SAMPUR

Projekta apraksts
 

01.07.2025
Projekta zinātniskais mērķis ir veikt nesaimniecisku rūpniecisko sadarbības pētījumu, apvienojot ķīmiskās un materiālu tehnoloģijas nozares, un veicināt zināšanu izplatību, izstrādājot jaunu, ekoinovatīvu bezatkritumu tehnoloģiju, lai no bērza tāss (nepārtikas rūpniecības blakusprodukts) suberīnskābēm un to atvasinājumiem iegūtu kvalitatīvu bio-poliolu, kas piemērots cieto putupoliuretāna izolācijas materiālu rūpnieciskai uzklāšanai.
 

Projekta galvenās darbības

1. Bērza tāss depolimerizācija un suberīnskābju iegūšana poliolu sintēzei
2. Zemas viskozitātes poliolu izstrāde no suberīnskābju frakcijām un to atvasinājumiem
3. Siltumizolācijas cieto putupoliuretāna materiāla izstrāde un rūpnieciskā testēšana
4. Datu izmantošana, izplatīšana un pārvaldība
5. Komunikācijas un vizuālās identitātes aktivitātes
 

Projekta galvenie rezultāti

• 14 testēšanas pārskati.
• 1 eko-inovatīvas tehnoloģijas prototips.
• 3 jauni produktu prototipi.
• 6 zinātniskās publikācijas.
• 1 patents.
• Sadarbība starp vienu pētniecības organizāciju un diviem komersantiem.

Projekta īstenošanas termiņš: No 2025. gada 1. jūlija līdz 2028. gada 30. jūnijam.

Projekta kopējais finansējums: Kopējās izmaksas: 656 455,14EUR. Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) un valsts budžeta atbalsts: 599 999,99 EUR (līdzfinansējuma likme: 91,4%).

Uzsaukums, aktivitāte: Projekts tiek īstenots ERAF pasākuma “Praktiskas ievirzes pētījumi” (1.1.1.3. aktivitāte) ietvaros.
Projekta partneri:

• Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts (vadošais partneris)
• SIA Ritols
• SIA Polylabs

Projekta īstenošanas gaita

01.07.2025. - uzsākta projekta īstenošana.

01.10.2025

01.07.2025. – 30.09.2025. periodā projektā tika veiktas šādas aktivitātes:

DP1 - T.1.1 - Suberīnskābju maisījuma (SAM) iegūšana un optimizācija

Lai varētu veikt suberīnskābju īpašību optimizāciju, piemērojot tās poliolu ražošanai, izmantojot pilno faktoru eksperimentālās plānošanas metodi, ir jāsamazina mainīgo lielumu daudzums. Tādēļ pirmie depolimerizācijas eksperimenti tika veikti etanola vidē, izvērtējot žāvēšanas nepieciešamību poliola iegūšanai. Pēc šo parametru pārbaudes tiks eksperimentēts ar depolimerizācijas sārmu (NaOH vai KOH). DP2-T.2.2 rezultāti parādīs, kādi parametri ietekmē poliolu īpašības un tos izvēlēsies pilno faktoru eksperimentiem. Ir sagatavotas specifikācijas un pasūtīti nepieciešamie reaģenti un materiāli aktivitātes realizācijai.

DP1 - T.1.4 - Izstrādāto suberīnskābju identifikācija un raksturojums

Lai noteiktu dažādu funkcionālo grupu (skābes, hidroksil- un epoksīds) izmaiņas, tiks veikta DP1 - T.1.1 iegūto suberīnskābju identifikācija un raksturojums, izmantojot analītiskās metodes. Tiks noteikta šķīdība THF. Suberīnskābju ķīmiskā sastāva (galvenokārt hidroksil- un diskābes satura) noteikšanai tiks izmantotas kvantitatīvās un kvalitatīvās instrumentālās analīzes metodes. Tiks izmantots gāzu hromatogrāfs ar liesmas jonizācijas detektoru (GC-FID), gāzu hromatogrāfs ar ISQ kvadrupola masas detektoru (GC-MS), FTIR spektrometrs, HPLC sistēma, kas aprīkota ar refrakcijas indeksa detektoru (GPC-RID), H klases īpaši augstas veiktspējas šķidruma hromatogrāfijas iekārta ar augstas izšķirtspējas masas spektrometru (UHPLC-HRMS). GPC tiks izmantota, lai mērītu paraugu molekulmasas sadalījumu. Iegūto suberīnskābju fizikālo īpašību izmaiņas tiks pētītas arī ar DSC un TGA. Uz doto brīdi ir atrastas nepieciešamās standartvielas, sagatavotas specifikācijas un izsludināts iepirkums, lai iegādātos nepieciešamos reaģentus un materiālus aktivitātes realizācijai.

DP2-T.2.2 - Poliolu sintēzes metodes izstrāde, izmantojot SAM pārstrādi ar oksialkilēšanas metodi

T.1.1 un T.1.2 izstrādātā SAM frakcija, kas satur palielinātu karboksilgrupu, kā arī OH grupu skaitu, tiks testēta kā izejviela poliolu sintēzei. Reakcija starp SAM un cikliskajiem karbonātiem tiks veikta polietilēnglikolā (PEG) ar dažādu molāro masu (200–600) pie dažādiem sintēzes parametriem (120–180 °C, 2–6 h), lai iegūtu uz suberīnskābes bāzes veidotus zemas viskozitātes poliolus. Uz doto brīdi ir atrastas nepieciešamās ķimikālijas, sagatavotas specifikācijas un izsludināts iepirkums, lai iegādātos nepieciešamos reaģentus un materiālus aktivitātes realizācijai.

DP2-T.2.3 - Analītiskā un instrumentālā suberīnskābju poliolu analīze

T.2.2 izstrādātie polioli tiks raksturoti pēc hidroksilskaitļa, skābes skaitļa, mitruma satura un viskozitātes. Vidējā molekulmasa, kā arī funkcionalitāte tiks noteikta, izmantojot GPC un UPLC hromatogrāfiju. Iegūto poliolu ķīmiskā struktūra tiks apstiprināta, izmantojot FTIR un MALDI TOF spektroskopijas. Skābes skaitļa izmaiņas poliolu sintēzes laikā tiks uzraudzītas, lai iegūtu izstrādātā procesa kinētiskās līknes. Poliolu ķīmiskās struktūras izmaiņas sintēzes laikā tiks uzraudzītas arī, izmantojot FTIR spektroskopiju. Uz doto brīdi ir atrastas nepieciešamās standartvielas, sagatavotas specifikācijas un izsludināts iepirkums, lai iegādātos nepieciešamos reaģentus un materiālus aktivitātes realizācijai.

05.01.2026.

01.10.2025. – 31.12.2025. periodā projektā tika veiktas šādas aktivitātes:

DP1 - T.1.1 - Suberīnskābju maisījuma (SAM) iegūšana un optimizācija

Veikti pirmie depolimerizācijas eksperimenti etanola vidē, izvērtējot žāvēšanas nepieciešamību poliola iegūšanai. Kā reference izmantoti DP2 T.2.2 rezultāti, kur secināts, ka mitra suberīnskābju maisījumu (SAM) izmantošana būtiski ietekmē reakcijas norisi. Nežāvētā suberīnskābju maisījuma sastāvā esošais ūdens (aptuveni 18 %) oksialkilēšanas reakcijas laikā veicina ļoti strauju reakcijas gaitu. Līdz ar to secināts, ka oksialkilēšanai derēs žāvētu suberīnskābju frakcija. Aktivitātes ietvaros tika eksperimentēts arī ar depolimerizācijas sārmu (NaOH vai KOH). DP2-T.2.2 rezultāti parādīja, ka polioli, kas sintezēti no žāvēta SAM, kas iegūts no bērza tāss, kas depolimerizēta ar KOH un NaOH, ir ar ļoti līdzīgu OH grupu saturu. Savukārt pēc viskozitātes NaOH gadījumā tā bija nedaudz zemāka un tādēļ NaOH tiks izvēlēts pilno faktoru eksperimentiem. Savukārt, izmantojot FeCl₃ fenolisko savienojumu atdalīšanai, veikts pētījums priekš suberīnskābju frakcionēšanas aktivitātes DP1, T.1.2, kur svarīgas pēc iespējas tīrākas suberīnskābes ar augstu monomēru saturu. Ir saņemta daļa reaģentu un materiālu aktivitātes realizācijai.

DP1 - T.1.4 - Izstrādāto suberīnskābju identifikācija un raksturojums

Uz doto brīdi diemžēl izsludinātais iepirkums, lai iegādātos nepieciešamos reaģentus un materiālus aktivitātes realizācijai, beidzās bez rezultāta, jo nepieteicās neviens pretendents, tādēļ pagaidām iegūtajam suberīnskābju maisījumu (SAM) vēl nav veiktas visas nepieciešamās analīzes. Tas tiks izdarīts turpmākajos posmos.

Lai noteiktu dažādu funkcionālo grupu (skābes, hidroksil- un epoksīds) izmaiņas, tiks veikta DP1 - T.1.1 iegūto suberīnskābju identifikācija un raksturojums, izmantojot analītiskās metodes. Suberīnskābju ķīmiskā sastāva (galvenokārt hidroksil- un diskābes satura) noteikšanai tiks izmantotas kvantitatīvās un kvalitatīvās instrumentālās analīzes metodes. Tiks izmantota hromatogrāfija (GC-FID, GC-MS, GPC-RID, UHPLC-HRMS). GPC tiks izmantota, lai mērītu paraugu molekulmasas sadalījumu. Iegūto suberīnskābju fizikālo īpašību izmaiņas tiks pētītas arī ar FTIR, DSC un TGA.

DP2-T.2.2 - Poliolu sintēzes metodes izstrāde, izmantojot SAM pārstrādi ar oksialkilēšanas metodi

Poliolu sintēzes tika veiktas, izmantojot DP1 (T.1.1 un T.1.2) ietvaros iegūtu suberīnskābju maisījumu (SAM), kas sagatavots ar dažādiem depolimerizācijas katalizatoriem (NaOH, KOH, FeCl₃). Kā oksialkilējošais reaģents tika izmantots propilēnkarbonāts (PC), bet kā katalizators – kālija karbonāts (K₂CO₃). Papildus tika izmantots arī polietilēnglikols PEG400, kā rezultāta tika iegūti polioli ar salīdzinoši zemu hidroksilskaitli. Poliolu sintēze tika veikta, izmantojot SAM un PC sistēmu, kas ļāva izvērtēt SAM un katalizatora ietekmi uz poliolu īpašībām. Poliolu sintēzes tika veiktas 150 °C temperatūrā 5 h.

Mitra SAM izmantošana būtiski ietekmē reakcijas norisi. Nežāvētā SAM sastāvā esošais ūdens (aptuveni 18 %) oksialkilēšanas reakcijas laikā veicina ļoti strauju reakcijas gaitu. Eksperimentu sērija parādīja, ka izmantotā SAM sagatavošanas metode un katalizatora veids būtiski ietekmē reakcijas norisi un gala poliola īpašības, jo īpaši viskozitāti un hidroksilgrupu saturu.

DP2-T.2.3 - Analītiskā un instrumentālā suberīnskābju poliolu analīze

DP1 (T.1.1 un T.1.2) ietvaros iegūtie polioli tika raksturoti, nosakot hidroksilskaitli, viskozitāti un mitruma saturu. Hidroksilskaitļa vērtības būtiski atšķīrās atkarībā no sintēzes apstākļiem un izmantotās izejvielas. Polioli, kas sintezēts ar PEG400, ir ar salīdzinoši zemu hidroksilskaitli  260 - 280 mg KOH/g, savukārt polioli, kas iegūti bez PEG, raksturojās ar augstāku hidroksilskaitli. Augstākā noteiktā hidroksilskaitļa vērtība (435 mg KOH/g) ir poliolam, kas sintezēts no sausas FeCl₃ depolimerizētas SAM, norādot uz augstu funkcionālo OH grupu saturu. Polioli, kas sintezēti no sausas KOH un NaOH depolimerizētas SAM ir ar ļoti līdzīgu OH grupu saturu – attiecīgi 337 un 342 mg KOH/g. Viskozitātes mērījumi parādīja, ka lielākā daļa iegūto poliolu ir diezgan augstas viskozitātes produkti. Istabas temperatūrā īpaši viskozi ir polioli, kas iegūti no FeCl₃ un KOH depolimerizētas SAM (8425 un 8952 mPa·s), savukārt NaOH gadījumā viskozitāte bija viszemākā (5361 mPa·s). Visiem iegūtajiem polioliem ir poliuretānu sistēmām atbilstošs skābes skailis - < 3 mg KOH/g. Polioliem veikta arī FTIR analīze.

Veikto sintēžu rezultāti apstiprina, ka suberīnskābju maisījums ir piemērota izejviela poliolu iegūšanai, tomēr pašreizējie reakcijas apstākļi veicina augstas viskozitātes poliolu veidošanos. Lai turpmāk iegūtu zemākas viskozitātes poliolus ar labāk kontrolējamām īpašībām, turpmāk varētu veikt sintēzes zemākā temperatūrā, samazināt reakcijas laiku, izvērtēt katalizatora daudzuma samazināšanu vai cita katalizatora izmantošanu, Ir iespējams pievienot PEG 400 vai citus PEG, kas samazinātu viskozitāti un vienlaikus saglabātu hidroksilskaitli pieļaujamās robežās poliuretāna formulāciju veidošanā.

DP4-T.4.1 - Dalība konferencēs

Baltic Polymer Symposium (BPS) 2025, Igaunija, Tallina, 2025, 30.09.2025.-04.10.2025. Galvenais mērķis bija dalīties ar jaunākajiem sasniegumiem suberīnskābju pētījumos, izcelt SAMPUR projektu un izpētīt jaunas sadarbības iespējas bio-polimēru un bio-materiālu jomā. Pirmo reizi BPS bija pārstāvēta koksnes ķīmija un biorafinēšana, demonstrējot to integrāciju mūsdienu polimēru zinātnē.

Rezultāts: Prezentēti ar suberīnskābēm saistīti rezultāti uzaicinātajā mutiskajā referātā ar nosaukumu “Versatile roles of birch bark suberinic acids: from wood adhesives to polymer building blocks.”

Komunikācijas un vizuālās identitātes prasību nodrošināšanas pasākumi

Visi 3 projekta partneri ir izvietojuši informāciju par projekta uzsākšanu un virzību savās mājaslapās (kopā 9 reizes).

Informācija par projekta dalību Baltic Polymer Symposium 2025, Igaunija, Tallina, 2025, 30.09.2025.-04.10.2025. publicēta LinkedIn platformā:

https://www.linkedin.com/posts/janis-rizikovs_bps2025-activity-7382370886223355904-hwtA?utm_source=share&utm_medium=member_desktop&rcm=ACoAAATv_xYB2FQmt2Ias-RK_ZAYCgDh1BuV2dY.

LVKĶI ir veicis iepirkuma procedūru un noslēdzis līgumus ar SIA Labochema un SIA Biotecha Latvia par materiālu un reaģentu iegādi. SIA Polylabs ir veicis iepirkuma procedūru un noslēdzis līgumus ar SIA Labochema un SIA AV Baltic par materiālu un reaģentu iegādi. SIA Ritols turpina tehnisko specifikāciju izstrādi iepirkuma veikšanai.

Projekta norise notiek saskaņā ar plānoto.