Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FCHZkratka: DPCO_MCHAk. rok: 2011/2012
Program: Makromolekulární chemie
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 13.10.2010Akreditace do: 1.11.2018
Profil
Cílem je získání nových, unikátních poznatků o vztazích mezi způsobem syntézy polymerních materiálů, jejich strukturou a fyzikálně chemickými vlastnostmi a nalezení způsobů, jak metodami přípravy řídit strukturu a funkce homogenních a heterogenních polymerních materiálů na jednotlivých rozměrových úrovních struktury a tím dosáhnout žádoucích vlastností. Dalším cílem je i rozvoj nových metod simulace a modelování vztahů mezi strukturou a vlastnostmi homogenních a heterogenních polymerních materiálů metodami molekulární dynamiky na molekulární úrovni a metodami fyziky kontinua na mikro- a makroskopické úrovni jakož mezních stavů heterogenních a neizotropních polymerních systémů.
Klíčové výsledky učení
Absolvent zvládá teoretické základy oboru, kterými jsou rozšířené základy kinetiky a mechanismů polymerací a polymeranalogových reakcí včetně vzniku fyzikálních a chemických sítí, termodynamiky polymerů a jejich směsí a roztoků, chemie povrchů tuhých polymerů, fyziky a mechaniky tuhých polymerů a základy adheze v heterogenních polymerních soustavách a kompozitech. Absolvent dokáže v oblasti přípravy, resp. modifikace polymerů tvůrčím způsobem aplikovat znalosti organických syntéz a strukturní analýzy a je připraven řešit vývoj speciálních polymerů, směsí a polymerních matric pro kompozitní materiály syntézní cestou. Absolvent dokáže samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézu k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí základních znalostí absolventa DSP je schopnost kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnost vyjadřovat se písemně v anglickém jazyce. Nadstavbové znalosti absolventů nad teoretické základy oboru se liší podle typu projektu, který v rámci DSP řeší. Výraznou specifikou DSP MCH na FCH VUT v Brně je zaměření na heterogenní polymerní systémy, jako jsou polymerní směsi, kompozity a v poslední době i nano-strukturované heterogenní polymerní systémy.
Profesní profil absolventů s příklady
Absolvent DSP MCH dokáže v oblasti přípravy, resp. modifikace polymerů tvůrčím způsobem aplikovat znalosti pokročilých organických syntéz a strukturní analýzy a je připraven řešit vývoj speciálních polymerů, směsí a polymerních matric pro kompozitní materiály syntézní cestou. Absolvent dokáže samostatně formulovat vědecký problém, navrhnout hypotézu k jeho řešení a provést experimentální či teoretické pokusy k jejímu potvrzení. Nedílnou součástí základních znalostí absolventa je schopnost kritického posouzení publikovaných vědeckých informací a schopnost vyjadřovat se písemně v anglickém jazyce. Nadstavbové znalosti absolventů nad teoretické základy oboru se liší podle typu projektu, který v rámci doktorského studia řeší.
Vstupní požadavky
Řádné ukončení magisterského studijního programu stejného nebo příbuzného oboru. Dalšími předpoklady hodnocenými v rámci přijímacího řízení jsou: - dobré studijní výsledky v rámci předchozího magisterského studia - motivace ke studiu a zájem o vybrané téma - znalost anglického jazyka - odborné znalosti a schopnost uchazeče řešit problematiku disertační práce - kvalita dosavadních publikačních a odborných aktivit.
Garant
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
The idea to synthetize new multilevel, multiperformance heterogeneous materials mimicking to some extent natural materials such as wood, bone or tendon becomes the driving force in the current state-of-the-art in the science and engineering of new advanced materials. It has been realized that in order to prepare such materials, components of these compounds have to engineered on a nano-scale rather than on the micro- or makro-scale as the current state-of-the-art advanced materials. The scalling down to nano-scale brings about an urgent need to understand the nature of physico-chemical processes occuring at this scale, since the experimental data existing in the current literature cannot be interpreted using existing models derived for micro- or macro-scale. At the same time, nano-scale materials cannot be, in most cases, prepared by simple physical mixing of existing compounds ground down to this scale. These have to be synthetized with the specific performace of the ultimate application in mind. Needless to say, that some success has already been achieved in this area with intended applications in microelectronics or medicine. At the same time, there is a growing concern about the environmental friendliness of these synthetic nano-materials. It is also our goal to investigate the nature of interactions occuring at the inorganic-organic interface at the nano-scale, where many current models fail to explain experimentally observed phenomena. Still another goal is to combine the organic and anorganic compounds at nano-scale into multilevel and multiperfomance materials used as controlled lifetime coatings, adhesives and films in the industry, agriculture and medicine. Envisioned applications include breathable protective cloth fabric, controlled fertilizer and seed release films.
Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.
The main goal of the research will be to create heterogeneous injectable adhesives for repair of damaged bone tissue in the human body. The adhesive matrix material will consist of a hydrogel of a biocompatible, biodegradable tri-block copolymer of PLA-PGA-PEG. The matrix will be reinforced with a high concentration of bimodal or trimodal mixtures of core/shell particles consisting of a core of b-tricalcium phosphate and a shell of copolymer similar in organic composition to that of the matrix. The composite adhesive structure will be designed to provide desired balance of strength and porosity required for the support of the damaged bone and the regeneration of new bone tissue. The temporal strength and porosity of the heterogeneous adhesive will be controlled by appropriate choice of copolymer compositions of the matrix and particle shells. The primary scientific objectives of the research will be to characterize the effects of the molecular composition and composite structure on the in-vivo effectiveness of the heterogeneous adhesive with respect to its ability to bond to a damaged bone, to support a load in the absence of internal pins or other supports and to stimulate the regeneration of new bone tissue. If desirable, the tri-block copolymer could also contain reactive peptide end groups for stimulation of bioactivity during tissue regeneration.
Studium mechanismu a kinetiky síťování různých typů PE pomocí radikálové iniciace peroxidy v heterogenním prostředí (pevné částice polymeru). Zahrnuje literární přehled, výběr polymerů, iniciátorů a dalších přísad, provedení plánovaných experimentů a vyhodnocení dosažených výsledků. Hodnocení zaměřit zejména na ovlivnění struktury, distribuce molekulárních hmotností a reologických vlastností.
Školitel: Petrůj Jaroslav, doc. RNDr., CSc.
Studium mechanismu a kinetiky síťování různých typů PE pomocí radikálové iniciace peroxidy v homogenním prostředí (tavenině). Zahrnuje literární přehled, výběr polymerů, iniciátorů a dalších přísad, provedení plánovaných experimentů a vyhodnocení dosažených výsledků. Hodnocení zaměřit zejména na ovlivnění struktury, distribuce molekulárních hmotností a reologických vlastností.
The study will be focused on the investigation of the influence of ethene, propene and their mixtures on the catalyst performance and polymer structure during the 1-alkene coordination polymerization. The main interest will be focused on the investigation of the catalyst performance during the early and very early (<1 s) stages of polymerization. A new experimental facility suitable for performing and monitoring very short polymerization experiments will be constructed. Successful solving the problem provides a new insight on the nature of active sites present in the heterogeneous Ziegler-Natta catalyst, what facilitates the development of new polymer materials (random and block copolymers).
Školitel: Kratochvíla Jan, Ing., CSc.
Předmětem práce bude syntéza a základní strukturní a spektrální charakterizace dosud nepopsaných lanthanocenových komplexů. Izolované komplexy budou otestovány pro polymerace vybraných monomerů, především laktonů. Na základě polymeračních experimentů, především "in situ" spektroskopických analýz, bude studováno katalytické chování sloučenin a mechanismus propagace. Zjištěné údaje budou konfrontovány se zjištěnými vlastnostmi připravených polymerů.
Toto téma otevírá možnosti pro několik disertačních prací, ve kterých budou exploatovány strukturní proměnné syntetizovaných polyfunkčních makromonomerů jak na bázi polyolefinů tak na bázi PLA/PGA/PEG či jiných struktur (množství reakčních skupin, typ reakčních skupin a případná multifunkcionalita těchto skupin, délka alifatických řetězců nesoucích tyto skupiny, typ biopolymerního řetězce, ke kterému mohou být přivázány, 2D nebo 3D nadmolekulární struktura takto připravených materiálů, jejich fyzikálně chemické a mechanické vlastnosti, reakční kinetika a morfogeneze vzniku vídedimenzionálních systémů, molekulární dynamika modifikovaných řetězců a mnohé další.
Pomocí kvantově chemických výpočtů s využitím dostupného softwarového vybavení budou provedeny predikce struktur vybraných lanthanocenových, sloučenin. U sloučenin, které budou předmětem dalšího zájmu, bude provedena predikce spektrálních vlastností a získané výsledky budou konfrontovány s experimentálně zjištěnými daty. Logickým vyústěním hlubšího poznání studované problematiky bude predikce katalytické aktivity lanthanocenů a navržení optimálních struktur pro konkrétní využití při přípravě polymerů s předem definovanými vlastnostmi.
Cílem je příprava nových magnetických nosičů s povrchem pokrytým nízko- nebo vysokomolekulárními látkami obsahujícími vhodné chelatující skupiny pro vazbu přechodných kovů. Pokrytí zabraňuje nespecifické interakci proteinů s magnetickým jádrem částic, typicky magnetitu, maghemitu, nebo ferritů. Magnetické jádro bude mít velikost v nano- (< 50 nm), popřípadě mikrometrové (500 nm - 1 µm) oblasti. Látky zvolené pro pokrývání magnetických jader budou obsahovat jednak skupiny umožňující jejich pevné navázání chelatační vazbou na povrch magnetických oxidů a dále skupiny vhodné pro vazbu přechodných kovů (Fe, Ga) potřebných pro funkční interakci s fosfátem proteinu nebo peptidu (immobilized metal afinity chromatography; IMAC). Manipulovatelnost nosiče magnetem přináší kvalitativní zlepšení proti klasickém kolonovému nebo vsádkovému uspořádání. Nové magnetické nosiče umožní purifikovat bakteriální proteiny mající vztah k virulenci a patogenezi bakterií.
Školitel: Horák Daniel, Ing., CSc.
Polylaktidy a polyglykolidy hrají významnou roli v oblasti biodegradovatelných polymerních materiálů pro medicínské i průmyslové aplikace. Většina polymeračních postupů je založena na využití katalyzátorů s atomem cínu či jiným centrálním kovem. Tyto katalyzátory, jejichž zbytky zůstávají i po přečištění produktu v polymeru, jsou jedovaté pro buňky nebo nejsou prospěšné životnímu prostředí. Snaha použít katalyzátory, které tyta nedostatky nemají, vedla v roce 2000 k objevu katalytických účinků karbénů. V roce 2008 bylo zjištěno, že tyto katalyzátory lze využít i k polymeraci biodegradabilních polymerů pro medicínské aplikace. Tato práce se bude zabývat přípravou řady karbénových katalyzátorů z prekurzorů dodaných Rhodia Recherche (Lyon) a výzkumem jejich katalytické účinnosti při polymeraci laktidů a glykolidů.
Studium mechanismu a kinetiky termooxidace různých typů PE. Zahrnuje literární přehled, výběr polymerů, iniciátorů a dalších přísad, provedení plánovaných experimentů a vyhodnocení dosažených výsledků. Oxidace provádět v sušárně na foliích PE pouze do nízké konverze. Hodnocení zaměřit zejména na stanovení primárních oxidačních produktů (hydroperoxidy, perkyseliny, ketony apod.). Výsledky kineticky vyhodnotit a porovnat průběhy termooxidace v závislosti na struktuře polymerů.
Molekulární parametry a tepelná historie výrazně ovlivňují nadmolekulární strukturu a tím i výsledné vlastnosti materiálů. Kinetika porušování výrobků z plastů je popisována metodami lomové mechaniky. Výsledky těchto testů dobře korelují s výsledky strukturních hodnocení. Cílem práce je najít rozhodující molekulární parametry, které by vedly k optimalizaci struktury z pohledu dosažení maximálních aplikačních vlastností. Součástí práce budou i experimenty vedoucí k současnému měření síly, energie, rychlosti šíření a lomu a tvaru plastické zóny u kořene trhliny pomocí ultrarychlé digitální kamery.
Práce naváže na výsledky diszertační práce "Viskoelasticita polymerních nanokompozitů", která je v současné době ve 2. roce řešení. V práci bude zkoumán vliv velikosti částic při přechodu z mikro- do oblasti nano-, vliv polarity a molekulárních charakteristik matrice na deformační chování nanokompozitních struktur v oblasti velkých deformací. Modelově bodou studovány nanokompozity na bázi nevrstevnatých inkluzí s velmi flexibilními matricemi, u kterých je nanokompozitní efekt velmi výrazný. Experimentálně bude pomocí mechanických zkoušek a DMTA sledována změna molekulární pohyblivosti řetězců v okolí nanočástic a vliv rozsahu imobilizace na lomové chování a chování v oblasti velmi rychlých deformačních dějů. Pomocí diferenciální skenovací kalorimetrie, FTIR, SEM bude studována morfologie nanokompozitů HAP/SPS, HAP/PVAc a Al2O3/ionomer a jejich mechanická odezva. Pro interpretaci bude využito i modelování změn konformační statistiky pomocí molekulárně dynamických přístupů.
Příprava bio-PUR 3D skafoldů a/nebo filmů modifikovaných jak přírodními polymery (kolagen, chitosan, kys. hyaluronová) tak i syntetickými (PLGA/PEG, PCL), popř hydroxyapatitem se zaměřením na sledování porozity a vel. pórů připravených kompozitních scafoldů, jejich degradace, botnání, viskoelasticitu atd..
Polymeranalogické reakce kyseliny polymléčné
Toto téma otevírá možnosti pro několik disertačních prací, ve kterých budou exploatovány strukturní proměnné jak vlastních selsesquioxanů (množství reakčních skupin, jejich pozice na křemíkovém oktaedru, typ reakčních skupin a případná multifunkcionalita těchto skupin, délka alifatických řetězců nesoucích tyto skupiny od silsesquioxanu, typ polymerního řetězce, ke kterému mohou být Ssi molekuly přivázány, jejich flexibility , 2D nebo 3D nadmolekulární nanostruktury, možnost využití i křemíkových řetězců či heterořetězců. Bude sledována jednak molekulární i nadmolekulární struktura takto připravených materiálů, jejich fyzikálně chemické a mechanické vlastnosti, reakční kinetika a morfogeneze vzniku vídedimenzionálních systémů, molekulární dynamika modifikovaných řetězců a mnohé další
Pomocí kvantově chemických výpočtů s využitím dostupného softwarového vybavení budou provedeny predikce struktur vybraných organokovových, především pak lanthanocenových, sloučenin. U sloučenin, které budou předmětem dalšího zájmu, bude provedena predikce spektrálních vlastností a získané výsledky budou konfrontovány s experimentálně zjištěnými daty. Logickým vyústěním hlubšího poznání studované problematiky bude predikce katalytické aktivity metalocenů a navržení optimálních struktur pro konkrétní využití při přípravě polymerů s předem definovanými vlastnostmi.
Biodegradable aliphatic polyesters based on polylactones, and polylactides have been attracting considerable attention due to their many potential biomedical, pharmaceutical, agricultural and packaging applications. The aim of the thesis is to study the kinetics and mechanisms of ring-opening polymerization of cyclic monomers (lactones, lactides), catalyzed (initiated) by N-heterocyclic carbenes and triazole-based complexes of aluminium. The results obtained will be used to elucidate the function of polymerization catalysts and mechanism, and to control the reactivity and selectivity of active species in relation to the structure of the polymer being formed. Another aim consists in studying the biological properties of polymers, in particular from the viewpoint of their degradability and biocompatibility with regard to the presence of the residual monomers, oligomers, low molecular products and, especially, the catalytic systems under examination. Last but not least, the effect of molecular weight of polyesters on the rate of degradation will be investigated. školitel specialista Mgr. Soňa Hermanova, Ph.D. An important aim will also be the study of the purification of the polymers prepared and of the methods for controlling residual monomers and catalytic systems.
Budou navrženy a provedeny syntézy dosud nepublikovaných klastrů lanthanoidů, provedena jejich základní strukturní a spektrální charakterizace. Připravené klastry budou podrobeny studiu katalytické aktivity pro polymerace vybraných monomerů, s cílem připravit biodegradabilní polymery požadovaných vlastností. Na základě dostupných spektroskopických technik bude "in situ" studován mechanismus těchto polymerací, k objasnění mechanismu přispějí i výsledky analýz připravených polymerů.
V této práci bude zkoumán vliv externích podmínek (teplota, frekvence, amplituda, délka expozice) a strukturních parametrů (stupeň sesítění, koncentrace, pH, etc.) polymerních sítí na bázi kolagenu. Experimentální výsledky budou analyzovány pomocí současných molekulárně dynamických teorií a teorií kaučukové elasticity založených na principu lokalizace worm-like-chains se započtením samouspořádavacích procesů vedoucích ke vzniku kolagenních fibril ze základních triplhelixů kolagenu I.
Práce bude zaměřena na sledování kinetického chování při radikálové polymeraci v bloku. Využití moderních typů biradikálových iniciačních systémů a . Vliv technologických parametrů (teplotní režim, tlak) a vliv vybraných přísad (přenašeče, procesní přísady a aditiva, nanoplniva apod.). Cílem práce je popsat kinetiku blokové polymerace a vyvinout metodu pro průmyslovou produkci polystyrenu pro optické aplikace.
It is proposed to investigate effects of adding SiO2 nanoparticles on the morphogenesis of spherulitic structure of industrially important plastics. Effects of silica surface treatment, molecular structure of the PP and PE homo- and copolymers, crystallization temperature and the way of nanocomposite preparation on the sherulite growth rate, crystalline structure of the lamellae, degree of crystallinity, density of tie molecules and deformation response of the nanocomposites will be investigated. The main aim of the proposed project is to obtain quantitative relationship between structural variables in PP/SiO2 and PE/SiO2 nanocomposites, their preparation conditions, crystalline structure and mechanical properties employing range of experimental techniques and multiscale modeling based on combining reptation dynamics and higher order micromechanics proposed previously. Another goal is to find structural and processing variables capable of controlling mechanical and processing properties of the resulting nanocomposites applicable in manufacturing of enhanced polymer fibers and films.
Cílem práce je modelovat strukturu a chování makromolekulárních sítí pomocí molekulárních modelů. Práce navazuje na již vytvořený nadmolekulární model sítě. Dále je k dispozici molekulární model náhodného řetězce. Nový hybridní model by měl dát do korelace molekulární parametry materiálů (dálka vazeb, vazebný úhel), parametry sítí (síťová hustota) a makroskopické vlastnosti (hustota, deformační vlastnosti a botnání). Správná apikace modelu vůže vést k objevení vazeb mezi jednotlivými vlastnostmi například menzi stechiometrií reakční směsi pro vznik materiálu, deformačními vlastnostmi a botnáním. Tyto vazby mohou pomoci při redukci experimentální práce, protože pokud bude známa jedna vlastnost ostatní mohou být dopočteny. Příklady využití jsou: 1) Strukturně mechanické vlivy molekuly tropokolagenu v nanokompozitech; 2) Vytvoření rozhraní mezi síťovým modelem a metodou konečných prvků nebo 3) Vztah bodu gelace a délky řetězce
Cílem práce je analyzovat jaký tvar a velikost aglomerátů částic je možné očekávat u různých nanokompozitů. Vstupem do modelu bude interakce mezi částicemi. Výsledkem bude zjištění zda aglomeráty jsou přítomny spíše ve formě kulových shluků, nebo spíše řetízků. Další faktor ovlivňující tvar aglomerátů může být směrová specificita pohybu malých aglomerátů, ze kterých se shlukují větší. Pokud dojde k aglomeraci dvou částic mohou se dále pohybovat ve směru společné osy snáze než v kolmém směru. Tímto mechanismem může dojít k vytvoření dlouhého řetězce částic. Integrace těchto faktorů do programu AGLOMER může být užitečná pro analýzu a predikci vzniku různých tvarů aglomerátů a následně vlastností mikro a nanokompozitů.