IN-LINE APLIKACE NEIZOTERMICKÉHO PLAZMATU V PODMÍNKÁCH ČR
prof. RNDr. Mirko Černák, CSc.
21.9.2010
Ústav fyzikální elektoniky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity
Motivace: 1) Zavázání legislativy EU „REACH“ od července 2007 (REACH registrace, hodnocení, autorizace a omezování chemických látek) 2) Zájem průmyslu ČR a podpora nanotechnologií vládou ČR 3) Struktura průmyslu ČR – stále převažuje produkce „tradičních“ výrobků s nízkou přidanou hodnotou 4) High-tech proniká do tradičních oblastí průmyslu ČR (např. textilní průmysl) 5) Náklady na výrobu se stávají rozhodujícími i při některých „high-tech“ výrobcích 6) Vznik „Regionálního VaV centra pro nízkonákladové plazmové a nanotechnologické povrchové úpravy“ i CEITECu (Středoevropský technologický institut)
1) Zavázání legislativy EU „REACH“ (Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals)
• Evropské podniky produkují 31 procent ze všech vyráběných chemických látek na světě (v USA je to 28 procent). • Autorizace bude vyžadována pro vysoce problematické chemické látky – KMR (karcinogenní, mutagenní, nebo toxické pro reprodukci) – PBT (přetrvávající, bioakumulativní a toxické) – vPvB (vysoce přetrvávající, vysoce bioakumulativní) – jiné látky s vážnými a nezvratnými dopady na lidi a životní prostředí.
• Přeložení důkazného břemena z úřadů na firmy – každá firma bude zodpovědná za testování a hodnocení rizikovosti chemických látek, které vyrábí/dováží, na tomto základě budou úrady vydávat autorizace. • Ladislav Novák, ředitel Svazu chemického průmyslu ČR: „Existuje odhad, že celkově se náklady na REACH pro české výrobce a dovozce budou pohybovat ve výši 5,5 až 11 miliard korun. Bude to právě nejzranitelnější skupina - malí a střední podnikatelé, kdo ponese až 80 % všech nákladů spojených s implementací REACH,“
Důsledek:
Možné řešení:
Snaha o vyloučení používání problematických chemikálií. U malých a středných firem je to existenční otázka.
Aplikace nízkoteplotního plazmatu umožňuje vyrábět „chemikálie“ in situ a in line
Tradičný příklad: Použití in-line aplikace plazmatu generovaného objemovými bariérovými výboji už cca 40 roků umožňuje omezit používání organických rozpouštědel při potisku polymerních fólií:
Výroba ozónu in-situ Siemens 1840:
„Náš“ příklad:
• Patentována metoda pro povrchovou úpravu králičích vláken pro firmu TONAK, umožňuje vyloučit použití koncentrované kyseliny sírové
• Patentována metoda na čištění skla plazmatem umožňuje vyloučit použití organických čistících prostředků, silných kyselin
2. Zájem průmyslu ČR a deklarovaná podpora vládou ČR • Národní politika výzkumu, vývoje a inovací České republiky na léta 2009 – 2015
• Národní výzkumní priority t.j. směry výzkumu, které budou přednostně podporovány z veřejných zdrojů:
2.1. Biologické a ekologické aspekty udržitelného rozvoje • Společný projekt s firmou PEGAS, kde aplikací in-line úprav netkaných textilií plazmatem při rychlostech až 300 m/min byla dokázaná úspora až 90% environmentálně problematických a relativně drahých aviváží při zlepšení užitkových vlastností konečného produktu. • Předběžné výsledky a vzorky poskytnuté firmě LAIRD, kde byla dokázaná možnost nahradit technologii výroby pokovených textilií typu FLECTRON s použitím organických rozpouštědel, environmentálně výhodnější technologií na báze vodných roztoků.
2.2. Molekulární biologie a biotechnologie (?)
2.3. Energetické zdroje • Vyvíjené nanotechnologie s využitím nízkoteplotního plazmatu umožní energetické úspory a zvyšování energetické účinnosti výroby, což má vazbu i na Národní program nakládání s energií a využívání jejích obnovitelných zdrojů na roky 2006 – 2009. • Většina povrchových úprav textilií (barvení, potisk a antistatické a jiné úpravy) se uskutečňuje s využitím vodních roztoků, případně roztoků na bázi organických rozpouštědel s následným sušením. Na tyto “mokré” procesy se využívá až 60% celkové spotřeby elektrické energie v textilním průmyslu: • Výsledky získané ve spolupráci s firmou TONAK, mimo výše diskutovaných environmentálních výhod, potvrdily významné úspory energie při zpracování živočišných vláken.
• Výroba bateriových separátorů na bázi PP vláken roubovaných polymerem kyseliny akrylové
2.4. Materiálový výzkum Příklady existující spolupráce: • Kovové materiály – Spolupráce s firmou LAIRD při výrobě pokovených vodivých textilií
• Nanomateriály – Úspešná kalcinace organických nanovláken za účelem přípravy anorganických nanovláken • Samočistící textílie pokryté nanočasticemi • Kompozitní materiály – CONTINENTAL na zlepšení vlastností kompozitů guma/PES vlákna
• Keramické a skleněné materiály: spolupráce s firmami IZOLAS/SAINT GOBAIN, Brno a SKLÁŘSKÉ STROJE, Znojmo na povrchovém čištění a aktivaci povrchu plochého skla.
Připravovaná spolupráce: • Úpravy povrchů polymerních fólií pro potisk a laminaci – spolupráce s firmou SOMA • Úprava povrchů přírodních polymerů – spolupráce s firmou TONAK • Zlepšení vlastností betonů vystužených PP vlákny
2.5. Konkurenceschopné strojírenství • Výroba laboratorních zařízení na měření povrchové energie především plazmatem opracovaných materiálů • Připravovaná výroba DCSBD plazmových zdrojů firmou ROPLASS, Brno • Automobilový průmysl, např. environmentálně výhodná antikorozní úprava plechů • Povrchová úprava polymerů
2.6. Informační společnost • Např. tištěná elektronika na plazmatem opracovaných polymerech, tištěné hologramy
2.7. Bezpečnost a obrana Projekt GAČR 202-06-P337 – Plazmochemická příprava chitosanových adsorpčních materiálů – cílem bylo připravit technické textilie vhodné na dekontaminaci vody znečištěné např. těžkými kovy.
Projekt KAN101630651 – Tvorba nano-vrstev a nano-povlaků na textiliích s využitím plazmových povrchových úprav za atmosférického tlaku – je pod jeho vedením rozpracována příprava hemostatických materiálů pro zastavení akutního krvácení.
3. Struktura průmyslu ČR – stále převažuje produkce „tradičních“ výrobků s nízkou přidanou hodnotou Proč in-line aplikace plazmatu? Vzhledem k současné ekonomické situaci v nejbližších letech zůstáva základním požadavkem aplikační sféry v ČR a to především MSP, které nemají dostatečné prostředky pro časově a finančně náročné VaV využití moderních nanotechnologických povrchových úprav při minimálních investičních i provozních nákladech a zásazích do existujících výrobních postupů.
Tento požadavek ve většině případů vylučuje použití náročnějších metod úpravy povrchových vrstev materiálů (např. fotochemické úpravy, elektronová a iontová děla, ionizující záření) a určuje aplikace povrchových úprav materiálů s využitím plazmatu přímo na běžných průmyslových linkách („in-line“). Požadavek in-line aplikace povrchových úprav zase prakticky vylučuje použití plazmatu generovaného za nízkého tlaku v nákladných a na obsluhu náročných vakuových komorách.
4. High-tech proniká do tradičních oblastí průmyslu ČR (např. textilní průmysl) Příklady: • uvažovaná výroba vodivých textílií firmou LAIRD, Liberec. • výroba nanovaláken firmou ELMARCO:
Medaili Za zásluhy předal dne 28.10.2008 večer po 20. hodině prorektoru Technické univerzity v Liberci profesoru Oldřichu Jirsákovi prezident republiky Václav Klaus za jeho významný badatelský výsledek ve vývoji způsobu průmyslové výroby polymerních nanovláken a zařízení pro jejich výrobu.
• možné aplikace v dřevářském průmyslu:
5. Náklady na výrobu se stávají rozhodujícími i při některých „high-tech“ výrobcích • výroba tištěné elektroniky • výroba solárních článků (SOLARTEC, Rožnov)
• lepení waferů při výrobě „poschoďových“ mikroprocesorů
Vznik „Regionálního VaV centra pro nízkonákladové plazmové a nanotechnologické povrchové úpravy“ i CEITECu (Středoevropský technologický institut) • Příručka pro žadatele OP VaVpI Prioritní osy 1 a 2 Prioritní osa 2 – Regionální VaV centra: Cílem prioritní osy 2 je vybudovat síť kvalitně vybavených pracovišť VaV zaměřených na aplikovaný výzkum a posílit jejich spolupráci s aplikační sférou (podniky, nemocnice atp.). Centra tak budou klíčovým partnerem pro dlouhodobou spolupráci ve VaV pro aplikační sféru (včetně inovativních MSP, klastrů atd.), zlepší dostupnost výsledků VaV pro firmy a komerční partnery, zrychlí přenos a šíření nových poznatků směrem k aplikační sféře, zkrátí inovační cyklus ve firmách a přispějí tak ke zvýšení konkurenceschopnosti regionů. Do své činnosti budou centra zapojovat studenty (všech stupňů studia) a mladé výzkumníky.
Priority Dlouhodobého záměru Masarykovy university pro rok 2010:
Priorita 5: Rozvoj výzkumné infrastruktury Cíl 4 • Regionální VaV centrum pro nízkonákladové plazmové a nano-
technologické povrchové úpravy – ustanovení centra a jeho vybavení – projekt Přírodovědecké fakulty plánovaný do PO2 OP VaVpI • Celkové náklady projektu dosáhnou cca 280 mil. Kč. • Účelem projektu je vybudovat centrum v oblasti nízkonákladových nanotechnologických povrchových úprav schopné pružně reagovat na poptávku aplikační sféry, a to především malých a středních podniků (MSP), a poskytovat praktická řešení technologických problémů pro průmyslové partnery z podstatné části sektoru průmyslu v ČR. V dlouhodobém horizontu je vizí projektového týmu vybudovat centrum, které bude vyhledávaným VaV partnerem i pro velké nadnárodní společnosti.
Nosnou aktivitou v prvních třech letech existence centra budou projekty týkající se průmyslového výzkumu a komerčních aplikací unikátního zdroje plazmatu tzv. Diffuse Coplanar Surface Barrier Discharge (DCSBD). Pokud bude projekt schválen, bude v r. 2010 zahájena realizace projektu.
• PEGAS (Znojmo, výroba netkaných textilii) • TONAK (Nový Jičín, výroba plstě) • IZOLAS (Brno, povrchové úpravy plochého skla) • SKLÁRSKÉ STROJE (Znojmo) • LAIRD (Liberec, výroba pokovených vodivých textílií) • SOLARTEC (Rožnov, výroba slunečných článků) • SVITAP (Svitavy, výroba technických textílií) • GUMOTEX (Břeclav, výroba technických textílií) • Bartoň Textilní Závody AS (Náchod, výroba technických textílií) • KERTAK NANOTECHNOLOGY (Praha, výroba keramických nanovlákien) • SOMA (Lanškroun, flexo-tisk obalových materiálů) • ROPLASS (Brno, výroba DCSBD plaznových zdrojů) • PLASMA-TECHNOLOGIC (Blatnice pod Svatým Antonínkem, výroba napájecích VN zdrojů a manipulátorů)
CEITEC: • 30. března 2010 vyšel v Lidových novinách v příloze Věda a výzkum rozhovor Evy Hníkové s vrchním ředitelem sekce operačních programů EU na MŠMT Janem Vitulou. • * LN Jak vzroste počet vědců?
Centra by měla celkově vytvořit asi 2500 nových pracovních míst, ne všechno ale budou výzkumníci.
Děkuji za pozornost
