Reologia, innowacje i współpraca regionalna: motor napędzający przyszłość biotworzyw i materiałów pochodzących z recyklingu

Stawianie czoła wyzwaniom związanym ze zrównoważonym rozwojem dzięki naukom o materiałach

W szybko zmieniającym się środowisku przemysłowym i regulacyjnym dogłębna znajomość materiałów polimerowych stała się kluczowym czynnikiem napędzającym innowacje. W miarę jak branże dążą do osiągnięcia ambitnych celów w zakresie zrównoważonego rozwoju, gospodarki o obiegu zamkniętym i wydajności, zaawansowana charakterystyka materiałów odgrywa coraz bardziej strategiczną rolę.

Mając to na uwadze firma Green Business and Consulting Company() – zajmująca się opracowywaniem ekologicznych rozwiązań, w tym biomateriałów i biotworzyw (pochodzenia biologicznego i/lub biodegradowalnych), a także tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu – zainicjowała wyjątkową współpracę techniczną i naukową w regionie Auvergne-Rhône-Alpes we Francji.

Inicjatywa ta łączy czterech partnerów, których uzupełniająca się wiedza specjalistyczna tworzy potężny ekosystem innowacji:

• Green Business and Consulting Company, specjalizująca się w bioplastikach i ich rozwoju, posiadająca bogate doświadczenie w zakresie ekoprojektowania i analizy cyklu życia (LCA)
• Liceum Techniczne im. Jeana Zaya (w Thiers) – uznane centrum doskonałości w dziedzinie edukacji i szkoleń technicznych związanych z przetwórstwem tworzyw sztucznych;
• INP Clermont Auvergne, wiodący instytut inżynieryjny łączący badania na światowym poziomie z transferem innowacji do przemysłu;
• NETZSCH, światowy lider w dziedzinie zaawansowanych technologii badań reologicznych.

Łączy nas wspólna specjalizacja: reologia

U podstaw tej współpracy leży reologia – nauka zajmująca się przepływem i odkształcaniem materiałów. Reologia stanowi kluczowe ogniwo łączące badania naukowe z zastosowaniami przemysłowymi, dostarczając istotnych informacji na temat zachowania złożonych układów polimerowych.

Ta wiedza specjalistyczna ma szczególne znaczenie w przypadku nowych materiałów, takich jak bioplastiki i polimery pochodzące z recyklingu, których właściwości fizyczne i chemiczne mogą się znacznie różnić w zależności od składu, mikrostruktury i warunków przetwarzania.

Znaczenie zaawansowanej charakterystyki jest dodatkowo podkreślone przez nadchodzące wymogi europejskiego rozporządzenia w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych (PPWR), które weszło w życie w sierpniu 2026 r. i wprowadziło w nadchodzących latach bardziej rygorystyczne obowiązki dotyczące stosowania materiałów pochodzących z recyklingu oraz materiałów zrównoważonych w opakowaniach.

Aby sprostać tym wyzwaniom, partnerzy połączyli swoje atuty w zakresie edukacji, badań, innowacji materiałowych i metrologii, tworząc platformę współpracy zdolną do przyspieszenia rozwoju zrównoważonych polimerów nowej generacji.

Zaawansowana oprzyrządowanie: źródło wiedzy i wydajności

NETZSCH Reometr rotacyjny Kinexus Prime Pro+

Wiedza naukowa w zakresie reometrii rotacyjnej, gromadzona przez zespół badawczy z grupy GePEB w Institut Pascal, jest wykorzystywana za pośrednictwem platformy transferu technologii Gen’Mat w Polytech Clermont (Clermont Auvergne INP), której kieruje Fabrice Audonnet. Urządzenia te, pozyskane w ramach programu finansowania AMI CMA „Académie des Mobilités” mającego na celu wspieranie kształcenia inżynierskiego, są wykorzystywane do zaawansowanej charakterystyki materiałów, służąc zarówno kształceniu studentów inżynierii CA INP, jak i badaniom naukowym.

Wyposażony w piec HTC Prime, reometr rotacyjny Kinexus Prime Pro+ firmyNETZSCH zapewnia podstawowe informacje na temat struktury materiału i jego zachowania w warunkach niskiego ścinania. System umożliwia precyzyjny pomiar kluczowych właściwości, takich jak:

• lepkość dynamiczna;
• moduły lepkosprężystości;
• przemiany fizyczne, w tym zachowanie podczas płynięcia i elastyczność.

Jako uznane narzędzie do analizy reologicznej wspiera ono zrozumienie i rozwój zaawansowanych receptur polimerowych (por. rys. 1 dotyczący właściwości w miarę starzenia).

NETZSCH Reometr kapilarny Rosand RH7: znaczący skok technologiczny

Zakup reometru kapilarnego Rosand RH7 firmy NETZSCH (por. rys. 2), przy wsparciu technicznym Frédérica Fraisse'a, stanowi znaczący krok naprzód w kierunku odtworzenia rzeczywistych warunków przetwórstwa przemysłowego, takich jak wytłaczanie i formowanie wtryskowe.

Urządzenie umożliwia charakterystykę kluczowych właściwości w stanie stopionym, w tym:

• lepkość ścinającą i rozciągającą w warunkach wysokiego ciśnienia;
• zachowanie sprężyste i profile przepływu w szerokim zakresie prędkości ścinania (por. rys. 3);
• właściwości pVT (ciśnienie-objętość-temperatura), niezbędne do modelowania ściśliwości materiału i rozszerzalności cieplnej.

Pomiary te dostarczają bardzo dokładnych danych do symulacji procesów, projektowania narzędzi i produkcji części, co ostatecznie przyczynia się do poprawy jakości produktów i skrócenia czasu opracowywania nowych rozwiązań.

Technologie uzupełniające zapewniające wszechstronne zrozumienie materiałów

Połączenie reometrii rotacyjnej i kapilarnej zapewnia szerokie i uzupełniające się możliwości analityczne.

Reometria rotacyjna jest szczególnie przydatna do badania reakcji materiałów przy niskich prędkościach odkształcania oraz do określania właściwości lepkosprężystych.

Reometria kapilarna natomiast dostarcza kluczowych informacji w trudnych warunkach występujących podczas przetwarzania przemysłowego, gdzie materiały są narażone na wysokie prędkości ścinania i podwyższone temperatury.

W połączeniu technologie te umożliwiają kompleksową charakterystykę reologiczną poprzez powiązanie podstawowych właściwości materiałów, takich jak lepkość, elastyczność oraz przemiany stanu z fazy stałej w ciekłą, z kluczowymi parametrami procesu, w tym ciśnieniem, temperaturą, objętością i prędkością przepływu.
W przypadku materiałów złożonych, takich jak biopolimery i mieszanki z recyklingu, których właściwości mogą się znacznie różnić, to zintegrowane podejście zapewnia znaczną przewagę naukową. Ułatwia ono optymalizację receptur, poprawia przewidywalność procesów oraz wspiera skuteczne przenoszenie innowacji z etapu rozwoju laboratoryjnego do produkcji przemysłowej na skalę „ large ”.

Rozwijanie umiejętności i wspieranie transferu wiedzy

Podstawą tego partnerstwa jest wzajemna wymiana wiedzy specjalistycznej.
NETZSCH zapewnia zaawansowane szkolenia praktyczne dla kadry akademickiej i badawczej zarówno z Institut Pascal, jak i Clermont Auvergne INP, a także dla zespołów technicznych firmy Green Business and Consulting Company. Rozwój tych kompetencji jest niezbędny do pełnego wykorzystania możliwości analitycznych urządzenia Rosand RH7 oraz generowania wysokiej jakości danych na potrzeby opracowywania przyszłych generacji zrównoważonych polimerów.

Jednocześnie Liceum Techniczne im. Jeana Zaya, pod kierownictwem Davida Bonneta, wniosło istotny wkład dzięki swoim programom z zakresu przetwórstwa tworzyw sztucznych oraz zapleczu technicznemu, szczególnie w ramach programu BTS EuroPlastics & Composites.

Szkoła zaprojektowała i wykonała formę o przepływie spiralnym (por. rys. 4), która zostanie zainstalowana na 60-tonowej elektrycznej wtryskarkach firmy ENGEL. To narzędzie edukacyjne i naukowe pozwoli uczniom i badaczom na wizualizację bezpośredniego związku między reologią materiału a wydajnością przetwarzania przemysłowego.

Włączenie go do praktycznych warsztatów wzmacnia powiązania między nauką akademicką a rzeczywistością przemysłową, jednocześnie zachęcając przyszłych techników do angażowania się w prace nad zrównoważonymi materiałami i innowacjami technologicznymi.

Wzór doskonałości regionalnej

Współpraca ta doskonale ilustruje holistyczny model innowacji, obejmujący cały łańcuch wartości — od badań podstawowych po zastosowania przemysłowe — wspierany przez edukację techniczną na wysokim poziomie.

Dzięki połączeniu potencjału badawczego Clermont Auvergne INP, kompetencji edukacyjnych Liceum Technicznego im. Jeana Zaya, najnowocześniejszych technologii NETZSCHoraz strategii innowacyjnej firmy Green Business and Consulting ukierunkowanej na potrzeby rynku, region Auvergne-Rhône-Alpes staje się wzorem udanej współpracy regionalnej.

Wspólnie partnerzy ci przyczyniają się do kształtowania przyszłości przetwórstwa tworzyw sztucznych: bardziej opartej na obiegu zamkniętym, bardziej zaawansowanej technicznie i bardziej zrównoważonej.

Dziękujemy za owocną współpracę

Chcielibyśmy serdecznie podziękować Laurentowi Massacrierowi z firmy Green Business and Consulting, Fabrice’owi Audonnetowi z grupy badawczej GePEB przy Instytucie Pascala oraz platformie Gen’Mat (Polytech Clermont, Clermont Auvergne INP), Davidowi Bonnetowi z Liceum Technicznego im. Jeana Zaya, a także wszystkim osobom zaangażowanym w tę współpracę za zaufanie, wiedzę fachową i zaangażowanie.

Cieszymy się, że możemy być częścią tego silnego partnerstwa regionalnego i z niecierpliwością czekamy na to, jak połączona wiedza specjalistyczna w zakresie reologii, rozwoju materiałów, badań i edukacji będzie nadal przyczyniać się do opracowywania bardziej zrównoważonych rozwiązań polimerowych.