SPOJENÁ (NÁRODNÁ) R&D SCHÉMA PRE ENVIRONMENTÁLNE BIODEGRADOVATEĽNÉ POLYMÉRY by plasticeproject

SPOJENÁ (NÁRODNÁ) R&D SCHÉMA PRE ENVIRONMENTÁLNE BIODEGRADOVATEĽNÉ POLYMÉRY Príprava inovatívneho hodnotového reťazca pre udržateľné plasty v Strednej Európe Pracovný balík 3 (WP3) Príprava cestovnej mapy pre akciu – od vedy k inovácii v hodnotovom reťazci

Január 2013

Úvod Počas pár rokov sa Konzorcium PLASTiCE venovalo základnému a aplikovanému výskumu na rôznych stupňoch hodnotového reťazca environmentálne degradovateľných plastov. Aj keď každá z R&D inštitúcií je teoreticky schopná poskytnúť väčšinu servisných výskumných prác, prakticky každá inštitúcia je špecializovaná v špecifických R&D aktivitách. Pre lepšie pochopenie potrieb výrobcov biodegradovateľných polymérov a plastov v Strednej Európe a pre podporu vývoja nových aplikácií pre trh, vytvorilo Konzorcium PLASTiCE spojenú (národnú) R&D schému pre environmentálne biodegradovateľné polymérne materiály. Vďaka kooperácii medzi siedmymi R&D inštitúciami zo štyroch krajín, spojená R&D schéma ponúka na mieru šité riešenia pre podniky v Strednej Európe, ktoré sa snažia o zavedenie nových aplikácií environmentálne biodegradovateľných polymérov na trh. Pre ďalšie informácie o spolupráci s Konzorciom PLASTICE kontaktujte lokálnu R&D inštitúciu.

Pre Taliansko, Rakúsko

Pre Slovenskú republiku a Českú republiku

Pre Slovinsko, Balkánske štáty

Pre Poľsko, Baltické štáty

University of Bologna, Department of Chemistry ‘G. Ciamician’ (PP8) Mariastella Scandola, Profesorka, vedúca Polymer Science Group +39 0512099577/+39 0512099456 mariastella.scandola@unibo.it Ústav polymérov, Slovenská akadémia vied(PP5) Ivan Chodak, vedúci vedecký pracovník, Profesor +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923 upolchiv@savba.sk Slovenská technická univerzita v Bratislave (PP6) Dušan Bakoš, Profesor +421 903 238191, +421 2 59325439/ +421 2 52495381 dusan.bakos@stuba.sk National Institute of Chemistry (LP) Laboratory for Polymer Chemistry and Technology Andrej Kržan, Vedúci výskumný pracovník +386 8 205 45 01 / +386 1 4760 300 andrej.krzan@ki.si Center of Excellence Polymer Materials and Technologies (PP11) Urška Kropf, Researcher +386 4 42 58 400 urska.kropf@polieko.si Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials materiale (PP12) Marek Kowalczuk, Vedúci Oddelenia biodegradovateľných materiálov +48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69 cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl Polish Packaging Research and Development Centre (PP13) Hanna Żakowska, Zástupca riaditeľa pre výskum +48 22 842 20 11 ext. 18 ekopack@cobro.org.pl

Kontakty

National Institute of Chemistry (LP) Laboratory for Polymer Chemistry and Technology

Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty :

Kontaktná osoba: Andrej Kržan Funkcia: Vedúci výskumný pracovník Tel./fax: +386 8 20 54 501 / +386 1 47 60 300 E-mail: andrej.krzan@ki.si

Profesor: 1 PhD: 3 Ďalší vedeckí pracovníci: -

Infraštruktúra Laboratory for Polymer Chemistry and Technology Hlavné prístroje: FTIR, DMA, SEC, SEC-MALS, extrudér, vstrekovanie Infraštruktúrne centrum NIC Hlavné prístroje: NMR, AFM, TEM, počítačová simulácia

Ústav polymérov, Slovenská akadémia vied (PP5) Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty :

Kontaktná osoba: Ivan Chodak Funkcia: Vedúci vedecký pracovník, profesor Tel./fax: +421 2 3229 4340 / +421 2 5477 5923 E-mail: upolchiv@savba.sk

Profesor: 1 PhD: 1 Ďalší vedeckí pracovníci: 3

Infraštruktúra Oddelenie kompozitných materiálov Základné zariadenia pre spracovanie (laboratórny mixér, extrudér, mini-extrudér) Moderné prístroje pre charakterizáciu fyzikálnych vlastností (mechanické vlastnosti, DSC, XRD, DMTA, XPS, dielektrická spektroskopia, FTIR, nanointender, oscilačný reometer, tenzometer) Zariadenie pre modifikáciu plastov – generátor atmosferickej plazmy

Slovenská technická univerzita v Bratislave (PP6) Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty :

Kontaktná osoba: Dušan Bakoš Funkcia: Profesor Tel./fax: +421 903 238191 /+421 2 52495381 E-mail: dusan.bakos@stuba.si

Profesor: 2 PhD: 4 Ďalší vedeckí pracovníci: 5

Infraštruktúra Centrum pre aplikovaný výskum environmentálne prijateľných polymérnych materiálov Hlavné prístroje: Dvojzávitovkový extrudér, Mixér Laboratórium spracovania plastov Hlavné prístroje: Laboratórny dvojzávitovkový extrudér, Brabender Laboratórium reológie Pombna oprema: Oscilačný reometer, Kapilárny reometer Testovacie laboratórium Hlavné prístroje: Klimatizované laboratórium, Mechanické a termické vlastnosti, Elektrónový mikroskop

University of Bologna, Department of Chemistry ‘G. Ciamician’ (PP8) Kontaktná osoba: Mariastella Scandola Funkcia: Profesorka, vedúca Polymer Science Group Tel./fax: +39 0512099577/+39 0512099456 E-mail: mariastella.scandola@unibo.it

Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty : Profesor: 1 PhD: 1 Ďalší vedeckí pracovníci: 2

Infraštruktúra Polymer Science Lab Hlavné prístroje: GPC prístroj, DSC; termogravimetrická analýza; dynamicko mechanická analýza; dielektrická analýza; polarizačný optický mikroskop s horúcim stupňom a digitálnou akvizíciou; širokouhlový RTG difraktometer vybavený s Anton-Paar TTK 450 vyhrievacím zariadením; SEM; IR; UV-Vis, dynamometer; kontaktný uhol; atómová silová mikroskopia Nanoscope 3D; zariadenie na elektrospinning (s nastavením vlhkosti a teploty); miniatúrne miešacie a vstrekovacie zariadenie, laboratórny lis; otočné nanášanie; trrepací kúpeľ s riadením teploty, vákuová sušiareň

Center of Excellence Polymer Materials and Technologies (PP11) Kontaktná osoba: Urška Kropf Funkcia: Výskumník Tel./fax: +386 3 42 58 400 E-mail: urska.kropf@polieko.si

Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty : Profesor: 0 PhD: 6 Ďalší vedeckí pracovníci: 1

Infraštruktúra Centre of Excellence for Polymer Materials and technologies Hlavné prístroje: MALDI-TOF-TOF MS; TGA; DSC; Reakčný kalorimeter; pilotná ultrazvuková jednotka; laboratórny mini-extrúder; respirometrický analyzátor pre meranie biodegradácie polymérov; PoliMaT laboratórna elementárna analýza C, N, H, S, O; modernizovaný SIMS hmotnostný spektrometer; adsorpčný porozimeter; UV systém pre polymerizáciu; modernizovaný HECUS Systém-3 na S3-MICROpix; Model Free Kinetics software & UV set; laboratórna sprejová sušiareň; laboratórny zmiešavací reaktor; DSC meracia cela; laboratórny vysokotlakový reaktor; zariadenie na určenie veľkosti častíc vo vode; laboratórny šmykový mixér pre prášky, GPC/SEC prístroj; lyofilizátor; hmotnostný spektrometer (MS); NIR spektrometer; zariadenie pre elektrospinning; testovacie zariadenie na trenie/odlupovanie; modernizovaný stroj na vstrekovanie; zariadenie na sputtering pre nanášanie zlata a uhlíka; príslušenstvo a prístroj pre AFM; zariadenie pre elektrospinning na pilotnej škále

Polish Academy of Sciences, Centre of Polymer and Carbon Materials (PP12 ) Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty :

Kontaktná osoba: Marek Kowalczuk Funkcia: Vedúci Oddelenia biodegradovateľných materiálov Tel./fax: ++48 32 271 60 77/+48 32 271 29 69 E-mail: cchpmk@poczta.ck.gliwice.pl

Profesor: 3 PhD: 5 Ďalší vedeckí pracovníci: 6

Infraštruktúra Biodegradovateľných polymérov Hlavné prístroje: Micro-Oxymax; Instron model 4204, Mettler Toledo TGA/DSC STARe; ESI-MS; GPC; MiniLab II, MiniJet II; Hmotnostný spektrometer LCMS-IT-TOF, FTIR Analytické Hlavné prístroje: NMR spektroskopia

Polish Packaging Research and Development Centre COBRO (PP13) Vedeckí pracovníci v R&D pre biodegradovateľné plasty :

Kontaktná osoba: Hanna Żakowska Funkcia: Zástupca riaditeľa pre výskum Tel./fax: +48 22 842 20 11 ext. 18 E-mail: ekopack@cobro.org.pl

Profesor: 2 PhD: 1 Ďalší vedeckí pracovníci: 4

Infraštruktúra CBiR LCA stanica, Program SimaPro 7 CBiR Hlavné prístroje: Stanica pre testovanie kompostovateľnosti Laboratórium obalových materiálov a testovanie konzumných obalov Hlavné prístroje: Zariadenia pre výskum aplikačných vlastností

Komplementarita Konzorcium PLASTiCE ponúka R&D servis vzťahujúci sa na polymérne materiály PLA a PHA, ako aj na materiály na báze škrobu, atď., podľa špecifických potrieb priemyslu. Nasledovná tabuľka dáva prehľad oblastí špecializácie partnerov konzorcia.

Oblasť výskumu

PLA PHA Materiály založené na škrobe

Iné materiály

PP5, PP6, PP12

PP8, PP5, PP6, PP11

PP8, PP5, PP11

Charakterizácia polymérov na trhu, zahrňujúca: Zloženie a molekulovú štruktúru Vlastnosti v tuhom stave

Modifikácia vlastností polymérov chemickými cestami, zahrňujúca: Modifikáciu (s polymérnymi modifikátormi)

PP5, PP11, PP12

PP5, PP11,PP12

PP11, PP12

Funkčné polyméry

Modifikácia vlastností polymérov fyzikálnymi cestami, zahrňujúca: Modifikáciu aditívami

PP5, PP6, PP11 PP5, PP6, PP11, PP12

PP5, PP6, PP11

Reológiu, spracovateľské parametre

PP5, PP6, PP11

Homogenizáciu (použitím mixérov, jednozávitovkového alebo dvojzávitovkového extrtrudéra)

PP5, PP6, PP11

filmy

PP6, PP11*, PP12

tuhé obaly

PP6, PP11*, PP12

flexibilné obaly

PP6, PP12

mulčovacie filmy

PP6, PP12

penové materiály

PP5

PP11*, PP12

vlastnosti starnutia polymérnych materiálov

LP, PP5, PP12, PP13

bariérové vlastnosti polymérnych materiálov (priepustnosť plynov)

PP5, PP12, PP13

termomechanické vlastnosti polymérnych materiálov

PP5, PP6, PP8, PP11, PP12, PP13

trvanlivosť a skladovacie vlastnosti (kontakt s potravinami, podľa Európskej vyhlášky EX 2002/72)

PP13

Polymérne zmesi Polymérne kompozity, vrátane nanokompozitov Spracovanie, zahrňujúce:

Priemyselnú výrobu, zahrňujúcu:

natierané materiály Aplikačné vlastnosti polymérnych výrobkov, zahrňujúce:

Testovanie biodegradácie a kompostovateľnosti (podľa EN, ASTM a ISO), zahrňujúce: PP6*, PP11, PP12, PP6*, PP11, PP12, Laboratórne podmienky PP13 PP13 Na komunálnych a priemyselných zariadeniach PP12 PP12 aeróbneho kompostovania

*: V spolupráci s partnermi

Spojená R&D schéma pre environmentálne biodegradovateľné plasty Oblasť výskumného servisu

Popis výskumných aktivít

Charakterizácia komerčných polymérov Fyzikálne vlastnosti v tuhom stave (termické, mechanické, štruktúrne, morfologické)

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

Analýza termickej stability (teplota degradácie) jednoduchéalebo viaczložkové materiály (pomocou termogravimetrickej analýzy, od LT do 900°C v inertnej atmosfére alebo vzduchu)

3 pracovné dni (jedna vzorka) 1-2 týždne (do 10 vzoriek)

Analýza termickej stability a hmotnostná spektrometria prchavých produktov (pomocou TGA-MS, od LT do 900°C v inertnej atmosfére)

3 pracovné dni (jedna vzorka) 1-2 týždne (do 10 vzoriek)

Analýza termických prechodov (sklovitý prechod, kryštalizácia a tavenie s určením teplôt prechodu a/alebo inkrementov merného tepla, entalpie kryštalizácie a tavenia pomocou DSC, T-škála 100°C-250°C, chladenie kvapalným dusíkom), 2 skeny na vzorku

2-4 týždne (v závislosti od počtu vzoriek)

Hodnotenie mechanických vlastností pri izbovej teplote (modul elasticity, napätie – deformácia pri šmyku a pretrhnutí, pomocou testovania napätím so štatistickou analýzou výsledkov pre najmenej 8 vzoriek)

2-5 týždne (v závislosti od počtu vzoriek)

Určenie viskoelastickej relaxácie (pomocou dynamicko mechanickej analýzy v mono- alebo multi-frekvenčnom móde, T-škála -150°C-250°C )

3-4 týždne

Štruktúrna analýza kryštalickej fázy (pomocou širokouhlovej RTG práškovej difrakcie) Poskytnutý výsledok klientovi Oblasť výskumného servisu

2 týždne

Správa o fyzikálnych vlastnostiach analyzovaných polymérov

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

Charakterizácia komerčných polymérov Zloženie a molekulová štruktúra Určenie vlastností v tuhom stave použitím infračervenej spektroskopie (FTIR, Fourier Transform Infrared spectrometer) Charakterizácia rozpustnosti materiálov a určenie percentuálneho zastúpenia polyméru v plaste (chemická analýza) Charakterizácia polyméru v plaste pomocou NMR (nuclear magnetic resonance) spektroskopie

Popis výskumných aktivít

Poskytnutý výsledok klientovi

1-2 týždne

1-3 týždne 1-3 týždne

Určenie mólovej hmotnosti polyméru pomocou GPC techniky (gélová permeačná chromatografia)

1-3 týždne

Analýza aditív pomocou hmotnostného spektrometra LCMS-ITTOF (hybridný hmotnostný spektrometer s iónovým záchytom a s vysokým rozlíšením a hmotnostnou presnosťou tandémového hmotnostného spektrometra)

1-3 týždne

Charakterizácia biodegradovateľných kopolyesterov (PHA) použitím sekvenovacieho a tandémového hmotnostného spektrometra ESI-MSn (electrospray “soft” ionisation with multistep mass spectrometry)

1-3 týždne

Správa o molekulovej štruktúre polyméru a charakterizácii aditív v plaste

Oblasť výskumného servisu

Modifikácia vlastností polyméru chemickými cestami, zahrňujúca:  Modifikáciu (s polymérnymi modifikátormi)  Funkčné polyméry

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

Syntéza chemických modifikátorov

1 mesiac-2 roky

Určenie fyzikálnych vlastností polymérnych materiálov Popis výskumných aktivít

Poskytnutý výsledok klientovi

Oblasť výskumného servisu

Popis výskumných aktivít

Poskytnutý výsledok klientovi

Oblasť výskumného servisu

Popis výskumných aktivít Poskytnutý výsledok klientovi

3 dni-2 týždne

Modifikácia polymérov pre dosiahnutie špecifických vlastností: sieťovanie polymérov pre lepšiu odolnosť voči rozpúšťadlám

1 mesiac-2 roky

Modifikácia polymérov pre dosiahnutie špecifických vlastností: zvýšenie polarity povrchu polyméru pre lepšiu potlačiteľnosť alebo adhéziu, zvýšenú termickú a oxidačnú stabilitu

1 mesiac-2 roky

Štandardné komerčné spracovanie polyméru s určitými vlastnosťami

Modifikácia vlastností polymérov fyzikálnymi cestami, zahrňujúca:  modifikáciu aditívami  polymérne zmesi  polymérne kompozity vrátane nanokompozitov

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

Modifikácia vlastností jednotlivých polymérov prídavkom nízkomolekulových aditív, napr. plastifikátorov, predlžovačov reťazca, stabilizátorov, alebo tvorba zmesí s malými množstvami iného polyméru pre dosiahnutie požadovaných vlastností

1 mesiac-2 roky (alebo dlhšie)

Tvorba zmesí dvoch polymérov cez ich celú koncentračnú škálu, požadované vlastnosti sa dosiahnu modifikáciou medzifázy a kompatibilizáciou zložiek

1 mesiac-2 roky (alebo dlhšie)

Príprava kompozitov založených na polymérnej matrici s definovanými vlastnosťami cez modifikáciu medzifázy

1 mesiac-2 roky (alebo dlhšie)

Správa o alternatívach pre kompatibilizáciu rôznych BDP zmesí

Spracovanie, zahrňujúce:  reológiu, spracovateľské parametre  homogenizáciu (použitím mixérov, jednozávitovkového extrudéra, dvojzávitovkového extrudéra)

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

Výber najsľubnejších zmesí BDP pre aplikačné účely, návrh na oblasti využitia

1 deň-3 mesiace

Určenie spracovateľských parametrov materiálov

1-4 týždne

Správa o odporúčaných bežných spracovateľských metódach, spracovateľských parametroch vybraných BDP, vrátane spracovateľských zariadení a typických spracovateľských parametroch

Oblasť výskumného servisu

Popis výskumných aktivít

Poskytnutý výsledok klientovi

Oblasť výskumného servisu

Popis výskumných aktivít

Priemyselná výroba (výskum priemyselných spracovateľských vlastností), zahrňujúca:  Výrobu filmov  Výrobu tuhých obalov  Výrobu flexibilných obalov  Výrobu mulčovacích fólií  Výrobu penových materiálov  Výrobu natieraných materiálov

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

Výroba filmov na laboratórnej škále (PP12): výskum spracovania a tvorby zmesí, výroba master batches (mini dvojzávitovkový extrudér MiniLab II) kombinovaný so vstrekovacím zariadením (Mini Jet II) HAAKE, využitie silového dávkovača, kontinuálna extrúzia s veľmi malými objemami, mini-vstrekovacie zariadenie schopné výroby vzoriek pre testovanie materiálu, reologické vlastnosti môžu byť simultánne zaznamenávané)

1-2 týždne

Výroba flexibilných obalov na laboratórnej škále (PP12)

1-2 týždne

Podpora pilotnej výroby na mieste (PP5)

1 deň-6 týždňov

Kontrola mechanických vlastností výrobkov vo výrobnom procese: meranie mechanických vlastností, Instron model 4204 tensile tester (PP12)

1-2 týždne

Kontrola molekulových vlastností výrobkov v procese spracovania (PP12)

1-3 týždne

Správa o stabilite polyméru s ohľadom na obsah balenia Testovanie aplikačných vlastností polymérnych výrobkov (obalové materiály a obaly), zahrňujúce:,:  Vlastnosti starnutia polymérnych materiálov  Bariérové vlastnosti polymérnych materiálov (priepustnosť plynov)  Termomechanické vlastnosti polymérnych materiálov  Testovanie trvanlivosti obalov pre kontakt s potravinami (kontakt s potravinami, podľa Európskej vyhlášky E10/2011) Xenotest používaný pre určenie chovania materiálov v prírodných podmienkach

4 mesiace*

Určenie celkového organického uhlíka a obsah zložky na báze prírodných zdrojov v polymérnych materiáloch

1 mesiac*

Testovanie prieniku vodných pár, kyslíka a oxidu uhličitého

2 týždne*

Určenie mechanických vlastností (napätie pri pretrhnutí, predĺženie pri pretrhnutí, modul elasticity, atď.)

2 týždne*

Určenie štruktúrnej pevnosti

2 týždne*

Určenie rázuvzdornosti s použitím metódy voľne padajúceho hrotu Tesniace vlastnosti (max zaťaženie pri roztrhnutí, tesniaca odolnosť, atď.) Hot-tack testovanie tesnenia

2 týždne* 2 týždne* 2 týždne*

DSC (skenovacia kalorimetria) a FTIR (infračervená spektroskopia) Senzorická analýza

Poskytnutý výsledok klientovi

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

1 týždeň* 1-1.5 mesiaca*

Testovanie celkovej a špecifickej migrácie nízkomolekulových 2 mesiace* látok z potravín Testovanie obsahu monoméru v plastických materiáloch a emisie 1 mesiac* prchavých látok Skúmanie bioplastických (biodegradovateľných/z prírodných zdrojov) materiálov na určenie ich vlastností. Správa a analýzy vlastností polymérnych materiálov využiteľných v obalových aplikáciách.

*Priemerný čas dodania, vrátane prípravy, testovania a správy; čas môže veľmi závisieť na aktuálnom laboratórnom vyťažení

Oblasť výskumného servisu

Testovanie biodegradácie a kompostovateľnosti (podľa EN, ASTM a ISO), zahrňujúc:

 Za laboratórnych podmienok  Na komunálnych a priemyselných aeróbnych

Odhadnutý čas poskytnutia servisu

kompostovacích zariadeniach

Popis výskumných aktivít

Poskytnutý výsledok klientovi

Testovanie degradácie a kompostovateľnosti za laboratórnych podmienok: predbežné testy biodegradácie na obalových materiáloch použijúc simulované podmienky kompostovania v teste na laboratórnej škále podľa EN 14806: 2010

4 mesiace

Testovanie degradácie a kompostovateľnosti za laboratórnych podmienok: testovanie hydrolytickej degradácie vo vode alebo pufrovacích roztokoch (testy degradácie biodegradovateľných polymérov v jednoduchých starnúcich médiách na predpovedanie chovania polymérov)

Od niekoľkých týždňov do 6 mesiacov, v závislosti na type materiálov a norme

Testovanie degradácie a kompostovateľnosti za laboratórnych podmienok: laboratórna degradácia v komposte s použitím respirometrického testovania (Respirometer Micro-Oxymax S/N 110315 Columbus Instruments pre meranie CO2 za laboratórnych podmienok podľa PN-EN ISO 14855-1:2009 Určenie konečnej aeróbnej biodegradovateľnosti plastických materiálov za kontrolovaných podmienok kompostovania Metóda analýzy uvoľneného oxidu uhličitého - Časť 2: Gravimetrické meranie oxidu uhličitého uvoľneného v teste na laboratórnej škále)

Od niekoľkých týždňov do 6 mesiacov, v závislosti na type materiálov a norme

Testovanie (bio)degradácia a kompostovateľnosti na kompostovacích zariadeniach (testy biodegradovateľného materiálu v priemyselných kompostovacích haldách alebo v KNEER kontajnerovom kompostovacom systéme)

Od niekoľkých týždňov do 6 mesiacov, v závislosti na type materiálov a norme

Certifikácia kompostovateľných tovarov spojená s možným označením pre obaly "kompostovateľný" (v kooperácii s DIN CERTCO, Nemecko)

2-4 mesiace

Správa o chovaní nových polymérnych materiálov počas (bio)degradačných testov Certifikát

This document was prepared within the Work Package 3 of the project Innovative Value Chain Development for Sustainable Plastics in Central Europe (PLASTiCE), co-financed under the Central Europe Programme by European Regional Development Fund. March 2013