1. No category

ZDRUŽENA (TRANSNACIONALNA)
RAZVOJNO-RAZISKOVALNA (R&R) SHEMA ZA OKOLJSKO
BIORAZGRADLJIVE POLIMERE
Inovativni razvoj vrednostne verige za trajnostno plastiko
v Centralni Evropi
Delovni paket 3
Razvoj načrta aktivnosti – od znanosti k inovacijam v vrednostni verigi
Januar 2013
1
Uvod
Partnerji PLASTiCE projekta smo bili v preteklih letih vključeni v osnovne in uporabne
raziskave na različnih stopnjah vrednostne verige okoljsko biorazgradljive plastike. Vsaka
od vključenih razvojno raziskovalnih institucij je v teoriji sposobna opraviti večino raziskav,
vendar je vsak inštitut specializiran za posamezne razvojno raziskovalne dejavnosti. V želji,
da bi izpolnili pričakovanja proizvajalcev biorazgradljivih polimerov in plastike v
Centralni Evropi in podkrepili razvoj novih produktov na trgu, smo razvili združeno
(transnacionalno) razvojno raziskovalno shemo za okoljsko biorazgradljive polimerne
materiale.
Zahvaljujoč sodelovanju med sedmimi razvojno raziskovalnimi inštituti iz štirih držav ponuja
združena R&R shema prilagojene rešite za podjetja, ki so v Centralni Evropi vključena v
vpeljavo novih okoljsko biorazgradljivih polimerov na trg. Za več informacij o sodelovanju s
PLASTiCE partnerji kontaktirajte vaše lokalne razvojno raziskovalne inštitute.
Za Italijo
in
Avstrijo
Za Češko
in
Slovaško
Za
Slovenijo
in države
Balkana
Univerza v Bologni, Oddelek za kemijo ‘G. Ciamician’ (PP8)
Mariastella Scandola, Profesorica, vodja Polimerne znanstvene skupine
+39 0512099577/+39 0512099456
mariastella.scandola@unibo.it
Polimerni inštitut Slovaške Akademije Znanosti (PP5)
Ivan Chodak, Višji znanstvenik, Profesor
+421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923
upolchiv@savba.sk
Slovaška tehnološka univerza v Bratislavi (PP6)
Dušan Bakoš, Profesor
+421 903 238191, +421 2 59325439/ +421 2 52495381
dusan.bakos@stuba.sk
Kemijski inštitut (LP)
Laboratorij za polimerno kemijo in tehnologijo
Andrej Kržan, Višji znanstveni sodelavec
+386 8 205 45 01 / +386 1 4760 300
andrej.krzan@ki.si
Center odličnosti Polimerni Materiali in Tehnologije CO PoliMaT
(PP11)
Urška Kropf, Raziskovalka
+386 4 42 58 400
urska.kropf@polieko.si
Za
Poljsko in
Baltske
države
Poljska akademija znanosti, Center za polimerne in ogljične
materiale (PP12)
Marek Kowalczuk, Vodja oddelka za biorazgradljive materiale
+48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69
cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl
Poljski center za raziskave in razvoj embalaže COBRO (PP13)
Hanna Żakowska, Namestnica direktorja za raziskave
+48 22 842 20 11 ext. 18
ekopack@cobro.org.pl
2
Contacts
Kemijski inštitut Laboratorij za polimerno kemijo in tehnologijo (LP)
Kontaktna oseba: Andrej Kržan
Funkcija: višji znanstveni sodelavec
Tel./fax: +386 8 20 54 501 / +386 1 47 60 300
E-mail: andrej.krzan@ki.si
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 1
Doktorji: 3
Drugo znanstveno osebje: Infrastruktura
Laboratorij za polimerno kemijo in tehnologijo
Pomembna oprema: FTIR, DMA, SEC, SEC-MALS, ekstruder, brizganje
Infrastrukturni center kemijskega inštituta
Pomembna oprema: NMR, AFM, TEM, računalniška simulacija
Polimerni inštitut Slovaške akademije znanosti (PP5)
Kontaktna oseba: Ivan Chodak
Funkcija: Višji znanstvenik, profesor
Tel./fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923
E-mail: upolchiv@savba.sk
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 1
Doktorji: 1
Drugo znanstveno osebje: 3
Infrastruktura
Oddelek za kompozitne materiale
Pomembna oprema: Osnovna oprema za procesiranje (laboratorijski mikser, ekstruder, miniekstruder), Napredna oprema za karakterizacijo fizikalnih lastnosti (mehanske lastnosti, DSC, XRD,
DMTA, XPS, dielektrična spektroskopija, FTIR, nanoindenter, oscilirajoči reometer, tenzometer)
Oprema za modifikacijo plastike – atmosferski plazma generator
Slovaška tehnološka univerza v Bratislavi (PP6)
Kontaktna oseba: Dušan Bakoš
Funkcija: profesor
Tel./fax: +421 903 238191 /+421 2 5249 5381
E-mail: dusan.bakos@stuba.si
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 2
Doktorji: 4
Drugo znanstveno osebje: 5
3
Infrastruktura
Center za uporabne raziskave okolju prijaznih materialov
Pomembna oprema: dvovijačni ekstruder, mikser
Laboratorij za procesiranje plastike
Pomembna oprema: Laboratorijski dvovijačni ekstruder, brabender
Laboratorij za reologijo
Pombna oprema: oscilirajoči reometer, Kapilarni reometer
Analizni laboratorij
Pomembna oprema: Klimatizirani laboratorij, Mehanske in termične lastnosti, Elektronska mikrokopija
Univerza v Bologni, Oddelek za kemijo ‘G. Ciamician’ (PP8)
Kontaktna oseba: Mariastella Scandola
Funkcija: profesorica, vodja polimerne znanstvene skupine
Tel./fax: +39 051 20 99 577/+39 051 20 99 456
E-mail: mariastella.scandola@unibo.it
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 1
Doktorji: 1
Drugo znanstveno osebje: 2
Infrastruktura
Polimerni znanstveni laboratorij
Pomembna oprema: Instrument za gelsko permeacijsko kromatografijo, Diferenčni dinamični
kalorimeter; Termogravimetrični analizator; Dinamično mehanski analizator; Dielektrični analizator;
Polarizirani optični mikroskop z ogrevalno mizico in digitalnim zajemom; Širokokotni rentgenski
praškovni difraktometer opremljen z Anton-Paar TTK 450 ogrevalno napravo; vrstični elektronski
mikroskop; Infrardeči spektrometer; UV-Vis spektrometer; Dinamometer; Aparatura za merjenje
kontaktnega kota; Elektronski mikroskop na atomsko silo Nanoscope 3D; Elektro predilna naprava (s
kontrolo vlage in temperature); Miniaturna naprava za mešano brizganje; Laboratorijska stiskalnica;
Naprava za spin coating; Temperaturno kontroliran stresalnik; Vakuumska peč
Center odličnosti polimerni materiali in tehnologije (PP11)
Kontaktna oseba: Urška Kropf
Funkcija: raziskovalka
Tel./fax: +386 3 42 58 400
E-mail: urska.kropf@polieko.si
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 0
Doktorji: 6
Drugo znanstveno osebje: 1
Infrastruktura
Center odličnosti polimerni materiali in tehnologije
Pomembna oprema: MALDI-TOF-TOF MS; TGA; DSC; Reakcijski kalorimeter; Ultrazvočni procesor
za pilotne poskuse; Laboratorijski mini ekstruder; Respirometrični analizator (respirometer) za
merjenje biorazgradnje polimerov; PoliMaT-ov laboratorij za elementno analizo C, N, H, S, O;
Posodobljen SIMS masni spektrometer; Adsorpcijski porozimeter; UV sistem za polimerizacijo;
Posodobljen HECUS sistem-3 to S3-MICROpix; Model Free Kinetics software & UV set;
Laboratorijski razpršilni sušilnik; Laboratorijski mešalni reaktor; DSC merilna celica; Laboratorijski
visokotlačni reaktor; Aparatura za določanje velikosti delcev v vodni raztopini; Laboratorijski strižni
mešalnik za prah; GPC/SEC instrument; Liofilizator; Masni spektrometer (MS); Bližnji IR (NIR)
spektrometer; Elektropredilna naprava; Naprava za tribološke meritve, Posodobljena naprava za
brizganje; Naprava za naprševanje z zlatom in ogljikom; Dodatna oprema in pribor za AFM; Pilotna
elektropredilna naprava
4
Poljska akademija znanosti, Center za polimerne in ogljične materiale (PP12)
Kontaktna oseba: Marek Kowalczuk
Funkcija: Vodja oddelka za biorazgradljive materiale
Tel./fax: +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69
E-mail: cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 3
Doktorji: 5
Drugo znanstveno osebje: 6
Infrastruktura
Biorazgradljivi materiali
Pomembna oprema: Micro-Oxymax; Instron model 4204, Mettler Toledo TGA/DSC STARe; ESI-MS;
GPC; MiniLab II, MiniJet II; Masni spektrometer LCMS-IT-TOF, FTIR
Analitika
Pomembna oprema: NMR spektroskopija
Poljski center za razvoj in raziskave embalaže COBRO (PP13)
Kontaktna oseba: Hanna Żakowska
Funkcija: Namestnica direktorja za raziskave
Tel./fax: +48 22 842 20 11 ext. 18
E-mail: ekopack@cobro.org.pl
Znanstveno osbje vključeno v R&D o biorazgradljivi plastiki :
Profesorji: 2
Doktorji: 1
Drugo znanstveno osebje: 4
Infrastruktura
CBiR
Pomembna oprema: LCA oprema, program SimaPro 7
CBiR
Pomembna oprema: Oprema za testiranje kompostirnosti
Laboratorij za embalažne materiale in testiranje embalaže
Pomembna oprema: Oprema aza raziskave uporabnih lastnosti
5
Dopolnjevanje
PLASTiCE partnerji ponujamo R&R storitve povezane s polimernimi materiali (PLA,
PHA, škrobni in ostali materiali) glede na specifične potrebe industrije.
Sledeča tabela daje pregled specializiranih področij projektnih partnerjev.
PLA
PHA
Materiali na osnovi
škroba
Drugi materiali
PP5, PP6, PP12
PP5, PP6, PP12
PP8, PP5, PP6, PP11
PP8, PP5, PP11
PP5, PP11, PP12
PP5, PP11,PP12
PP11, PP12
PP11, PP12
PP5, PP6, PP11
PP5, PP6, PP11,
PP12
PP5, PP6, PP11
PP5, PP6, PP11,
PP12
PP5, PP6, PP11
PP5, PP6, PP11
reologija, parametri procesiranja
PP5, PP6, PP11
PP5, PP6, PP11
homogenizacija (z internimi mikserji, enovijačnimi in
dvovijačnimi ekstruderji)
PP5, PP6, PP11
PP5, PP6, PP11
folije
PP6, PP11*, PP12
PP6, PP11*, PP12
rigidna embalaža
PP6, PP11*, PP12
PP6, PP11*, PP12
fleksibilna embalaža
PP6, PP12
PP6, PP12
filmi za mulčenje
PP6, PP12
PP6, PP12
Področja raziskav
Karakterizacija polimerov na trgu:
sestava in molekularna struktura
lastnosti trdnih snovi
Kemijska modifikacija lastnosti polimerov :
modifikacija (z modifikatorji polimerov)
funkcionalni polimeri
Fizikalna modifikacija polimerov:
modifikacija z aditivi
polimerne mešanice
polimerni kompoziti vključno z nanokompoziti
Procesiranje:
Industrijska proizvodnja:
penjeni materiali
prevlečeni materiali
PP5
PP5
PP11*, PP12
PP11*, PP12
LP, PP5, PP12, PP13
LP, PP5, PP12,
PP13
Uporabne lastnosti izdelkov:
staranje polimerov
barierne lastnosti polimerov (prepustnost plinov)
termo-mehanske lastnosti polimerov
PP5, PP12, PP13
PP5, PP12, PP13
PP5, PP6, PP8, PP11,
PP12, PP13
PP5, PP6, PP8,
PP11, PP12, PP13
PP13
PP13
lastnosti ki vplivajo na obstojnost in rok uporabe živila
(kontakt z živili glede na evropsko direktivo EU
10/2011)
Testiranje biorazgradljivosti in kompostirnosti (po EN, ASTM in ISO standardih):
pod laboratorijskimi pogoji
PP6*, PP11, PP12,
PP13
PP6*, PP11, PP12,
PP13
PP12
PP12
v komunalnih in industrijskih kompostarnah
*: v sodelovanju s partnerji
6
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Karakterizacija polimerov na trgu
Fizikalne lastnosti (termalne, mehanske, strukturne,
morfološke)
Analiza termične stabilnosti (temperatura degradacije) za eno ali
več komponentne materiale (s termogravimetrično analizo, od
sobne temperature do 900 °C v inertni atmosferi ali zraku)
3 delovni dnevi (en
vzorec)
1-2 tedna (do 10
vzorcev)
Analiza termične stabilnosti in masna spektrometrija hlapnih
spojin (s TGA-MS, od sobne temperature do 900 °C v inertni
atmosferi)
3 delovni dnevi (en
vzorec)
1-2 tedna (do 10
vzorcev)
Analiza toplotnih/faznih prehodov (steklast prehod, kristalizacija
in taljenje, z določitvijo temperatur prehoda in pripadajočo
specifično toploto posameznih stopenj, kristalizacijska in talilna
entalpija z diferenčno dinamično kalorimetrijo, temperaturni okvir
od 100 °C – 250 °C, hlajenje s tekočim dušikom, dve meritvi za
posamezen vzorec
2-4 tedne (odvisno
od števila vzorcev)
Določitev mehanskih lastnosti pri sobni temperaturi (elastični
modul, napetost in obremenitev ob pretrganju, natezne lastnosti s
statistično analizo rezultatov za minimalno 8 vzorcev)
2-5 tednov (odvisno
od števila vzorcev)
Določitev viskoelastične relaksacije (z dinamično mehansko
analizo pri eni ali več frekvencah, temperaturni okvir med 150 °C
in 250 °C )
3-4 tedne
Strukturna analiza kristalne faze (s širokokotno rentgensko
praškovno difrakcijo)
Rezultat analize
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Rezultat analize
Predviden rok
izvedbe
2 tedna
Poročilo o fizikalnih lastnostih analiziranega polimera
Karakterizacija polimerov na trgu
Sestava in molekularna struktura
Predviden rok
izvedbe
Določevanje lastnosti trdnega stanja z uporabo infrardeče
spektroskopije s Fourjejevo transformacijo (FTIR)
1 - 2 tedna
Določanje topnosti materiala in določanje deleža polimera v
plastiki (kemijska analiza)
1 - 3 tedni
Določanje polimera v plastiki z NMR (jedrsko magnetno
resonanco) spektroskopijo
1 - 3 tedni
Določitev molske mase polimera z GPC tehniko (gelska
permeacijska kromatografija)
1 - 3 tedni
Analiza aditivov z masno spektrometrijo LCMS-IT-TOF (hibridno
masni spektrometer s sposobnostjo ionske pasti in z resolucijo in
masno natančnostjo tandemskega masnega spektrometra)
1 - 3 tedni
Karakterizacija biorazgradljivih kopoliestrov (PHA) s sekvenčnim
in tandemskim masnim spektrometrom ESI-MSn
(elektrorazpršilna “mehka” ionizacija s sekvenčno masno
spektrometrijo)
1 - 3 tedni
Poročilo o molekularni strukturi polimera in karakterizacija aditivov v plastiki
7
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Rezultat analize
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Rezultat analize
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Rezultat analize
Kemijska modifikacija lastnosti polimera:
 Modifikacija (s polimernimi modifikatorji)
 Funkcionalni polimeri
Predviden rok
izvedbe
Sinteza kemijskih modifikatorjev
1 mesec-2 leti
Določitev fizikalnih lastnosti polimernih materialov
Modifikacija polimerov z namenom doseči specifične lastnosti:
žamreževanje polimerov z namenom povečanja odpornosti na
topila
3 dni-2 tedna
Modifikacija polimerov z namenom doseči specifične lastnosti:
povečanje polarnosti površine polimera za izboljšanje kvalitete
tiskanja ali oprijema, povečanje termične in oksidativne
stabilnosti
1 mesec-2 leti
1 mesec-2 leti
Standard commercial polymers possessing certain properties
Fizikalno modificiranje lastnosti polimerov:
 Modificiranje z aditivi
 Mešanice polimerov
 Polimerni kompoziti vključno z nanokompoziti
Predviden rok
izvedbe
Modificiranje lastnosti posameznega polimera z dodajanjem
nizkomolekularnih aditivov kot so plastifikatorji, podaljševalci
verig in stabilizatorji ali z mešanjem z malimi količinami drugih
polimerov za dosego želenih lastnosti
1 mesec-2 leti (ali
dlje)
Mešanje dveh polimerov čez njuno polno koncentracijsko
območje, želene lastnosti dosežejo z modifikacijo vmesnikov in
kompatiblizatorjev
1 mesec-2 leti (ali
dlje)
Priprava kompozitov na osnovi polimernih matric s prilagojenimi
lastnostnimi z modifikacijo vmesnika
1 mesec-2 leti (ali
dlje)
Poročilo o alternativah za kompatibiliziranje različnih biorazgradljivih polimerov
Procesiranje:
 Reologija, parametri procesiranja
 Homogenizacija (z uporabo internih mikserjev, eno- in dvovijačnih ekstruderjev)
Predviden rok
izvedbe
Izbira primernih mešanic biorazgradljivih polimerov za uporabo,
predlogi za področja uporabe
1 dan-3 mesece
Določanje parametrov procesiranja materialov
1-4 tedne
Poročilo o parametrih procesiranja izbranih biorazgradljivih polimerov, priporočilo glede
glavnih metod procesiranja, vključno z opremo in tipičnimi parametri procesiranja
8
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Rezultat analize
Področja
raziskav
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Industrijska proizvodnja (raziskave lastnosti industrijskega
procesiranja:
 Proizvodnja filmov
 Proizvodnja rigidne embalaže
 Proizvodnja fleksibilne embalaže
 Proizvodnja filmov za mulčenje
 Proizvodnja penjenih materialov
Proizvodnja prevlečenih materialov
Predviden rok
izvedbe
Laboratorijska proizvodnja folij: raziskave o procesiranju in
mešanju, proizvodnja masterbatchov (mini dvovijačni ekstruder
(MiniLab II) kombiniran z napravo za brizganje (Mini Jet II)
HAAKE, uporaba force feeder-ja, kontinuirna ekstruzija z
majhnimi volumni, mini naprava za brizganje ki omogoča
proizvodnjo vzorcev za testiranje materialov in simultano
merjenje reoloških lastnosti)
1-2 tedna
Laboratorijska proizvodnja fleksibilne embalaže
1-2 tedna
Podpora pilotni proizvodnji na mestu samem
1 dan - 6 tednov
Kontroliranje mehanskih lastnosti izdelka med proizvodnim
procesom: Meritve mehanskih lastnosti, Instron model 4204 za
natezni test
1-2 tedna
Kontrola molekularnih lastnosti izdelka med proizvodnim
procesom
1-3 tedne
Poročilo o stabilnosti polimera z ozirom na vsebino embalaže
Testiranje uporabnih lastnosti polimernih produktov
(embalažni materiali in embalaža):
 Staranje polimernih materialov
 Barierne lastnosti polimernih materialov (prepustnost plinov)
 Termo-mehanske lastnosti polimernih materialov
 Testiranje obstojnosti embalaže za kontakt z živili (stik z živili
po Uredbi komisije EU 10/2011)
Xenotest (staranje materiala zaradi svetlobe ali vremenskih
razmer) za testiranje obnašanja materiala v naravnih pogojih
4 mesece*
Določitev celotnega organskega ogljika (TOC) in deleža
obnovljivih virov v polimernih materialih
1 mesec*
Testiranje prepustnosti vodne pare, kisika in ogljikovega dioksida
2 tedna*
Določitev nateznih lastnosti (obremenitev ob pretrganju, raztezek
do pretrganja, elastični modul, itd.)
2 tedna*
Določitev odpornosti na trganje
2 tedna*
Določitev odpornosti na udarce z uporabo prosto padajoče
puščice
Tesnilne lastnosti (nosilnost ob pretrganju, tesnilna odpornost,
itd.)
Hot-tack testiranje tesnjenja
2 tedna*
2 tedna*
2 tedna*
DSC (diferenčna dinamična kalorimetrija) in FTIR (infrardeča
spektroskopija)
Senzorična analiza
Določitev celotne in specifične migracije nizkomolekularnih spojin
v živila
Testiranje vsebnosti monomera v plastičnih materialih in
sproščanje hlapnih substanc
Rezultat analize
Predviden rok
izvedbe
1 teden*
1-1.5 mesec*
2 mesca*
1 mesec*
Analiza bioplastike (biorazgradljiva/iz obnovljivih virov) in določevanje lastnosti. Poročilo
in analiza lastnosti sta v pomoč pri uporabi bioplastike.
*Povprečen rok izvedbe vključuje pripravo vzorca, analizo in poročilo; rok lahko variira v odvisnosti od čakalne dobe v laboratoriju
9
Področja
raziskav
Testiranje biorazgradljivosti in kompostirnosti (po EN, ASTM
in ISO standardih):
 Laboratorijski pogoji
 Komunalne in industrijske kompostarne
Testiranje razgradnje in kompostirnosti pod laboratorijskimi
pogoji: preliminarno testiranje biorazgradljivosti embalaže z
uporabo simuliranih kompostiranih pogojev na laboratorijskem
nivoju sledeč EN 14806: 2010
Opis
raziskovalnih
dejavnosti
Rezultat analize
Predviden rok
izvedbe
4 mesece
Testiranje razgradnje in kompostirnosti pod laboratorijskimi
pogoji: hidrolitska razgradnja v vodi ali pufrni raztopini (testiranje
razgradnje biorazgradljivih polimerov v preprostem mediju za
staranje z namenom napovedovanja obnašanja polimera
Od nekaj tednov do
6 mesecev, odvisno
od tipa materiala in
standarda
Testiranje razgradnje in kompostirnosti pod laboratorijskimi
pogoji: laboratorijska razgradnja v kompostu z uporabo
respirometrije (Respirometer Micro-Oxymax S/N 110315
Columbus Instruments za merjenej CO2 v laboratorijskih pogojih
po EN ISO 14855-1:2009 – Določanje končne aerobene
biorazgradljivosti in razkroja polimernih materialov pod
nadzorovanimi pogoji kompostiranja – Metoda z analizo
sproščenega ogljikovega dioksida – 1 del
Od nekaj tednov do
6 mesecev, odvisno
od tipa materiala in
standarda
Testiranje (bio)razgradnje in testiranja kompostirnosti v
kompostarnah (testiranje biorazgradljivega materiala v industrijski
kompostirni kopici ali v KNEER kompostirnem kontejnerju)
Od nekaj tednov do
6 mesecev, odvisno
od tipa materiala in
standarda
Certificiranje kompostirnih izdelkov in potencialno označevanje
embalaže z oznak "kompostirno" (v sodelovanju z DIN CERTCO,
Nemčija
2-4 mesece
Poročilo o obnašanju novih polimernih materialov med testiranjem (bio)razgradnje
Certifikat
Dokument je bil pripravljen v okviru delovnega paketa 3 projekta Inovtivni razvoj
vrednostne verige za trajnostno plastiko v Centralni Evropi (PLASTiCE), ki je
sofinanciran s strani Central Europe programa v okviru Evropskega Regionalnega
Sklada za Razvoj (ERDF).
Marec 2013
10