Reologi, innovation och regionalt samarbete: Att driva utvecklingen av bioplaster och återvunna material

Att ta itu med hållbarhetsutmaningar genom materialvetenskap

I en industriell och regulatorisk miljö som förändras i snabb takt har en djupgående förståelse för polymermaterial blivit en avgörande drivkraft för innovation. I takt med att branscherna strävar efter att uppnå ambitiösa mål inom hållbarhet, cirkulär ekonomi och prestanda spelar avancerad materialkaraktärisering en alltmer strategisk roll.

Med detta mål i sikte har Green Business and Consulting Company,– ett företag som ägnar sig åt utveckling av miljöansvariga lösningar, däribland biomaterial och bioplaster (biobaserade och/eller biologiskt nedbrytbara), men även återvunnen plast – inlett ett unikt tekniskt och vetenskapligt samarbete i regionen Auvergne-Rhône-Alpes i Frankrike.

Detta initiativ förenar fyra partner vars kompletterande expertis skapar ett kraftfullt innovationsekosystem:

• Green Business and Consulting Company, specialiserat på bioplaster och utveckling av bioplaster, med gedigen expertis inom ekodesign och livscykelanalys (LCA)
• Tekniska gymnasiet Jean Zay (i Thiers), ett erkänt kompetenscentrum inom utbildning och teknisk fortbildning i plastbearbetning;
• Clermont Auvergne INP, ett ledande ingenjörsinstitut som kombinerar forskning i världsklass med överföring av industriell innovation;
• NETZSCH, en global ledare inom avancerad reologisk testteknik.

Förenade av en gemensam expertis: reologi

I centrum för detta samarbete står reologin, vetenskapen om materialflöde och deformation. Reologin fungerar som den avgörande länken mellan akademisk forskning och industriell tillämpning och ger viktiga insikter i hur komplexa polymersystem beter sig.

Denna expertis är särskilt viktig för nya material såsom bioplaster och återvunna polymerer, vars fysikaliska och kemiska egenskaper kan variera avsevärt beroende på sammansättning, mikrostruktur och bearbetningsförhållanden.

Vikten av avancerad karakterisering förstärks ytterligare av de kommande kraven i den europeiska förordningen om förpackningar och förpackningsavfall (PPWR), som trädde i kraft i augusti 2026 och som införde strängare krav på användningen av återvunna och hållbara material i förpackningar under de kommande åren.

För att möta dessa utmaningar har partnerna förenat sina styrkor inom utbildning, forskning, materialinnovation och metrologi och skapat en samarbetsplattform som kan påskynda utvecklingen av nästa generations hållbara polymerer.

Avancerad instrumentering: En förutsättning för kunskap och prestanda

NETZSCH Kinexus Prime Pro+ rotationsreometer

Den vetenskapliga expertisen inom rotationsreometri, som drivs av forskningspersonalen vid Institut Pascals forskningsgrupp GePEB, utnyttjas genom tekniköverföringsplattformen Gen’Mat vid Polytech Clermont (Clermont Auvergne INP), som leds av Fabrice Audonnet. Dessa instrument, som anskaffats genom finansieringsprogrammet AMI CMA ”Académie des Mobilités” för att stödja ingenjörsutbildningen, används för avancerad materialkaraktärisering och tjänar både utbildningen av ingenjörsstudenter vid CA INP och den akademiska forskningen.

NETZSCH s Kinexus Prime Pro+ rotationsreometer, utrustad med en HTC Prime-ugn, ger grundläggande insikter i materialets struktur och beteende under förhållanden med låg skjuvning. Systemet möjliggör precisa mätningar av viktiga egenskaper såsom:

• Dynamisk viskositet;
• viskoelastiska moduler;
• Fysiska övergångar, inklusive flödesbeteende och elasticitet.

Som ett etablerat verktyg för reologisk analys stödjer den förståelsen och utvecklingen av avancerade polymerformuleringar (jfr figur 1 om egenskaper vid åldrande).

NETZSCH Rosand RH7 kapillärreometer: Ett stort tekniskt genombrott

Inköpet av kapillärreometern Rosand RH7 från NETZSCH (se figur 2), med tekniskt stöd från Frédéric Fraisse, innebär ett betydande steg framåt när det gäller att återskapa verkliga industriella processförhållanden, såsom extrudering och formsprutning.

Instrumentet möjliggör karakterisering av viktiga egenskaper i smälttillstånd, däribland:

• Skjuv- och sträckningsviskositet under högtrycksförhållanden;
• Elastiskt beteende och flödesprofiler över ett brett spektrum av skjuvhastigheter (se figur 3);
• pVT-egenskaper (tryck-volym-temperatur), som är avgörande för modellering av materialets kompressibilitet och termisk expansion.

Dessa mätningar ger mycket exakta data för processimulering, verktygskonstruktion och tillverkning av komponenter, vilket i slutändan förbättrar produktkvaliteten och minskar utvecklingstiden.

Kompletterande tekniker som ger en heltäckande förståelse av material

Kombinationen av rotations- och kapillärreometri ger en bred och kompletterande analyskapacitet.

Rotationsreometri är särskilt värdefull för att studera materialets beteende vid låga deformationshastigheter och för att bestämma viskoelastiska egenskaper.

Kapillärreometri ger däremot viktig information under de krävande förhållanden som förekommer vid industriell bearbetning, där material utsätts för höga skjuvhastigheter och höga temperaturer.

Tillsammans möjliggör dessa tekniker en omfattande reologisk karakterisering genom att koppla samman grundläggande materialegenskaper såsom viskositet, elasticitet och övergångar mellan fast och flytande tillstånd med viktiga processparametrar, inklusive tryck, temperatur, volym och flödeshastighet.
För komplexa material såsom biopolymerer och återvunna blandningar, vars egenskaper kan variera avsevärt, ger detta integrerade tillvägagångssätt en stor vetenskaplig fördel. Det underlättar optimering av formuleringar, förbättrar processens förutsägbarhet och stödjer en framgångsrik överföring av innovationer från laboratorieutveckling till industriell produktion i ” large ”-skala.

Att utveckla kompetens och främja kunskapsöverföring

En hörnsten i detta samarbete är det ömsesidiga utbytet av expertis.
NETZSCH erbjuder avancerad praktisk utbildning till akademisk och forskande personal från både Institut Pascal och Clermont Auvergne INP, samt till de tekniska teamen hos Green Business and Consulting Company. Att utveckla dessa kompetenser är avgörande för att fullt ut kunna utnyttja Rosand RH7:s analytiska kapacitet och generera högkvalitativa data för utvecklingen av framtida generationer av hållbara polymerer.

Samtidigt har den tekniska gymnasieskolan Jean Zay, under ledning av David Bonnet, bidragit väsentligt genom sina program för plastbearbetning och sina tekniska anläggningar, särskilt inom ramen för BTS-programmet EuroPlastics & Composites.

Skolan har konstruerat och tillverkat en spiralform (se figur 4), som kommer att installeras på en elektrisk 60-tons formsprutningsmaskin från ENGEL. Detta pedagogiska och vetenskapliga verktyg kommer att göra det möjligt för studenter och forskare att visualisera det direkta sambandet mellan materialets reologi och prestandan vid industriell bearbetning.

Att verktyget integreras i praktiska verkstäder stärker kopplingen mellan akademiskt lärande och den industriella verkligheten, samtidigt som det uppmuntrar framtida tekniker att engagera sig i hållbara material och teknisk innovation.

En modell för regional spetskompetens

Detta samarbete är ett utmärkt exempel på en helhetsorienterad innovationsmodell som sträcker sig över hela värdekedjan, från grundforskning till industriell tillämpning, med stöd av teknisk utbildning på hög nivå.

Genom att samordna forskningskapaciteten vid Clermont Auvergne INP, den pedagogiska expertisen vid Jean Zay Technical High School, den senaste tekniken från NETZSCHsamt Green Business and Consulting Companys marknadsdrivna innovationsstrategi etablerar regionen Auvergne-Rhône-Alpes sig som en förebild för framgångsrikt regionalt samarbete.

Tillsammans bidrar dessa partner till att forma framtiden för plastbearbetning: mer cirkulär, mer teknisk och mer hållbar.

Tack för det framgångsrika samarbetet

Vi vill uppriktigt tacka Laurent Massacrier, Green Business and Consulting Company, Fabrice Audonnet, forskningsgruppen GePEB vid Institut Pascal och plattformen Gen’Mat (Polytech Clermont, Clermont Auvergne INP), David Bonnet, Jean Zay Technical High School, samt alla som deltagit i detta samarbete för deras förtroende, expertis och engagemang.

Vi är glada över att vara en del av detta starka regionala partnerskap och ser fram emot att se hur den samlade expertisen inom reologi, materialutveckling, forskning och utbildning kommer att fortsätta bidra till utvecklingen av mer hållbara polymerlösningar.