2017-es év áttekintése, összegzés

Immáron hagyományosan, egy kis összegzéssel szeretném zárni az évet. Bátran elmondhatom, hogy ebben az évben is jelentős eredményeket értünk el a fejlesztéseink területén. Nagy öröm számomra, hogy a kutatómunkánkhoz  számos diplomatervező (4 fő) és TDK-zó (3 fő) hallgató csatlakozott, valamint külön öröm, hogy 2017 elején megkezdhettem a munkát első PhD hallgatómmal is :)

Az elmúlt évben a politejsav tulajdonságainak célzott módosításával, fólia és lemez termékek minősítésével és a PLA alapú biológiai úton lebontható habok fejlesztésével foglalkoztunk, valamint fröccsönthető biokompozit előgyártmány fejlesztését kezdtük meg. Véleményem szerint sikerült lefektetnünk azon alapokat, amelyekre építkezve, igényre szabható csomagolóanyagot, termékek kerülhetnek a jövőben kifejlesztésre. Az elkövetkező évnek nagy lendülettel és nagy célokkal kívánok nekivágni!

[Forrás: https://gallery.yopriceville.com]

Sikerekben és megújuló erőforrásokban gazdag új évet kívánok mindenkinek!

                                                                                                                      Dr. Kmetty Ákos

Tovább olvasom »

Politejsav habosításának lehetséges módjai (kapszulázott habképző szerrel történő habosítás)

Az extrúziós habosítás esetén gyakran találkozhatunk olyan "fizikai" habképző szerekkel, amelyek a habképzés során térfogatukat jelentős mértékben képesek megnövelni (expandálni) termikus bomlás nélkül. Ezen anyagok (mikro méretű gömböcskék) üregeket, cellákat hoznak létre az ömledék állapotba vitt polimerünkben és a hűtés során bekövetkező habstabilizációs lépésben alakítják ki a végleges habszerkezetet. Szerkezetüket tekintve egy külső polimer héjból (pl. etilén-vinil-acetát) és jellemzően alifás szénhidrogénből álló belső magrészből állnak (1.ábra).

1.ábra Kapszulázott habképző anyagok [Forrás: http://www.kureha.co.jp/en/business/material/microspheres.html]

A 2. ábrán egy ilyen "fizikai" habképző szerrel habosított politejsav minta, pásztázó elektronmikroszkópi felvétele látható.

2.ábra Politejsav alapú, kapszulázott habképző szerrel előállított hab pásztázó elektronmikroszkópi felvétele [Forrás: Saját ábra]

Kutatómunkánk során e habképzési módra is fókuszálunk, a habképző szer, gyártástechnológiai paraméterek és anyagtulajdonságok közötti kapcsolatok feltárása a célunk.

Tovább olvasom »

Politejsav habosításának lehetséges módjai (kémiai habosítás I.)

A polimerek habosítási technológiáit több csoportba oszthatjuk:

1. Fizikai habosítás (pl. kívülről bevezetett szuperkritikus-széndioxid alkalmazásával)
2. Kémiai habosítás (kémiai habképző szerek alkalmazásával)
3. Gyöngyhabosítás (pl. expandált polisztirol/politejsav gyártás)

Ebben a bejegyzésben a kémiai habképző szerekre kívánok rámutatni. 

Mit is nevezhetünk habképző szernek? 

A habképző szer egy olyan szilárd, folyadék vagy gáz halmazállapotú anyag, amely a habképzés során a buborékok és a cella szerkezet (nyitott vagy zárt cellás habstruktúra) kialakításáért felelős. 

A kémiai habképző szerek (főként szilárd por vagy granulátum formájúak) jellemzően termikus bomlásuk során gázt (pl. N2, CO2) fejlesztenek és ennek segítségével alakíthatjuk ki a számunkra megfelelő (sűrűségű, habszilárdságú) terméket. Ha áttekintjük a kereskedelemben elérhető kémiai habképző szereket akkor exoterm (hőfelszabadulással járó kémiai reakció), endoterm (hőfelvétellel járó kémiai reakció) és úgynevezett "fizikai" altípussal is találkozhatunk. Fontos megemlíteni, hogy a kémiai habképző szerek alkalmazásának egyik nagy előnye, hogy nem szükséges a feldolgozó berendezést (pl. extruder) átalakítanunk, ahhoz, hogy habosított terméket állíthassunk elő, szemben a fizikai habosítási technológiával. Ennek oka, hogy a kémiai habképző szert a polimer anyagunkkal egy időben, az adagoló nyíláson keresztül juttathatjuk a feldolgozó berendezésbe. 

Kutatómunkánk során mindhárom kémiai habképző szer altípust vizsgáljuk és célunk a politejsav mátrixanyagnál való alkalmazhatóságuk vizsgálata.

Tovább olvasom »

Politejsav hab a górcső alatt

Az elmúlt időszakban a politejsav (PLA) habosítására fókuszáltunk, amely eredményeképpen számos különböző mintát, sikerrel állítottunk elő. Célunk politejsav alkalmazásával a legmegfelelőbb gyártástechnológia paraméterek meghatározásra, valamint az egyes PLA típusok habszerkezetre gyakorolt hatásának minősítése. Vizsgálataink során elemezzük a gyártott minták cellaszerkezetét és mechanikai tulajdonságait. Az egyik mintáról készített pásztázó elektronmikroszkópi felvételt az 1.ábra szemlélteti.

1.ábra Politejsav alapú hab elektronmikroszkópi felvétele [Forrás: saját ábra]

Tovább olvasom »

Újabb típusú cukornádból előállított politejsav a kereskedelemben

Az elmúlt napokban jelent meg a hír, hogy a Total Corbion új típusú, cukornádból előállított politejsavat hozott forgalomba a Luminy márkanév alatt (1.ábra). Az új terméket főként csomagolástechnikai és autóipari felhasználásra szánják. Az új termék alapanyaga (cukornád) , amely Bonsucro tanúsítvánnyal rendelkezik.

1.ábra Cukornádból előállított PLA és annak körfogása [Forrás:http://polymer-additives.specialchem.com]

Látható, hogy a biopolimerek fejlesztése és alkalmazása egyre nagyobb teret nyer. Ezt a folyamatot csak gyorsítani fogja az egyes országok által bevezetett és bevezetni kívánt egyszer használatos csomagolóanyagok (főként zacskók) alkalmazásának tilalma. Ilyen ország például Kenya is ahol évente mintegy 100 millió darab kőolaj alapú és biológiai úton nem lebontható zacskó került eddig forgalomba [Forrás:link].

Tovább olvasom »

Biológiai úton lebontható polikaprolakton (PCL)

A biopolimereken belül a petrolkémai úton előállított, de biológiai úton lebontható polimerek is intenzív fejlesztés alatt állnak. Ebben a hónapban a bioplastics magazine friss hírként tette közzé, hogy a polikaprolakton (PCL) alapanyagot is fejlesztő és gyártó Perstorp vállalt két új termékkóddal (6500D és 6800D) ellátott PCL-t hozott forgalomba, kifejezetten csomagolástechnikai (élelmiszerrel érintkező termékek csomagolására is) célra. Marie Grönborg (Executive Vice President at Perstorp) kiemelte, hogy a bioműanyagok piaca gyorsan növekszik és hatalmas lehetőség kínálkozik a biológiai úton lebontható csomagolások és azok élelmiszeri alkalmazására.

A PCL egy alacsony olvadáspontú (~55-60C), hőre lágyuló, hidrofób poliészter alapanyag. Szívós és könnyen feldolgozható. A belőle készített termékeket az 1.ábra szemlélteti.

1.ábra PCL alapnyagból készített élelmiszerrel érintkező és biológiai úton lebontható csomagolás
[Forrás: http://www.bioplasticsmagazine.com]

Tovább olvasom »

Politejsav kémiai úton történő habosításának megkezdése

Az elmúlt hónapokban a szakirodalmakra és gyártó ajánlásokra támaszkodva kiválasztottunk számos kémiai habképzőszert (chemical blowing agent), amelyeket politejsavhoz (PLA) adagoltunk és megkezdtük azok morfológiai, mechanikai tulajdonságokra gyakorolt hatásának feltárását. A kémiai habképzés lényege, hogy a habképzőszer egy bizonyos bomlási hőmérséklet (~150-220C) felett elbomlik és bomlása során gázt fejleszt, amely az ömledékben lévő PLA-t habosítja. A gyártást egy ikercsigás extruderrel végeztük (1.ábra). A PLA-t granulátom formában adagoltuk be, amelyet előzetesen por formájú kémiai habképzőszerrel kevertünk össze.

1.ábra Politejsav kémiai úton történő habosítása ikercsigás extrúzió alkalmazásával [Forrás: Saját ábra]

Tovább olvasom »

Megújuló erőforrás alapú habok térnyerése

A napokban megjelent egy érdekes hír a bioplastics magazinban (lsd. link), amely egy környezetbarát, megújuló habról szól, amelyet ágymatrac egyik alapanyagként (Naturepedic's mattresses) kívánnak forgalomba hozni (1.ábra).

1.ábra Naturepedic matrac bio-polietilén felhasználásával [Forrás:http://www.bioplasticsmagazine.com]

Korábban már említettem (lsd. link), hogy a hatalmas mennyiségben elérhető biomasszából számos polimert már elő lehet állítani többek között a bio-polietilént is, amely jelen esetben e matrac egyik alapanyagaként funkcionál. A bio-polietilén alapanyagot a Braskem cég szolgáltatja, amelyet cukornádból állítanak elő (2. ábra).

2.ábra Cukornád ültetvény [Forrás: http://www.braskem.com]

A cukornád termelést tekintve jelenleg Brazília a világ egyik legnagyobb mennyiségben termelő országa évente mintegy 490 millió tonna kapacitással. A cukornádból a glükóz kinyerése utána etanolt állítanak elő (~37 billió liter/termelési év), majd ebből etilént és végül bio-polietilént (3.ábra), amelyet jellemzően kémiai habképzőszerek segítségével habosítanak.

3.ábra Cukornádból bio-polietilént [Forrás: https://polymerinnovationblog.com/bio-polyethylene-drop-in-replacement]

Az így kapott alapanyag megújuló erőforrásból előállított, de biológiai úton nem lebontható, újramegömlesztés révén újrahasznosítható lesz.

Tovább olvasom »

Extrúziós érdekesség egy speciális politejsav esetén

Az elmúlt időszakban számos különböző politejsav (PLA) minősítését és célzott adalékolását, módosítását kezdtük meg. Jelen bejegyzésben egy érdekességre szeretnék rávilágítani, ami nem más mint az alapanyag (egy speciális politejsav) és az extruder csiga közötti adhézió mértéke (1.ábra).

1. ábra Speciális politejsav és az extruder csiga közötti kapcsolat [Forrás: Saját kép]

Az 1. ábrán az látható, hogy az extruder garat részénél a beadagolt politejsav granulátum ömledék állapotba került (gyártó által javasolt hőmérsékletprofil alkalmazása mellett) rátapadt az extruder csigára. A jelenség feldolgozástechnológia szempontjából nem szerencsés, mert az extrúziós során az alapanyagszállítás feltétele az, hogy az extruder henger és az alapanyag között nagyobb legyen a súrlódás, mint az alapanyag és az extrudercsiga között. Jelen esetben ez nem teljesült a politejsav ömledék együtt forgott az extruder csigával. Ennek az lett az eredménye, hogy az extruder szerszámból nem jött ki az alapanyag és a beadagolt további PLA granulátum is egy helyben mozgott. E jelenség megoldására szóba kerülhet úgynevezett csúsztató anyagok (pl. magnézium-sztearát) alkalmazása, speciális vízhűtéssel rendelkező extruder csiga alkalmazása, stb. Mi a csúsztató adalékanyag alkalmazása mellett döntöttünk és 1 m%-nyi mennyiség már megoldást nyújtott erre a problémára, azonban a csúsztató anyag anyagtulajdonságokra gyakorolt hatását még széleskörűen fel kell tárnunk.

Tovább olvasom »

Folyamatban lévő kutatásaink...

A 2017-es év sok érdekes és nagyra törő tervvel indult el. Az elmúlt három hónapban kitűztük további céljainkat, áttekintettük az elmúlt időszak frissen megjelent szakirodalmait és meghatároztuk kutatásaink menetét. Nagy örömömre a kutatásainkhoz ismét nagy számban csatlakoztak hallgatók is.

A következő időszakban főként a politejsav (PLA) kémiai és fizikai úton történő habosíthatóságára fogunk koncentrálni és számos bejegyzést tervezek írni ebben a témában is. Ahhoz azonban, hogy egy teljes képet kaphassunk e biohabok előállítására és tulajdonságaikra vonatkozóan nélkülözhetetlen az alkalmazott alap (különböző PLA típusok) és segédanyagok (pl. kémiai habképzőszerek) tulajdonságainak részletes feltárása. A kémiai habképző szerek esetén vizsgálatainkat a termoanalitikai módszerek közé tartozó termogravimetriás vizsgálattal (TGA) kezdtük meg. A mérés lényege, hogy egy kis mintát (~10 mg) egy analitikai mérleggel ellátott TGA berendezésbe helyezünk és mérjük az anyag tömegváltozását a hőmérséklet függvényében. Az így kapott görbéből kimutathatjuk, hogy a kémiai habképző szer bomlása milyen hőmérsékleti értéknél indul el és információt kaphatunk ennek sebességéről is.

Tovább olvasom »

Expandált politejsav alapú termékek

Korábbi bejegyzésemben már megemlítettem, hogy elindult az expandált politejsav habok és habtermékek előállítása és alkalmazási területeinek szélesedés. Most egy további, érdekes felhasználási területet szeretnék bemutatni, a fagylalt tároló csomagolást (megújuló erőforrás alapú és biológiai úton lebontható formában) (1.ábra).

1. ábra E-PLA habtermék fagylat tárolására és szállítására [Forrás: www.greeny.it]

Tovább olvasom »

Biopolimerek helyzete, jövőkép

Érdemes időközönként áttekinteni a jövőbeli előrejelzéseket az adott területre (bio-polimerek) vonatkozóan. Ahhoz, hogy ezt átlássuk fontos az adott szakterület publikációinak folyamatos nyomon követése és az évente megjelenő piaci elemzések áttekintése. Ebben a bejegyzésben a piac várható alakulására szeretnék rávilágítani. Nemrég megjelent több piaci jelentés, statisztika is, amelyek a biopolimerek gyártásának alakulását szemléltetik. Az adatok azt mutatják, hogy míg 2014-ben közel 5.7 milló tonna bio-alapú polimert gyártottak globális szinten (beleérte a biológiai úton le (pl. PLA) és nem lebontható polimereket  (bio-PET)) is addig az előrejelzések 2020-ra mintegy 17 millió tonnáról szólnak (1.ábra).

1.ábra Bio alapú polimerek fejlődése 2011-2020 között [Forrás: http://bio-based.eu/markets/]

Ami érdekességként mutatkozik meg, hogy a megújuló erőforrás alapú, de biológiai úton nem lebontható polimerek gyártásának jelentős mértékű növekedésével számolnak főként a bio-PET vonatkozásában (főként merev/rideg csomagolóanyagok) (2.ábra).

2.ábra Bio-alapú polimerek (anyag szerinti szűkítés szerint) gyártásának alakulása 2014-2019 között [Forrás: http://bio-based.eu/markets/]

Ha megnézzük a megújuló erőforrás alapú és biológiai úton lebontható politejsavat (PLA), a keményítő alapú blendeket vagy a nagy léptékben előretörő polibutilén-szukcinátot akkor láthatjuk, hogy további bővülésre számíthatunk, amely széleskörűbb elterjedésükkel járhat főként a flexibilis csomagolóanyagok területén (3. ábra).

3.ábra  Bio-alapú polimerek (anyag szerinti szűkítés szerint) gyártásának alakulása 2014-2019 között [Forrás: http://bio-based.eu/markets/]

Tovább olvasom »