymers, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Oxford: Elsevier, 2016. pp. 1-6., 2016
János Móczó, Béla Pukánszky: Particulate Fillers in Thermoplastics, Encyclopedia of Polymers and Composites. Berlin; Heidelberg: Springer, 2015. pp. 1-35., 2015
Pataki, P., Imre, B., Földes, E., Pukánszky, B.: Természetes anyagok a műanyagiparban – alapanyagok és adalékok, Muanyag Gumi 49(1), 12-18, 2012
Csikós, Á., Nagy, Sz., Tóth, R., Faludi, G., Zubonyai, F., Pukánszky, B.: Biológiailag lebontható kompozit alapanyagok és termékek természetes nyersanyagforrásból, Muanyag Gumi 49(10), 388-392, 2012
Keledi, G., Sudár, A., Burgstaller, Ch., Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B.: Impact resistance of three-component PP/Wood/elastomer composites, Express Polym. Lett. 6(3), 224-236, 2012
Link, Z., Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B.: Természetes töltőanyagot tartalmazó kompozitok: határfelületi kölcsönhatások és tönkrementel, Muanyag Gumi 49(3), 81-86, 2012
Renner, K., Móczó, J., Pukánszky, B.: Polymer/wood composites, Encyclopedia of Composites, eds. Nicolais, L., Borzacchiello, A., Wiley, New York, pp. 2194-2212, 2012
Imre, B., Keledi G., Renner, K., Móczó, J., Murariu, M., Dubois, Ph., Pukánszky, B.: Adhesion and micromechanical deformation processes in PLA/CaSO4 composites, Carbohydr. Polym. 89(3), 759-767, 2012
Bagdi, K., Molnár, K., Kállay, M., Schön, P., Vancsó, J.G., Pukánszky, B.: Quantitative estimation of the strength of specific interactions in polyurethane elastomers, and their effect on structure and properties, Eur. Polym. J. 48(11), 1854-1865, 2012
Sütő, P., Fejős, D., Molnár, K., Pukánszky, B.: Termoplasztikus poliuretán elasztomerek fázisszerkezetének complex vizsgálata, Muanyag Gumi 49(4), 154-160, 2012
Keledi, G., Hári, J., Pukánszky, B.: Polymer nanocomposites: structure, interaction, and functionality, Nanoscale 4(6), 1919-1938, 2012
Sudár, A., López, M.J., Keledi, G., Vargas-García, M.G., Suárez-Estrella, F., Moreno, J., Burgstaller, Ch., Pukánszky, B.: Ecotoxicity and fungal deterioration of recycled polypropylene/wood composites: effect of wood content and coupling, Chemosphere 93(2), 408-414, 2013
Szabó G., Romhányi, V., Pataki, P., Horváth Zs., Kun D., Pukánszky, B.: A szerkezet és a kölcsönhatások szerepe lignoszulfonáttal társított polipropilénben, Muanyag Gumi 50(12), 443-448, 2013
Imre, B., Renner, K., Pukánszky, B.: A politejsav módosítása – PLA alapú társított rendszerek, Muanyag Gumi 50(3), 104-108, 2013
Imre, B., Pukánszky, B.: Recent advances in bio-based polymers and composites. Preface to the BiPoCo 2012 Special Section., Eur. Polym. J. 49(6), 1146-1150, 2013
Imre, B., Pukánszky, B.: Compatibilization in bio-based and biodegradable polymer blends, Eur. Polym. J. 49(6), 1215-1233, 2013
Imre B, Renner K, Pukánszky B: Interactions, structure and properties in poly(lactic acid)/thermoplastic polymer blends, EXPRESS POLYM LETT 8: (1) 2-14, 2014
Tátraaljai Dóra, Vámos Mór, Orbán-Mester Ágnes, Staniek Peter, Földes Enikő, Pukánszky Béla: Performance of PE pipes under extractive conditions: Effect of the additive package and processing, POLYM DEGRAD STABIL 99: 196-203, 2014
Csizmadia R, Faludi G, Renner K, Móczó J, Pukánszky B: PLA/wood biocomposites: Improving composite strength by chemical treatment of the fibers, COMPOS PART A-APPL S 53: 46-53, 2013
Dominkovics Z, Naveau E, Jérôme C, Hári J, Renner K, Móczó J, Alexandre M, Pukánszky B: Effect of clay modification on the mechanism of local deformations in PA6 nanocomposites, MACROMOL MATER ENG 298: (7) 796-805, 2013
Faludi G, Dora G, Renner K, Móczó J, Pukánszky B: Biocomposite from polylactic acid and lignocellulosic fibers: Structure-property correlations, CARBOHYD POLYM 92: (2) 1767-1775, 2013
Faludi G, Dora G, Renner K, Móczó J, Pukánszky B: Improving interfacial adhesion in pla/wood biocomposites, COMPOS SCI TECHNOL 89: 77-82, 2013
Faludi G, Hári J, Renner K, Móczó J, Pukánszky B: Fiber association and network formation in PLA/lignocellulosic fiber composites, COMPOS SCI TECHNOL 77: 67-73, 2013
Gardette M, Perthue A, Gardette J-L, Janecska T, Földes E, Pukánszky B, Therias S: Photo- and thermal-oxidation of polyethylene: Comparison of mechanisms and influence of unsaturation content, POLYM DEGRAD STABIL 98: (11) 2383-2390, 2013
Horváth Z, Menyhárd A, Doshev P, Gahleitner M, Tranninger C, Kheirandish S, Varga J, Pukánszky B: Effect of molecular architecture on the crystalline structure and stiffness of iPP homopolymers: Modeling based on annealing experiments, J APPL POLYM SCI 130: (5) 3365-3373, 2013
Horváth Zsuzsanna, Menyhárd Alréd, Varga József, Pukánszky Béla: A molekula szerkezet és a gócképzés hatása a homo- és random polipropilén optikai tulajdonságaira, Műanyag és Gumiipari Évkönyv , 2013
Imre B, Bedo D, Domján A, Schön P, Vancso GJ, Pukánszky B: Structure, properties and interfacial interactions in poly(lactic acid)/polyurethane blends prepared by reactive processing, EUR POLYM J 49: (10) 3104-3113, 2013
Kenyó Cs, Kajtár D A, Renner K, Pukánszky B: Funkcionális csomagolóanyagok – a deszikkáns tartalmú kompozitok vízfelvételi sebességét és kapacitását befolyásoló tényezők, MŰANYAG ÉS GUMI 50: (5) 194-199, 2013
Polyák P, Hári J, Pukánszky B: A halloysite mint ásványi töltőanyag és polipropilén kompozitjainak tulajdonságai, MŰANYAG ÉS GUMI 50: (4) 156-159, 2013
Tátraaljai Dóra, Kirschweng Balázs, Kovács János, Földes Enikő, Pukánszky Béla: Processing stabilisation of PE with a natural antioxidant, curcumin, EUR POLYM J 49: (6) 1196-1203, 2013
Tátraaljai D, Földes E, Pukánszky B: Polietilén feldolgozási stabilizálása kvercetin természetes antioxidánssal, MŰANYAG ÉS GUMI 50: (10) 374-378, 2013
Kenyó, Cs., Renner, K., Kröhnke, Ch., Kajtár, D.A., Pukánszky, B.: Functional packaging materials: factors affecting the capacity and rate of water adsorption in desiccant composites, J. Polym. Res. 20(11), Art. No. 294, 2013
Bere J, Rácz Á, Fekete E, Pukánszky B: Hibrid deszikkáns rendszert tartalmazó funkcionális csomagolóanyagok, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (6) 231-236, 2014
Faludi G, Dora G, Imre B, Renner K, Mõczõ J, Pukánszky B: PLA/lignocellulosic fiber composites: Particle characteristics, interfacial adhesion, and failure mechanism, J APPL POLYM SCI 131: (4) , 2014
Faludi Gábor, Link Zoltán, Renner Károly, Móczó János, Pukánszky Béla: Factors determining the performance of thermoplastic polymer/wood composites; the limiting role of fiber fracture, MATER DESIGN 61: 203-210, 2014
Hegyesi Nóra, Pukánszky Béla: Poli(metil-metakrilát) rögzítése ionosan rétegszilikátok felületén nanokompozit töltőanyagként való alkalmazásra, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (12) 476-480, 2014
Horváth Zsuzsanna, Gyarmati Benjámin, Menyhárd Alfréd, Doshev Petar, Gahleitner Markus, Varga József, Pukánszky Béla: The role of solubility and critical temperatures for the efficiency of sorbitol clarifiers in polypropylene, RSC ADV 4: (38) 19737-19745, 2014
Horváth Zsuzsanna, Menyhárd Alfréd, Doshev Petar, Gahleitner Markus, Varga József, Tranninger Cornelia, Pukánszky Béla: Chain regularity of isotactic polypropylene determined by different thermal fractionation methods, J THERM ANAL CALORIM 118: (1) 235-245, 2014
Horváth Zsuzsanna, Menyhárd Alfréd, Doshev Petar, Gahleitner Markus, Vörös György, Varga József, Pukánszky Béla: Effect of the Molecular Structure of the Polymer and Nucleation on the Optical Properties of Polypropylene Homo- and Copolymers, ACS APPL MATER INTER 6: (10) 7456-7463, 2014
Imre B, Müller P, Móczó J, Fekete E, Pukánszky B: A keményítő módosítása - A faliszt hatása a termoplasztikus keményítő mechanikai és funkcionális tulajdonságaira, MŰANYAG- ÉS GUMIIPARI ÉVKÖNYV XII: 57-66, 2014
Imre B, Renner K, Pukánszky B: Interactions, structure and properties in poly(lactic acid)/thermoplastic polymer blends, EXPRESS POLYM LETT 8: (1) 2-14, 2014
Kenyó Csaba, Renner Károly, Móczó János, Fekete Erika, Kröhnke Christoph, Pukánszky Béla: Effect of desiccant characteristics on the properties of PS/zeolite functional packaging materials, POLYM COMPOSITE 35: (11) 2112-2120, 2014
Kocsis K, Polyák P, Hári J, Janecska T, Földes E, Pukánszky B: Természetes antioxidánssal módosított halloysit nanocső stabilizáló hatásának vizsgálata poliletilénben, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (10) 395-399, 2014
Link Zoltán, Renner Károly, Móczó János, Pukánszky Béla: Természetes szálakkal erősített PP kompozitok szilárdsága és ütésállósága, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (5) 188-193, 2014
Müller P, Renner K, Móczó J, Fekete E, Pukánszky B: Thermoplastic starch/wood composites: Interfacial interactions and functional properties, CARBOHYD POLYM 102: (1) 821-829, 2014
Sudár András, Burgstaller Christoph, Renner Károly, Móczó János, Pukánszky Béla: Wood fiber reinforced multicomponent, multiphase PP composites: Structure, properties, failure mechanism, COMPOS SCI TECHNOL 103: 106-112, 2014
Tátraaljai D, Földes E, Pukánszky B: Efficient melt stabilization of polyethylene with quercetin, a flavonoid type natural antioxidant, POLYM DEGRAD STABIL 102: 41-48, 2014
Tátraaljai D, Major L, Földes E, Pukánszky B: Study of the effect of natural antioxidants in polyethylene: Performance of β-carotene, POLYM DEGRAD STABIL 102: 33-40, 2014
Tátraaljai Dóra, Vámos Mór, Orbán-Mester Ágnes, Staniek Peter, Földes Enikő, Pukánszky Béla: Performance of PE pipes under extractive conditions: Effect of the additive package and processing, POLYM DEGRAD STABIL 99: 196-203, 2014
Tuboly Virág, Kirschweng Balázs, Horváth Zsuzsanna, Imre Balázs, Pukánszky Béla: Biopolimerek az orvostudományban – Lebontható vázanyagok, MŰANYAG ÉS GUMI 51: (7) 275-279, 2014
Zsófia Péter, Csaba Kenyó, Károly Renner, Christoph Kröhnke, Béla Pukánszky: Decreased oxygen permeability of EVOH through molecular interactions., EXPRESS POLYM LETT 8: (10) 756-766, 2014




 

Events of the project

  
2016-04-22 12:02:52
Résztvevők változása
2014-01-27 16:38:33
Résztvevők változása
2012-12-19 16:12:16
Résztvevők változása



Back »