M!anyagok alkalmazása
A kölni WPC konferencia tapasztalatai I. Garas Sándor* m!anyagipari szakért" Az ötödik német fa-m!anyag kompozit (WPC) konferenciát (FIFTH GERMAN WPC-CONFERENCE) és a hozzá kapcsolódó kiállítást 2013. december 10–11. között rendezték meg Kölnben. Ez az esemény az egyik legnagyobb a hasonló tematikájú, tartalmú szakmai események között. A konferenciát szervez" team vezet"je Michael Carus, a NOVA-INSTITUT GMBH menedzser igazgatója volt, aki több mint 15#éve dolgozik a bio-bázisú gazdaság területén. A cikksorozat els" része a WPC termelés helyzetét, a tölt"- és er"sít"anyagokat, a konferencia innovációs díjait, valamint az újrafeldolgozási lehet"ségeket és egy életciklus elemzést mutat be.
A m!anyagiparban a megújuló forrásokból (bio) ma már nemcsak a különféle tölt"anyagok, hanem maguk a polimerek is származnak (pl. Green-PE, Green-PP). A brazil BRASKEM cég, az els"k között, magát a polimert is megújuló alapanyagokból, pl. cukornádból állítja el". Megújuló forrásként leggyakoribb a különféle fa hulladék anyagokkal (puhafa vagy keményfa, részletesebben feny", bükk, nyárfa, juhar, tölgy stb.) töltött kompozitok használata (WPC – Wood Plastic Composite). A cégek azonban évek óta fejlesztik az egyéb növényi szálakkal, rostokkal, lisztekkel (len, kender, kukoricacsutka, bambusz, rizshéj stb.) töltött m!anyag kompozitokat is, és bel"lük a termékgyártást. A WPC termelés helyzete Az 1. ábra az elmúlt évek (2010 és 2012) termelési mennyiségeit mutatja, valamint a 2015 évre szóló el"rejelzést [1].
1. ábra. WPC termelés jelene és jöv!je
Európában 2010-ben mintegy 220 000 tonna WPC-t állítottak el", ebb"l 100 000 tonnát egyedül Németországban. Jelenleg Észak-Amerika a világ legnagyobb WPC gyártója. A NOVA-INSTITUT (Hürth, Németország, www.nova-institut.de) rámutatott, hogy Amerikában a növekedés lelassult az elmúlt években, mivel számos min"ségi panasz nyomán több amerikai WPC gyártó került bíróság elé. Részben a jogi lépések miatt, az észak-amerikai WPC gyártók száma 27-r"l 16-ra csökkent, de ezzel a csökkenéssel párhuzamosan a min"ség ismét javult [2]. Ma Kína WPC ipara a második legnagyobb a világon. A fejl"dés azt követ"en kezd"dött, hogy az amerikai vállalatok megkezdték a WPC termelést Kínában, ahol a kibocsátás várhatóan n"ni fog 2015-re, mely – a NOVA-INSTITUT szerint – Kínát a világ legnagyobb WPC termel"jévé tenné [1]. Asta Eder el"adásában jelezte, hogy hatalmas helyettesítési lehet"ségek vannak a WPC számára, ha a gyártók és az alkalmazók túllépnek a hagyományos burkolatok és az extrudált termékek területén. Nagy papír-és fafeldolgozó ipari cégek, mint a WEYERHAEUSER, az UPM-KYMMENE, a MONDI PACKAGING, a SONAE INDUSTRIA léptek be a granulátumok üzletébe 2012 és 2013 között. Új lehet"ségeket jelentenek a különféle bútoripari bonyolult alkatrészek és köt"elemek. Az ablakok és ajtók profiljainál már meghonosodtak a WPC elemek. Tovább fog tartani a növekedés a kerti kerítéselemek területén, alacsonyabb szinten, de növekedni fog a felhasználás a hagyományos burkolatok esetében is. A jöv"beli piaci fejl"dés Európában els"sorban attól függ, hogy a nagy gyártók fokozzák-e a marketing tevékenységet, hajlandók-e többet költeni a márkajelzésekre (2–4. ábra) [1].
*
[email protected]
304
2014. 51. évfolyam 8. szám
2. ábra. Tároló rekesz (Fibromer, Mondi AG [1])
3. ábra. Hangszóró (Aurelia, UPMFORMI [1])
4. ábra. Fogkefe (DM, TECNARO [1])
5. ábra. Arbocel típusok
Tölt!-és er!sít!anyagok A WPC tölt"- és er"sít"anyagok piacán Európában az egyik legnagyobb kínálattal rendelkezik a JRS RETTENMAIER & SÖHNE GMBH+CO KG német cég, amelynek világszerte 23 gyártó létesítménye kínál a nemzetközi piacon facellulózt, gyümölcs- és gabona rost termékeket különböz" formákban (szálak, porok, granulátumok, chipsek és agglomerátumok) Lignocel®, Arbocel® márkaneveken (5. ábra) [3]. Korábban a WPC kompozitok f" mátrixanyagai a polipropilén, a polietilén és a PVC voltak. Ma már b"vült ez a választék. A JELU-WERK JOSEF EHRLER GMBH & CO. KG cég Jeluxyl néven kínál farostokat és lisztfinomságú porokat, kész kompaundokat: Jeluxyl® Weho S falisztek feny"fából, Jeluxyl ® Weho rostok és granulátumok feny"fából, Jeluxyl ® Haho falisztek és granulátumok keményfából (6. ábra) [3]. A PLA alapú Jelu kompaund 40% PLA-ból és 60% farostból áll, teljesen komposztálható változat [4]. A termoplasztikus keményít"b"l (50%)
6. ábra. Jelu kompaundokból készült termékek
2014. 51. évfolyam 8. szám
és farostból (50%) álló kompaund teljes mértékben megfelel a DIN EN 13432 európai szabványnak (komposztálhatóság). Alkalmas extrudálásra és fröccsöntésre is. Jelucel néven cellulóz porokat és szálakat is kínál különböz" finomságban. A konferencia innovációs díjai A konferencia innovációs díjaira hat cég nevezett, ezek közül az egyik nyertes a RENOLIT GOR S.P.A. Renolit Gorcell nev! könny! panelje volt. Ez egy háromréteg! termék, ahol a küls" rétegek WPC lemezek (poliolefin bázisú, természetes szálakkal töltött), a bels" réteg h"re lágyuló polimer (pl. PP) méhsejt (7. ábra) [6]. A panel nagy stabilitást és merevséget nyújt, nagyon jó a h"formázhatósága, vízzel és különböz" vegyi anyagokkal szemben ellenálló és újra feldolgozható. A panelek folyamatos technológiával készülnek. A cég WPC-b"l gyárt egyéb lemezeket és formatesteket is autó-, épít"- és bútoripari felhasználásra (Stratostock, Elastock, WoodStock stb). A KAPPES ENVIRONMENT TECHNOLOGY CO. LTD. (KET)
7. ábra. Renolit Gorcell
305
M!anyagok alkalmazása új Ecolife® ablakrendszere környezetbarát megoldás a PVC és alumínium ablakokkal szemben, mivel farostokból és újrafeldolgozott polimerb"l készül (8. ábra). A koextrudált WPC profil alumíniumfóliával van laminálva, amely védi a profilt a napfényt"l és az es"t"l. Az els" megoldás a világon, amely megfelel minden technikai igénynek. 2014-ben el"ször Kínában kerül piacra, de már keresik a gyártási és licenc-partnereket szerte a világon [7]. A termék olcsóbb az alumínium ablakoknál.
8. ábra. Ecolife® profil [7]
9. ábra. Kábelakna búvónyílás [8]
A LANGMATZ GMBH bemutatta a habosított WPC-b"l készült kábelakna búvónyílás termékét (9. ábra) [8], amely igény szerint állítható össze modulokból. A fejlesztést az SKZ-KFE GMBH-val közös munka hozta létre. El"nye a gyártási ciklusid" csökkentés, a kisebb szállítási súly, az egyszer! szerelés. A WPC 45% fát tartalmaz, alkalmas fröccsöntésre és kisebb s!r!ség!, mint a m!anyag alternatívák. A innovációs díj további jelöltjei között volt két játékgyártó cég is. Az osztrák FASAL WOOD KG 1998 óta gyárt fasal® néven fröccsöntésre alkalmas fa és kukorica tölt"anyagú granulátumokat, többek között gyermekjátékok számára (10. ábra) [9]. Az IRPC PUBLIC CO., LTD. thaiföldi cég 20–30 százalék faliszt tartalmú PP kompaundjaiból a WONDERWORLD PRODUCTS CO., LTD (Thaiföld) készít játék alkatrészeket, egymásba illeszthet" téglaelemeket a hagyományos fa vagy teljesen polimer anyagok helyett (11. ábra) [10]. A fröccsöntött WPC új alkalmazási területe a Wonderworld Trix Track kreatív gravitációs játék. A kompozit anyaga újrahasznosított fa f!részpor és polipropilén, különböz" színekben. A kompozit anyag biztosítja a méretpontosságot, így az egymásba illeszthet"séget és a hoszszú távú tartósságot, amely elvárt az épít"kockáknál, valamint a magas környezetbarát szintet. A WPC tégla elemek 2013 folyamán kerültek el"ször a világpiacra. A PUUSTELLI GROUP OY finn cég egy konyhai bútorváz-rendszerrel pályázott. A Puustelli Miinus konyhai vázsszerkezetrendszer háromféle keretb"l áll, amelyek tartalmaz-
10. ábra. Játékfigurák
306
2014. 51. évfolyam 8. szám
11. ábra. Egymásba illeszthet! elemek WPC-b!l
zák az összes lyukat, üreget stb., így lehet"vé teszik a testre szabható, újra átrendezhet", aktualizálható, felújítható konyhai elrendezést. A rendszer komponensei az UPM FORMI fa-m!anyag kompozitjából készülnek fröccsöntéssel és extrudálással, ellenállnak a nedvességnek, egyes vegyszereknek, h"mérsékletbírók –25-tól +95°C-ig. Az elemek el"nye az 50%-kal könnyebb súly, a formaldehid mentesség. A rendszerre 30 év a garancia, amely egyedülálló a maga termékkategóriájában (12. ábra) [11]. A konferencián több termékgyártó is tartott el"adást és mutatta be WPC termékeit. Elemezték a bútoripari alkalmazásokat, az épít"ipari fellendülésben rejl" lehet"ségeket, az újrafeldolgozás hatásait a mechanikai, fizikai, h"tani jellemz"kre. Összehasonlították 13 különböz" kompaundálási technológia eredményeit (szilárdsági, duzzadási, áramlástani, mikroszkópos stb.). Vizsgálták a WPC gyártó szerszámok tervezési szempontjait az er"sen töl-
12. ábra. Konyhai bútorváz-rendszer WPC-b!l
2014. 51. évfolyam 8. szám
tött polimereknél, a gombásodás és algásodás hatását a csúszási jellemz"kre. Az észak-amerikai piaci helyzetr"l, a kínai bambusz-polipropilén fejlesztésekr"l, a különféle biokompozit kínálatról, a rostszálak adagolási lehet"ségeir"l a cikk második részében számolunk be. Újrafeldolgozás és életciklus elemzés (Life Cycle Assessment) Arne Schirp és Andreas Hellmann, a FRAUNHOFERINSTITUT FÜR HOLZFORSCHUNG (WILHELM-KLAUDITZ-INSTITUT – WKI) szakemberei el"adásukban számos variációban bemutatták, hogyan lehet használni az újrahasznosított WPC-t (rWPC) új WPC termékek gyártására [12]. Különböz" öregítések után vizsgálták a hatást a színre, a fényességre, a kristályosságra, az olvadási viselkedésre, a karbonil-indexre. A többféle újrafeldolgozás – stabilizátor hozzáadás, reciklált WPC hozzáadása (20%), eredeti WPC hozzáadása (66,6%) – után mérték a mechanikai jellemz"ket (DIN EN ISO 178), az oxidációs indukciós id"t (OIT, DIN EN ISO 11357-6) és a vízfelvételt (DIN EN 317). Többek között megállapították, hogy –#a víz felszívódása rWPC-nél alacsonyabb, mint a friss WPC-nél (13. ábra),
13. ábra. A vízfelvétel változása reciklált és eredeti WPC esetén [12]
307
M!anyagok alkalmazása –#az rWPC bekeverése a PP és PE mátrix esetén is lehetségesnek t!nik, és bizonyos esetekben hasznos is, –#csak a legküls" réteget befolyásolja az öregedés, így kicsi a jellemz"k változásához való mennyiségi hozzájárulása, –#a jó stabilizálás a legfontosabb a WPC anyagok tulajdonságainak biztosításában, –#az rWPC-t tartalmazó kompaundok tulajdonságai, tartóssága tovább javítható stabilizátorok hozzáadásával, –#az alkalmazási követelményeknek megfelel"en lehet és kell tervezni az rWPC kompaundok összetev"it (14. ábra),
Az el"z"ekben felsorolt hatások közül néhány esetében, csak rövid szöveges összehasonlítást téve, a következ"ket lehet kiemelni. A vízi eutrofizáció esetében a WPC a legjobb választás, a szárazföldi eutrofizációnál a h"kezelt fa a leginkább környezetbarát, ezt követi a német keményfa, a WPC valamivel jobb, mint a német puhafa. Földhasználatnál legjobb a WPC, jobb, mint a keményfa és a h"kezelt fa. Összegezve: a legtöbb hatáskategóriában a legjobb a h"kezelt fa, ezt követi a német keményfa, a WPC közel azonos a német puhafa hatásával. Források
14. ábra. Az oxidációs indukciós id! változása reciklált és eredeti WPC esetén [12]
Az
(INSTITUT FÜR ENERGIE- UND UMWELTFORSCHEIDELBERG GMBH) el"adásában [13] az életciklus-elemzés (DIN/EN/ISO 14040) során a környezeti hatás indikátorok közül elemezték a globális felmelegedésre, a savasodásra, az eutrofizációra, a humán toxicitásra, a természeti er"források felhasználására, a földhasználatra gyakorolt hatásokat. Összehasonlították a különféle forrásból származó (német, dél-kelet ázsiai) fából és a WPC-b"l (többféle mátrixú, német és kínai gyártású; 70% fa, 25% polimer, 5% adalék) készült teraszburkolatokat. A globális felmelegedésre gyakorolt hatás látható a 15. ábrán. IFEU
HUNG
15. ábra. Különböz! tényez!k hatása a globális felmelegedésre [13]
308
[1] Eder, A.: Markets and Trends in Biobased Composites in Europe 2012, www.wpc-consulting.eu, www.nova-institut.de, Fifth German WPC-Conference, 10–11. December 2013, Cologne. [2] Garas, S.: Fa tölt"anyagú m!anyag kompozitok és termékek gyártása I., M!anyag és Gumi, 50/6, 212–218 (2013). [3] Kampf, A.: Wood Fibres – More than just the ‘W’ in WPC, An overview from raw material to final product, JRS BU Chemistry, Fifth German WPC-Conference, 10– 11. December 2013, Cologne. [4] http://www.jeluplast.com/en/wpc/jeluplast/applications/ [5] http://www.jeluplast.com/en/wood-plastic-composite-mitpla-2/ [6] Kulke, A.: Renolit Gorcell – Light to be strong, WPCLight-Weight-Panel with Honeycomb Core, Fifth German WPC-Conference, 10–11. December 2013, Cologne. [7] Eisemann, Th.: ECOLIFE® Planet Protecting Profiles, Fifth German WPC-Conference, 10–11. December 2013, Cologne. [8] Lohr, J.: Structural Foamed WPC for modular cable manholes, Fifth German WPC-Conference, 10-11. December 2013, Cologne. [9] Hirche, M.: Product development for a wooden roleplay, Fifth German WPC-Conference, 10–11. December 2013, Cologne, http://www.fasal.at. [10] Strauss, R.: WPC Interlocking Bricks for Construction Play Toys, Fifth German WPC-Conference, 10-11. December 2013, Cologne. [11] Salovaara, J.; Miinus, P.: Fifth German WPC-Conference, 10–11. December 2013, Cologne. [12] Schirp, A.; Hellmann, A.: Fraunhofer-Institut für Holzforschung (Wilhelm-Klauditz-Institut WKI) Formulation Optimization for Material Recovery of End-of-Life WPC-Recyclates, Fifth German WPC-Conference, 10– 11. December 2013, Cologne. [13] Derreza-Greeven, C.; Vogt, R.; Giegrich, J.: Life Cycle Assessment of deckings: WPC vs. solid-wood with focus on material composition and origin, Fifth German WPCConference, 10–11. December 2013, Cologne.
2014. 51. évfolyam 8. szám
