Uzņēmējdarbība un inovācijas
ERAF_logo EK_logo IPM logo
 

Lai radītu un izgatavotu augstvērtīgus organiskus matus, jāzina, kādas ir dabisko matu komponentes un cik svarīga ir katra no tām, lai imitētu cilvēka matu. Šāda analīze ir nepieciešama, lai varētu radīt organiskus bioloģiski tīrus mākslīgus matus, kas praktiski neatšķirtos no dabiskiem matiem.
Bioloģiski tīri mākslīgie mati no dabiskiem materiāliem ir jau radīti, bet atšķirībā no cilvēka matiem tiem ir tikai divi slāņi (cilvēka mats sastāv no trim pamatslāņiem). Par iekšējo slāni mākslīgu matu ražošanā līdz šim ir izmantotas dabiskās šķiedras: celulozes, kokvilnas vai zīda. Šim slānim vajag nodrošināt matiem nepieciešamo stiprību un elastību. Ārējais slānis tiek veidots no šellakas un akrilātu kopolimēriem. Šim slānim jāsatur pigmenti, kas piešķirs matiem noteiktu krāsu un spīdumu. To veido no lanolīna, kas iegūts no mājas aitām, dažādiem dabiskiem plastifikatoriem un citām piedevām, starp kurām ir olas dzeltenuma eļļa un citas komponentes. Papildus estētiskām prasībām ārējam slānim jānodrošina pietiekama saķeres stiprība ar iekšējo slāni, augsta elastība, liela graujošā deformācija un spēja pretoties plaisāšanai. Tomēr līdz šim radītie mākslīgie mati ne visi ir izcilas kvalitātes.
Dabisko polimēru galvenais trūkums ir to nepietiekamā mehāniskā stiprība un ilgizturība. Tāpēc tika veikti pētījumi, kā uzlabot šellakas fizikāli mehāniskās īpašības. Šellaka ir dabisks polimērs ar plašu pielietojuma spektru. Šellaka ir cieti, amorfi sveķi, kas viegli veido plānas filmas. Tā nav toksiska, tai piemīt laba ūdensizturība un īpašs spīdums.
Pētījumos tika izmantota nebalināta šellaka, 2-hidriksil-etlmetakrilāta akrila monomērs (HM) un metanols. Tika izpētītas piecas šellakas kompozīcijas: tīra šellaka un šellaka ar 1, 3, 5 un 7% akrilmonomēra HM piedevu.
Veiktie pētījumi parādīja, ka šellakas filmu fizikāli mehāniskās īpašības var uzlabot, šellakai pievienojot akrila monomēru HM. Kopā ar ultravioleto apstarošanu, šī metode var kalpot, lai uzlabotu šellakas filmu fizikāli mehāniskos raksturlielumus. Šai metodei ir acīmredzamas priekšrocības salīdzinājumā ar gamma apstarošanas paņēmienu, jo ir mazāk bīstama un piešķir labākas mehāniskās īpašības. Metodes trūkums ir ierobežotais UV starojuma iespiešanās dziļums.

ERAF līdzfinansētā projekta „Bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanas procesa izstrāde” darba mērķis ir uzlabot mākslīgo matu kvalitāti, palielinot iespēju tirgot jaunradīto projektu kā kvalitatīvu un inovatīvu. Mākslīgo matu ražošanas tehnoloģiskajos procesos tiks izmantotas bioloģiski tīras izejvielas, tādējādi paaugstinot produkta kvalitāti.
Pēdējos projekta darba mēnešos tika veikts darbs pie cilvēka matu sastāva izpētes, analizējot un pētot mata sastāvu un tādas īpašības kā lūšana un temperatūras noturības problēmas. Tika pētīta arī ķīmiskās iedarbības ietekme. Veiktie pētījumi par dabiska mata īpašībām ļāva izdarīt vairākus būtiskus secinājumus, lai veiksmīgu veidotu mākslīga māta sastāvu.
Lai paplašinātu savu pieredzi, projekta pētnieki veica literatūras analīzi par organisko vielu pielietojumu rūpnieciskajā ražošanā, lecitīna savienojuma ķēdēm, boraksa savienojuma ķēdēm un pienskābes savienojuma ķēdēm. Pēctecīgi tika paveikta lecitīna, boraksa un pienskābes īpašību analīze.
Notika darbs arī pie dažādu organisko vielu sastāva modeļa izveides. Tika izgatavoti vairāki šķiedras diega pārklājumu paraugi un tika pārbaudītas to īpašības.
Lai veiksmīgi varētu notikt eksperimenti eksperimentālajai izstrādei nepieciešamās iekārtas tika sagatavotas eksperimentu veikšanai. Tika veikti vairāki ekspermenti ar mākslīgo matu šķiedras diegiem un iespējamajiem organisko vielu pārklājumiem bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanai. Projekta darbā šobrīd tiek turpināti eksperimenti ar organiskajām vielām.
Projekts tiek īstenots sadarbībā ar mākslīgo matu ražotāju SIA „Protein Hair Coating Factory”.

Eiropas Reģionālā attīstības fonda līdzfinansētajā projektā „Bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanas procesa izstrāde” notikuši vairāki šellakas pētījumi.
Tīras šellakas būtiskais trūkums ir tās zemas mehāniskās īpašības. Viens no dabīgo polimēru mehānisko īpašību paaugstināšanas risinājumiem ir to modifikācija ar augstākām mehāniskām īpašībām. Lai paaugstinātu minēto materiālu mehāniskās īpašības, interesanti ir pētījumi ar daudzfunkcionālajiem akrila rindas monomēriem. Šādi monomēri veicina reakcijas, kurās veidojas polimērtīkls, potējot šellaku cauri ar akrīlmonomēra dubultsaitēm un iegūstot kopolimērus. Šādas reakcijas notiek, pielietojot UV vai gamma starojumus. Šellakas apstrāde ar UV starojumu ne tikai uzlabo tās mehāniskās īpašības, bet palielina tās biosadalījumu, traucējot polimēra novecošanas procesus.
Projekta ietvaros tika pārbaudītas plēves no tīras un sašūtas ar akrila monomēru 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) šellakas. Tika sagatavoti arī dažādi akrila monomēra 2-hydroxyethyl methacrylate koncentrācijas (1, 2, 5, 9 un 11%) sastāvi.
Pētījumi parādīja, ka uzsildot, notiek polimēra lineāro izmēru samazinājums. Sasilšanas rezultātā notiek polimēra struktūras sablīvējums. Šis process vairāk izteikts tīrai šellakai, mazāk – sašūtai ar 2-hydroxyethyl methacrylate šellakai, jo tīrai šellakai uzsildīšanas laikā visos ciklos notiek struktūras sablīvējums, tajā pašā laikā šellakai, sašūtai ar 2-hydroxyethyl methacrylate, pietiek tikai ar vienu ciklu, lai notiktu struktūras sablīvējums.
Veiktas pārbaudes stiepē paraugiem kā no tīras šellakas, tā arī no sašūtas šellakas ar akrila monomēru (monomēra koncentrācija – 11%). Bija pārbaudīti stiepē paraugi kā no tīras šellakas, tā arī no šellakas ar akrila monomēra. Paraugi ar dažādas akrila monomēra piedevas koncentrāciju (5, 7, 9 un 11%) uzrādīja stiprību un deformācijas robežu, kas bija būtiski zemāka, nekā paraugiem no tīras šellakas, kas liecina par nepietiekamu sašūšanu ar UV starojumu. Pētījumi pierādīja to, ka paraugiem nepieciešams palielināt UV apstarojuma devu.
Sašūto polimēru mehāniskās īpašības (stiprība, elastības modulis un maksimālās sabrukuma deformācijas) ir atkarīgas no sašūšanas blīvuma. Tika analizētas dažādas metodes sašūšanas blīvuma sacietināto polimēru noteikšanai, lai pielietotu tās šellakas sašūšanas pakāpes turpmākos pētījumos.

Projekts veic daudzus nozīmīgus pētījumus, lai izstrādatu jaunu, bioloģiski tīru mākslīgo matu produkciju un būtiski uzlabotu ražošanas tehnoloģisko procesu, izmantojot bioloģiski tīras izejvielas. Viena no galvenajām aktivitātem ir rūpnieciskais pētījums  - dažādu organisko vielu un materiālu izmantošanas, savienošanas, savstarpējo reakciju un īpašību pētīšana ar mērķi iegūt nepieciešamās zināšanas un prasmes jaunu, bioloģiski tīru mākslīgo matu produkcijas izstrādei
Gada sākumā ir veikts darbs pie cilvēka matu sastāva izpētes, ka arī noteiktas matu sastāva īpašības. Vienas no galvenajām problēmam, kas ir noteiktas, veicot cilvēka matu sastāva analīzi, ir lūzšanas un terperatūras noturības problēmas. Pētījumu gaitā liela vērība ir pievērsta arī ķīmiskās iedarbības ietekmes izpētei. Iegūtie secinājumi ļauj veiksmīgi radīt makslīgo matu paraugus, izvairoties no cilvēka matu problēmām, ka arī ļauj paredzēt iespējamās mākslīgo matu problēmas.
Tika veikta literatūras analīze par organisko vielu pielietojumu rūpnieciskajā ražošanā. Pētnieki strādāja arī pie dažādu organisko vielu sastāva modeļa izveides. Minētajam modelim tika izvērtētas tā iespējas.
Tika veikta literatūras analīze par piemērotāko cisteīnu un par par piemērotāko kazeīnu. Veinalikus tika analizētas gan cisteīna īpašības, gan kazeīna īpašības.
Tika veikta literatūras analīze par olu dzeltenuma eļļu un paveikta olu dzeltenuma eļļas īpašību analīze.
Tika izgatavoti vairāki šķiedras diega pārklājumu paraugi un tika pārbaudītas to īpašības.
Ekspermentālajai izstrādei ir sagatavota eksperimentu veikšanai nepieciešamā iekārta. Tika veikti vairāki ekspermenti ar mākslīgo matu šķiedras diegiem un iespējamajiem organisko vielu pārklājumiem bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanai. Turpinās ekspermenti ar organiskajām vielām.

Latvijas Universitātes aģentūras „Polimēru mehānikas institūts” īstenotā Eiropas Reģionālās attīstības fonda līdzfinansētā projekta „Bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanas procesa izstrāde” ietvaros turpinās pētniecības darbs.
Veikts Šellakas vecošanas procesa izpētēs darbs. Pētījumi uzrādīja, ka dabīgā šellaka ir amorfs materiāls un viņam nav skaidri noteiktas mīkstināšanas un tecēšanas temperatūras. Šellaka pakļaujas vecošanai, jo satur vairāk kā vienu hidroksilgrupu, bet daži šellakas tipi satur vairāk kā vienu karboksilgrupu, kā rezultātā notiek materiāla pašēterifikācija. Ēterifikācijas blakusparādības: šķīdības zaudējums, skābuma pakāpes pazemināšana un stiklošanas temperatūras paaugstināšana.
Mākslīgo bioloģiski tītu matu ražošanā svarīgi pielietot netoksiskas komponentes (šellakas sašūšanas aģentus). Salīdzinājumā ar nesašūto šellaku, sašūtās šellakas mehāniskajās īpašības palielinās tīklveida struktūras formēšanas dēļ. Šellakas sašūšana veic stiprības pieaugumu, bet pazemina sabrukuma pagarinājumu.
Tika turpināti pētījumi mākslīgo bioloģiski tīro šķiedru (matu) ūdens uzsūkšanas procesa atkarībai vidē ar relatīvo mitrumu 20, 47, 77 un 98%. Ūdens uzsūkšana ir atkarīga no vides relatīvā mitruma. Maksimālā ūdens uzsūkšana sasniedzama pēc 20 stundu eksponējuma vidē. Vidējā šķidruma uzsūkšana 98% relatīvā mitrumā sastādīja apmēram 6%.
Tika pētīti celulozes šķiedru uzbriešanas ūdenī īpatnības (6.punkts).Ar mikroskopa palīdzību tika izpētītas celulozes šķiedras garenvirzienā un šķērsgriezumi sausā veidā un uzbriešanas procesā: sagatavoti sauso šķiedru preparāti, noteikti 250-300 reizes palielinājumā šķiedru paraugu diametrs un garums un tika novērots šķiedru uzbriešanas process, ievadot destilēto ūdeni zem preparāta uzklājuma stikla. Konstatēta šķiedru nevienmērīga uzbriešana: ass virzienā šķiedras izmēri palielinājās par 3.7-4.5%, šķērsvirzienā par 25-45%. Ilglaicīgi glabājot ūdenī, šķiedras no karboksīlcelulozes (KMC) stipri briest, bet ūdenī neizšķīst.
Uzsāktie pētījumi tiks turpināti, lai tiktu radīti mākslīgie mati, kuriem par pastāvīgu pārklājumu tiks izmantoti bioloģiski, dabīgi materiāli, kuri galvenokārt būs uz šķīdinātāju bāzes, aizstājot tos ar līdz šim izmantotajiem sintētiskajiem, neorganiskie pārklājumiem un materiāliem.

Latvijas Universitātes aģentūra „Polimēru mehānikas institūts” turpina īstenot Eiropas Reģionālās attīstības fonda līdzfinansēto projektu „Bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanas procesa izstrāde”, kura īstenošanā nozīmīgs sadarbības partneris ir SIA „Protein Hair Coating Factory”.
Projekta darba gaitā tiks radīti mākslīgie mati, kuriem par pastāvīgu pārklājumu tiks izmantoti bioloģiski, dabīgi materiāli, kuri galvenokārt būs uz šķīdinātāju bāzes. Līdz šim mākslīgo matu ražošanā tiek izmantoti sintētiskie, neorganiskie pārklājumi un materiāli. Projekta ietvaros tiks izstrādāts ražošanas process, kurā radīsies jauns produkts. Jauni, novatoriski materiālu izmantošanas risinājumi ļaus aizvietot šobrīd ražošanā izmantojamās ķīmiskas vielas ar organiskajiem savienojumiem, dabīgām vielām, materiāliem, kam ir uzlabotas īpašības un kuri ir nekaitīgāki videi. Organiskie savienojumi, jaunie pārklājuma slāņi būs unikāli paši par sevi. Tie nodrošinās ne tikai produkta atbilstību bioloģiskas apstrādes ražošanas veidam, bet samazinās mākslīgo matu imitācijas atšķirību no dabīgajiem matiem, tādejādi būtiski mainot esošā produkta sastāvdaļas, materiālus un uzlabojot paša produkta īpašības, arī funkcionālās īpašības.
Latvijas Universitātes Polimēru mehānikas institūts projektā piedalās ar savām zināšanām polimēru jomā, t.i. polimēru materiālu deformēšanās un sabrukums, polimēru mehānika, polimēru ilglaicīgas pretestības prognozēšana un apkārtējās vides faktoru ietekme, polimēru fizikāli mehāniskās īpašības. PMI sadarbības partnera SIA „Protein Hair Coating Factory” līdzšinējā pieredze, pētniecības un attīstības ieguldījumi saistāmi ar proteīnu pārklājumu iedarbību, funkcionālajām, vizuālajām un mehāniskajām  īpašībām. veidosies starpdisciplināra sinerģija starp materiālzinātnēm un bioloģijas zinātnes apakšnozarēm – biofiziku, bioķīmiju, biotehnoloģiju.

Pēdējos gados dažādās jomās pieaug patērētāju pieprasījums pēc dabīgiem produktiem un bioloģiskiem izejmateriāliem. SIA „Protein Hair Coating Factory” sadarbības partneri un klienti izrāda interesi par mākslīgiem matiem ar bioloģisku pārklājumu, īpaši lielās ražotājvalstis, piemēram, Indija, Ķīna. Mākslīgo matu ražošanas nozarē ir radies patērētāju pieprasījums pēc krietni dabiskākas, bioloģiskākas matu imitācijas. Lai panāktu šādas imitācijas, ir nepieciešamas investīcijas pētniecībā un ražošanas attīstībā. Lai varētu sasniegt izvirzītos rezultātus un radīt konkurētspējīgu produktu, par nozīmīgu priekšnosacījumu ir kļuvusi sadarbība starp privāto sektoru un pētniecības iestādēm.
Līdz šim mākslīgo matu ražošanas industrijā liela uzmanībia tika pievērsta tam, kā panākt dabīgo matu augstas kvalitātes imitācijas, kas izskatās un funkcionē tāpat kā dabīgie mati, lai šos matus var ieveidot, krāsot, cirtot un veikt citas procedūras.
Mākslīgo matu ražošanā visas šobrīd izmantojamās izejvielas ir neorganiskas. To ražošanas procesā proteīnu šķiedras tiek vairakkārt mitrinātas, atkārtoti žāvētas stiprā karstuma iedarbībā, tām tiek uzklāti vairāki pārklājuma slāņi, tiek veikta stiepšana, veltnēšana un savstarpēja sasaistīšana, kā rezultātā no pavedieniem tiek iegūti augstas kvalitātes mākslīgie mati.
Ņemot vērā to, ka patērētāji pievērš uzmanību arī tādām mākslīgo matu īpašībām kā smaržai, garšai, degšanas tempam, formēšanās procesam pie stiepšanas u.tml., ražotājiem ir nepieciešams pilnveidot šo matu ražošanu, padarot tos mūsdienīgu, tāpēc vajag aizstāt neorganiskās izejvielas ar organiskām, lai produkts būtu ar vēl bioloģiskākām un dabīgākām īpašībām. Mākslīgo matu ražošanas procesā izmantojamās sintētiskās (nedabīgās) vielas ir jāaizstāj ar dabiskām vielām.
Lai maksimāli tiktu apmierinātas patērētāju vēlmes, tiktu veicināta bioloģiskā ražošana, tādejādi veicinot arī pašas nozares attīstību, ražošanas un eksporta apjomus šīs nozares uzņēmumiem ir būtiski piedāvāt bioloģiskus risinājums. Projekts veic nepieciešamos pētījumus, lai atklātu, kā sintētiskos pārklājuma slāņus iespējams aizstāt ar bioloģiskiem pārklājumiem.

Projekta „Bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanas procesa izstrāde” mērķis ir bioloģisku tīru izejvielu izmantošana mākslīgo matu ražošanas tehnoloģiskajos procesos. Projektam ir pozitīva ietekme uz ekonomiku, jo tā darba rezultātā tiks radīti mati, kas varētu aizstāt citus, ne tik veiskmīgu mākslīgo materiālu matus, kas tiek izmantoti šobrīd.
Polimēru mehānikas institūts ir projekta vadošais partneris, un projekts tiek īstenots sadarbībā ar mākslīgo matu ražotāju SIA „Protein Hair Coating Factory”.
SIA „Protein Hair Coating Factory” ir viens no šīs nozares vadošajiem ražošanas uzņēmumiem ar pasaules mēroga pieredzi un tehnoloģiskiem atklājumiem. Uzņēmumam ir pieejamas tehnoloģijas, modernas mākslīgo matu ražošanas līnijas, un zinoši nozares speciālisti. Līdz ar to sadarbības partnera loma šajā projektā būs piedalīties gan rūpnieciskā pētījuma, gan eksperimentālās izstrādnes aktivitātēs. Sadarbības rezultātā tiks radīts bioloģiski tīrs mākslīgo matu ražošanas process, kas noslēgsies patentējamā, jaunu mākslīgo matu produkcijā.
Polimēru mehānikas institūts projekta ietvaros veiks vairākas rūpnieciskā pētījuma aktivitātes. Rūpniecisko pētījumu specifikas dēļ, šajās aktivitātēs piedalīsies arī SIA „Protein Hair Coating Factory” puses. PMI otrs uzdevums būs veikt eksperimentālās izstrādes aktivitātes. Šo aktivitāšu īstenošanai PMI ir pieejams nepieciešamais personāls un tehnoloģiskās iekārtas.
Intelektuālā īpašuma tiesības projekta gaitā pilnībā tiks piešķirtas SIA „Protein Hair Coating Factory”. Sadarbības partneris SIA „Protein Hair Coating Factory” ir vienīgais augstas kvalitātes ražotājs pasaulē, tas atrodas Latvijā un tam ir visas nepieciešamais materiāltehniskais nodrošinājums.

Sākot ar 2010.gada 1.novembri LU Polimēru mehānikas institūts uzsāka īstenot Eiropas Savienības struktūrfondu projektu "Bioloģiski tīru mākslīgo matu ražošanas procesa izstrāde".
Projekta mērķis ir bioloģiski tīru izejvielu izmantošana mākslīgo matu ražošanas tehnoloģiskajos procesos, tādējādi paplašinot konkrētās tautsaimniecības nozares preču klāstu un to kvalitati, kā arī palielinot esošo tirgus daļu.
Projekta ietvaros tiks izstrādāta jauna, bioloģiski tīru mākslīgo matu produkcija un tiks būtiski uzlaboti ražošanas tehnoloģiskie procesi, kuros izmanto bioloģiski tīras izejvielas.
Lai nodrošinātu izvirzīto mērķu sasniegšanu, projekta ietvaros plānots īstenot šādas aktivitates:

  1. Rūpnieciskais pētījums
  2. Eksperimentalā izstrāde
  3. Pētniecības rezultātu publiskas pieejamības nodrošināšana
  4. Pētniecības rezultātu rūpnieciskā īpašuma tiesību nostiprināšana

Projekta īstenošana paredzēta 24 mēnešu garuma, tā noslēgsies 2012.gada 31.oktobrī.