ZDRUŽENA (TRANSNACIONALNA) RAZVOJNO
Transcription
ZDRUŽENA (TRANSNACIONALNA) RAZVOJNO
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 [email protected] Polimerni inštitut Slovaške Akademije Znanosti (PP5) Ivan Chodak, Višji znanstvenik, Profesor +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923 [email protected] Slovaška tehnološka univerza v Bratislavi (PP6) Dušan Bakoš, Profesor +421 903 238191, +421 2 59325439/ +421 2 52495381 [email protected] Kemijski inštitut (LP) Laboratorij za polimerno kemijo in tehnologijo Andrej Kržan, Višji znanstveni sodelavec +386 8 205 45 01 / +386 1 4760 300 [email protected] Center odličnosti Polimerni Materiali in Tehnologije CO PoliMaT (PP11) Urška Kropf, Raziskovalka +386 4 42 58 400 [email protected] 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 [email protected] Poljski center za raziskave in razvoj embalaže COBRO (PP13) Hanna Żakowska, Namestnica direktorja za raziskave +48 22 842 20 11 ext. 18 [email protected] 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: [email protected] 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: [email protected] 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: [email protected] 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: [email protected] 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: [email protected] 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: [email protected] 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: [email protected] 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