English version

Formularz logowania

zarejestruj się


Drukuj

Polimery konstrukcyjne – 50 lat badań w Instytucie Chemii Przemysłowej


Majowy zeszyt „Polimerów” (nr 5/2012) w całości został poświęcony Jubileuszowi 90-lecia Instytutu Chemii Przemysłowej im. prof. Ignacego Mościckiego (IChP), wydawcy czasopisma. Znajdziecie w nim Państwo artykuły naukowe prezentujące prace realizowane aktualnie w zakładach badawczych IChP, a w części informacyjnej krótkie omówienie historyczne dotyczące opracowanych w Instytucie tworzyw. Poniżej prezentujemy wybrane teksty.
Zapraszamy do lektury.




ICHP - Polimery konstrukcyjneJednym z ważniejszych wyzwań w powojennej działalności Instytutu Chemii Przemysłowej były badania w zakresie tzw. polimerów konstrukcyjnych. Minęło ponad 50 lat od podjęcia w Instytucie pierwszych pionierskich prac z tej tematyki.


W latach 50. ubiegłego wieku na świecie nastąpiła intensyfikacja badań nad otrzymaniem polimerów spełniających wymagania szybko rozwijającego się nowoczesnego przemysłu, która zaowocowała uruchomieniem przemysłowej produkcji polimerów, takich jak: poliacetale, poliwęglany, poli(tlenek fenylenu) oraz polioksetany (Penton). Niestety, w tym okresie dostęp w kraju do informacji, w tym do światowej literatury, był bardzo ograniczony. Podziwiać więc można niezwykle śmiałą decyzję ówczesnej dyrekcji Instytutu Tworzyw Sztucznych (od 1971 r. Instytutu Chemii Przemysłowej), która w 1959 r. postanowiła powołać nowe zespoły badawcze i rozpocząć badania nad opracowaniem technologii polimerów konstrukcyjnych. Tego trudnego zadania podjęli się bardzo młodzi pracownicy Instytutu, głównie dwudziesto- i trzydziestolatkowie, absolwenci warszawskich uczelni.

Podjęcie tych działań było racjonalne z uwagi na dostępność podstawowych surowców. W Zakładach Chemicznych w Bydgoszczy produkowano wówczas fosgen, w Zakładach Tworzyw Sztucznych w Pustkowie i Zakładach Chemicznych w Sarzynie – Bisfenol A, a w Zakładach „Rokita” w Brzegu Dolnym – pentaerytryt. Dostępny był też fenol, formaldehyd i metanol. Produkcja fosgenu i pentaerytrytu była rozwijana na potrzeby militarne (wojna koreańska).


Poliwęglany

Poliwęglan – najważniejszy polimer z grupy polimerów konstrukcyjnych, w porównaniu z innymi termoplastami, charakteryzujący się wyjątkowo korzystnym zespołem właściwości, a zwłaszcza dużą udarnością i udarnością z karbem, bardzo dobrą odpornością cieplną, doskonałymi właściwościami mechanicznymi i dużą przeźroczystością. Poliwęglany są szeroko stosowane do wyrobu sprzętu AGD, a także w przemyśle samochodowym, budownictwie oraz do wytwarzania nośników informacji cyfrowej (płyt CD i DVD, kart płatniczych, dowodów osobistych itp.).

Przemysłową produkcję poliwęglanów uruchomiły w 1953 r. jednocześnie dwie firmy: Bayer, RFN oraz General Electric, USA.

Prace nad otrzymywaniem poliwęglanów z Bisfenolu-A i fosgenu, metodą międzyfazową, podjęto w Instytucie z inicjatywy Stanisława Mączeńskiego już w 1959 r. W skład pierwszego zespołu badawczego kierowanego przez Stanisława Mączeńskiego wchodzili: Bronisław Krajewski, Tomasz Prot (do 1962 r.), Izabela Walewska i Alina Petrykowska.

Zespół szybko się rozwijał i już w 1960 r. został utworzony Zakład Poliwęglanów (ok. 20 osób), kierowany przez Stanisława Mączeńskiego, a następnie Bronisława Krajewskiego.W skład Zakładu wchodzili m.in.: Izabela Walewska, ZbigniewWielgosz (od 1960 r.), Elżbieta Wójcik-Jaworska, Zbigniew Dobkowski, Magdalena Brzechffa, Hanna Jastrzębska-Antychowicz, Zofia Glińska-Funke, Irena Zaborska, Zygmunt Schnepff, Mieczysław Brzozowski, Ewa Rudnik oraz duże grono techników.

ICHP - PoliwęglanyIntensywne badania doprowadziły już w 1960 r. do uruchomienia w Instytucie instalacji wielkolaboratoryjnej otrzymywania poliwęglanu (reaktor poj. 30 l) o wydajności ok. 1 kg produktu z szarży. Polimer otrzymano w dwóch odmianach: do odlewania folii i do przetwórstwa metodą wtryskiwania. Zarejestrowano nazwę polimeru BISTAN®, pochodzącą od imion pierwszych badaczy (B-ronisław Krajewski, I-zabela Walewska, STAN-isław Mączeński). W 1961 r. przekazano do Z.Ch. „Zachem” wBydgoszczy założenia do projektu instalacji doświadczalnej poliwęglanu, a w 1963 r. uruchomiono tam instalację półtechniczną. Kolejne lata badań zaowocowały opracowaniem oryginalnej metody ciągłej, chronionej patentami. Było to ogromne osiągnięcie naukowe i technologiczne, zwłaszcza w istniejących wówczas w Instytucie warunkach technicznych. Uruchomienie w normalnym pomieszczeniu laboratoryjnym instalacji ciągłej o wydajności 1 kg polimeru/h, a więc zużycie ok. 0,5 kg fosgenu/h, wydaje się, nawet w obecnych warunkach, trudne do przeprowadzenia. Rozruch instalacji półtechnicznej metodą ciągłą w Zakładach w Bydgoszczy nastąpił w 1973 roku. Instalacja badawcza o zdolności produkcyjnej ok. 100 t/r. pracowała do końca lat siedemdziesiątych. Według danych Eurostatu z 2004 r. wyprodukowano i wprowadzono na rynek w Polsce 62 tony poliwęglanu BISTAN. Technologia otrzymywania poliwęglanów metodą ciągłą wzbudziła duże zainteresowanie firm zagranicznych, prowadzono wiele poważnych rozmów dotyczących sprzedaży licencji. Z jedną z firm koreańskich doszło nawet do etapu parafowania kontraktu. O negatywnym wyniku tych negocjacji przesądził brak w Polsce referencyjnej instalacji przemysłowej.

Dużym osiągnięciem badawczym i technologicznym było opracowanie trudnopalnych odmian poliwęglanów z wykorzystaniem tzw. bisfenoli chlorowych. Ta oryginalna technologia zainteresowała nawet światowego potentata poliwęglanów – amerykańską firmę General Electric, której delegacja pod przewodnictwem twórcy poliwęglanów w USA – Daniela W. Foxa przyjechała do Instytutu na rozmowy dotyczące zakupu licencji. Niestety do kontraktu nie doszło, ponieważ nasze patenty dawały ochronę tylko na terytorium Polski.

Biuro projektowe Z. Ch. „Organika-Zachem” w Bydgoszczy, na podstawie przygotowywanych w Instytucie założeń, opracowało kilka projektów, w tym (w 1979 r.) projekt procesowy produkcji poliwęglanów o wydajności 10 000 t/r. (Władysław Montewski, Ryszard Ostrowski, Wiesław Wojciechowski).

Technologia poliwęglanów nie doczekała się niestety przemysłowej realizacji. W 1980 r. Zakłady uzyskały wprawdzie zgodę na inwestycje, ale w Polsce rozpoczął się wówczas trudny okres kryzysu ekonomicznego, co przekreśliło możliwość realizacji.

W ostatnich latach kontynuowano badania nad bezfozgenową metodą syntezy poliwęglanów z zastosowaniem tlenku węgla (Zbigniew Wielgosz, Longina Kuczyńska, Jadwiga Skupińska – Uniwersytet Warszawski), a także nad recyklingiem wyrobów z poliwęglanów (w tym płyt CD – Regina Jeziórska z zespołem).


Poli(tlenek fenylenu)
Poli(tlenek fenylenu) zwany PPO lub PPE – polimer termoplastyczny otrzymywany metodą polimeryzacji utleniającej 2,6-dimetylofenolu. Jego główne zalety to: doskonała odporność cieplna, dobre właściwości mechaniczne (również w podwyższonej temperaturze), mała chłonność wody, wytrzymałość na działanie wrzącej wody, ograniczona palność oraz selektywność przepuszczania gazów (tlen, azot).

Pierwsza przemysłowa instalacja powstała w Stanach Zjednoczonych w 1964 r. (firma General Electric).

Prace badawcze nad poli(tlenkiem fenylenu) rozpoczęto w Instytucie już w 1966 r., a więc już w dwa lata po uruchomieniu pierwszej instalacji produkcyjnej. Zespół w składzie: Irena Penczek, Nikuca Kopytowska oraz Alecsandru Florea i Michał Sierakowski, pracował pod kierunkiem Jana Białego.

Prowadzono badania nie tylko nad utleniającą polimeryzacją 2,6-dimetylofenolu i modyfikacją otrzymanego polimeru, ale także nad syntezą monomeru i jego oczyszczaniem (Marek Plesnar). Początkowo badania prowadzono w skali laboratoryjnej, a następnie w warunkach półtechnicznych (reaktor 250 l) w Hali Technologicznej Instytutu. Polimerowi nadano nazwę handlową BIAPEN pochodzącą od nazwisk głównych autorów (BIA-ły – PEN-czek).

We współpracy z Zakładami Chemicznymi „Oświęcim” (obecnie Synthos SA) opracowano projekt procesowy instalacji przemysłowej. Planowana budowa instalacji przemysłowej nie doczekała się jednak realizacji z powodu braku środków na inwestycję.

Polską technologią PPO zainteresowała się włoska firma ANIC i w 1982 r. (w okresie stanu wojennego) podpisano umowę licencyjną.Wartość kontraktu zapewniła Instytutowi środki finansowe do prowadzenia działalności badawczej w niesłychanie trudnym okresie początku lat osiemdziesiątych. Na zlecenie firmy ANIC zespół Jana Białego prowadził uzupełniające badania jeszcze przez trzy lata. Niestety,w1990 r. rozwiązano zespół z powodu braku zainteresowania ze strony polskiego przemysłu.

W 2009 roku wznowiono badania nad technologią poli(tlenku fenylenu), w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (lata 2009–2013). Projekt nr POIG.01.03.01-14-058/09 jest finansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa.Wramach projektu planowane jest opracowanie nowych rozwiązań procesowych i technologicznych otrzymywania monomeru, polimeru, modyfikacji polimeru oraz wytwarzania nanokompozytów. Projekt, kierowany przez ZbigniewaWielgosza, jest realizowany przez kilka zakładów badawczych Instytutu, a jego celem jest opracowanie kompleksowej technologii wytwarzania modyfikowanego poli(tlenku fenylenu). Rezultatem projektu będzie rozszerzenie asortymentu produkowanych w Polsce tworzyw konstrukcyjnych.

Przewiduje się, że opracowane polimery, w tym gatunki modyfikowane o pożądanych „szytych na miarę” właściwościach odegrają ważną rolę w rozwoju nowoczesnych materiałów polimerowych.


Poliacetale (poliformaldehyd, politrioksan)

Poliacetale — polimery termoplastyczne zawierające w łańcuchu głównym ugrupowania acetalowe –O–CH2–. Produkowane są dwa główne typy poliacetali o znaczeniu technicznym. Homopolimer acetalowy, zwany również poliformaldehydem oraz kopolimery acetalowe otrzymywane metodą kopolimeryzacji cyklicznego trimeru formaldehydu (trioksanu) z eterami cyklicznymi, np. dioksolanem.

ICHP - PPOPoliacetale charakteryzują się doskonałą stabilnością termiczną, chemoodpornością, dużą odpornością na wielokrotne uderzenia (udarność), małym współczynnikiem tarcia i małą chłonnością wody. Dzięki temu znajdują szerokie zastosowanie jako tworzywa konstrukcyjne w wielu dziedzinach gospodarki.

Przemysłową produkcję poliacetali pod nazwą handlową Delrin® uruchomiła po raz pierwszy w 1960 roku amerykańska firma „Du Pont” (pierwsze zgłoszenia patentowe w 1950 roku).

Już w1959 r. rozpoczętowInstytucie badania nad polimeryzacją gazowego formaldehydu. W skład zespołu kierowanego przez Lecha Zakrzewskiego wchodzili: Jerzy Fejgin, Wanda Kosińska, Wanda Sadowska i Maria Tomaszewicz. Zbadano proces anionowej polimeryzacji formaldehydu i doprowadzono do etapu skali wielkolaboratoryjnej. Na początku lat sześćdziesiątych ub. wieku podjęto badania nad kationową polimeryzacją i kopolimeryzacją trioksanu. Badania realizowano we współpracy badawczej z Instytutem Nawozów Sztucznych w Puławach (synteza trioksanu) oraz Zakładami Azotowymi w Tarnowie (instalacje badawczo-produkcyjne).

W pierwszym okresie kopolimeryzację trioksanu z dioksolanem prowadzono metodą roztworowo-strąceniową; w 1975 r. w ZAw Tarnowie uruchomiono instalację pilotową. W skład zespołu badawczego wchodzili m.in.: Jerzy Bojarski, Jacek Cieślak, Waldemar Guziński, Barbara Koper, Konrad Kowalski i Piotr Krzyżanowski.

W 1977 roku rozpoczęto badania nad nowym procesem kopolimeryzacji trioksanu ciągłą metodą bezrozpuszczalnikową, z wykorzystaniem reaktora dwuślimakowego (wytłaczanie). Ta nowatorska metoda stworzyła zupełnie nowe możliwości rozwoju technologii. Badania prowadził zespół kierowany przez Witolda Majewskiego w składzie: Andrzej Batog, Julianna Bojarska, Janusz Boranowski, Jacek Cieślak, Grażyna Dmowska, Jerzy Fejgin, Barbara Koper, Ewa Pogorzelska i Janusz Stasiński.

W 1981 roku w ZA Tarnów uruchomiono instalację pilotową politrioksanu – Tarnoform® o zdolności produkcyjnej 100 t/r. Od 1989 roku zespołem kierował Janusz Stasiński, a członkami zespołu byli: Jacek Cieślak, Piotr Krzyżanowski, Ewa Pogorzelska, Witold Urbaniak i Alecsandru Florea.

W drugiej połowie lat 80. podjęto decyzję o budowie w ZATarnów wytwórni Tarnoformu, a w 1994 r. uruchomiono pierwszą linię produkcyjną.W1997 roku uruchomiono drugą linię, osiągając pełną zdolność 10 tys. t/r. Kompleksowa technologia wytwarzania politroksanu opracowana dzięki ścisłej współpracy Instytutu Chemii Przemysłowej z Instytutem Nawozów Sztucznych i ZA w Tarnowie wzbudziła bardzo duże zainteresowanie firm zagranicznych, co doprowadziło do zawarcia i realizacji szeregu kontraktów, m.in. z chińską firmą Yuntianhua. W 2006 r. nastąpiła cesja praw dotyczących technologii politrioksanu na rzecz ZA Tarnów.


Polioksetan (Penton)


ICHP - technologia poliacetaliPolimer otrzymywany metodą polimeryzacji jonowej 3,3-bis(chlorometylo)oksetanu został wdrożony do produkcji pod nazwą Penton® w latach 1950–1958 przez firmę „Hercules Powder Co.”, USA.Wlatach 1964–1966 opracowano w Instytucie technologię otrzymywania monomeru i polimeruwskali laboratoryjnej i ćwierćtechnicznej. W skład Zespołu kierowanego przez Stanisława Penczka wchodzili m.in.: Marian Legocki, Irena Karwat, Przemysław Kubisa i Irena Penczek. Badania doprowadziły do opracowania projektu instalacji półtechnicznej o zdolności produkcyjnej 100 t/r. dla NZPO „Rokita” w Brzegu Dolnym. Niestety, w1970 r. ówczesne Ministerstwo Przemysłu Chemicznego podjęło decyzję o przerwaniu prac projektowo-wdrożeniowych.



PODSUMOWANIE

Rozwój badań, syntezy, właściwości i przetwórstwa polimerów konstrukcyjnych stworzyływInstytucie Chemii Przemysłowej ważną specjalizację. Instytut zbudował w tej dziedzinie trwałą pozycję wśród placówek badawczych, nie tylko polskich. Opracowanie tak trudnych i złożonych technologii wymagało współpracy wielu zespołów, co przyczyniło się do znacznej integracji Instytutu. Nastąpił rozwój wiedzy badawczej, zwłaszcza w zakresie polimeryzacji jonowej z otwarciem pierścienia, polikondensacji międzyfazowej i polimeryzacji utleniającej. Rozwinięto procesy przetwórstwa polimerów oraz ich modyfikacji, co doprowadziło do nowych specjalizacji Instytutu, takich jak reaktywne wytłaczanie i nanokompozyty.

Badania nad polimerami konstrukcyjnymi zaowocowały wieloma patentami, publikacjami krajowymi i zagranicznymi, udziałem w ważnych konferencjach międzynarodowych, a także monografią („Poliwęglany”, PWNT, Warszawa 1971). Pracownicy podnieśli swoje naukowe kwalifikacje, wykonując prace doktorskie (Z.Wielgosz, Z. Dobkowski, E. Wójcik-Jaworska, J. Biały, E. Rudnik) i habilitacyjne (Z. Dobkowski). Zdobyte doświadczenia umożliwiły opracowanie wielu nowych technologii nagrodzonych medalami na międzynarodowych wystawach wynalazków.

dr inż. Zbigniew Wielgosz

Zakład Technologii i Przetwórstwa Polimerów

Instytut Chemii Przemysłowej


Wszystkie zdjęcia pochodzą z archiwum IChP



Polimery konstrukcyjne - 50 lat badań w ICHP

Marian Słoń i Stanisław Mączeński
Marian Słoń i Stanisław Mączeński
Od lewej: dyr. Marian Słoń i inż. Stanisław Mączeński
Zbigniew Wielgosz, Bronisław Krajewski, Zbigniew Dobkowski i Hanna Jastrzębska-Antychowicz
Zbigniew Wielgosz, Bronisław Krajewski, Zbigniew Dobkowski i Hanna Jastrzębska-Antychowicz
Od lewej: Zbigniew Wielgosz, Bronisław Krajewski, Zbigniew Dobkowski i Hanna Jastrzębska-Antychowicz
Elżbieta Wójcik-Jaworska, Irena Zaborska, IzabelaWalewska, Magdalena Brzechffa
Elżbieta Wójcik-Jaworska, Irena Zaborska, IzabelaWalewska, Magdalena Brzechffa
Od lewej: Elżbieta Wójcik-Jaworska, Irena Zaborska, IzabelaWalewska, Magdalena Brzechffa
Negocjacje w Seulu
Negocjacje w Seulu
Negocjacje w Seulu w pierwszym rzędzie od lewej: Zbigniew Wielgosz, trzeci Zbigniew Dobkowski, czwarta — Kinga Grodner (Polservice)
Zbigniew Wielgosz, Lech Zakrzewski, Daniel W. Fox, Hanna Antychowicz
Zbigniew Wielgosz, Lech Zakrzewski, Daniel W. Fox, Hanna Antychowicz
Od lewej: Zbigniew Wielgosz, Lech Zakrzewski, Daniel W. Fox, Hanna Antychowicz
Zespół Instytutu
Zespół Instytutu
Od lewej: Marian Legocki, Konstanty Wróbel, Irena Penczek, Lech Zakrzewski, Zbigniew Łazowski, Bronisław Krajewski, Jan Biały, Jerzy Fejgin, £ora Silin-Boranowska, Jerzy Bojarski, Krystyna Starzyńska
Chińska wytwórnia poliacetali
Chińska wytwórnia poliacetali
Chińska wytwórnia poliacetali wg polskiej technologii
Instalacja poliacetali w Chinach
Instalacja poliacetali w Chinach
Instalacja poliacetali w Chinach: pierwszy od lewej Piotr Krzyżanowski, czwarty Janusz Stasiński
Premier Jerzy Buzek wręcza Zbigniewowi Wielgoszowi list gratulacyjny
Premier Jerzy Buzek wręcza Zbigniewowi Wielgoszowi list gratulacyjny
Premier Jerzy Buzek wręcza Zbigniewowi Wielgoszowi list gratulacyjny za złoty medal na 28. Międzynarodowej Wystawie Wynalazków w Genewie (2000 r.)