Biokompozyty z surowców odnawialnych

Preview
Motive Industries INC
Reklama
Reklama

Duże zainteresowanie tematem wytwarzania biokompozytów na osnowie polimerowej wynika z globalnej idei „czystszej produkcji” i tzw. zielonej chemii. Ekologia zagościła w sferze przemysłu, gdzie ważna staję się poprawa efektywności produkcji przy jednoczesnej redukcji ryzyka naruszenia równowagi środowiska naturalnego.

Wiodące marki z całego świata inwestują w technologię, by pokonywać przeszkody związane z przetwórstwem biotworzyw. Wciąż znajdowane są nowe możliwości zastosowań takich materiałów, gdyż ich właściwości już niemalże dorównują tradycyjnym tworzywom.

Termin „biokompozyty” jest dość szeroki i odnosi się do kompozytów, gdzie chociaż jeden z komponentów jest „bio”. Będą to zarówno polimery petrochemiczne lub biopolimery napełniane włóknami naturalnymi, jak i biopolimery z włóknami syntetycznymi [1]. Same biopolimery muszą spełniać choć jeden z dwóch wymogów – być biodegradowalne lub pochodzić z odnawialnych źródeł. Obecnie obserwujemy niezwykle szybki rozwój biokompozytów pojawiających się w coraz to nowszych sektorach gospodarki, np. przemyśle motoryzacyjnym, opakowaniowym, budownictwie oraz wielu innych. Rozwój napędza rozwój: dzięki znacznej liczbie badań, publikacji i wdrożeń wciąż udoskonalane są techniki wytwarzania biokompozytów, a ich produkcja staje się z każdym rokiem coraz bardziej opłacalna i pożądana.

Kompozyty biodegradowalne
Polimery biodegradowalne produkowane obecnie na świecie otrzymywane są głównie z roślin. Można je również wyodrębniać z bakterii i grzybów czy na przykład pancerzy skorupiaków (chitozan). Niektóre syntetyzuje się z surowców petrochemicznych.

Spośród petrochemicznych termoplastycznych polimerów biodegradowalnych do najważniejszych należy zaliczyć poliestry alifatyczne i kopoliestry, w tym np. PCL, PBS, PBSA. Polimery w pełni biodegradowalne są całkowicie przetwarzane przez mikroorganizmy na dwutlenek węgla, wodę i humus. Polimer uważany jest za biodegradowalny, jeśli w całości ulega rozkładowi przez bakterie w glebie lub w wodzie w ciągu 6 miesięcy [10np]. Polimery i kompozyty biodegradowalne można przetwarzać, stosując większość standardowych technologii przetwórstwa tworzyw sztucznych, włącznie z termoformowaniem, wytłaczaniem, formowaniem wtryskowym i rozdmuchowym.

Kompozyty te znajdują zastosowanie m.in. w przemyśle budowlanym, motoryzacyjnym, meblowym, a także w produkcji dóbr konsumpcyjnych, takich jak: artykuły biurowe, kubki, zabawki i wiele innych przedmiotów codziennego użytku.

W Polsce rynek biokompozytów, który posiada ogromny potencjał, jest wciąż niezagospodarowany. Obecnie zaczyna się on jednak rozwijać głównie w Stanach Zjednoczonych, Niemczech, Japonii. Trwa już komercyjna produkcja tego typu kompozytów o wysokim module sprężystości, dobrej wytrzymałości, posiadających zdolność rozpraszania energii i inne interesujące właściwości. Dostępne są zarówno ich granulaty, jak i gotowe produkty. Najciekawszą grupą tworzyw i kompozytów, a zarazem najbardziej obiecującą są te na bazie skrobi i polilaktydów, wytwarzane już teraz na szeroką skalę i stosunkowo dobrze poznane. Przykładem wdrożonych już materiałów mogą być kompozyty: Kareline PLMS (polilaktyd z włóknami drzewnymi) firmy Kareline oraz Fibrolon (kompozyt WPC – w jednym z rodzajów matrycą jest polilaktyd) zaproponowany przez firmę FKuR. Oba kompozyty przeznaczone są do różnego rodzaju zastosowań, takich jak: panele, profile, wnętrza samochodów, różnego rodzaju wtryskiwane elementy, naczynia, a nawet trumny i urny. Kompozyty polilaktydu z kenafem już kilka lat temu zostały wprowadzone w częściach komputera i obudowie telefonu komórkowego (FOMA N701i ECO) firmy NEC. Toyota również wykorzystała polilaktyd napełniany kenafem w niektórych modelach swoich samochodach (Raum i Prius), w pokrowcu na koło zapasowe. Inne koncerny samochodowe, np. Ford, Honda, Mazda, również badają, opracowują i wykorzystują nowe biotworzywa i biokompozyty we wnętrzach swoich samochodów. Ciekawym przykładem mogą być drewnopodobne kompozyty polihydroksymaślanu (PHB) napełnianego włóknami konopi, stosowane jako zamiennik drewna chociażby w meblach czy podłogach. W Niemczech takie przedsiębiorstwa, jak Holstein-Flachs, Linotech, Tecnaro, Gehr i kilka innych, mają w swojej ofercie granulaty biokompozytów bądź gotowe biodegradowalne produkty różnego rodzaju: od mebli, pojemników, zabawek po biodegradowalne doniczki i urny. Ogromny rozwój technologii i wzrost konkurencyjności biotworzyw w ostatnich latach pozwalają na ukazywanie coraz szerszego asortymentu wyrobów, a przy tym otwieranie na coraz większe możliwości [10,11].

Polimery i kompozyty z surowców odnawialnych
Surowcem, z którego otrzymuje się (wyodrębnia, syntetyzuje, modyfikuje) biopochodne polimery jest biomasa. W rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie sposobu monitorowania wielkości emisji substancji objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do emisji, termin „biomasa” zdefiniowany jest jako: „niekopalny materiał organiczny ulegający biodegradacji, pochodzący z roślin, zwierząt i mikroorganizmów, a także produkty, produkty uboczne, pozostałości i odpady z działalności w rolnictwie, leśnictwie i z pokrewnych kategorii działalności przemysłowej, niekopalne i ulegające biodegradacji frakcje organiczne odpadów przemysłowych i komunalnych, w tym gazy i płyny odzyskiwane w procesie rozkładu niekopalnego i ulegającego biodegradacji materiału organicznego”. [4].

By dany materiał mógł być wliczony w poczet biopolimerów, nie musi ulegać szybkiemu procesowi rozkładu. Na światowym rynku dostępne są już polimery, które pod względem budowy chemicznej, właściwości i czasu rozkładu odpowiadają tradycyjnym, powszechnie stosowanym tworzywom petrochemicznym, nych. Biopolietyleny, biopoliamidy, biopoli(tereftalan etylenu) – te i inne odpowiedniki tradycyjnych tworzyw są już produkowane na skalę masową. Najbardziej znanym i rozpowszechnionym wśród nich jest biopolietylen brazylijskiej firmy Braskem (HDPE, LLDPE, kopolimery – bimodalne i unimodalne). Braskem wykorzystuje technologię fermentacyjnej konwersji biomasy (w tym wypadku trzciny cukrowej) w etanol. Ten jest następnie destylowany i poddawany dehydratacji do otrzymania etylenu [6].Ta sama firma w 2013 roku wprowadziła na rynek biopolipropylen. W 2015 roku ma się rozpocząć produkcja bio-PE przez Dow Chemicals i Mitsui. Zaawansowane badania nad bio-PP produkowanym z materiałów lignocelulozowych prowadzi również Mazda [7, 12].

Etylen pozyskany z bioetanolu może służyć również do produkcji poli(chlorku winylu). Zużywa się go około 40% masowo, resztę stanowi chlor. Ważną grupę niebiodegradowalnych biopochodnych tworzyw stanowią pozyskiwane z olejów roślinnych poliamidy. Pierwszy biopochodny poliamid, PA11 (Rilsan 11, Arkema) wszedł na rynek już w 1947 roku. Przez wiele lat, gdy kładziono nacisk na rozwój tworzyw petrochemicznych, PA 11 nie miał konkurencji w postaci podobnego do siebie biopolimeru. Zbliżone właściwości posiadał tylko petrochemiczny PA 12. Obecnie biopoliamidy dostępne są w ofertach kilku firm, takich jak: Evonik, BASF, DuPont, DSM, EMS, Rhodia, Suzhou Hipro Polymers. Udział roślinnego surowca w ich produkcji waha się od ok. 40 do 100%.

Reklama
Reklama

O Autorze

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama