IWT-TETRA EraSME 100405: “Realisation of biopolymer based sustainable products by optimization of design, materials, mould making and processing” Projectleiders:
Ludwig Cardon (HoGent) Rolf Koster (TU Delft)
Projectmedewerkers:
Maarten De Groote Marcel Moerman Kim Ragaert Dirk Van Gogh
Agenda Seminarie Bioplastics
1. 2. 3. 4.
Projectpartners Projectplanning Case Studies Valorisatie
1. Projectpartners • • • • • • • • •
EMTEC bvba VDS Technics De Geest nv Voxdale bvba BioPearls BV Engel Benelux NeduPack BV Nervia Plastics bvba Pezy Product Innovations
• • •
Federplast Pack4Food – UGent Onderzoeksgroep Polymeertechnologie – UGent
3
2. Projectplanning
4
3. Case Studies • Case 1: – Thermovormen i.s.m. Pack4Food & NeduPack – Matrijs ontworpen door CPMT & TU Delft, aangepast en vervaardigd door NeduPack
5
Case 1 Thermovormen
• 187 x 137 x 35 mm, sealing rand 5 mm Evolutie • Geronde hoeken met vaste radius • Opstaande vlakken met voldoende lossing • Stapelnokken • Logo‟s
6
Case 1 Thermovormen
• Matrijsafmetingen 295 x 295 x 85 mm • Ingezet op Kiefel KMV 53 D thermoform machine
7
Case 1 Thermovormen
• Eindproduct in NatureWorks Ingeo PLA 2002 D • Geschikt voor voedselverpakking • Transparant en goed verwerkbaar
8
Case 1 Thermovormen
• Sealing & bewaringstesten uitgevoerd bij Pack4Food in kader van Toepasbaarheid van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen (IWT 095062 – VIS-CO)
9
• Case 2: – Injection moulding • In samenwerking met VDS Technics • Simulatie van de matrijs door Voxdale i.f.v. optimalisatie injectieproces en optredende krachten • Sensoren voor druk, temperatuur en uitstootkrachten (EMTEC) • Knelpunten bij injecteren van biopolymeren opsporen 10
Case 2 Injectie
• Part design – Bekervorm – Insert met 1°,2° en 3° helling + drinkbeker – Evalueren krimp en uitstootkrachten
11
Case 2 Injectie
• Matrijs ontworpen door CPMT, in samenspraak met en vervaardigd door VDS Technics • Engel 80T, 35 mm standaard schroef & verwarmde hopper
12
Case 2 Injectie
• Voorbeeld sensormetingen
13
Case 2 Injectie
• Product
Cup in PP 3°(links) - 1°(rechts)
14
Cup in PLA 3°(links) - 1°(rechts)
Drinkbeker in PS
Case 2 Injectie
• Resultaten Krimp Lagere krimp bij verhoogde nadruk Meer materiaal in de matrijs, verhoogde compressie
15
Case 2 • Resultaten Krimp
16
Krimp voor PP groter in vloeirichting Veroorzaakt door oriëntatie polymeerketens Matrijskern verhindert mogelijks krimp PLA zelfde trend, maar lagere waarden en kleiner verschil Hogere uitstootkracht voor PP verwacht PLA: 0,3 – 0,5 % krimp PP: 1,2 – 2,5 % krimp Verkleinen draft angle, verlaagt krimpratio (verder onderzoek nodig)
Injectie
Case 2 Injectie
• Resultaten PP PP getest bij 20°C en 60°C Hogere matrijstemperatuur, tragere koeling, hogere kristalliniteit, meer krimp
17
Case 2 Injectie Uitstootkracht groter bij kleinere draft angle Hogere matrijstemperatuur, lagere uitstootkracht
18
Case 2 Injectie
• Resultaten PLA Enkel bij 20°C Tg 55-60°C (HDT 55°C) Gelijkaardige trend als PP Minder krimp, zelfde range voor uitstootkrachten Verder onderzoek nodig
19
Case 2 Injectie
• Conclusie Hogere nadruk > lagere uitstootkracht > minder krimp Hogere matrijstemperatuur > lagere uitstootkracht > meer nakrimp/nakristallisatie Hogere draft angle > lagere uitstootkracht 20
Case 2 Injectie
• Morfologie PP
Matrijstemperatuur 20°C lage (L) en hoge (R) nadruk > Geen merkbare invloed 21
Matrijstemperatuur 20°C (L), 60°C (R) nadruk 50 bar > Skin layer
Case 2 Injectie
• Morfologie PP • Skin layer verdunt bij hogere matrijstemperatuur • Georiënteerde ketens relaxeren gedeeltelijk • Hoe hoger de temperatuur, en hoe trager de stolling, hoe meer relaxatie van de ketens • Grotere sferulieten bij hogere matrijstemperatuur
22
Case 2 Injectie
• Morfologie PLA
23
Matrijstemperatuur 20°C lage (L) en hoge (R) nadruk Geen merkbare invloed verder onderzoek gewenst
Case 2 • Simulaties - Voxdale
Injectie
Opstelling 1: uitstootkrachten op de beker • –
–
24
Model instellingen
Een uitstootkracht van 2500N verdeeld over de uitstootpen op de bodem van de beker, en ring-uitstoter op de rand van de beker. Het model wordt vastgehouden op de binnenwand (krimp op de kern)
Case 2 • Simulaties
Injectie
Opstelling 2: vastnemen beker met 2 vingers • –
–
25
Model instellingen
De beker wordt vastgehouden met 2 vingers, die elk een kracht van 5 newton uitoefenen op de beker. We veronderstellen dat de beker nog vast op de grond staat
Case 2 • Simulaties
Injectie
Opstelling 3: simulatie op mini-projectorbehuizing • – –
26
Model instellingen
Onderste ribben vastgehouden in verticale richting. Drukkracht op het bovenvlak aangelegd (100 N)
• Case 3 – Extrusion blow moulding • Industriële case in samenwerking met Nervia Plastics • Biobased PE versus „standaard‟ PE • PLA of PHB niet haalbaar gezien MFI waarden 27
Case 3 Extrusion
• Materialen • Marlex® PE • Braskem biobased PE
• HDPE • MFI = 0,35 1L-fles in BioPE(l) en PE(r)
28
Case 3 Extrusion
• Minimale aanpassingen aan machineparameters bij omschakelen van PE naar biobased PE • Visuele verschillen minimaal, licht hogere krimp bij bioPE • Beide flessen doorstonden kwaliteitscontrole met vergelijkbare waarden voor compressie, valtest en hydrostatische test
29
Krimp bodem BioPE(l) en PE(r)
Case 3 Extrusion
• Conclusie – Mechanische eigenschappen vergelijkbaar voor beide materialen – Machineparameters nagenoeg gelijk – Kostprijs BioPE > PE (factor 2,5) – „Groen‟ imago is voorlopig voornaamste drijfveer voor toepassingen in biobased PE
30
Extra cases – Proefstaafmatrijs • Matrijs werd ingezet om degradatie in kaart te brengen (via MFI)
31
– „De Knappe BioBol‟
32
4.Valorisatie •
Alle beschikbare informatie, onderzoeksresultaten en strategieën werden gebundeld in verscheidene handleidingen voor zowel de industrie, onderwijs als verder onderzoek
•
Vergaarde kennis wordt verder ingezet voor: – –
•
Papers – – – –
• 33
VIS-project Bio based packaging DURBIO-project (Centexbel-FPV)
Optimization of the processing of bio based polymer sustainable products (PMI-conference paper) Biomoulding & Design (Bioplastics Magazine) Challenges for bio-based products in sustainable value chains (Environmental Engineering and Management Journal) Application of bioplastics for food packaging (under preparation)
Presentation at Empack-fair
Bedankt voor uw aandacht!
Vragen?
34
