MENČÍK, P. Hybridní biopolymerní kompozity pro 3D tiskové aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2019.
Disertační práce je zaměřena na studium kompozitních materiálů na bázi biopolymerní matrice a plniv pro 3D tiskové aplikace. Celá práce byla zasazena do širšího kontextu projektu podpořeného Ministerstvem průmyslu a obchodu. Cílem předkládané práce bylo připravit a charakterizovat kompozitní systémy s matricí na bázi polymerní směsi PHB a PLA a nalezení podmínek pro zpracování 3D tiskem metodou FDM. Analyzovat mísitelnost změkčovadla ze skupiny esterů kyseliny citronové s polymerní směsí PHB - PLA , nalézt souvislosti mezi strukturou změkčovadla a mechanickými vlastnostmi změkčené směsi a popsat vliv typu plniva na termické a mechanické vlastnosti kompozitu s ohledem na zpracování 3D tiskem. Posledním cílem bylo sestavit výpočetní model pro predikci vybraných mechanických vlastností kompozitních systémů obsahujících více druhů plniv použitím mikromechanického modelu. Tyto cíle byly bezesporu naplněny a v práci jsou postupně popsány výsledky dosažené v těchto oblastech. Celá práce je koncipována do tří logických návazných celků. V prvním bloku je řešena optimalizace polymerní matrice, zejména s ohledem na výběr změkčovadla, kterým byly řízeny mechanické vlastnosti a reologické chování při tisku. V druhé části je pozornost věnována přípravě a charakterizaci samotných kompozitních materiálů, jak s jedním plnivem, tak i kompozitů hybridních. Třetí část aplikuje mikromechanický model podle Halpin-Tsai na kompozity připravené 3D tiskem a doplněním modelu pak zohledňuje specifickou strukturu 3D tištěného materiálu. Získaná vypočtená data koreluje s naměřenými. V průběhu studia doktorand pracoval samostatně, využíval technologie a charakterizační techniky adekvátní zadanému tématu a průběžně přicházel s novými nápady, které přispívaly k naplnění cílů práce. V práci nakonec bylo nezbytné kombinovat celou řadu doktorandem vyvíjených technologických postupů a charakterizačních technik vlastností materiálů, tak i nově vyvinutých metod charakterizace tisknutelnosti materiálu. Celkový komplexní přístup tak umožnil doktorandovi získat výborný základ pro další odbornou práci v oboru. Dílčí výsledky práce byly publikovány na konferencích a v časopise (MENČÍK, P. at all.: Effect of Selected Commercial Plasticizers on Mechanical, Thermal, and Morphological Properties of Poly(3-hydroxybutyrate)/ Poly(lactic acid)/Plasticizer Biodegradable Blends for Three-Dimensional (3D) Print. Materials, 2018, vol. 11, no. 10, p. 1-20. ISSN: 1996-1944.). Celkově lze práci hodnotit jako velmi přínosnou ve stále se rozvíjející oblasti kompozitních materiálů a 3D tisku. Přístup doktoranda k řešení úkolů byl vždy zodpovědný a aktivní, a to i v době vážné nemoci s téměř ročním zdravotním omezením, které způsobilo prodloužení jeho studia. Proto doporučuji jeho doktorskou disertační práci k obhajobě a po jeho absolvování doporučuji udělit Ing. Přemyslu Menčíkovi titul Ph.D.
Predkladaná práca mala za cieľ pripraviť a charakterizovať systémy s matricou na báze zmesi biodegradovateľných polymérov z obnoviteľných zdrojov PHB a PLA a vybranými plnivami (časticové aj vláknité), pričom sa hľadali podmienky pre spracovanie takýchto kompozitných systémov 3D tlačou metódou FDM. Použité zmäkčovadlá boli vybrané zo skupiny esterov kyseliny citrónovej, pričom sa študovali súvislosti medzi štruktúrou zmäkčovadla a mechanickými vlastnosťami pripravenej polymérnej zmesi. Pri kompozitoch s plnivami v zmesnej matrici PLA/PHB sa sledoval vplyv typu plniva na termické a mechanické vlastnosti po spracovaní 3D tlačou. Vzhľadom na predpokladané praktické využitie sa pre predikciu vybraných mechanických vlastností kompozitných systémov využil poskladaný výpočtový model z kombinácie modelov aplikovaných v kompozitných systémoch. Vypočítané výsledky mechanických vlastností 3D tlačených a vstrekovaných testovacích telies sa porovnávali s a nameranými hodnotami a konfrontovali s literatúrou. Pri hodnotení práce hneď na začiatku môžem konštatovať veľmi prehľadné spracovanie teoretickej časti, ktorá komplexne podáva obraz o základných polyméroch PHB a PLA, pričom poukazuje na možné pozitívne ovplyvnenie termických a mechanických vlastností, najmä so zreteľom na rozšírenie spracovateľskej teploty (využitie reaktívneho spracovania). Poukazuje sa tu na význam výberu zmäkčovadiel, pričom sa pre charakterizáciu systémov využívajú najmä termické analýzy. Podobne sa tu pojednáva o zlepšení úžitkových vlastností a pri 3D tlači aj spracovateľských vlastností, čo sa dosahuje tiež prídavkom plnív. V teoretickej časti sa značná časť venuje predikcii mechanických vlastností kompozitov a popisom mikromechanických modelov, ako sú najčastejšie využívané zmiešavacie pravidlo, model podľa Halpin-Tsaia, model Mori-Tanaku, alebo Hirschov model, pričom často sa tieto modely kombinujú. Jednotlivé podkapitoly tejto časti sú výstižné a vyvážené. Predložená dizertačná práca zaujme aj podrobným popisom polymérnych zmesí PHB, PLA a vybraných zmäkčovadiel a kompozitných materiálov na báze PHB a vybraného plniva. Podrobne je popísaná ich príprava na dvojzávitovke a na laboratórnom kompaudačnom hnetači PLASTI-CORDER Brabender, ako aj príprava tlačového filamentu ako vstupného materiálu pre tlačiarne a testovacích teliesok metódou FDM 3D tlače. Osobitnú a z hľadiska štúdia systému významnú, považujem časť dizertačnej práce dokumentujúcu charakterizáciu systémov a štúdium ich vlastností. Študovaná bola miešateľnosť zmäkčovadla s polymérnou zmesou, migrácia zmäkčovadla, ďalej analýza povrchu metódou skenovacej elektronovej mikroskopie, termické chovanie (DSC a MDSC, TGA) a v neposlednom rade reologické chovanie kompozitných materiálov. K analýze tlačových vlastností sa sledoval warping, čo je pri 3D tlači ohýbanie koncov tlačeného telesa smerom hore (dôsledok zmrštenia kryštalizujúcich semikryštalických polymérov). Pri ťahových skúškach sa použili testovacie telieska v podobe extrudovaných 3D tlačových filamentov a tiež skúšobné telieska typu dogbone 5A vytvorené vstrekovaním respektíve 3D tlačou. Vybrané kompozitné vzorky boli testované na teplotu tvarovej stálosti HDT, s uvažovaním k potenciálnemu využitiu v automobilovom priemysle. Experiment uzavierajú stanovenia stupňa biologickej rozložitelnosti. V práci je v súvislosti s množstvom experimentov aj veľa dosiahnutých výsledkov, ktoré sú zrozumiteľne a vecne interpretované. Z formálneho hľadiska nemám k práci zásadné pripomienky. Experimentálna práca a interpretácia výsledkov prezentovaná v dizertačnej práci má vysokú úroveň. Práca je originálna, otvárajúca veľa možností ďalšieho štúdia kompozitných zmesí biodegradovateľných polymérov plnených časticovými a vláknitými materiálmi pre 3D tlač. Záverom rád konštatujem, že Ing. Přemysl Menčík vypracoval kvalitnú dizertačnú prácu, ktorou jednoznačne preukázal svoje schopnosti samostatnej vedeckej práce. Na základe uvedených skutočností odporúčam, aby na základe tejto práce a po úspešnej obhajobe bol Ing. Přemyslu Menčíkovi podľa príslušnej platnej vyhlášky zákona udelený akademický titul „philosophiae doctor“ Bratislava, 25. apríla 2019 Prof. Ing. Dušan Bakoš, DrSc.
Předložená doktorská disertační práce je zaměřena na studium problematiky týkající se vývoje, přípravy a charakterizace změkčených bioplastů a biokompozitů se zaměřením na použití v 3D tisku. Práce dodržuje tradiční strukturu obvyklou v oboru, je rozdělená do šesti hlavních kapitol. Předložená písemná forma má 126 stránek, obsahuje 64 obrázků a 31 tabulek, a je dále doplněna seznamem symbolů a literatury sčítajících 105 citací. V první kapitole autor stručně uvádí čtenáře do studované problematiky a naznačuje aplikační potenciál studovaných materiálů a technologie 3D tisku. V druhé kapitole se autor zabývá teoretickými východisky pro svou práci. Jsou zde popsány základní vlastnosti studovaných materiálů, vysvětleny použité experimentální techniky a shrnutý současný stav poznání. V třetí kapitole autor jasně a explicitně určí cíle své práce. V čtvrté kapitole se autor věnuje popisu metodiky své práce a detailně rozebírá zvolené experimentální postupy. V páté kapitole jsou podrobně prezentované výsledky a v šesté kapitole je předložen hutný souhrn zjištěných poznatků. Vlastní téma dizertační práce hodnotím jako vysoce aktuální jak z hlediska čistě vědeckého, tak i z obecnějšího společenského hlediska, protože studované materiály mají velký aplikační potenciál v oblasti technologií přímo řešících nejaktuálnější výzvy, kterým lidstvo čelí (omezení plastů ropného původu, zvýšení použití obnovitelný zdrojů, cirkulární ekonomika, nové výrobní technologie atd.) Metodika práce byla zvolena vcelku adekvátní, což se projevilo na dobré kvalitě i kvantitě získaných experimentálních dat. K některým použitým postupům mám drobné dotazy či spíše náměty k zamyšlení a případné doplnění, pokud bude problematika dále studována (viz otázky dále). Získaná experimentální data jsou prezentována přehledně, srozumitelně a jejich diskuze je věcná a racionální. Experimenty byly plánovány uvážlivě a experimentální techniky byly zvoleny relevantním způsobem. Získaná data tak představují pevnou základnu pro vyvozené závěry, se kterými se ztotožňuji. Po formální stránce je práce na velmi dobré úrovni, drobné chybky nijak nesnižují celkový příznivý dojem a nemá cenu je rozpitvávat. V souhrnu lze tedy konstatovat, že: • Námět práce je vysoce aktuální z hlediska současného stavu vědy a aplikovaného výzkumu i obecnějších společenských potřeb. • Všechny cíle disertační práce byly splněny. • Postup řešení je v souladu s vytyčenými cíli disertační práce. Konkrétním přínosem v tomto směru je zejména prostudování a detailnější porozumění chování změkčených biopolymerů a biokompozitů při 3D tisku. • Výsledky prezentované v práci jsou hodnotné a mohou značnou měrou přispět k praktickým aplikacím. Originální přínos spatřuji ve skutečnosti, že autor prokázal podstatné zvýšení užitných hodnot biopolymerní směsi měkčené tributylcitrátem a dále výjimečné tepelné vlastnosti u kompozitu plněného hydroxidem hořečnatým. • Práce je napsána srozumitelně, pečlivě, bez hrubých nedostatků. Z hlediska formálního provedení (jazykové, terminologické, grafické) je předložená práce na velmi dobré úrovni. • Disertační práce splňuje podmínky uvedené v § 47 odst. 4 zákona: „Studium se řádně ukončuje státní doktorskou zkouškou a obhajobou disertační práce, kterými se prokazuje schopnost a připravenost k samostatné činnosti v oblasti výzkumu nebo vývoje nebo k samostatné teoretické a tvůrčí umělecké činnosti.“ • Disertační práce obsahuje původní a uveřejněné výsledky a výsledky přijaté k uveřejnění. Na základě těchto skutečností tedy vyvozuji, že předložená práce splňuje podle mého názoru kritéria kladená na disertační práce a odpovídá obecně uznávaným požadavkům a proto vyjadřuji své souhlasné stanovisko k udělení akademického titulu PhD.
eVSKP id 120109