Strategic domains in the R&D activities of the (BIONANO- TECH) Institute in the aspect of cooperation between science and business

W artykule przedstawiono założenia polityki naukowej i działalności badawczo-rozwojowej Instytutu Biopolimerów i Włókien Chemicznych w aspekcie przyszłościowych działań na rzecz wzmocnienia współpracy między jednostkami naukowymi a podmiotami gospodarczymi. Omówiono strategiczne kierunki rozwoju instytutu w obszarach badawczych BIO-NANO-TECHNOPresented are outlines of the R&D policy of the Institute of Biopolymers and Chemical Fibres in the light of future activities directed toward the enhancement of cooperation between R&Dand business units. The Institute’s strategic BIO-NANO-TECHNO domain is highlighted

Badania nad wyodrębnianiem włókien celulozowych z jednorocznych odpadowych surowców roślinnych

This paper presents the results of cellulose fibre extraction from plant biomass including: rape, hemp and flax straws. The selected materials were treated by thermal/mechanical/chemical method in order to remove non-cellulosic components such as lignin, hemicellulose, and pectin as well as to obtain cellulosic material with suitable structure and properties necessary for the manufacture of nanofibres. It has been shown that the use of multistage chemical treatment using oxygen and peroxide compounds as delignifing agents for hemp and flax straws, allowed the safe removal of lignin and other non-cellulosic components without degradation of the cellulose fibres obtained, while maintaining a polymerization degree above 1000 units. It was found out that it is possible to obtain cellulose fibres from hemp and flax straws (type retted flax straw-fibre variety, flax straw-oil variety), which can be processed into cellulose micro-and nanofibres.W artykule przedstawiono wyniki badań procesu wyodrębniania celulozowych składników włóknistych z różnych biomasowych surowców roślinnych między innymi: słomy rzepaku, słomy konopnej, a także słom lnianych. Badane surowce roślinne charakteryzowały się zróżnicowanym składem chemicznym pod względem zawartości celulozy, ligniny czy substancji nieorganicznych, co jest istotnym elementem wpływającym na możliwość wyodrębnienia z nich włókien celulozowych. Wybrane surowce roślinne poddano obróbce termiczno-mechaniczno-chemicznej, w wyniku której w różnym stopniu następowało oczyszczenie biomasy od z niecelulozowych składników (ligniny, hemicelulozy i pektyn) oraz przygotowanie surowca celulozowego o założonej strukturze i właściwościach niezbędnych do ich przerobu na formy nanowłókniste

Metoda wytwarzania biodegradowalnych kopoliestrów alifatyczno-aromatycznych o polepszonej barwie

A family of biodegradable aliphatic-aromatic co-polyesters (BAAC) was prepared by polycondensation in the melt. The synthesis was carried out with the addition of a small amount of alkaline metals salts which produced the effect of a distinctly improved colour of the polyesters as registered in the L*, a*, b* system. The yellow index of the tested samples was calculated from the chromaticity coordinates X, Y, Z. The colour could have been further improved by an exposure to UV radiation. No change was observed in the average molecular mass of the tested co-polyesters as result of the exposure, while an insignificant drop occurred of the inherent viscosity.Metodą polikondensacji w stanie stopionym otrzymano grupę biodegradowalnych kopoliestrów alifatyczno-aromatycznych (BAAC). Syntezę prowadzono z udziałem niewielkiej ilości soli metali alkalicznych otrzymując znaczną poprawę barwy kopoliestrów rejestrowaną w systemie L*, a*, b. Na podstawie współrzędnych trójchromatycznych X, Y, Z, obliczono indeks żółtości badanych próbek. Dodatkową poprawę barwy uzyskano naświetlając próbki polimerów promieniowaniem UV. Po naświetlaniu nie stwierdzono zmian w średnich masach molowych badanych kopoliestrów, stwierdzono natomiast niewielkie spadki wartości lepkości inherętnej

Biomodyfikacja powierzchni siatek chirurgicznych przeznaczonych do zaopatrywania przepuklin

The article presents a method of producing a composite surgical mesh. A synthetic, macroporous mesh with mechanical properties similar to that of the abdominal wall and with reduced surface density compared to conventional surgical meshes was made of polypropylene (PP) monofilament. The mesh was used as a substrate for a layer of modified bacterial cellulose (MBC) produced by a microbial synthesis with the use of the Acetobacter xylinum strain. The PP mesh was coated with the MBC layer directly in the process of biosynthesis in liquid culture medium with the addition of chitosan modifier. During the resorption process, under the action of body enzymes, amino sugars are released from the MBC layer, which have the ability to stimulate tissue granulation and accelerate the wound healing process, while preventing formation of scars.W artykule przedstawiono sposób wytwarzania kompozytowych makroporowatych siatek chirurgicznych Makroporowate siatki, o właściwościach mechanicznych zbliżonych do anatomii brzucha i masie powierzchniowej obniżonej w stosunku do konwencjonalnej (masa powierzchniowa poniżej 80 g/m2, rozmiar mikro-porów powyżej 1 mm2, ciągliwość powyżej 16 N/cm), wykonanych z monofilamentu polipropylenowego, stanowiących matrycę dla biopolimeru wytwarzanego w drodze mikrobiologicznej syntezy. Modyfikację powierzchniową siatek polipropylenowych prowadzono bezpośrednio w procesie biosyntezy z udziałem bakterii Acetobacter xylinum w płynnym podłożu hodowlanym z dodatkiem modyfikatora chitozanowego. W trakcie resorpcji warstwy celulozowej uwalniane są oligomery chitozanu, które wykazują zdolność do stymulowania ziarninowania tkanki i przyspieszenia procesu gojenia ran, zapobiegając jednocześnie powstawaniu blizn

Określenie wpływu temperatury formowania na właściwości włóknin spun-bonded wytworzonych z PBSA

This article presents the influence of the formation temperature of nonwovens from biodegradable aliphatic polyesters (trade name Bionolle) on their structure and mechanical properties. Nonwovens were produced by spun-bonded technique at a laboratory installation at IBWCh, changing one of the process parameters i.e. the temperature of the polymer. Basic parameters of the polymer were evaluated in order to determine the spun-bonded process condition. Phase transition temperature - glass transition temperature (Tg), -melting point (Tm) and mass flow index (MFI)were assessed. The effect of manufacturing conditions on the properties of the nonwovens obtained was identified on the basis of the analysis of their mechanical parameters, the sorption rate, crystallinity and compost biodegradation rate. It has been shown that 238 °C is the best formation temperature to produce nonwovens with good mechanical properties and at the same time accessible biodegrability.W artykule przedstawiono badania wpływu temperatury formowania na właściwości mechaniczne i strukturę włóknin otrzymywanych z biodegradowalnego poliestru alifatycznego (nazwa handlowa Bionolle). Włókniny wyprodukowano metodą spun-bonded na instalacji laboratoryjnej IBWCh. Ocenione zostały podstawowe parametry polimeru, które służyły do określenia warunków formowania włóknin, są to między innymi temperatury przemian fazowych: temperatura zeszklenia (Tg), temperatura topnienia (Tm) i masowy indeks płynięcia (MFI). Wpływ warunków wytwarzania na właściwości włóknin został określony na podstawie analizy ich parametrów mechanicznych, szybkości sorpcji, krystaliczności i biodegradacji w środowisku kompostowym. Wykazano, że temperatura wytwarzania włóknin 238 °C pozwala na produkcję włóknin o dobrych właściwościach mechanicznych

Methods of research to assess biodegradability of biomass materials

Powolny rozwój energetyki wiatrowej, geotermalnej oraz słonecznej spowodował, iż najważniejszym źródłem energii odnawialnej w Polsce jest biomasa. Biomasa może być pozyskiwana z obszarów leśnych, upraw roślin energetycznych i odzyskiwania z odpadów przemysłowych i komunalnych. Energetyka odnawialna w Polsce wiąże duże nadzieje z rosnącym wykorzystaniem tego źródła energii. Wraz z pojawieniem się nowych technologii wykorzystania biomasy, usprawniających dotychczasowe systemy gospodarki energią, konieczna jest kompleksowa ocena oddziaływania na środowisko oraz określenia uzyskanych efektów ekologicznych związanych z ich wykorzystaniem. Szczególnie odnosi się to do ustalenia właściwej metodyki oceny biodegradowalności tych materiałów.In view of slow development of wind, geothermal and solar power engineering, biomass is the most important sustainable energy source in Poland. Biomass can be obtained from forest and agricultural areas, energy crops, or recovered from industrial and communal waste. The renewable power sector in Poland has high hopes associated with increased use of that energy source. The advent of new technologies associated with biomass utilization, supplementing the power management systems used to date, necessitates complex assessment of the environmental impacts and determination of ecologic effects obtainable owing to implementation of such technologies. In particular, it is necessary to develop an appropriate methodology for assessment of biodegradability of such materials

Cellulose nano fibres produced from vegetal biomass

W artykule opisano metodę otrzymywania mikro- i nanowłókien celulozowych z biomasy roślinnej (głównie słoma rzepaku, pszenicy konopi, lnu) oraz odpadów włókienniczych – niedoprzędu lnianego. Technologia ta opracowana została w Instytucie Biopolimerów i Włókien Chemicznych w ramach realizacji projektu POIG pt. „Zastosowanie biomasy do wytwarzania polimerowych materiałów przyjaznych środowisku” akronim BIOMASA. Opracowana technologia stanowi kombinację metod obróbki mechanicznej, chemicznej, termicznej i enzymatycznej wspomnianych surowców.The article describes the method of producing micro and nano fibres of cellulose from vegetal biomass (mostly rapeseed straw, wheat, hemp, flax) as well as textile waste – flax roving. This technology was developed at the Institute of Biopolymers and Chemical Fibres under POIG project titled “Use of biomass in production of environmentally friendly polymer materials”, acronym BIOMASA. Developed technology is a combination of mechanical, chemical, thermal and enzymatic processing of aforementioned raw materials

Badania procesu wytwarzania mikro- i nanowłókien celulozowych ze słomy konopnej z wykorzystaniem kompleksu celulolitycznego z Aspergillus niger

Cellulose micro- and nanofibers were produced on a base of pulp obtained as a result of thermal-mechanical and chemical pretreatment of hemp straw. Isolation of micro-and nanofibres was carried out using the enzymatic treatment with the use of a cellulolytic complex of Aspergillus niger and two-stage enzymatic and mechanical treatment. Nanofibres obtained by intense enzymatic treatment were characterized by a diameter of less than 100 nm. As a result of the two-stage enzymatic-mechanical treatment micro-and nanofibres were obtained with a diameter in the range of 25-400 nm and a length of several hundred nanometers to several micrometers.Mikro- i nanowłókna celulozowe zostały wytworzone na bazie masy celulozowej otrzymanej w wyniku wstępnej obróbki termo-mechanicznej i chemicznej słomy konopnej. Izolacja mikro- i nanowłókien była przeprowadzona przy wykorzystaniu obróbki enzymatycznej z zastosowaniem kompleksu celulolitycznego z Aspergillus niger oraz obróbki dwuetapowej – enzymatycznej i mechanicznej dezintegracji. Nanowłókna otrzymane w wyniku intensywnej obróbki enzymatycznej przypominały wyglądem nanokryształy celulozowe wytwarzane na drodze hydrolizy kwasowej i charakteryzowały się średnicą poniżej 100 nm. W wyniku dwuetapowej obróbki enzymatyczno-mechanicznej otrzymano mikro- i nanowłókna o średnicach w zakresie 25 - 400 nm i długości od kilkuset nanometrów do kilku mikrometrów. Dla porównania wyjściową masę celulozową poddano jedynie obróbce mechanicznej, jednak nie doprowadziła ona do powstania nanowłókien a jedynie do częściowej fibrylizacji włókien celulozowych

Elektroprzędzenie materiałów włóknistych o uszeregowanych włóknach na wewnętrznej szybko obracającej się powierzchni stożkowej

The paper presents a new way for producing fibrous mats with aligned micro- and nanofibres by electrospinning technique using a fast rotating filter basket of a properly adapted commercial centrifugal juicer as the collecting electrode. This method was used to obtain the fibrous materials from polylactide (PLA) and polyvinyl alcohol (PVA) with different degrees of fibres aligned depending on the linear velocity of the rotating substrate. The highest degree of the fibre alignment, measured by the planar orientation factor, with a value of 0.8 - 0.9, was obtained at the linear speeds of the rotating substrate in the range of 22 - 36 m/s. Using the gravimetric method, the velocity of fibre formation during electrospinning was tested under different conditions, i.e. at the immobile substrate as well as rapidly rotating, reaching values ranging from 4 to 200 m/s. The investigations suggest that electrospinning of the fibres on the rapidly rotating substrate is not only a modification of their receiving, but also significantly changes the nature of the fibre formation in this spinning technique.W artykule przedstawiono nowy sposób wytwarzania mat włóknistych o uszeregowanych mikro- i nano-włóknach techniką elektroprzędzenia, wykorzystujący szybkoobrotowy kosz filtracyjny w odpowiednio dostosowanej komercyjnej sokowirówce odśrodkowej jako elektrodę odbiorczą. Metodą tą uzyskano materiały włókniste z polilaktydu (PLA) i polialkoholu winylowego (PVA) o różnym stopniu uszeregowania włókien, zależnym od szybkości liniowej obracającego się podłoża. Najwyższy stopień uszeregowania włókien, mierzony czynnikiem orientacji płaskiej, osiągnął wartości 0,8-0,9 przy szybkości liniowej obracającego się podłoża w zakresie 22-36 m/s. Stosując metodę grawimetryczną badano szybkość formowania włókien przy elektroprzędzeniu w różnych warunkach, tak przy nieruchomym jak i szybko obracającym się podłożu, osiągając wartości w zakresie od 4 do 200 m/s. Wskazano także, że elektroprzędzenie włókien z odbiorem na szybko obracające się podłoże nie jest tylko modyfikacją odbioru tych włókien, ale istotnie zmienia charakter formowania włókien w tej technice przędzenia

Badania czystości chemicznej biodegradowalnych włókien z kopoliestrów alifatycznych przeznaczonych do celów medycznych

Fibres prepared on an experimental scale from biodegradable copolyester of glycolide and lactide (PLGA) and from PLGA with the addition of 9% of atactic poly([R,S]-3-hydroxybutyrate (PLGA+a-PHB) were characterised to assess their possible use in the preparation of surgery sutures. Commercial spinfinish Estesol PF 790 (Bozzetto Group, Italy) was applied on the fibres in the spinning step. A method was prepared for an organic extraction of the spinfinish from the PLGA fibres, and the process efficacy was assessed by scanning electron microscopy (SEM) and by estimating chemical purity. With spinfinish removed, the fibres were subjected to an extraction process which simulated the utilisation of the products in an aqueous medium. The aqueous extracts were analysed to estimate contamination contents. Also estimated was the time in which the fibres degrade when subjected to surplus extraction in an aqueous medium.Włókna wytworzone w skali doświadczalnej z biodegradowalnego kopoliestru glikolidu z laktydem (PLGA) i PLGA z dodatkiem 9% ataktycznego polihydroksykwasu masłowego (PLGA+a-PHB), z naniesioną handlową preparacją przędzalniczą Estesol PF 790 (Bozzetto Group), poddano charakterystyce fizykochemicznej w zakresie możliwości zastosowania ich jako potencjalne produkty o przeznaczeniu medycznym. Opracowano metodykę procesu ekstrakcji organicznej dla włókien PLGA, wyznaczono czas trwania procesu i oceniono jego efektywność za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz badań czystości chemicznej. Biodegradowalne włókna poddano procesowi ekstrakcji symulującej użytkowanie wyrobu w oparciu o normę PN-EN ISO 10993-12:2009. Wyznaczono również parametry fizykochemiczne, takie jak: stopień zmętnienia, zawartość jonów siarczanowych i chlorkowych, zawartość substancji rozpuszczalnych w wodzie, zawartość środków pianotwórczych, zawartość jonów metali ciężkich oraz odczyn pH. Określono czas resorpcji włókien w warunkach ekstrakcji nadmiernej oraz oznaczono zawartość metali ciężkich po całkowitej degradacji badanych włókien. Badaniom poddano również handlowe produkty: Resomer GL 903 - kopolimer glikolidu z laktydem firmy BOEHRINGE INGELHEIM oraz nici chirurgiczne MEDSORB wytworzone z kopolimeru glikolidu z laktydem firmy MEDEKS jako materiały odniesienia