Reologi, innovation og regionalt samarbejde: Vejen til fremtiden for bioplast og genanvendte materialer

Håndtering af bæredygtighedsudfordringer gennem materialevidenskab

I et industrielt og lovgivningsmæssigt landskab i hastig udvikling er en dybdegående forståelse af polymermaterialer blevet en afgørende drivkraft for innovation. I takt med at industrierne stræber efter at opfylde ambitiøse mål inden for bæredygtighed, cirkulær økonomi og ydeevne, spiller avanceret materialekarakterisering en stadig mere strategisk rolle.

Med dette mål for øje har Green Business and Consulting Company,– en virksomhed, der har specialiseret sig i udvikling af miljøvenlige løsninger, herunder biomaterialer og bioplast (biobaserede og/eller biologisk nedbrydelige materialer), men også genanvendt plast – iværksat et unikt teknisk og videnskabeligt samarbejde i regionen Auvergne-Rhône-Alpes i Frankrig.

Dette initiativ samler fire partnere, hvis komplementære ekspertise skaber et stærkt innovationsøkosystem:

• Green Business and Consulting Company, der er specialiseret i bioplast og udvikling heraf, med stor ekspertise inden for miljøvenligt design og livscyklusanalyse (LCA)
• Jean Zay Technical High School (i Thiers), et anerkendt center for ekspertise inden for uddannelse og teknisk træning i plastforarbejdning;
• Clermont Auvergne INP, et førende ingeniørinstitut, der kombinerer forskning i verdensklasse med overførsel af industriel innovation;
• NETZSCH, en global leder inden for avancerede reologiske testteknologier.

Forenet af en fælles ekspertise: reologi

Kernen i dette samarbejde er reologi, videnskaben om materialers strømning og deformation. Reologi udgør det afgørende bindeled mellem akademisk forskning og industriel anvendelse og giver vigtig indsigt i komplekse polymersystemers adfærd.

Denne ekspertise er særlig vigtig for nye materialer såsom bioplast og genanvendte polymerer, hvis fysiske og kemiske egenskaber kan variere betydeligt afhængigt af sammensætning, mikrostruktur og forarbejdningsbetingelser.

Betydningen af avanceret karakterisering forstærkes yderligere af de kommende krav i den europæiske forordning om emballage og emballageaffald (PPWR), der trådte i kraft i august 2026 og indførte strengere forpligtelser vedrørende brugen af genanvendte og bæredygtige materialer i emballage i de kommende år.

For at imødegå disse udfordringer har partnerne forenet deres styrker inden for uddannelse, forskning, materialeinnovation og metrologi og dermed skabt en samarbejdsplatform, der kan fremskynde udviklingen af næste generations bæredygtige polymerer.

Avanceret instrumentering: Grundlag for viden og ydeevne

NETZSCH Kinexus Prime Pro+ rotationsreometer

Den videnskabelige ekspertise inden for rotationsreometri, som drives af forskningsmedarbejderne i Institut Pascals GePEB-forskningsgruppe, udnyttes gennem Gen’Mat-teknologioverførselsplatformen ved Polytech Clermont (Clermont Auvergne INP), der ledes af Fabrice Audonnet. Disse instrumenter, der er anskaffet gennem AMI CMA-finansieringsprogrammet »Académie des Mobilités« til støtte for ingeniøruddannelsen, anvendes til avanceret materialekarakterisering og tjener både uddannelsen af ingeniørstuderende ved CA INP og den akademiske forskning.

NETZSCH s Kinexus Prime Pro+ rotationsreometer, der er udstyret med en HTC Prime-ovn, giver grundlæggende indsigt i materialers struktur og adfærd under forhold med lavt forskydningsmoment. Systemet muliggør præcis måling af vigtige egenskaber såsom:

• Dynamisk viskositet;
• Viskoelastiske moduler;
• Fysiske overgange, herunder flydeadfærd og elasticitet.

Som et veletableret værktøj til reologisk analyse understøtter det forståelsen og udviklingen af avancerede polymerformuleringer (jf. figur 1 om egenskaber ved ældning).

NETZSCH Rosand RH7 kapillærreometer: Et stort teknologisk fremskridt

Anskaffelsen af kapillærreometret Rosand RH7 fra NETZSCH (jf. figur 2), med teknisk støtte fra Frédéric Fraisse, udgør et betydeligt skridt fremad i retning af at kunne gengive reelle industrielle procesforhold såsom ekstrudering og sprøjtestøbning.

Instrumentet gør det muligt at karakterisere vigtige egenskaber i smeltetilstand, herunder:

• Skive- og strækviskositet under højtryksforhold;
• Elastisk adfærd og strømningsprofiler over et bredt spektrum af forskydningshastigheder (jf. figur 3);
• pVT-egenskaber (tryk-volumen-temperatur), der er afgørende for modellering af materialets kompressibilitet og termisk ekspansion.

Disse målinger leverer yderst nøjagtige data til processimulering, værktøjsdesign og fremstilling af komponenter, hvilket i sidste ende forbedrer produktkvaliteten og reducerer udviklingstiden.

Komplementære teknologier, der giver en omfattende forståelse af materialer

Kombinationen af rotations- og kapillærreometri giver en bred og komplementær analytisk kapacitet.

Rotationsreometri er især værdifuld til at undersøge materialers reaktion ved lave deformationshastigheder og til at bestemme viskoelastiske egenskaber.

Kapillær reometri giver derimod vigtige oplysninger under de krævende betingelser, der forekommer under industriel forarbejdning, hvor materialer udsættes for høje forskydningshastigheder og forhøjede temperaturer.

Tilsammen muliggør disse teknologier en omfattende reologisk karakterisering ved at sammenkæde grundlæggende materialeegenskaber såsom viskositet, elasticitet og overgange fra fast til flydende tilstand med centrale procesparametre, herunder tryk, temperatur, volumen og strømningshastighed.
For komplekse materialer såsom biopolymerer og genanvendte blandinger, hvis egenskaber kan variere betydeligt, udgør denne integrerede tilgang en væsentlig videnskabelig fordel. Den letter optimeringen af formuleringer, forbedrer procesforudsigeligheden og understøtter en vellykket overførsel af innovationer fra laboratorieudvikling til large-skala industriel produktion.

Udvikling af kompetencer og fremme af videnoverførsel

En hjørnesten i dette partnerskab er den gensidige udveksling af ekspertise.
NETZSCH tilbyder avanceret praktisk uddannelse til akademisk og forskningspersonale fra både Institut Pascal og Clermont Auvergne INP samt til de tekniske teams hos Green Business and Consulting Company. Udviklingen af disse kompetencer er afgørende for fuldt ud at udnytte Rosand RH7’s analytiske kapacitet og generere data af høj kvalitet til udviklingen af fremtidige generationer af bæredygtige polymerer.

Samtidig har Jean Zay Technical High School under ledelse af David Bonnet ydet et vigtigt bidrag gennem sine plastforarbejdningsprogrammer og tekniske faciliteter, især inden for rammerne af EuroPlastics & Composites BTS-programmet.

Skolen har designet og fremstillet en spiralform (jf. figur 4), som vil blive installeret på en 60-tons elektrisk sprøjtestøbemaskine fra ENGEL. Dette pædagogiske og videnskabelige værktøj vil give studerende og forskere mulighed for at visualisere den direkte sammenhæng mellem materialets reologi og ydeevnen ved industriel forarbejdning.

Dets integration i de praktiske værksteder styrker forbindelsen mellem den akademiske læring og den industrielle virkelighed, samtidig med at det tilskynder fremtidige teknikere til at engagere sig i bæredygtige materialer og teknologisk innovation.

Et eksempel på regionalt topniveau

Dette samarbejde er et perfekt eksempel på en helhedsorienteret innovationsmodel, der dækker hele værdikæden – fra grundforskning til industriel anvendelse – og som understøttes af teknisk uddannelse på højt niveau.

Ved at samle forskningskapaciteten ved Clermont Auvergne INP, den pædagogiske ekspertise fra Jean Zay Technical High School, de banebrydende teknologier fra NETZSCHs samt den markedsdrevne innovationsstrategi fra Green Business and Consulting Company etablerer Auvergne-Rhône-Alpes-regionen sig som en rollemodel for vellykket regionalt samarbejde.

Sammen er disse partnere med til at forme fremtiden for plastforarbejdning: mere cirkulær, mere teknisk og mere bæredygtig.

Tak for det vellykkede samarbejde

Vi vil gerne rette en hjertelig tak til Laurent Massacrier fra Green Business and Consulting Company, Fabrice Audonnet fra Institut Pascals GePEB-forskningsgruppe og Gen’Mat-platformen (Polytech Clermont, Clermont Auvergne INP), David Bonnet fra Jean Zay Technical High School samt alle, der har været involveret i dette samarbejde, for deres tillid, ekspertise og engagement.

Vi er glade for at være en del af dette stærke regionale partnerskab og ser frem til at se, hvordan den samlede ekspertise inden for reologi, materialeudvikling, forskning og uddannelse fortsat vil bidrage til udviklingen af mere bæredygtige polymerløsninger.