Projekty a granty

Experimentální studie akcelerace výkonu biopolymerní fáze v kompozitních strukturách

SP2025/071

Rozbor stavu problematiky v ČR a ve světě Biopolymerní materiály, např. biokompozity, získávají na významu v různých průmyslových odvětvích, a to díky rostoucí poptávce po ekologicky šetrných materiálových alternativách ve stavebnictví. V České republice je výzkum a aplikace biopolymerů a biopolymerních kompozitů stále minoritním tématem výzkumu, i když v posledních letech získává tento obor na významu. Důkazem zvýšené pozornosti upřené na využití biopolymerů je vznik Platformy pro bioekonomiku ČR, jejíž členem je například Ministerstvo životního prostředí či Ministerstvo průmyslu a obchodu [1]. Průmyslový sektor začíná více investovat do výzkumu biokompozitů, a to v mnoha průmyslových oblastech. Nabízí se tedy možná budoucí spolupráce na grantové žádosti s potenciálním průmyslovým partnerem. Většina studií se zaměřuje na zlepšení mechanických a chemických vlastností biopolymerů prostřednictvím různých technologií, jako jsou aditiva, nanomateriály nebo funkční plniva. Významná část výzkumu je rovněž zaměřena na modifikaci biopolymerů pro lepší zpracovatelnost a stabilitu, což je kladeno za cíl hlavně v oblasti bioplastů a biokompozitů. [2,3]. V posledních několika dekádách se stala pro vědce z celého světa zajímavá tzv. plazmová funkcionalizace povrchu, což je plazmové technologie, které se zaměřují na povrchové úpravy, zahrnují proces generování plazmatu a aktivních částic, jež jsou následně transportovány na povrch materiálu. Tyto aktivní částice mohou interagovat s povrchem, vyvolávat chemické změny, např. připojením nových chemických funkčních skupin vlivem působení plazmatu, a vést k makroskopickým změnám, které se projevují především změnou určitých fyzikálních vlastností [4,5]. Předmětem tohoto projektu bude zejména zkoumání vlivu úpravy povrchu vybraných biopolymerních fází aplikovaných do kompozitních struktur. Jako biopolymerní fáze [6] budou využity různé druhy celulózových vláken, jelikož tato vlákna jsou poměrně levná, obnovitelná a šetrná k životnímu prostředí [7]. Klíčovou úlohu budou zastávat především kokosová, jutová a sisalová vlákna v různých rozměrových variantách, přizpůsobených velikosti spoje dřevokompozitu. Úprava povrchu přírodních vláken plazmou je technologie, která je přátelská k životnímu prostředí, což se plně ztotožňuje s filozofií biokompozitních materiálů [8]. Studie ukazují, že integrace biopolymerních fází do lepených spojů v dřevokompozitech může významně zlepšit jejich mechanické vlastnosti, což je důležité pro jejich využití v konstrukčních aplikacích a optimalizaci těchto spojů. Publikace na toto téma: [1] Online. Platforma pro bioekonomiku České republiky. Dostupné z: https://bioeconomy.czu.cz/cs/r-14276-o-nas. [cit. 2024-12-18]. [2] Kompozity s bioplnivy – úspěšné řešení z České republiky. Online. Bate2Biotech. Dostupné z: http://www.gate2biotech.cz/kompozity-s-bioplnivy-uspesne-reseni-z-ceske-republiky/. [cit. 2024-12-18]. [3] Odpad z dřevního průmyslu nabízí materiál pro udržitelné kompozitní fólie. Online. ProfiPress. Dostupné z: https://odpady-online.cz/odpad-z-drevniho-prumyslu-nabizi-material-pro-udrzitelne-kompozitni-folie/. [cit. 2024-12-18]. [4] Mona Vajpayee, Mumal Singh, Lalita Ledwani, Non-thermal plasma treatment of cellulosic biopolymer to enhance its surface property for various applications: A review, ISSN 2214-7853 [5] Černý Pavel, Plazmochemické úpravy za účelem funkcionalizace povrchu: Disertační práce, Technická univerzita v Liberci, 2017 [6] Karen Christina, Kavitha Subbiah, Prince Arulraj, Suresh Kumar Krishnan, Palanivel Sathishkumar, A sustainable and eco-friendly approach for environmental and energy management using biopolymers chitosan, lignin and cellulose — A review, 2024, ISSN 0141-8130 [7] K. M. Faridul Hasan, Péter György Horváth, Miklós Bak, Tibor Alpár, A state-of-the-art review on coir fiber-reinforced biocomposites, ISSN 2046-2069 [8] Habr Jiří, Výzkum technologie přípravy a zpracování biokompozitů s PLA matricí a vlákny rostlinného původu: Disertační práce, Technická univerzita v Liberci, 2016 Metody řešení V rámci experimentu bude probíhat příprava vzorků a následné ověření vlastností různých kompozitních materiálů s několika druhy biopolymerních výztuží, které budou povrchově upraveny plazmovou technologií. Využity budou různé instrumentální metody analýz, mechanické zkoušky, a také trvanlivostní zkoušky. Z instrumentálních metod analýz může být využita například rentgenová fluorescenční analýza, která je nedestruktivní analytickou metodou k určení chemického složení vzorků, optické mikroskopy, termická analýza, která sleduje hmotnostní a tepelné změny při konstantním zahřívání vzorků, kolorimetrie, což je metoda pro měření barevnosti, kde určování barev probíhá v systému CIELab. Další metodou bude infračervená spektroskopie, což je nedestruktivní metoda k určení složení materiálů, využity budou i optické mikroskopy nebo termická analýza, která sleduje hmotnostní a tepelné změny při konstantním zahřívání vzorků. V Laboratoři stavebních hmot budou zkoušeny vybrané mechanické charakteristiky dřevokompozitních materiálů, pro trvanlivostní zkoušky bude využita i klimatická komora, která je schopna nasimulovat různé environmentální podmínky prostředí. Další zkoušky mohou být doplňovány dle aktuální potřeby a výsledků předchozích experimentů v rámci projektu. Externě budou nakupovány i speciální analýzy, jejichž rozsah bude upřesněn v průběhu řešení tohoto projektu. Jedná se zejména o speciální analýzy uskutečnitelné pouze na specializovaných pracovištích. Majoritní nakupovanou analýzou bude medota funkcionalizace povrchu pomocí plazmy, přičemž tato problematika a metodika ošetřování přesahuje experimentální možnosti FAST. Využit bude také skenovací elektronový mikroskop (SEM), který slouží k analýze různých materiálů, kde sledujeme struktury daného materiálu, které jsou pod rozlišovacími schopnostmi běžného optického mikroskopu. Vybrané normy související s tímto projektem: ČSN EN 14 080 Dřevěné konstrukce – Lepené lamelové dřevo a lepené rostlé dřevo - Požadavky ČSN EN 302-1 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Část 1: Stanovení podélné pevnosti ve smyku při tahovém namáhání ČSN EN 302-1 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Část 2: Stanovení odolnosti proti delaminaci ČSN EN ISO 10365 Lepidla – Označení hlavních typů porušení lepeného spoje ČSN EN 13 183-1 Vlhkost vzorku řeziva – Část 1: Stanovení váhovou metodou ČSN EN 13 183-2 Vlhkost vzorku řeziva – Část 2: Odhad elektrickou odporovou metodou ČSN EN 13 183-3 Vlhkost vzorku řeziva – Část 3: Odhad kapacitní metodou Očekávaný rozsah vzorků Celkem bude vyrobeno přibližně 150 kusů vzorků o různých dimenzích, které budou dále testovány. Využity budou různé druhy dřevokompozitních materiálů, na nichž budou testovány zejména pojivové fáze těchto kompozitů, u kterých budou zlepšovány mechanické charakteristiky několika druhy biopolymerních výztužní, které budou nejen fyzikálně upravovány speciálními metodami popsanými v sekci Metody řešení. Testovány budou i vlastnosti dostupných pojivových fází pro vytvoření kompozitních struktur. Zdůvodnění zapojení členů týmu Ing. Adéla Valentová – studentka – hlavní řešitelka, studentka 3. ročníku doktorského studia, téma disertační práce: Biopolymery a jejich uplatnění ve stavebních materiálech a technologiích. Vykonávaná činnost – rešerše zdrojů, příprava publikací, koordinace projektu a práce v laboratoři. Ing. Petr Ćmiel – student – spoluřešitel, student 2. ročníku doktorského studia. Téma jeho disertační práce: Diagnostika stavebních konstrukcí pro pokročilou statickou analýzu. Jeho uplatnění v rámci projektu bude práce v laboratoři. Ing. David Hahn – student – spoluřešitel, student 2. ročníku doktorského studia. Téma jeho disertační práce: Příčiny vad a poruch kontaktních zateplovacích systémů. V tomto projektu bude nápomocen při aplikaci a vývoji konstrukčních dřevokompozitních systémů, jelikož jeho zaměření z bakalářského i navazujícího magisterského studia jsou pozemní a průmyslové stavby. Ing. Tereza Majstríková, Ph.D. – akademický pracovník – Katedra stavebních hmot a diagnostiky staveb. V tomto projektu bude nápomocna při vyhodnocování výsledků analytických metod měření, na které se ve své odborné činnosti zaměřuje. doc. Ing. Jana Daňková, Ph.D. – akademický pracovník – Katedra stavebních hmot a diagnostiky staveb, školitelka hlavní řešitelky. Náklady Zdůvodnění plánovaných finančních nákladů Stipendia Valentová 45 000 Kč, Ćmiel 10 000 Kč, Hahn 10 000 Kč Odůvodnění stipendia hlavní řešitelky: Ing. Valentová má zodpovědnost za kompletní koordinaci, řešení tohoto projektu i přípravu publikací. Není zároveň zapojena do žádného dalšího projektu SGS, neprobíhá tedy souběh více zdrojů stipendií. Odůvodnění stipendia zapojených členů: Ing. Ćmiel a Ing. Hahn budou nápomocni v řešení projektu zejména u laboratorních činností, které jsou fyzicky náročnější. Zároveň se však budou podílet na publikační činnosti. Celkem: 65 000 Kč Materiál Zkušební vzorky (různé druhy pojiv či plniv, stavební chemie, vzorky dřevokompozitů apod.) = 14 000 Kč drobné spotřební nářadí (laboratorní nádobí a nástroje, vzorkovnice apod.) = 2 285 Kč Celkem: 16 285 Kč Služby Nákup vybraných externích speciálních analýz 11 800 Kč Konference Asociace korozních inženýrů, vložné cca 4 500 Kč + DPH pro akademické pracovníky a cca 2 500 Kč + DPH pro studenty (vychází z cen pro rok 2024, pro rok 2025 není ceník zveřejněn). Celkem 9 500 Kč Celkem: 21 300 Kč Cestovné Cesty na konference a spolupracující pracoviště, ubytování, stravné = 15 000 Kč Náklady na cestovné a ubytování budou upravovány dle aktuálních cen dopravy a ubytování v daných termínech a lokalitách. Režie 13 065 Kč Celkem 130 650 Kč Harmonogram prací: Leden – únor – rešerše dostupných článků a literatury Únor – červen – příprava zkušebních vzorků, testování vstupních surovin, trvanlivostní zkoušky, speciální zkoušky Březen – září – trvanlivostní zkoušky, speciální zkoušky, vyhodnocování výsledků, překlady, korektury, publikační činnost Říjen – listopad – doplňkové zkoušky, korektury, publikační činnost Prosinec – věcné a finanční dokončení projektu, příprava závěrečné zprávy

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Valentová Adéla Ing.

Experimentální studie akcelerace výkonu biopolymerní fáze v kompozitních strukturách

SP2025/071

Rozbor stavu problematiky v ČR a ve světě Biopolymerní materiály, např. biokompozity, získávají na významu v různých průmyslových odvětvích, a to díky rostoucí poptávce po ekologicky šetrných materiálových alternativách ve stavebnictví. V České republice je výzkum a aplikace biopolymerů a biopolymerních kompozitů stále minoritním tématem výzkumu, i když v posledních letech získává tento obor na významu. Důkazem zvýšené pozornosti upřené na využití biopolymerů je vznik Platformy pro bioekonomiku ČR, jejíž členem je například Ministerstvo životního prostředí či Ministerstvo průmyslu a obchodu [1]. Průmyslový sektor začíná více investovat do výzkumu biokompozitů, a to v mnoha průmyslových oblastech. Nabízí se tedy možná budoucí spolupráce na grantové žádosti s potenciálním průmyslovým partnerem. Většina studií se zaměřuje na zlepšení mechanických a chemických vlastností biopolymerů prostřednictvím různých technologií, jako jsou aditiva, nanomateriály nebo funkční plniva. Významná část výzkumu je rovněž zaměřena na modifikaci biopolymerů pro lepší zpracovatelnost a stabilitu, což je kladeno za cíl hlavně v oblasti bioplastů a biokompozitů. [2,3]. V posledních několika dekádách se stala pro vědce z celého světa zajímavá tzv. plazmová funkcionalizace povrchu, což je plazmové technologie, které se zaměřují na povrchové úpravy, zahrnují proces generování plazmatu a aktivních částic, jež jsou následně transportovány na povrch materiálu. Tyto aktivní částice mohou interagovat s povrchem, vyvolávat chemické změny, např. připojením nových chemických funkčních skupin vlivem působení plazmatu, a vést k makroskopickým změnám, které se projevují především změnou určitých fyzikálních vlastností [4,5]. Předmětem tohoto projektu bude zejména zkoumání vlivu úpravy povrchu vybraných biopolymerních fází aplikovaných do kompozitních struktur. Jako biopolymerní fáze [6] budou využity různé druhy celulózových vláken, jelikož tato vlákna jsou poměrně levná, obnovitelná a šetrná k životnímu prostředí [7]. Klíčovou úlohu budou zastávat především kokosová, jutová a sisalová vlákna v různých rozměrových variantách, přizpůsobených velikosti spoje dřevokompozitu. Úprava povrchu přírodních vláken plazmou je technologie, která je přátelská k životnímu prostředí, což se plně ztotožňuje s filozofií biokompozitních materiálů [8]. Studie ukazují, že integrace biopolymerních fází do lepených spojů v dřevokompozitech může významně zlepšit jejich mechanické vlastnosti, což je důležité pro jejich využití v konstrukčních aplikacích a optimalizaci těchto spojů. Publikace na toto téma: [1] Online. Platforma pro bioekonomiku České republiky. Dostupné z: https://bioeconomy.czu.cz/cs/r-14276-o-nas. [cit. 2024-12-18]. [2] Kompozity s bioplnivy – úspěšné řešení z České republiky. Online. Bate2Biotech. Dostupné z: http://www.gate2biotech.cz/kompozity-s-bioplnivy-uspesne-reseni-z-ceske-republiky/. [cit. 2024-12-18]. [3] Odpad z dřevního průmyslu nabízí materiál pro udržitelné kompozitní fólie. Online. ProfiPress. Dostupné z: https://odpady-online.cz/odpad-z-drevniho-prumyslu-nabizi-material-pro-udrzitelne-kompozitni-folie/. [cit. 2024-12-18]. [4] Mona Vajpayee, Mumal Singh, Lalita Ledwani, Non-thermal plasma treatment of cellulosic biopolymer to enhance its surface property for various applications: A review, ISSN 2214-7853 [5] Černý Pavel, Plazmochemické úpravy za účelem funkcionalizace povrchu: Disertační práce, Technická univerzita v Liberci, 2017 [6] Karen Christina, Kavitha Subbiah, Prince Arulraj, Suresh Kumar Krishnan, Palanivel Sathishkumar, A sustainable and eco-friendly approach for environmental and energy management using biopolymers chitosan, lignin and cellulose — A review, 2024, ISSN 0141-8130 [7] K. M. Faridul Hasan, Péter György Horváth, Miklós Bak, Tibor Alpár, A state-of-the-art review on coir fiber-reinforced biocomposites, ISSN 2046-2069 [8] Habr Jiří, Výzkum technologie přípravy a zpracování biokompozitů s PLA matricí a vlákny rostlinného původu: Disertační práce, Technická univerzita v Liberci, 2016 Metody řešení V rámci experimentu bude probíhat příprava vzorků a následné ověření vlastností různých kompozitních materiálů s několika druhy biopolymerních výztuží, které budou povrchově upraveny plazmovou technologií. Využity budou různé instrumentální metody analýz, mechanické zkoušky, a také trvanlivostní zkoušky. Z instrumentálních metod analýz může být využita například rentgenová fluorescenční analýza, která je nedestruktivní analytickou metodou k určení chemického složení vzorků, optické mikroskopy, termická analýza, která sleduje hmotnostní a tepelné změny při konstantním zahřívání vzorků, kolorimetrie, což je metoda pro měření barevnosti, kde určování barev probíhá v systému CIELab. Další metodou bude infračervená spektroskopie, což je nedestruktivní metoda k určení složení materiálů, využity budou i optické mikroskopy nebo termická analýza, která sleduje hmotnostní a tepelné změny při konstantním zahřívání vzorků. V Laboratoři stavebních hmot budou zkoušeny vybrané mechanické charakteristiky dřevokompozitních materiálů, pro trvanlivostní zkoušky bude využita i klimatická komora, která je schopna nasimulovat různé environmentální podmínky prostředí. Další zkoušky mohou být doplňovány dle aktuální potřeby a výsledků předchozích experimentů v rámci projektu. Externě budou nakupovány i speciální analýzy, jejichž rozsah bude upřesněn v průběhu řešení tohoto projektu. Jedná se zejména o speciální analýzy uskutečnitelné pouze na specializovaných pracovištích. Majoritní nakupovanou analýzou bude medota funkcionalizace povrchu pomocí plazmy, přičemž tato problematika a metodika ošetřování přesahuje experimentální možnosti FAST. Využit bude také skenovací elektronový mikroskop (SEM), který slouží k analýze různých materiálů, kde sledujeme struktury daného materiálu, které jsou pod rozlišovacími schopnostmi běžného optického mikroskopu. Vybrané normy související s tímto projektem: ČSN EN 14 080 Dřevěné konstrukce – Lepené lamelové dřevo a lepené rostlé dřevo - Požadavky ČSN EN 302-1 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Část 1: Stanovení podélné pevnosti ve smyku při tahovém namáhání ČSN EN 302-1 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Část 2: Stanovení odolnosti proti delaminaci ČSN EN ISO 10365 Lepidla – Označení hlavních typů porušení lepeného spoje ČSN EN 13 183-1 Vlhkost vzorku řeziva – Část 1: Stanovení váhovou metodou ČSN EN 13 183-2 Vlhkost vzorku řeziva – Část 2: Odhad elektrickou odporovou metodou ČSN EN 13 183-3 Vlhkost vzorku řeziva – Část 3: Odhad kapacitní metodou Očekávaný rozsah vzorků Celkem bude vyrobeno přibližně 150 kusů vzorků o různých dimenzích, které budou dále testovány. Využity budou různé druhy dřevokompozitních materiálů, na nichž budou testovány zejména pojivové fáze těchto kompozitů, u kterých budou zlepšovány mechanické charakteristiky několika druhy biopolymerních výztužní, které budou nejen fyzikálně upravovány speciálními metodami popsanými v sekci Metody řešení. Testovány budou i vlastnosti dostupných pojivových fází pro vytvoření kompozitních struktur. Zdůvodnění zapojení členů týmu Ing. Adéla Valentová – studentka – hlavní řešitelka, studentka 3. ročníku doktorského studia, téma disertační práce: Biopolymery a jejich uplatnění ve stavebních materiálech a technologiích. Vykonávaná činnost – rešerše zdrojů, příprava publikací, koordinace projektu a práce v laboratoři. Ing. Petr Ćmiel – student – spoluřešitel, student 2. ročníku doktorského studia. Téma jeho disertační práce: Diagnostika stavebních konstrukcí pro pokročilou statickou analýzu. Jeho uplatnění v rámci projektu bude práce v laboratoři. Ing. David Hahn – student – spoluřešitel, student 2. ročníku doktorského studia. Téma jeho disertační práce: Příčiny vad a poruch kontaktních zateplovacích systémů. V tomto projektu bude nápomocen při aplikaci a vývoji konstrukčních dřevokompozitních systémů, jelikož jeho zaměření z bakalářského i navazujícího magisterského studia jsou pozemní a průmyslové stavby. Ing. Tereza Majstríková, Ph.D. – akademický pracovník – Katedra stavebních hmot a diagnostiky staveb. V tomto projektu bude nápomocna při vyhodnocování výsledků analytických metod měření, na které se ve své odborné činnosti zaměřuje. doc. Ing. Jana Daňková, Ph.D. – akademický pracovník – Katedra stavebních hmot a diagnostiky staveb, školitelka hlavní řešitelky. Náklady Zdůvodnění plánovaných finančních nákladů Stipendia Valentová 45 000 Kč, Ćmiel 10 000 Kč, Hahn 10 000 Kč Odůvodnění stipendia hlavní řešitelky: Ing. Valentová má zodpovědnost za kompletní koordinaci, řešení tohoto projektu i přípravu publikací. Není zároveň zapojena do žádného dalšího projektu SGS, neprobíhá tedy souběh více zdrojů stipendií. Odůvodnění stipendia zapojených členů: Ing. Ćmiel a Ing. Hahn budou nápomocni v řešení projektu zejména u laboratorních činností, které jsou fyzicky náročnější. Zároveň se však budou podílet na publikační činnosti. Celkem: 65 000 Kč Materiál Zkušební vzorky (různé druhy pojiv či plniv, stavební chemie, vzorky dřevokompozitů apod.) = 14 000 Kč drobné spotřební nářadí (laboratorní nádobí a nástroje, vzorkovnice apod.) = 2 285 Kč Celkem: 16 285 Kč Služby Nákup vybraných externích speciálních analýz 11 800 Kč Konference Asociace korozních inženýrů, vložné cca 4 500 Kč + DPH pro akademické pracovníky a cca 2 500 Kč + DPH pro studenty (vychází z cen pro rok 2024, pro rok 2025 není ceník zveřejněn). Celkem 9 500 Kč Celkem: 21 300 Kč Cestovné Cesty na konference a spolupracující pracoviště, ubytování, stravné = 15 000 Kč Náklady na cestovné a ubytování budou upravovány dle aktuálních cen dopravy a ubytování v daných termínech a lokalitách. Režie 13 065 Kč Celkem 130 650 Kč Harmonogram prací: Leden – únor – rešerše dostupných článků a literatury Únor – červen – příprava zkušebních vzorků, testování vstupních surovin, trvanlivostní zkoušky, speciální zkoušky Březen – září – trvanlivostní zkoušky, speciální zkoušky, vyhodnocování výsledků, překlady, korektury, publikační činnost Říjen – listopad – doplňkové zkoušky, korektury, publikační činnost Prosinec – věcné a finanční dokončení projektu, příprava závěrečné zprávy

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Valentová Adéla Ing.

Experimentální studie akcelerace výkonu biopolymerní fáze v kompozitních strukturách

SP2025/071

Rozbor stavu problematiky v ČR a ve světě Biopolymerní materiály, např. biokompozity, získávají na významu v různých průmyslových odvětvích, a to díky rostoucí poptávce po ekologicky šetrných materiálových alternativách ve stavebnictví. V České republice je výzkum a aplikace biopolymerů a biopolymerních kompozitů stále minoritním tématem výzkumu, i když v posledních letech získává tento obor na významu. Důkazem zvýšené pozornosti upřené na využití biopolymerů je vznik Platformy pro bioekonomiku ČR, jejíž členem je například Ministerstvo životního prostředí či Ministerstvo průmyslu a obchodu [1]. Průmyslový sektor začíná více investovat do výzkumu biokompozitů, a to v mnoha průmyslových oblastech. Nabízí se tedy možná budoucí spolupráce na grantové žádosti s potenciálním průmyslovým partnerem. Většina studií se zaměřuje na zlepšení mechanických a chemických vlastností biopolymerů prostřednictvím různých technologií, jako jsou aditiva, nanomateriály nebo funkční plniva. Významná část výzkumu je rovněž zaměřena na modifikaci biopolymerů pro lepší zpracovatelnost a stabilitu, což je kladeno za cíl hlavně v oblasti bioplastů a biokompozitů. [2,3]. V posledních několika dekádách se stala pro vědce z celého světa zajímavá tzv. plazmová funkcionalizace povrchu, což je plazmové technologie, které se zaměřují na povrchové úpravy, zahrnují proces generování plazmatu a aktivních částic, jež jsou následně transportovány na povrch materiálu. Tyto aktivní částice mohou interagovat s povrchem, vyvolávat chemické změny, např. připojením nových chemických funkčních skupin vlivem působení plazmatu, a vést k makroskopickým změnám, které se projevují především změnou určitých fyzikálních vlastností [4,5]. Předmětem tohoto projektu bude zejména zkoumání vlivu úpravy povrchu vybraných biopolymerních fází aplikovaných do kompozitních struktur. Jako biopolymerní fáze [6] budou využity různé druhy celulózových vláken, jelikož tato vlákna jsou poměrně levná, obnovitelná a šetrná k životnímu prostředí [7]. Klíčovou úlohu budou zastávat především kokosová, jutová a sisalová vlákna v různých rozměrových variantách, přizpůsobených velikosti spoje dřevokompozitu. Úprava povrchu přírodních vláken plazmou je technologie, která je přátelská k životnímu prostředí, což se plně ztotožňuje s filozofií biokompozitních materiálů [8]. Studie ukazují, že integrace biopolymerních fází do lepených spojů v dřevokompozitech může významně zlepšit jejich mechanické vlastnosti, což je důležité pro jejich využití v konstrukčních aplikacích a optimalizaci těchto spojů. Publikace na toto téma: [1] Online. Platforma pro bioekonomiku České republiky. Dostupné z: https://bioeconomy.czu.cz/cs/r-14276-o-nas. [cit. 2024-12-18]. [2] Kompozity s bioplnivy – úspěšné řešení z České republiky. Online. Bate2Biotech. Dostupné z: http://www.gate2biotech.cz/kompozity-s-bioplnivy-uspesne-reseni-z-ceske-republiky/. [cit. 2024-12-18]. [3] Odpad z dřevního průmyslu nabízí materiál pro udržitelné kompozitní fólie. Online. ProfiPress. Dostupné z: https://odpady-online.cz/odpad-z-drevniho-prumyslu-nabizi-material-pro-udrzitelne-kompozitni-folie/. [cit. 2024-12-18]. [4] Mona Vajpayee, Mumal Singh, Lalita Ledwani, Non-thermal plasma treatment of cellulosic biopolymer to enhance its surface property for various applications: A review, ISSN 2214-7853 [5] Černý Pavel, Plazmochemické úpravy za účelem funkcionalizace povrchu: Disertační práce, Technická univerzita v Liberci, 2017 [6] Karen Christina, Kavitha Subbiah, Prince Arulraj, Suresh Kumar Krishnan, Palanivel Sathishkumar, A sustainable and eco-friendly approach for environmental and energy management using biopolymers chitosan, lignin and cellulose — A review, 2024, ISSN 0141-8130 [7] K. M. Faridul Hasan, Péter György Horváth, Miklós Bak, Tibor Alpár, A state-of-the-art review on coir fiber-reinforced biocomposites, ISSN 2046-2069 [8] Habr Jiří, Výzkum technologie přípravy a zpracování biokompozitů s PLA matricí a vlákny rostlinného původu: Disertační práce, Technická univerzita v Liberci, 2016 Metody řešení V rámci experimentu bude probíhat příprava vzorků a následné ověření vlastností různých kompozitních materiálů s několika druhy biopolymerních výztuží, které budou povrchově upraveny plazmovou technologií. Využity budou různé instrumentální metody analýz, mechanické zkoušky, a také trvanlivostní zkoušky. Z instrumentálních metod analýz může být využita například rentgenová fluorescenční analýza, která je nedestruktivní analytickou metodou k určení chemického složení vzorků, optické mikroskopy, termická analýza, která sleduje hmotnostní a tepelné změny při konstantním zahřívání vzorků, kolorimetrie, což je metoda pro měření barevnosti, kde určování barev probíhá v systému CIELab. Další metodou bude infračervená spektroskopie, což je nedestruktivní metoda k určení složení materiálů, využity budou i optické mikroskopy nebo termická analýza, která sleduje hmotnostní a tepelné změny při konstantním zahřívání vzorků. V Laboratoři stavebních hmot budou zkoušeny vybrané mechanické charakteristiky dřevokompozitních materiálů, pro trvanlivostní zkoušky bude využita i klimatická komora, která je schopna nasimulovat různé environmentální podmínky prostředí. Další zkoušky mohou být doplňovány dle aktuální potřeby a výsledků předchozích experimentů v rámci projektu. Externě budou nakupovány i speciální analýzy, jejichž rozsah bude upřesněn v průběhu řešení tohoto projektu. Jedná se zejména o speciální analýzy uskutečnitelné pouze na specializovaných pracovištích. Majoritní nakupovanou analýzou bude medota funkcionalizace povrchu pomocí plazmy, přičemž tato problematika a metodika ošetřování přesahuje experimentální možnosti FAST. Využit bude také skenovací elektronový mikroskop (SEM), který slouží k analýze různých materiálů, kde sledujeme struktury daného materiálu, které jsou pod rozlišovacími schopnostmi běžného optického mikroskopu. Vybrané normy související s tímto projektem: ČSN EN 14 080 Dřevěné konstrukce – Lepené lamelové dřevo a lepené rostlé dřevo - Požadavky ČSN EN 302-1 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Část 1: Stanovení podélné pevnosti ve smyku při tahovém namáhání ČSN EN 302-1 Lepidla pro nosné dřevěné konstrukce – Zkušební metody – Část 2: Stanovení odolnosti proti delaminaci ČSN EN ISO 10365 Lepidla – Označení hlavních typů porušení lepeného spoje ČSN EN 13 183-1 Vlhkost vzorku řeziva – Část 1: Stanovení váhovou metodou ČSN EN 13 183-2 Vlhkost vzorku řeziva – Část 2: Odhad elektrickou odporovou metodou ČSN EN 13 183-3 Vlhkost vzorku řeziva – Část 3: Odhad kapacitní metodou Očekávaný rozsah vzorků Celkem bude vyrobeno přibližně 150 kusů vzorků o různých dimenzích, které budou dále testovány. Využity budou různé druhy dřevokompozitních materiálů, na nichž budou testovány zejména pojivové fáze těchto kompozitů, u kterých budou zlepšovány mechanické charakteristiky několika druhy biopolymerních výztužní, které budou nejen fyzikálně upravovány speciálními metodami popsanými v sekci Metody řešení. Testovány budou i vlastnosti dostupných pojivových fází pro vytvoření kompozitních struktur. Zdůvodnění zapojení členů týmu Ing. Adéla Valentová – studentka – hlavní řešitelka, studentka 3. ročníku doktorského studia, téma disertační práce: Biopolymery a jejich uplatnění ve stavebních materiálech a technologiích. Vykonávaná činnost – rešerše zdrojů, příprava publikací, koordinace projektu a práce v laboratoři. Ing. Petr Ćmiel – student – spoluřešitel, student 2. ročníku doktorského studia. Téma jeho disertační práce: Diagnostika stavebních konstrukcí pro pokročilou statickou analýzu. Jeho uplatnění v rámci projektu bude práce v laboratoři. Ing. David Hahn – student – spoluřešitel, student 2. ročníku doktorského studia. Téma jeho disertační práce: Příčiny vad a poruch kontaktních zateplovacích systémů. V tomto projektu bude nápomocen při aplikaci a vývoji konstrukčních dřevokompozitních systémů, jelikož jeho zaměření z bakalářského i navazujícího magisterského studia jsou pozemní a průmyslové stavby. Ing. Tereza Majstríková, Ph.D. – akademický pracovník – Katedra stavebních hmot a diagnostiky staveb. V tomto projektu bude nápomocna při vyhodnocování výsledků analytických metod měření, na které se ve své odborné činnosti zaměřuje. doc. Ing. Jana Daňková, Ph.D. – akademický pracovník – Katedra stavebních hmot a diagnostiky staveb, školitelka hlavní řešitelky. Náklady Zdůvodnění plánovaných finančních nákladů Stipendia Valentová 45 000 Kč, Ćmiel 10 000 Kč, Hahn 10 000 Kč Odůvodnění stipendia hlavní řešitelky: Ing. Valentová má zodpovědnost za kompletní koordinaci, řešení tohoto projektu i přípravu publikací. Není zároveň zapojena do žádného dalšího projektu SGS, neprobíhá tedy souběh více zdrojů stipendií. Odůvodnění stipendia zapojených členů: Ing. Ćmiel a Ing. Hahn budou nápomocni v řešení projektu zejména u laboratorních činností, které jsou fyzicky náročnější. Zároveň se však budou podílet na publikační činnosti. Celkem: 65 000 Kč Materiál Zkušební vzorky (různé druhy pojiv či plniv, stavební chemie, vzorky dřevokompozitů apod.) = 14 000 Kč drobné spotřební nářadí (laboratorní nádobí a nástroje, vzorkovnice apod.) = 2 285 Kč Celkem: 16 285 Kč Služby Nákup vybraných externích speciálních analýz 11 800 Kč Konference Asociace korozních inženýrů, vložné cca 4 500 Kč + DPH pro akademické pracovníky a cca 2 500 Kč + DPH pro studenty (vychází z cen pro rok 2024, pro rok 2025 není ceník zveřejněn). Celkem 9 500 Kč Celkem: 21 300 Kč Cestovné Cesty na konference a spolupracující pracoviště, ubytování, stravné = 15 000 Kč Náklady na cestovné a ubytování budou upravovány dle aktuálních cen dopravy a ubytování v daných termínech a lokalitách. Režie 13 065 Kč Celkem 130 650 Kč Harmonogram prací: Leden – únor – rešerše dostupných článků a literatury Únor – červen – příprava zkušebních vzorků, testování vstupních surovin, trvanlivostní zkoušky, speciální zkoušky Březen – září – trvanlivostní zkoušky, speciální zkoušky, vyhodnocování výsledků, překlady, korektury, publikační činnost Říjen – listopad – doplňkové zkoušky, korektury, publikační činnost Prosinec – věcné a finanční dokončení projektu, příprava závěrečné zprávy

2025

2025

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Valentová Adéla Ing.