dizertační práce

Morfogeneze a viskoelastické vlastnosti dimethakrylátových sítí

Text práce 5.42 MB Teze 2.33 MB

Autor práce: Ing. Zdeněk Bystřický, Ph.D.

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.

Oponenti: doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D., RNDr. Pavel Bradna, CSc.

Abstrakt:

Tato dizertační práce se zabývá studiem morfogeneze dimethakrylátových sítí. V práci byly využity zjednodušené systémy založené na monomerech, které bývají typicky využívány jako složky matric pryskyřičných kompozitních materiálů využívaných v oblasti záchovné stomatologie. Kinetika a mechanismy formování polymerních sítí byly studovány především s ohledem na strukturu jednotlivých monomerů, jejich vzájemný molární poměr a koncentraci iniciačního systému využitého pro radikálovou polymeraci. Vypočtené profily konverze funkčních skupin a reakčních rychlostí byly využity jako základ pro pochopení a interpretaci mechanismů morfogeneze sítí a porovnání se známými modely. Dále byla studována kinetika termické degradace, která je s morfologií vytvrzených sítí přímo spjata. V rámci takto charakterizovaných systémů byla stanovena teplotní závislost dynamického modulu a byl popsán vztah mezi supra-molekulární strukturou dimethakrylátových sítí a jejich viskoelastickou odezvou v daném teplotním rozmezí.
Kinetika polymerace byla studována pomocí diferenční kompenzační foto-kalorimetrie (DPC) a infračervené spektroskopie (FTIR). Proces termické degradace byl analyzován pomocí termo-gravimetrické analýzy (TGA). Viskoelastické parametry byly charakterizovány pomocí dynamicko-mechanické analýzy (DMA).
Reaktivita jednotlivých systémů je přímo odvozena od molekulární struktury monomerů, která ovlivňuje mobilitu reagujících složek v průběhu polymerace. Kinetika polymerace je řízena především difúzí, přičemž její rychlost je dána tuhostí monomerní páteře, koncentrací funkčních skupin a vlivem fyzikálních interakcí. Omezená mobilita rostoucích řetězců, postranních funkčních skupin i samotných monomerů vede k monomolekulární terminaci makro-radikálů a omezení stupně konverze funkčních skupin. Vzhledem k tomu, že k zásadnímu omezení mobility dochází již v počáteční fázi polymerace, tj. v bodu gelace, je případná termodynamická nestabilita vedoucí k fázové separaci polymerujícího systému potlačena a proces kopolymerace je ve své podstatě náhodný. To bylo prokázáno i prostřednictvím identifikace jedné teploty skelného přechodu u charakterizovaných kopolymerů. Heterogenní charakter morfogeneze je spjat s rozdílnou reaktivitou postranních funkčních skupin. V počátečních fázích polymerace dochází k propagaci reakcí postranní funkční skupiny s radikálem na stejném rostoucím řetězci, což vede ke vzniku tzv. primárního cyklu. Pravděpodobnost cyklizace souvisí především s flexibilitou monomerní páteře. Heterogenita polymerace je charakterizována vznikem vnitřně zesítěných struktur, tzv. mikrogelů, a jejich následným spojováním. Tuhost monomeru naopak přispívá k vyšší efektivitě zesítění a více homogenní morfologii vytvrzené sítě. Heterogenita dimethakrylátových sítí se odráží v mechanismu termické degradace, přičemž přítomnost strukturně odlišných domén vede k rozkladu ve dvou krocích. Průběh soufázového modulu a teplota skelného přechodu korelují s tuhostí polymerních sítí, efektivitou zesítění a přítomností fyzikálních interakcí, které vyztužují strukturu sítě nad rámec kovalentního zesítění. Heterogenní morfologie sítí se projevuje rozšiřováním spektra relaxačních časů. Experimentální data jsou v kvalitativní shodě s existujícími numerickými modely popisujícími kinetiku radikálové polymerace multifunkčních monomerů.

Klíčová slova:

Dimethakrylátové monomery, radikálová polymerace, kopolymerace, polymerační kinetika, multifunkční polymerní sítě, morfogeneze, viskoelasticita, termická degradace

Termín obhajoby

11.12.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

Předseda komise představil doktoranda a předal mu slovo. Ing. Zdeněk Bystřický se podílel na 7 publikacích, na 6 z nich je uveden jako první autor. Má také 1 patent. Doktorand má již řadu pracovních zkušeností: 2014–2015 na CEITECu, pozice výzkumný zaměstanec, 2015–2019 Advanced Dental Materials – ADM, a.s., Materis project), manažer výzkumu a inovací. Řešil několik projektu. Ve své powepointové prezentaci představil doktorand podstatné výsledky dizertační práce. Oponenti přečetli posudky. Oba posudky byly kladné a doporučovaly dizertační práci k obhajobě. Doktorand uspokojivým způsobem zodpověděl všechny otázky obsažené v posudcích. Poté se rozproudila diskuze, přičemž Ing. Bystřický zodpověděl rovněž dotazy z této diskuze vzešlé. Konkrétní dotazy jsou obsaženy na přiložených lístcích, které se archivují.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Makromolekulární chemie (DKCP_MCH_4)

Studijní obor

Chemie makromolekulárních materiálů (DKCO_MCH)

Složení komise

prof. RNDr. Jaroslav Cihlář, CSc. (předseda)
doc. Ing. Viera Khunová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ĺubomír Lapčík, CSc. (člen)
RNDr. Pavel Bradna, CSc., oponent (člen)
doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D., oponent (člen)


    Při vypracování posudku dizertační práce Ing. Zdeňka Bystřického jsem vycházel z předložené dizertace práce a ze znalosti práce doktoranda v posledních 7 letech, kdy působil v ÚCHM a posléze v ADM, a.s. 

    Zvolené téma je vzhledem na neustálý rozvoj aplikací polymerních výplňových materiálů velmi aktuální. Po formální stránce je práce rozdělena do 6 kapitol, seznamu literatury, seznamu symbolů a přílohy. Toto členění je vhodné a přehledné a práce z tohoto pohledu působí velmi organizovaně. 

Relativně podrobný Úvod poskytuje čtenáři relevantní informaci o kinetice tvorby dimetakrylátových sítí a efektech, které do těchto systémů vnáší přítomnost ko-monomerů, zejména vzhledem k molekulární mobilitě a modelech pro její popis. Literární rešerše je rozdělena do 2 částí. Literatura byla zpracována přehledně, použité citace jsou dostatečně současné, bohužel autor neprovedl kritické zhodnocení některých zajímavých literárních výsledků, což by mohlo být vhodně využito v diskuzi.

Cíle práce jsou definovány dostatečně přesně a jasně. V části zabývající se experimentálními postupy je velmi precizně a podrobně popsáno jak experimentárium, tak metody měření. 

Kapitola 5 je rozdělena do 3 částí a shrnuje dosažené experimentální výsledky a jejich diskuzi. Jsou prezentovány výsledky pro homopolymerní sítě s tuhými nebo flexibilními segmenty, kopolymerní systémy i vliv iniciačních podmínek, které zahrnují široké spektrum použitých experimentálních technik i teoretických výpočtů polymeračních a kopolymeračních rychlostí. Výsledky ve formě OM i TEM fotografií i výsledky z dalších experimentálních technik jsou prezentovány relativně systematicky a přehledně.

Vlastní obsah této části práce je výborný a má kvalitu dostatečnou pro publikaci i v renomovaných časopisech. Výsledky jsou diskutovány stručně a s použitím existujících teorií, které jsou pro interpretaci výsledků nezbytné. 

Celkově je možno práci hodnotit jako dobře koncipovanou a výborně provedenou. Přes některé drobné nedostatky, které lze připsat na vrub nezkušenosti a snaze autora dosáhnout úplný popis pozorovaných jevů, lze v práci najít velké množství nových poznatků mnohdy zcela zásadního charakteru

Ing. Bystřický je velmi schopným výzkumným pracovníkem, je samostatný a velmi dobře pracuje jak v oblasti experimentální tak v oblasti teoretické a simulační. Po celou dobu jeho studia byl velmi aktivní a kromě práce na své dizertaci se podílel ještě na velkém množství dalších projektů. 

Práci tedy doporučuji přijat podle zákona 111/1998 Sb. jako podklad pro obhajobu v doktorském studijním oboru makromolekulární chemie a po jejím úspěšném absolvování doporučuji udělit Ing. Zdeňku Bystřickému vědeckou hodnost Ph.D. (doktor filozofie) v oboru makromolekulární chemie.
Dizertační práce Ing. Zdeňka Bystřického se zabývá studiem morfogeneze dimethakrylátových sítí. V práci byly využity zjednodušené systémy založené na monomerech, které bývají typicky využívány jako složky matric pryskyřičných kompozitních materiálů využívaných v oblasti záchovné stomatologie. Kinetika a mechanismy formování polymerních sítí byly studovány především s ohledem na strukturu jednotlivých monomerů, jejich vzájemný molární poměr a koncentraci iniciačního systému využitého pro radikálovou polymeraci. Dále byla studována kinetika termické degradace, která je s morfologií vytvrzených sítí přímo spjata.
    Kinetika polymerace byla studována pomocí diferenční kompenzační foto-kalorimetrie (DPC) a infračervené spektroskopie (FTIR). Proces termické degradace byl analyzován pomocí termo-gravimetrické analýzy (TGA). Viskoelastické parametry byly charakterizovány pomocí dynamicko-mechanické analýzy (DMA).
Práce sama je koncipována obvyklým způsobem, kdy po stručném úvodu následuje literární rešerše, na kterou navazují cíle práce. Tyto jsou dále následovány experimentální částí a výsledky a diskusí, na které navazuje závěr. Dále jsou přehledně uvedeny literární zdroje, seznam obrázků, tabulek a zkratek. Práce je napsána v běžném rozsahu (104 stran) a obsahuje 44 obrázků, 14 tabulek a 131 zdrojů původní literatury.
Text práce je napsán s poměrně vysokou odborností, poukazující na aktuální problémy a limity v daném vědním oboru. Pro nezaujatého čtenáře působí zdařile a velmi kvalitně, taktéž se dobře čte (text je „tekutý, hutný a někam směřuje“). Toto jasné a srozumitelné zpracování práce dokazuje schopnosti autora a adekvátní orientaci ve studovaném oboru.

Po formální stránce k práci nemám žádných výrazných připomínek. Snad jen styl zápisu chemických vzorců by měl být v práci unifikován. Kupř. styl vzorečků na obr. 2. a 3. se výrazně liší od stylu na obr. 4. a taktéž následovně ve zbytku práce.

    Na závěr konstatuji, že předložená dizertační práce má dle mého názoru úroveň, která převyšuje běžný průměr. Drobná pochybení nijak nesnižují celkovou kvalitu a úroveň práce. Autor vzhledem ke kvalitě předložené práce splňuje veškerá požadovaná kritéria a osvědčil, že je dostatečně vyzrálou osobností. Zejména tyto důvody mě vedou nepochybně k závěru, že:

DOPORUČUJI

aby po úspěšné obhajobě dizertační práce byl Ing. Zdeňkovi Bystřickému přiznán titul Ph.D.

Ve Zlíně 4. 12. 2019


                            doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D.
                            Centrum polymerních systémů
                            Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Posudek oponenta
RNDr. Pavel Bradna, CSc.

Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 110.03 kB