INHOUDSOPGAVE. Functionele stabiliteit van biopolymeren H10 VERVANGING SYNTHETISCH COMPATIBILISERS P29HE THE INFLUENCE OF SELECTED ADDITIVES ON THE

Transcriptie

1

2 H10 VERVANGING SYNTHETISCH COMPATIBILISERS P29HE INHOUDSOPGAVE H11 THE INFLUENCE OF SELECTED ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF BIOFOAM HEAT D P31 Functionele stabiliteit van biopolymeren H12 POTENTIE OM VANUIT ZUIVERINGSSLIB POLYHYDROXYALKANOAAT TE PRODUCEREN P33 H13 VLASVEZELVERSTERKTE POLYMEREN (PP/PLA) P35 H1 COMPATIBILISATOREN VOOR P 11 BIOPOLYMEREN H14 WAAROM VERDWIJNT MIJN BIOFOLIE ZO SNEL? P37 H15 VERBETERING SOLANYL MET HOUTVEZELS P39 H2 MODIFICATIE VAN NANOCELLULOSE MET H16 ONTWERP EN PRODUCTIE VAN DE OPTIMALE MELKZUUR DOOR MIDDEL VAN PLA/ZETMEEL BLEND P41 RINGOPENINGPOLYMERISATIE P13 H17 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR PHA P43 H3 POLYMEREN UIT DE MAGNETRON H18 PRODUCTIE VAN FILAMENT VOOR 3D PRINTER P45 (PEF SYNTHESE TEN OPZICHTE VAN PET) P15 H19 DE AFGIFTE VAN KLEURSTOF UIT BIOPOLYMEER IN H4 VERHOGING VAN DE HEAT DEFLECTION TEMPERATURE/ VOEDING EN DRANKEN P47 VICAT VAN SOLANYL MET BEHULP VAN ADDITIEVEN P17 H20 COMPOUNDEREN, EXTRUDEREN, SPUITGIETEN VAN H5 STABILITEIT IN RELATIE TOT VOEDSELCONTACT P19 BIOPOLYMEREN P49 H6 RINGOPENINGPOLYMERISATIE VAN POLYLACTIC ACID H21 BIOBASED POLYETHYLEENTEREFTALAAT ANALOGEN MET BEHULP VAN ORGANOKATALYSE P21 SYNTHESE EN KARAKTERISERING P51 H7 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR BIO-POLYESTERS -I P23 H22 REOLOGISCH EN THERMISCH GEDRAG VAN SOLANYL H8 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR BIO-POLYESTERS -I P25 PRODUCTEN P53 H9 REOLOGISCH EN THERMISCH GEDRAG VAN SOLANYL H23 HET VERSTERKEN VAN SOLANYL DOOR MIDDEL VAN EN FLOURPLAST P27 VEZELS P55

3 H24 ONDERZOEK NAAR DE SYNTHESE EN OPSCHALING H39 SYNTHESE VAN EEN GROEN VAN EEN NIEUWE BIOBASED COMPATIBILIZER P57 POLYETHYLEENTEREFTALAAT ANALOOG P87 H25 GALACTAARZUUR ALS BIO-BASED BUILDING H40 POLYHYDROXYALKANOATEN COMPOUNDEREN BLOCK P59 MET PLA/POLYESTERS P89 H26 THERMISCHE ANALYSE SOLANYL EN FLOURPLAST P61 H27 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR BIO-POLYESTERS -II P63 H41 BLADVEZEL COMPOUNDS MET PLA P91 H42 ACETALISERINGSREACTIE VAN ALDEHYDEN P93 H28 HYDROLYSE STABILITEIT VAN BIOFOAM P65 H43 OPTIMALISATIE VAN DE SYNTHESE VAN BIOBASED H29 SOLANYL ALS FILAMENT VOOR 3D-PRINTEN P67 BUILDING BLOCKS UIT GALACTAARZUUR P95 H30 FURAANGEBASEERDE MONOMEREN VOOR PET H44 ULTRASOON OPLOSSEN PLA EN GESTIMULEERDE ANALOGEN P69 HYDROLYSE BIOFOAM P97 H31 BESTUDEREN VAN HET DEGRADATIEGEDRAG VAN H45 ONTWIKKELEN COATING VOOR BIOFOAM P99 PLA VARIANTEN IN DIVERSE MILIEUS P71 H46 VERSTREKKEN VAN SOLANYL-FOLIE P101 H32 KRISTALLISATIEGEDRAG VAN PHA S P73 H47 HYDROLYSESTABILITEIT VAN POLYMELKZUUR P103 H33 HET PRODUCEREN VAN EEN VEZELVERSTERKTE H48 BIODEGRADATIE VAN PLA P105 DISPOSABLE DOOR MIDDEL VAN THERMOFORMING P75 H49 BIOBASED POLYESTERS OP FURAANBASIS H34 EFFECT VAN VOCHTGEHALTE EN VEZELADDITIE OP SYNTHESE EN KARAKTERISERING P107 MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN BIOPLASTICS P77 H51 VLASVEZELSTERKTE POLYMEREN (PP/PLA ) P109 H35 REACTIEVE EXTRUSIE VAN SOLANYL P79 H36 AGROVEZELS IN SOLANYL P81 H52 EEN ONDERZOEK NAAR DE REOLOGIE BIJ VERSCHILLNEDE VOCHTPERCENTAGES IN H37 PROTOTYPING VAN EEN NIEUWE TOPTREECLIP P83 BIOPOLYMEREN P111 H38 L-ARABINOSE DERIVATEN ALS WEEKMAKER P85 H54 FYSISCHE RECYCLING VAN FILAMENT P113

4 H55 ONDERZOEK NAAR VERSCHILLENDE SOORTEN H69 SYNTHESE VAN BIOBASED STYREENVARIANT P143HE BIOPOLYMEREN VOOR FILAMENT P115 H70 COMPOUNDEREN VAN PLA +50%HEMCELLHEAT D P145 H56 COMPOUNDEREN VAN PLA+HEMCELL H71 DUURZAME SCHUIMEN P147 & PLA+CELLULOSE P117 H72 COMPOUNDEREN VAN PLA +HEMCELL MET H57 SYNTHESE VAN EEN GROEN PET-ANALOOG P119 ADDITIEVEN P149 H58 BLADVEZEL COMPOUNDS MET PLA P121 H59 BIOBASED BUILDING BLOCKS UIT SUIKERS P123 H73 SMELTSTERKTE VERBETERING PLA P151 H74 BIOVEZELS IN SOLANYL P153 H60 HET VERBETEREN VAN DE ISOLATIEWAARDE VAN BIOFOAM P125 H61 VAN MONOSACHARIDE TOT BBBB P127 H62 ROTOTYPING VAN EEN 3D-GEPRINTE VERPAKKING VOOR MANCHETKNOPEN P129 H63 A GREEN AFTERLIFE P131 H64 GROENE KNOEVENAGEL P133 H65 BIOBASED BUILDING BLOCKS UIT SUIKERS P135 H66 HET EFFECT VAN PROCESCONDITIES OP ACCUMULATIE VAN PHA DOOR AFVALWATERSLIB P137 H67 PHA (BIOPLASTICS) PRODUCTION FROM PROCESS WATERS P139 H68 BIOCOMPOSIETEN: EFFECT VAN VEZELKARAKTERISTIEKEN EN SAMENSTELLING OP DE FYSISCHE EIGENSCHAPPEN P141

5 INLEIDING WAT ZIJN BIOPOLYMEREN? Wat zijn biopolymeren? Deze op het oog eenvoudige vraag raakt meteen de kern van het probleem: er bestaan twee opvattingen over. Volgens de eerste opvatting zijn biopolymeren afkomstig uit biomassa Het SIA RAAK-PRO project Functionele stabiliteit van biopolymeren loopt van 1 april 2012 tot 1 april Dit project is een samenwerking tussen kennisinstellingen, MKB-bedrijven en de Kamer van Koophandel. MKB-bedrijven kunnen hun vraagstukken laten onderzoeken door studenten van de kennisinstellingen. De Kamer van Koophandel (voorheen Syntens) is de bindende kracht tussen de MKB-bedrijven en de kennisinstellingen. De rol van Avans Hogeschool, Fontys Hogescholen en Wageningen Universiteit is het opbouwen en delen van kennis over biopolymeren. In dit boekje vind je samenvattingen van 74 onderzoeksprojecten die in het kader van het project zijn uitgevoerd. Het boekje is mede mogelijk gemaakt door gesprekken met hoofdonderzoeker Jack van Schijndel, docent Guido Smets, onderzoeker Gerald Schennink en projectleider Jappe de Best. en daardoor hernieuwbaar. Met het oog op de carbon footprint is dit een belangrijke eigenschap, zeker gezien internationale afspraken en duurzaamheidsaspecten. Daarnaast wordt de afkomst uit biomassa steeds belangrijker door de afnemende beschikbaarheid van aardolie en de stijgende olieprijzen. De andere opvatting is dat biopolymeren polymeren zijn die in een relatief kort tijdsbestek van bijvoorbeeld een jaar biologisch afbreekbaar zijn tot water en natuurlijk voorkomende gassen als CO 2 en CH 4. Deze polymeren worden afgebroken door micro-organismen. Biologische afbreekbaarheid is nuttig in toepassingen waar recycling onmogelijk, moeilijk of kostbaar is, bijvoorbeeld kunststof laminaten. In de medische sector zijn op basis van deze eigenschappen veel nieuwe toepassingen te ontwikkelen,. zoals hechtdraad. Maar in de hele maatschappij is een groeiende behoefte aan polymeren die na de gebruiksfase snel degraderen. Wij bedanken Stichting Innovatie Alliantie (SIA) voor het mede mogelijk maken van het project Functionele stabiliteit van biopolymeren.

6 Deze twee eigenschappen van biopolymeren zijn vaak gecombineerd. Maar niet alle biopolymeren komen uit biomassa en niet alle biopolymeren zijn in korte tijd afbreekbaar. DOEL Het doel van het programma Functionele stabiliteit van biopolymeren is het krijgen van een optimale regie op de functionele stabiliteit van biopolymeren in de productketen. Hiervoor doen we op drie niveaus FUNCTIONELE STABILITEIT Welke opvatting je ook neemt, duidelijk is dat biopolymeren een duurzaam onderzoek naar parameters die de functionele stabiliteit van biopolymeren beïnvloeden: op het niveau van polymeren, halffabricaat en product. alternatief zijn voor kunststoffen op basis van aardolie. Door de afnemende beschikbaarheid van aardolie, stijgende olieprijzen en de wereldwijde De zes deelonderzoeken zijn: aandacht voor duurzaamheid staan biopolymeren in de belangstelling. Ze worden al toegepast in producten met een beperkte gebruiksduur, zoals plantenpotten en verpakkingsmaterialen. 1. begripsvorming stabiliteit van biopolymeren 2. verbeteren van de fysische - reologische stabiliteit 3. effect van vulstoffen op de biologische en thermische stabiliteit Daarnaast is er steeds meer belangstelling voor het gebruik van biopolymeren in toepassingen die niet in 1 jaar afbreken, zoals isolatieschuim en mobiele telefoons. Belangrijk is de functionele stabiliteit van biopolymeren. Hierover is nog onvoldoende bekend. 4. effect van kristalliniteit op de biologische afbraak 5. vertragen van de UV-gevoeligheid: minder vergeling en verbrossing 6. verkrijgen van optimale productdesigncombinaties van biopolyesters en zetmeel

7 CHEMISCHE RECYCLING Een nieuw aandachtspunt binnen ons programma is chemische recycling. Chemische recycling is de terugwinning van de basiseenheden van biopolymeren, iets wat in de natuur heel normaal is. Hierbij breken polymeren niet af naar CO 2 en H 2 O, maar veranderen ze naar monomeren en andersom. Het behoud van de chemische informatie uit biopolymeren in de vorm van deze bouwstenen komt aan bod in verschillende samenvattingen van projecten. TRENDS Als we kijken naar 74 vraagstukken die in het kader van het project zijn opgepakt, en deze in categorieën indelen, onderscheiden we vijf trends. Natuurlijk is dit arbitrair en is discussie over de keuze mogelijk. 3D-PRINTING De eerste trend ligt op het gebied van productontwikkeling en is de productie van filament voor 3D-printing op basis van biopolymeren zoals PLA en Solanyl. De focus bij deze projecten ligt onder andere bij het bepalen van de vormstabiliteit van geprinte producten onder diverse omstandigheden. In een aantal projecten bleek dat het mogelijk is om verschillende soorten filament te produceren waarmee objecten in 3D kunnen worden geprint. Het is mogelijk dit filament te produceren in verschillende biobased kleuren, additieven en compounds.

8 INZETBAARHEID VAN NATUURVEZELS De tweede trend ligt op het gebied van materiaaleigenschappen en is het mengen van biopolymeren met additieven zoals vezels, om nieuwe PHA s De vierde trend ligt op het gebied van de productie en afbraak van polyhydroxyalkanoaten (PHA s). eigenschappen te verkennen. PHA s zijn polyesters die door bacteriën worden aangemaakt als ze in Deze vezels hebben vaak een andere achtergrond en geven diverse mogelijkheden. Hoewel deze vulstoffen de biologische en thermische stabiliteit veranderen, blijft de voorspelling hiervan lastig. Gekeken naar de beschikbaarheid van vezels verwachten we dat op dit gebied nog veel onderzoek en ontwikkeling kan plaatsvinden. bepaalde condities worden gebracht. Bij afvalwaterzuiveringen blijken bijvoorbeeld in het slib bacteriën aanwezig te zijn die PHA kunnen produceren. Deze PHA s zijn interessante materialen, omdat ze als een van de weinige biopolymeren op relatief korte termijn afbreekbaar zijn in zout water. POLYMELKZUUR De derde trend ligt op het gebied van het verder vergroten van de toepassingsmogelijkheden van polymelkzuur (PLA). PLA is op dit moment Binnen dit SIA RAAK-PRO programma is aangetoond dat een businesscase mogelijk is voor het verwaarden van het afvalwaterslib dat ontstaat bij de zuivering. een van de meest geproduceerde bioplastics. We besteden veel aandacht aan het verhogen van de vormstabiliteit bij hogere temperatuur en het verbeteren van specifieke verwerkingseigenschappen, zodat PLA met meer verwerkingstechnologieën kan worden omgezet in producten. BBBB De vijfde trend draait om BBBB, dat staat voor BioBased Building Blocks. Dit zijn bouwstenen die (veelal) niet rechtstreeks uit de natuur komen, maar die door een paar synthesestappen wel uit geschikte biomassa te halen zijn.

9 Alle BBBB die in dit programma worden meegenomen, zijn gericht om een biobased alternatief voor polyethyleentereftalaat (PET) te geven. PET staat bekend om zijn goede materiaaleigenschappen. Je komt het tegen in polyester kleding en in petflessen. PET kan tot op heden niet uit biomassa worden gemaakt. Furanoaten kunnen wel uit suikers worden gehaald en benaderen de eigenschappen van PET. Op dit gebied zijn enkele projecten uitgevoerd. Daarnaast zijn bouwstenen op basis van galactaarzuur interessant. Dit geldt ook voor de mogelijke PET-analogen die je kan maken uit de bouwstenen van lignine. Deze laatste leveren de zogenaamde Chemisch Recyclebare Aromatische Polyesters (CRAP). CRAP s combineren biologische afbraak met de mogelijkheden tot chemische recycling. Deze laatste trend staat nog in de kinderschoenen.

10 PARTNERS & BEDRIJVEN

11 1 COMPATIBILISATOREN VOOR BIOPOLYMEREN Sabrina Peters en Guy Erkelens (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2012 t/m juli

12 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren in het schooljaar hebben Sabrina en Guy verschillende compatibilisatoren gemaakt voor het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was het produceren van een compatibilisator welke meer hernieuwbaar is dan het huidige product, zonder dat dit afbraak doet aan de eigenschappen van het biopolymeer waarin het gebruikt wordt. Verdere eisen die gesteld werden hielden in dat het eindproduct voor meer dan 80% uit hernieuwbare materialen bestaat. Verder dienen de materiaal-eigenschappen minstens zo goed te zijn als die van Solanyl. AANPAK Er werd gekeken naar de treksterkte en de e-modulus. De treksterkte diende boven de 18 MPa uit te komen en de e-modulus diende meer dan 0,4 GPa te zijn. Verder dienen de rendementen van de syntheses boven de 80% te liggen. Naar verwachting zullen de substitutiegraden van zetmeelacetaat, zetmeelsuccinaat en zetmeelcitraat respectievelijk tussen de 2-3, 1-2 en 0,5-1 liggen. RESULTATEN Uit de substitutiegraad bepaling bleek dat de verwachtte waarde bij het zetmeelacetaat niet gehaald was. De reden hiervoor komt hoogstwaarschijnlijk door de sterische hindering al kunnen andere redenen ook een rol spelen. Bij het zetmeelsuccinaat en het zetmeelcitraat kwamen de gevonden waarden overeen met de verwachting. De rendementen van de verschillende batches bedroegen voor het zetmeelacetaat respectievelijk 63% en 69%. Ook dit is te wijten aan de slecht verlopen opwerking. Het zetmeelsuccinaat en zetmeelcitraat voldeden met een rendement van 84% en 82% wel aan de verwachting. Naar aanleiding van de trekproeven kan gesteld worden dat de gevonden breukspanning van het eindproduct met zetmeelacetaat en dat met zetmeelsuccinaat beide hoger waren dan dat van puur Solanyl. De productie van het halffabricaat en vervolgens de trekstaven verliep zeer goed. Tijdens het compounderen van de stoffen was wel te merken dat het product nog niet droog was, wat de uiteindelijke eigenschappen zal beïnvloeden. Het spuitgieten verliep zonder problemen voor de trekstaven. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 12

13 2 MODIFICATIE VAN NANOCELLULOSE MET MELKZUUR DOOR MIDDEL VAN RINGOPENING- POLYMERISATIE Paul Souljé en Vincent van Dijk (Avans Hogeschool) In opdracht van: Food & Biobased research Wageningen University februari 2012 t/m juli

14 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren in het schooljaar hebben Paul en Vincent voor WUR in combinatie met Avans onderzoek gedaan naar het modificeren van nanocellulose met melkzuur door middel van ringopeningpolymerisatie en condensatiepolymerisatie. AANPAK Er werd in oplosmiddelen gevarieerd, voor de polycondensatie waren dit tolueen, L-melkzuur en hierbij ook de hoeveelheid nanocellulose (2,5 en 5g). Voor de ringopeningpolymerisatie waren de oplosmiddelen [AMIM]Cl, DMF/ LiCl en tolueen. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek is het succesvol synthetiseren van een cellulosepolymelkzuur composiet en het zoeken naar een geschikt reactiemedium. Dit werd uitgevoerd via twee polymerisatiemechanismen: polycondensatie van L-melkzuur/ cellulose en de ringopeningpolymerisatie van L-lactide/cellulose RESULTATEN Bij de FTIR spectra van de cellulose-graft-plla producten waren OH, C=O en C-O stretching te zien. Hoewel deze in het gegrafte polymeer voorkomen kan hiermee niet worden aangetoond of de PLLA daadwerkelijk aan de cellulose is gegraft. De polydispersiteit varieerde van 1,013 (in [AMIM]cl) tot 1,45 (in 5g melkzuur) wat betekent dat de gegrafte ketens van PLLA aan cellulose bij [AMIM]cl ongeveer even lang waren en in melkzuur sterk verschilden. De NMR metingen werden niet volledig uitgevoerd door te lage oplosbaarheid van de cellulose-graft-plla producten in DMSO. Andere onderzochte oplosmiddelen (HFIP, DMF) leverden een vergelijkbaar resultaat. De betreffende resultaten leverden te weinig informatie op waardoor verder onderzoek nodig is naar dit onderwerp. Aanbevolen worden langere reactietijden dan beschreven in dit onderzoek en grotere temperatuurranges bij de DSC metingen.. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Betty Oostenbrink aj.oostenbrink@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Betty Oostenbrink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 14

15 3 POLYMEREN UIT DE MAGNETRON (PEF SYNTHESE TEN OPZICHTE VAN PET) Jordy Boeijkens en Wilco vd Oetelaar (Avans Hogeschool) In opdracht van: Food & Biobased research Wageningen University februari 2012 t/m juli

16 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren in het schooljaar hebben Jordy en Wilco voor WUR in combinatie met Avans onderzoek gedaan naar de biobased variant van PET namelijk PEF. Gekeken is of de synthese van PEF sneller en met een hoger molgewicht gesynthetiseerd kon worden. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was of dat de synthese van PEF sneller en met een hoger molgewicht gesynthetiseerd kon worden met behulp van de magnetron. Hierbij werd de conventionele methode vergeleken met een methode voor de magnetron. AANPAK Bij de conventionele methode werd een zoutbad gebruikt van natriumnitraat en kaliumnitraat. De synthese van PEF werd uitgevoerd met dimethyl furan-2,5- dicarboxylaat, ethyleenglycol en als katalysator TIPO. RESULTATEN Uit de GPC analyse bleek dat uit de conventionele methode molgewichten van g/mol verkregen werden. De resultaten van de magnetron methode waren rond de 500 g/mol. Hieruit bleek dat er geen polymeren gesynthetiseerd werden maar oligomeren. Dit kon verklaard worden door het gebruik van de gebruikte magnetron. Deze kon de ingestelde temperaturen van 200 C niet halen en mogelijk is hierdoor de polymerisatie niet goed gegaan. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Betty Oostenbrink aj.oostenbrink@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Betty Oostenbrink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 16

17 4 VERHOGING VAN DE HEAT DEFLECTION TEMPERATURE/ VICAT VAN SOLANYL MET BEHULP VAN ADDITIEVEN Vincent Chamuleau (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2012 t/m juli

18 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage bij het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout heeft Vincent onderzoek gedaan naar Hitte stabiliteit (HDT Heat Deflection Temperature) van Solanyl and FlourPlast bioplastics. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project was verhoging van Solanyl HDT met behulp van additieven. RESULTATEN Inzicht is verkregen over de invloed van de verschillende componenten in de blends. Verschillende composieten konden worden gemaakt waarbij significante verhogingen van de HDT, HST, Vicat zijn behaald. Ook is er een voldoende toename in mechanische eigenschappen behaald voor een eerste aanzet. AANPAK De HDT is een belangrijke waarde waar de warmtegevoeligheid mee bepaald wordt van plastics. Tijdens dit onderzoek zijn er verscheidene compounds gemaakt, bestaande uit 30% thermoplastisch zetmeel (TPS, FlourPlast), geblend met verschillende biopolyesters en vulmiddelen met als doel de HDT te verhogen. Biopolyesters die hierbij onderzocht zijn: Polybutyleensuccinate (PBS) Polymelkzuur (PLA) Polyhydroxyalkanoaten (PHA s) De vulmiddelen die onderzocht zijn onder andere talk en enkele silicium verbindingen. Vanuit deze bestanddelen zijn in totaal 20 compounds gemaakt waarvan er uiteindelijk 18 zijn gespuitgiet om te kunnen testen. Aan verschillende producten zijn trek- en slagsterkte proeven gedaan. Daarnaast is er een methode opgezet om de HDT te kunnen inschatten (HST genoemd) en een aantal monsters zijn ook extern getest op Vicat. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 18

19 5 STABILITEIT IN RELATIE TOT VOEDSELCONTACT Jannis Peulen (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2012 t/m juli

20 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn afstuderen bij het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout heeft Jannis onderzoek gedaan naar de migratie van componenten uit Solanyl en FlourPlast en Optinyl plastics. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project was vaststellen stabiliteit door middel van migratie componenten uit bioplastics in relatie tot voedselveiligheid bij gebruik van deze bioplastics als verpakking. RESULTATEN Uit de metingen is gebleken dat de meting zelf nog enige verbeteringen nodig heeft om de grote afwijkingen in de uitkomsten te verbeteren. Er is gebleken dat de samenstelling grote invloed kan hebben op de stabiliteit ten opzichte van de verschillende simulanten. Verschillende compounds zijn gevonden die voldoen aan de richtlijnen voor verschillende verpakkingsmaterialen (verordening EU nr10/2011). Een start is gemaakt met de identificatie van de mogelijke migrerende componenten zoals zetmeel. AANPAK Voor het onderzoek zijn compounds gemaakt en deze uit compouds zijn sheets gemaakt. Een testmethode is opgezet om de migratie uit deze sheets te meten gedurende 10 dagen. Migratie is gemeten door indampen bovenliggende vloeistof ook wel simulant (water/ethanol, of 3% azijnzuur). BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 20

21 6 RINGOPENING- POLYMERISATIE VAN POLYLACTIC ACID MET BEHULP VAN ORGANOKATALYSE Sylvia Kockx (Avans Hogeschool) In opdracht van: Avans Hogeschool september 2012 t/m januari

22 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van haar stage heeft Sylvia voor een periode van 20 weken onderzoek gedaan naar ringopeningpolymerisaties met behulp van organokatalyse van Polylactic Acid (PLA). Binnen Avans Hogeschool worden cursussen en trainingen ontwikkeld op het gebied van biopolymeren en hiervoor wordt expertise opgebouwd. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project was het polymeriseren van PLA met een organokatalysator i.p.v. een metaalkatalysator. Naast dit doel werd er een persoonlijk doel gesteld de polymerisatie van PLA te optimaliseren met als norm een polymerisatiegraad bereiken van minstens 100. AANPAK Voor het onderzoek naar het polymeriseren van polymelkzuur zijn meerdere ringopeningpolymerisaties van PLA uitgevoerd volgens ontwikkeld protocol. Daarnaast zijn de eindproducten geanalyseerd met GPC om de ketenlengte te bepalen. RESULTATEN Uit de variaties op het ontwikkeld protocol blijkt dat de verhouding 4:1 (katalysator : initiator) de hoogste polymerisatiegraad geeft. Daarnaast is een reactietijd van 2 uur voldoende om alles te laten reageren, langere reactietijden geven geen langere ketens. Benzylamine als initiator is een goede vervanger voor de initiator benzyl alcohol in deze reactie: het geeft dezelfde resultaten wat betreft de polymerisatiegraad vergeleken met de standaardreactie met benzyl alcohol. Uit de resultaten kan ook worden geconcludeerd dat benzylamine een mogelijke organokatalysator is. De stockoplossingen van katalysator en initiator zijn voor minstens vijf weken houdbaar, waardoor dit geschikt is voor het ontwikkelen van trainingen in het onderwijs. Daarnaast kan worden geconcludeerd dat de zelf gestelde norm van een polymerisatiegraad van 100 behaald is. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en hier ook een exemplaar van ontvangen. 22

23 7 OPZETTEN ALTERNATIEVE HDT/ VICAT METING Alex Berben (Avans Hogeschool) In opdracht van: Avans Hogeschool sept 2012 t/m jan

24 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage heeft Axel geprobeerd om een alternatieve HDT meting op te zetten. Binnen Avans Hogeschool worden cursussen en trainingen ontwikkeld op het gebied van biopolymeren en hiervoor wordt expertise opgebouwd. Zijn stage is tussentijds stopgezet. DOEL VAN HET ONDERZOEK Voordat tot aanschaf van HDT/Vicat meetapparatuur wordt overgegaan, is bekeken of deze metingen met behulp van een eenvoudige opzet te benaderen zijn. Helaas was het verloop van de stage zodanig dat dit niet is doorgezet. Figuur: opzet alternatief RESULTATEN Doordat de stage tussentijds is stopgezet, zijn er geen resultaten uit deze stage voortgekomen die het vermelden waard zijn. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en hier ook een exemplaar van ontvangen. 24

25 8 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR BIO-POLYESTERS-I Sharon Chu (Hogeschool Utrecht) In opdracht van: Food & Biobased Research Wageningen University september 2012 t/m januari

26 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van haar stage van de Hogeschool Utrecht heeft Sharon onderzoek gedaan naar verschillende rheology modifiers op het gedrag van PLA. Standaard types PLA zijn minder geschikt voor folieblazen. Om dit toch mogelijk te maken worden er verschillende additieven toegevoegd. waarmee diverse moleculaire configuratie-parameters kunnen worden bepaald en een reologisch meetsysteem waarmee de smeltsterkte van een polymeer bepaald kan worden. Bovengenoemde protocollen zijn toegepast bij enkele PLA/epoxide- en PLA/ peroxide combinaties. Op basis van deze resultaten zijn aanbevelingen gedaan voor verder onderzoek. DOEL VAN HET ONDERZOEK Doel van onderzoek is het kijken naar het effect van rheology modifiers op het gedrag van PLA als basismateriaal in verstrekprocessen als folieblazen. AANPAK Analyse van de vervaardigde materialen is een essentieel onderdeel van dit type onderzoek. Op basis van o.a. literatuuronderzoek is daarom gestart met het inventariseren van bruikbare verwerkingstechnieken en analysemethoden. Er is daarnaast een overzicht gemaakt van potentieel bruikbare rheology modifiers t.b.v. PLA gebaseerde systemen. Enkele representatieve combinaties zullen worden getest. RESULTATEN De nadruk bij dit onderzoek heeft gelegen op het definiëren van de diverse protocollen t.b.v. het uitvoeren het onderzoek. Achtereenvolgens zijn een protocol ontwikkeld voor een batchkneder waarmee de diverse monsters worden gemaakt, een GPC-systeem (op basis van loopvloeistof HFIP; zie foto) BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Gerald Schennink gerald.schennink@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Gerald Schennink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 26

27 9 REOLOGISCH EN THERMISCH GEDRAG VAN SOLANYL EN FLOURPLAST Vincent Chamuleau (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers augustus 2012 t/m januari

28 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn afstuderen aan de opleiding Chemie van Avans Hogeschool heeft Vincent onderzoek gedaan bij het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout naar reologische gedrag van Solanyl en de invloed van verschillende componenten. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project was een start te maken met het inzicht krijgen in het reologisch gedrag van de verschillende componenten in de verschillende Solanyl type compounds. De verwerkbaarheid en de stabiliteit tijdens verwerking van een bioplastic hangt in sterke mate af van het reologische gedrag. RESULTATEN Gebleken is dat watergehalte een belangrijke factor speelt in de reologische en thermische eigenschappen. Daarnaast is gebleken dat de invloed van de verschillende componenten sterk afhangt van het type additief maar ook varieert met type Solanyl. AANPAK Voor het onderzoek zijn via een lab compounder componenten zoals chain extenders en vloeiverbeterende masterbatches geblend met verschillende Solanyl types. De invloed is onderzocht met behulp van capillaire reologie en spiral flow. Tevens is de invloed bekeken op de mechanische eigenschappen zoals treksterkte en slagsterkte. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 28

29 10 VERVANGING SYNTHETISCH COMPATIBILISERS Nicky van den Bogaart (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers augustus 2012 t/m januari

30 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage aan de opleiding Chemie van Avans Hogeschool heeft Nicky onderzoek gedaan bij het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout naar alternatieve grondstoffen voor zetmeel. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project was het testen van nieuwe agrogrondstoffen die niet gebruikt worden voor voeding als alternatief voor zetmeel in productie van Solanyl of FlourPlast. RESULTATEN De eerste resultaten geven aan dat er potentie in het gebruik van algen en zeewier zit. Hoewel verwerking nog sterk verbeterd moet worden, zijn de gevonden initiële eigenschappen hoopvol. Er moet wel verder onderzoek gedaan worden om hier meer duidelijkheid over te krijgen. AANPAK Aan Solanyl compounds zijn alternatieve agrogrondstoffen toegevoegd m.b.v. een lab compounder. Deze nieuwe grondstoffen (op basis van algen of zeewier) zijn net als zetmeel hoofdzakelijk opgebouwd uit polysachariden. Deze nieuwe grondstoffen (op basis van algen of zeewier) zijn eenvoudig te kweken en worden in Europa niet ingezet als voeding. Deze polysachariden kristalliseren niet in verband met zetmeel. De gemaakte producten zijn gespuitgiet in trek en rek staven en deze staven zijn mechanisch getest. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 30

31 11 THE INFLUENCE OF SELECTED ADDITIVES ON THE PROPERTIES OF BIOFOAM Susanne de Brouwer (Fontys Hogescholen) In opdracht van: Synbra Technology BV september 2012 t/m januari

32 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van haar stage heeft Susanne voor een periode van 20 weken onderzoek gedaan naar de invloed van additieven op de eigenschappen van BioFoam. De eigenschappen waarop gefocust is zijn MFI, dichtheid, celdichtheid, CO 2 concentratie en kristalliniteit. De additieven die onderzocht worden, zijn vooraf geselecteerd. concentratie onderzocht en is er een begin gemaakt aanonderzoek naar relatie tussen korrelgrootte en impregnatietijd. Het onderwerp kristalliniteit is verder ook uitgediept met extra onderzoek naar de invloed van het D-lactide gehalte op de kristallisatie en de invloed van één van de additieven op het kristallisatiegedrag. DOEL VAN HET ONDERZOEK Synbra Technology produceert BioFoam van voornamelijk L-lactide en een deel D-lactide. Dit wordt gepolymeriseerd tot Synterra. Het doel van dit onderzoek is de invloed van additieven op het schuimgedrag en kristallisatiegedrag van Synterra. Ook wordt de vochtopname van Synterra in kaart gebracht. AANPAK September: Oktober: November: karakterisering December: Januari: Literatuuronderzoek, theorie schrijven, poster ontwerpen Uitvoeren van verschillende praktische werkzaamheden zoals vochtmetingen, MFI metingen, schuimproeven, CO 2 en dichtheidsmetingen, SEM, tussenverslag schrijven. Catalogiseren gegevens en uitvoeren nieuwe metingen en met DSC, tussenverslag afwerken, voorbereiden presentatie stageterugkomdag en RAAK. Karakterisering met DSC, verzamelen laatste gegevens nieuwe samples. Afwerken stageverslag, eindpresentatie. RESULTATEN De eigenschappen waarop getest is zijn MFI, dichtheid celdichtheid, CO 2 concentratie en kristalliniteit. Ook is de invloed van impregnatiedruk en temperatuur op de CO 2 BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Synbra Technology B.V. Contactpersoon: Jürgen de Jong j.dejong@synbra-tech.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jürgen de Jong voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 32

33 12 JFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: : Rodenburg Biopolymers ctpersoon: Jeroen van Soest l: jeroen.van.soest@biopolymers.nl s het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onder- Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. POTENTIE OM VANUIT ZUIVERINGSSLIB POLYHYDROXY- ALKANOAAT TE PRODUCEREN Daryl Lue (Fontys Hogescholen) In opdracht van: Waterschap Brabantse Delta september 2012 t/m april

34 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het slib van het zuiveringsproces groeien bacteriën die Polyhydroxyalkanoaten (PHA s) kunnen produceren. Waterschap Brabantse Delta wil onderzoeken hoeveel van deze bacteriën in het zuiveringsslib aanwezig zijn en wat de potentie is van het slib van de twee zuiveringsinstallaties in Bath en Nieuwveer om PHA te produceren. RESULTATEN Er werd aangetoond dat Bacillus en Pseudomonas aeruginosa aanwezig zijn in het actief slib. Dit zijn PHA accumulerende bacteriën. Hieronder is een PHB kleuring weergegeven. DOEL VAN HET ONDERZOEK - Het eerste doel van dit onderzoek is het isoleren van het soort bacterie die PHA kan accumuleren. Op deze bacterie worden verschillende experimenten gedaan om te bestuderen of deze bacterie PHA kan produceren. - Het tweede doel van dit onderzoek is het vergelijken van twee zuiveringsinstallaties die de grootste potentie hebben om PHA te produceren. AANPAK Het identificeren van een bacterie werd gedaan met de gramkleuring methode, katalase test, oxidase test en de API kit test. Deze bacteriën werden vervolgens onder de microscoop gezet om bepaalde gegevens te verzamelen. Met deze gegevens werd door middel van een stamboom diagram de bacterie geïdentificeerd. Met behulp van een Infors fermentor werden de ideale omstandigheden gecreëerd om de bacterie onder stress conditie te houden, zodat de bacterie gestimuleerd werd om PHA te produceren. Acetaat en sucrose werden gebruikt als koolstofbronnen voor de bacteriën. Met behulp van de John en Ralph methode werden de PHB korrels in de bacteriecellen gekleurd met een 5% Sudan Black oplossing. Dit werd vervolgens onder de microscoop zichtbaar als zwarte korrels. In de linker afbeelding is geen of een klein gedeelte van PHB korrels te zien en in de rechter afbeelding zijn de bacteriecellen te zien vol met PHB. Bij de zuiveringsinstallatie van Bath is PHB geproduceerd met een T m van 154 C en een degradatie temperatuur van 232 C. In het IR spectrum is een duidelijk piek bij 1722 cm-1 te zien. Dit geeft een esterverbinding van C=O weer aan. Door het spectrum in de bibliotheek te zetten kan geconcludeerd worden dat de stof een match heeft van 77% met Poly (3-hydroxybutyraat). De GPC resultaten moeten verder bestudeerd worden. Als droge stof is 14 mol % PHB geproduceerd. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Waterschap Brabantse Delta Contactpersoon: Etteke Wypkema e.wypkema@brabantsedelta.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Etteke Wypkema voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 34

35 13 VLASVEZEL- VERSTERKTE POLYMEREN (PP/PLA) Aron Dekkers (Fontys Hogescholen) In opdracht van: Colorex Master Batch december 2012 t/m augustus

36 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van het compounderen van vlasvezel in zowel synthetische als biopolymeren heeft Aron voor een periode van 7,5 maand onderzoek gedaan in samenwerking met de bedrijven Modified Materials uit Halsteren en Colorex Master Batch uit Helmond naar de mogelijkheid om m.b.v. extrusie een goede compound te maken. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het ontwikkelen en produceren van vlasvezel versterkte polymeren (PP & PLA), met extrusie als verwerkingsmethode en spuitgieten als vormgevingstechniek. AANPAK Allereerst is theoretisch onderzoek verricht naar natuurlijke vezels en de verwerkingstechniek. Vervolgens is gestart met het verwerken van vlasvezel in polypropeen (PP) en polylactic acid (PLA). Tijdens de verwerking zijn de instellingen van de extruder geoptimaliseerd. De geproduceerde teststaven zijn vervolgens getest op de mechanische eigenschappen. Op basis van deze resultaten zijn verschillende additieven toegepast om de meest optimale eigenschappen te behalen. Tot slot zijn de resultaten vergeleken met elkaar, datasheets, de literatuur en de theoretische berekening. deze krachten op te kunnen vangen worden er vezels in verwerkt. De verwerking vindt plaats met een extruder. Hierbij worden de vezels met een schroef in een plastisch kunststof gemengd. Daarna wordt de druk opgevoerd waardoor een streng door de spuitmond wordt geperst. Na het koelen wordt dit tot granulaat gesneden. Van het granulaat worden teststaven gespoten met een spuitgietmachine. Met deze teststaven kan de trek- en slagproef worden uitgevoerd. Uit de trekproef zijn meerdere mechanische eigenschappen af te leiden, zoals sterkte, elasticiteit en rek bij breuk. Bij een trekproef wordt een teststaaf met continue snelheid in een richting uit elkaar getrokken. De slagproef geeft aan in welke mate een materiaal bestand is tegen schok-, slag- en stootbelasting. Vanuit de resultaten is er bepaald of additieven noodzakelijk zijn voor het verkrijgen van een hoogwaardig vlasvezel versterkt PLA. RESULTATEN Natuurlijke vezels worden uit de natuur gewonnen en brengen een aantal belangrijke voordelen met zich mee ten opzichte van de synthetische vezels zoals glas, koolstof en aramide. De grootste voordelen hiervan zijn de herkomst en recyclebaarheid. Constructiedelen die enkel uit kunststoffen bestaan zijn niet bestand tegen het opvangen van zeer hoge druk en trekkrachten of hebben een minimale stijfheid. Om BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Colorex Master Batch Contactpersoon: Ing.Anton Van de Laar lab@colorex.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Anton van de Laar voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 36

37 14 WAAROM VERDWIJNT MIJN BIOFOLIE ZO SNEL? Igor van Drunen, Lokhim Wong en Vincent van Dijk (Fontys Hogeschool) In opdracht van: Oerlemans Plastics september 2012 t/m januari

38 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Igor, Lokhim en Vincent voor Oerlemans Plastics uit Genderen onderzoek gedaan naar biofolie. De aanleiding van het project is dat Oerlemans Plastics klachten ontvangt van haar biofolie gebruikers dat het langdurig (tot een jaar) gebruiken van deze zakken en folies leidt tot te snelle degradatie. Uit vorig onderzoek bij Avans en andere studies wordt er een verband gelegd met de aanwezigheid van fosfaat in het voedingswater en deze degradatie. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het, binnen 20 weken, vaststellen of fosfaat een versnellende werking heeft op de degradatie van de biofolie van Oerlemans Plastics door middel van de massabepaling, trekproef en GPC. RESULTATEN Uit resultaat van het onderzoek is gebleken dat zowel bij PLA, Ecoflex en ook bij de blend een degradatiegedrag wordt gevonden. De media, welke aan de monsters zijn blootgesteld, bleken allemaal een vergelijkbare invloed te hebben. Wanneer de resultaten van alle analyses zijn vergeleken, kan er worden geconcludeerd dat fosfaat geen versnellende werking heeft op de degradatie van PLA, Ecoflex en de blendfolie. Er vindt degradatie plaats bij alle folies maar de oorzaak hiervan is nog niet eenduidig vast te stellen. Aanvullend onderzoek is nodig. AANPAK Analysemonsters: PLA, ECOFLEX en BLEND Deze monsters in totaal 6 weken blootstellen aan: - water - fosfaatbuffer - voedingswater - voedingswater zonder fosfaat Elke week analyse uitvoeren bij 25 en 40 graden Celsius Na 6 weken alle resultaten grafisch weergeven en vervolgens bepalen wat de invloed is van de media op degradatie BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Oerlemans Plastics Contactpersoon: Patrick Verschaeren pv@oerlemansplastics.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Patrick van Verschaeren voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 38

39 15 VERBETERING SOLANYL MET HOUTVEZELS Jeffrey Oudesluijs, Erik Mols en Kevin Strijbosch (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers september 2012 t/m januari

40 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Jeffrey, Erik en Kevin onderzoek gedaan naar het ontwikkelen van houtvezelcomposieten en het verbeteren van de mechanische eigenschappen voor het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit project is om informatie te verzamelen over het verwerken van houtvezels in (bio)polymeren door middel van verschillende verwerkingstechnieken zoals extruderen en hogedrukpersen. Daarnaast is het een doel door het toevoegen van houtvezels aan (bio)polymeren een verbetering van de mechanische eigenschappen zoals de buigsterkte realiseren van 10 procent. AANPAK Er zijn verschillende perssheets gemaakt (uit handmengsel, extruder en compounder) waarna er naar de producteigenschappen werd gekeken. Daarna zijn er verschillende folies geproduceerd die ook onderzocht zijn en hierna de zogenaamde persplaten. RESULTATEN De perssheets gemaakt van handmengsels konden niet worden getest omdat ze na aanraking uit elkaar vielen. Perssheets van de extruder en compounder bleken een betere menging te hebben maar de kwaliteit was slecht en deze perssheets scheurde erg gemakkelijk. De extruderfolies die geproduceerd zijn met handmengsels waren bros en hadden een slechte menging. De extruderfolie die met het granulaat van de compounder waren geproduceerd hadden een betere menging. Het bleek mogelijk om extruderfolies te produceren met een percentage hout tot 30%. Bij de geproduceerde persplaten zijn wel analyses uitgevoerd. De relatieve buigsterkte kon enigzins verbeterd worden t.o.v. de blanco producten. Ook de hardheid kon in kleine mate verbeterd worden. Echter waren de producten vanuit de handmengsels juist met 60-90% in buigsterkte verslechterd. De watertest leidde in alle gevallen tot een verkleuring van de producten, alsmede een duidelijke verslechtering van de buigsterkte en hardheid. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Sanne de Krom sanne.de.krom@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 40

41 16 ONTWERP ONTWERP EN PRODUCTIE VAN DE OPTIMALE PLA/ ZETMEEL BLEND Laurens Vermaas, Pierre van Oerle en Willart de Haas (Avans Hogeschool) In opdracht van: Synbra Technology BV en Rodenburg Biopolymers september 2012 t/m januari

42 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Laurens, Pierre en Willart onderzoek gedaan naar de eigenschappen van verschillende blend verhoudingen tussen Flourplast, een thermoplastisch zetmeel, en verschillende soorten polymelkzuur (PLA) voor de bedrijven Rodenburg Biopolymers uit Oosterhout en Synbra Technology B.V. uit Etten-Leur. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het compounderen van verschillende blends en deze verwerken tot meetbare, betrouwbare trekstaafjes. Het bepalen van fysische en mechanische eigenschappen van deze producten Analyseren van de testresultaten hebben mogelijk invloed op de resultataten. Er kan geconcludeerd worden dat PLA/ zetmeel blends lastig zijn om te spuitgieten, omdat PLA pas bij een relatief hoge temperatuur smelt en zetmeel reeds bij een relatief lage temperatuur ontleedt. Voor het juiste temperatuurprofiel moet er een compromis gemaakt worden. Daarnaast bevatten de producten weinig krimp, waardoor zij vaak in de mal blijven vastzitten. De resultaten van de trekproef zijn niet significant verschillend, maar er is wel een trend te zien in de resultaten. Door het toevoegen van zetmeel aan PLA neemt de sterkte af. De trends die geconstateerd kunnen worden bij de gekerfde slagproef zijn vergelijkbaar met de trends van de ongekerfde slagproef. AANPAK Voor het uitvoeren van de experimenten is er volgens de een aantal stappen te werk gegaan: Het compounderen van de blends o Componenten afwegen en minimaal 4 uur laten drogen in de oven op 60 graden Het spuitgieten van de compound o Minimaal één week de trekstaafjes laten rusten voor verdere analyse Trek en slagproeven uitvoeren DSC metingen uitvoeren RESULTATEN Het is van alle blends mogelijk om trekstaafjes te spuitgieten. Het lukt echter niet om alle blends met dezelfde instellingen te spuitgieten. De variaties in deze instellingen BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Sanne de Krom sanne.de.krom@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 42

43 17 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR PHA Marcel Lommers, Sam van den Berg en Remy de Vries (Avans Hogeschool) In opdracht van: Food & Biobased Research Wageningen University september 2012 t/m januari

44 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Marcel, Sam en Remy voor WUR onderzoek gedaan naar rheology modifiers voor Polyhydroxyalkanoaten (PHA s). PHA s zijn een relatief nieuwe klasse van biopolymeren die door bacteriën worden geproduceerd als reservevoedsel (zie onderstaande foto). In polymeerverwerkingsprocessen waar verstrekking belangrijk is, schieten de eigenschappen van de basis PHA s tekort. Hierdoor zijn processen als folieblazen in geval van PHA s moeilijk te realiseren. DOEL VAN HET ONDERZOEK Tijdens deze eerste fase is onderzoek gedaan naar het verbeteren van de smeltsterkte. Het toevoegen van specifieke additieven zou mogelijke oplossingen kunnen bieden. Deze additieven gaan chemische reacties aan met de PHA polymeerketens om bijvoorbeeld de ketenlengte en/of crosslinkgraad te verhogen. RESULTATEN De belangrijkste eigenschappen van de onderzochte PHA s zijn: Het materiaal is semikristallijn; Polymeerketen bestaat uit verschillende monomeereenheden; In de monsters zijn laag molgewicht additieven gevonden; Geen/lage smeltsterkte zonder additieven; slechts minimale verbeteringen gevonden met geteste additieven PHA s zijn gevoelig voor afbraak tijdens verwerking; Kleine optimale proces windows. AANPAK Er zijn een drietal PHA s (1 referentie en 2 te modificeren PHA s) uitgekozen t.b.v. het onderzoek. Eerst wordt het ideale werkgebied bepaald en in een later stadium worden er additieven aan toegevoegd. De (chemische) modificatie heeft plaatsgevonden in een kneder. Analyse van de monsters is uitgevoerd m.b.v. Karl-Fischer, GC-MS, DSC, Capillaire Rheometer (zie foto hiernaast) en GPC. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Gerald Schennink gerald.schennink@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Gerald Schennink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 44

45 18 PRODUCTIE VAN FILAMENT VOOR 3D PRINTER Rick Hagenaars, Max Kuiper, Dion van Loon en Jakko Theeuwes (Avans Hogeschool) In opdracht van: FabLab Utrecht september 2012 t/m januari

46 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Rick, Max, Dion en Jakko voor ProtoSpace (FabLab) onderzoek gedaan naar het produceren van filament voor de Ultimaker. ProtoSpace (FabLab) is een stichting die de mogelijkheid biedt om 3D ontwerpen te realiseren. De studenten van Avans is gevraagd om PLA filament te ontwikkelen dat voldoet aan voorafgestelde eisen en dat kan worden geproduceerd voor minder dan 50/kg. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het hoofddoel is het ontwikkelen van PLA filament met een diameter van 2.9 ± 0,1 mm. Daarnaast zijn er nog enkele subdoelen gedefinieerd zoals het ontwikkelen van een filament uit een ander biopolymeer dan PLA, onderzoek naar geur- en (bio) kleurstoffen in het filament, en onderzoek naar een filament voor eventuele medische toepassing. AANPAK Voor de productie van filament is gebruik gemaakt van een enkelschroefextruder, omdat dit voor een stabiele diameter zorgt. De schroefsnelheid is ingesteld op 14 RPM en de treksnelheid op 300 RPM. PLA is geëxtrudeerd bij 200 C en Solanyl is geëxtrudeerd bij 150 C. Er is een dubbelschroefextruder gebruikt om CaCO 3 en TCP in te mengen. De geproduceerde draden zijn getest op de print eigenschappen: laag op laag hechting, hechting aan de ondergrond, eigenschappen van de additieven en de draad doorvoer van de motor. RESULTATEN Filament: Natureworks PLA: gem. diameter 2,6 ± 0,63 mm Solanyl: gem. diameter 2,8 ± 0,18 mm Printresultaten Solanyl C1201 Goed printbaar C8101 Te flexibel SP Slechte hechting Natureworks PLA 4043D Goed printbaar Additieven Masterbatch rood 2% ingemengd Rubia rood 1% ingemengd Kurkuma geel 1% ingemengd Citroen IFF 5% ingemengd Aardbei IFF 10% ingemengd Bosvruchten IFF 2% ingemengd BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Betty Oostenbrink aj.oostenbrink@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Betty Oostenbrink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 46

47 19 DE AFGIFTE VAN KLEURSTOF UIT BIOPOLYMEER IN VOEDING EN DRANKEN Jordy Boeijkens (Avans Hogescholen) In opdracht van: Rubia N.C. en Rodenburg Biopolymers september 2012 t/m januari

48 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Analytische chemie in het schooljaar heeft Jordy Boeijkens onderzoek gedaan naar de afgifte van een biobased kleurstof uit biopolymeer wat gebruikt kan worden voor voeding en drankindustrie voor de bedrijven Rubia Natural Colours en Rodenburg. Als de concentraties in de MB1 sheets en solanyl sheets gelijk zijn, kan geconcludeerd worden dat de MB1 sheets minder bleeding vertoont dan de solanyl sheets. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het onderzoek dat gedaan wordt is het mengen van natuurlijke kleurstoffen, bijvoorbeeld de kleurstoffen uit de meekrap plant, met natuurlijke polymeren, zoals polymelkzuur en thermoplastisch zetmeel. Als in deze biopolymeren voedsel wordt verpakt, is het niet de bedoeling dat er kleurstof in het voedsel trekt. De mate waarin dit wel gebeurt, is het doel van dit onderzoek. RESULTATEN De spectrofotometrische methode is niet kloppend gekregen. Na analyse met deze methode, bleek er in een reflux meer dan 100% kleurstof aanwezig te zijn. Hierdoor was gestopt met de methode en is deze niet meer verder getest. Uit de resultaten bleek verder dat bij 50% ethanol de meeste kleurstof uit het biopolymeer bleedde. De minste bleeding trad bij de 10% ethanol oplossing op. Ook bleek het biopolymeer MB1 minder te bleeden dan solanyl. AANPAK Er is onderzocht met een reflux in oplossing F hoeveel RRA+ en alizarine er was te extraheren uit de biopolymeren. Deze resultaten werden vervolgens vergeleken met de verwachte waarden. Ook is getracht een spectrofotometrische methode op te stellen voor de bepaling van de concentratie RRA+ en alizarine. Verder is er de bleeding getest door twee verschillende sheets in vijf oplossingen te plaatsen voor zeven dagen. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rubia Natural Colours Contactpersoon: Dorien Derksen dorienderksen@rubia-nc.com Namens het bedrijf/instelling heeft Dorien Derksen voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 48

49 20 COMPOUNDEREN, EXTRUDEREN, SPUITGIETEN VAN BIOPOLYMEREN Koen van Beurden (Avans Hogeschool) In opdracht van: Avans Hogeschool oktober 2012 t/m maart

50 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn afstudeerstage heeft Koen van verschillende commercieel verkrijgbare polyesters met commercieel verkrijgbare polyamiden, blends gemaakt en ook afzonderlijk gekarakteriseerd. Binnen Avans Hogeschool worden cursussen en trainingen ontwikkeld op het gebied van biopolymeren en hiervoor wordt expertise opgebouwd. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het eerste en grootste deel van de stage bestaat uit onderzoek naar de karaktereigenschappen van polymeren. Hierbij is de focus gelegd op polyesters en polyamiden. Gekozen polyesters zijn: PLA, PET, PHA en PBS. Gekozen polyamiden zijn: PA66 en PA6. Het tweede onderdeel is een mogelijke oplossing onderzoeken tussen het toepasbaarheidsgebied van het organisch laboratorium en het werktuigbouwkundig laboratorium. RESULTATEN Bij het mengen van Polyesters met polyamiden zijn diverse resultaten behaald. De treksterkte en de impactsterkte zijn over het algemeen verslechterd. Bij toevoeging van polyamiden aan de polyesters wordt de Vicat temperatuur geleidelijk hoger. Bij toevoeging van een kleine hoeveelheid PET aan PA6 is deze waarde zelfs hoger dan de Vicat temperatuur van PA6 alleen. Om een kleine hoeveelheid polymeer toch fysisch te karakteriseren zijn twee varianten onderzocht. De eerste variant is het polymeer verwerken tot filament, hiervan een trekstaaf 3D printen en deze vervolgens op treksterkte meten. Een tweede variant is om het polymeer te persen tot een folie, hieruit trekstaven stansen en deze vervolgens op treksterkte te meten. Beide methoden lijken vooralsnog geschikt, maar verder onderzoek moet uitwijzen of dit voor elk materiaal geschikt kan zijn. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en hier ook een exemplaar van ontvangen. 50

51 21 BIOBASED POLYETHYLEEN- TEREFTALAAT ANALOGEN SYNTHESE EN KARAKTERISERING Thijs de Hoon (Avans Hogeschool) In opdracht van: Avans Hogeschool februari 2013 t/m juli

52 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn afstudeerstage heeft Thijs voor een periode van 20 weken onderzoek gedaan naar hernieuwbare grondstoffen om analogen van olyethyleentereftalaat te maken en te karakteriseren. Deze grondstoffen zijn gebaseerd op lignine en ook op cellulose. DOEL VAN HET ONDERZOEK In dit onderzoek is de synthese onderzocht van een biobased polymeer wat mogelijk bio afbreekbaar is. Het betreffende polymeer is polydihydroferulic acid (PHFA). De grondstof van het polymeer is lignine, de op één na grootste natuurlijke biomassa. AANPAK Om het PHFA te maken wordt vanilline eerst omgezet naar 4-acetoxy-3- methoxykaneelzuur met een zogenaamde Perkin reactie. Daarna wordt het product verder omgezet in 4-acetoxy-3-methoxy-dihydrokaneelzuur door te hydrogeneren met palladium/koolstof. Hierna kan het gepolymeriseerd worden door het monomeer onder vacuüm te verhitten tot 225 C in aanwezigheid van een geschikte katalysator. RESULTATEN Perkin reactie heeft plaats gevonden, maar met een rendement van 7 procent is dit beduidend minder dan in het beschikbare artikel. Het hydrogeneren van trans-ferulic acid gaat goed met de zelf ontwikkelde hydrogenator. De opbrengst behaald met een conventionele methode was 16 procent terwijl met de hydrogenator een opbrengst van 80 procent gehaald is. Het acetyleren van dihydroferulic acid is gelukt met een rendement van 70 procent. Waarschijnlijk is het meeste product nog verdwenen bij de opwerking. Het kost veel tijd en energie om het azijnzuur uit het ethylacetaat te halen. De conclusie uit dit onderzoek is dat het waarschijnlijk gelukt is om het PHFA te verkrijgen. Omdat het PHFA onoplosbaar is in de meeste oplosmiddelen, is tot nu toe DSC de enige analysemethode die is uitgevoerd. Daardoor is er ook nog niet bepaald wat het molecuulgewicht is van het polymeer. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en hier ook een exemplaar van ontvangen. 52

53 22 REOLOGISCH EN THERMISCH GEDRAG VAN SOLANYL PRODUCTEN Nicky van den Bogaart (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers maart 2013 t/m augustus

54 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn afstuderen aan de opleiding Chemie van Avans Hogeschool heeft Nicky onderzoek gedaan bij het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout naar reologische gedrag van Solanyl en de invloed van verschillende componenten. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project was verder te gaan met het inzicht krijgen in het reologisch gedrag van de verschillende componenten in de verschillende Solanyl type compounds. De verwerkbaarheid en de stabiliteit tijdens verwerking van een bioplastic hangt in sterke mate af van het reologische gedrag. RESULTATEN Een aantal additieven hadden een zeer positief effect op bijvoorbeeld de viscositeit en impact. Daarnaast is gebleken dat de invloed van de verschillende componenten sterk afhangt van het type additief maar ook varieert met type Solanyl. Er wordt weer een vervolgonderzoek aanbevolen om met een aantal additieven door te gaan die duidelijk de viscositeit verlagen en de impact verhogen. De additieven kunnen met verschillende vochtgehaltes Solanyl worden geëxtrudeerd, gespuitgiet en op eigenschappen getest. AANPAK Voor het onderzoek zijn via een lab compounder componenten zoals chain extenders en vloeiverbeterende masterbatches geblend met verschillende Solanyl types. De invloed is weer verder onderzocht met behulp van capillaire reologie en spiral flow. Tevens is de invloed bekeken op de mechanische eigenschappen zoals treksterkte en slagsterkte. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest Jeroen.van.Soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 54

55 23 HET VERSTERKEN VAN SOLANYL DOOR MIDDEL VAN VEZELS Thomas Kers (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2013 t/m juli

56 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van stage in het schooljaar heeft Thomas een onderzoek gedaan om voor vier types Solanyl met vier verschillende soorten vezels te versterken voor het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was het effect nagaan van agro vezels in Solanyl, te testen met verwerking in de compounder en de spuitgietmachine. AANPAK De eerste stap is het malen van de vezels tot een grootte van 250 tot 850 micrometer. Ook het drogen is een belangrijke stap. Hierna wordt het Solanyl en de vezels door middel van een handmengsel in een compounder gedaan voor een goede menging. Uit de compounder kwam gemengd granulaat wat de grondstof is voor de spuitgietmachine. De spuitgietmachine maakt er trekstaafjes van die vervolgens op treksterkte en slagimpact worden getest. Ook wordt er gekeken naar de dichtheid van de vezels-componenten. RESULTATEN Van de vezels die in het onderzoek zijn meegenomen is het belangrijk dat de kracht van Solanyl toeneemt en dat de overige eigenschappen zo min mogelijk afnemen. Met verschillende combinaties van Solanyl en vezels wordt dit ruimschoots gehaald. Duidelijk is te zien dat het gebruik van paprika- en cellulose vezels een negatief effect hebben op alle eigenschappen. Een voorbewerking met de extruder heeft een meer negatieve invloed op alle eigenschappen in vergelijking met de compounds die zonder de extra bewerkingsstap worden gemaakt. Het gebruik van de side-feeder met de compounder blijft een discussiepunt. Het is niet duidelijk hoe de side-feeder moet worden ingesteld voor een bepaald percentage vezels. De side-feeder zou voor een betere menging tussen de vezels en het Solanyl moeten zorgen. Hier zou vervolg onderzoek naar gedaan moeten worden. Figuur: Vezels voor compouderen BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 56

57 24 ONDERZOEK NAAR DE SYNTHESE EN OPSCHALING VAN EEN NIEUWE BIOBASED COMPATIBILIZER Rick Hagenaars (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2013 t/m juli

58 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren in het schooljaar heeft Rick een zetmeelacetaat-melkzuur compatibilizer gemaakt voor het bedrijf Rodenburg uit Oosterhout. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was een Biobased PLA-zetmeel compatibilizer maken van zetmeel en PLA, binnen de minorperiode. Enkele subdoelen voor het maken van een compatibilizer zijn: - zetmeelsuccinaat product verbeteren - zetmeelacetaat product verbeteren RESULTATEN De zetmeelacetaat-melkzuur compatibilizer heeft niet gewerkt. Het inmengen ging heel moeizaam. Tijdens het spuitgieten was het erg moeilijk trekstaafjes te maken, maar dit kan ook komen omdat het granulaat niet goed droog was. De SEM foto s laten zien dat de zetmeel verdeling een stuk slechter is dan bij Solanyl C1201. Ook de treksterkte en de E-modulus zijn een stuk lager dan bij solanyl C1201. Dat alles wijst er op dat er geen goede compatibilizer is gesynthetiseerd. AANPAK Tijdens dit project zijn er kleinschalige syntheses uitgevoerd in een kögelruhr ( shortpath ). De producten van deze syntheses zijn onderzocht door middel van FTIR en DSC. Hierna werd een opschaling uitgevoerd van de synthese van een compatibilizer door middel van een rotatie film verdamper. Dit is gedaan met een zetmeel-melkzuur combinatie en een zetmeelacetaat-melkzuur combinatie. Figuur: SEM foto s van blend met de zetmeelacetaat-melkzuur compatibilizer. Foto één is 380 vergroot en foto twee is 1000 vergroot. Figuur: Rotatiefilm verdamper opstelling voor synthese compatibilizer BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Jeroen van Soest jeroen.van.soest@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jeroen van Soest voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 58

59 25 GALACTAARZUUR ALS BIO-BASED BUILDING BLOCK Sjoerd Jansma en Maxim Kooijman (Avans Hogeschool) In opdracht van: Royal Cosun februari 2013 t/m juli

60 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren in het schooljaar hebben Sjoerd en Maxim naar de mogelijkheden gekeken om galactaarzuur om te zetten in een biobased building block in opdracht van de research afdeling van Cosun Food & Technology Centre uit Roosendaal. DOEL VAN HET ONDERZOEK Bij de productie van suiker uit suikerbieten komen afvalstoffen vrij. Een van deze afvalstoffen is pulp wat nu vooral als diervoerder dient. Een van de producten die uit deze pulp gehaald kan worden, is galactaarzuur. In dit onderzoek wordt naar de mogelijkheden gekeken om van galactaarzuur een biobased building block te maken. Figuur: Verkregen product na esterficatie AANPAK Galactaarzuur werd door middel van een esterficatie omgezet in een di-ester. Hiervoor werd gebruik gemaakt van ethanol en/of methanol met zoutzuur als katalysator. Ook de mogelijkheid om zwavelzuur als katalysator te gebruiken werd onderzocht. Vervolgens is het product van de esterficatie gebruikt voor de acetonide vorming. Hierbij werd er aan het product aceton, p-tolueensulfonzuur en 2,2-dimethoxypropaan toegevoegd. De oplossing werd in een soxhlet opstelling geplaatst met in de cellulosehuls waarin moleculaire zeef 4A geplaatst was. Daarna werd de oplossing geneutraliseerd met natriumbicarbonaat, het oplosmiddel afgedampt, een herkristallisatie en als laatste een kolomzuivering uitgevoerd. RESULTATEN De verkregen eindproducten werden onderzocht door middel van LC-MS en smeltpunt analyse. Het massa spectrum komt overeen met de verwachte structuren van de eindproducten en eventuele nevenproducten. De diethyl ester dat gekatalyseerd was met zoutzuur gaf het verwachte eindproduct. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens het bedrijf/instelling heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 60

61 26 THERMISCHE ANALYSE SOLANYL EN FLOURPLAST Bert Kuijpers en Jeroen van Aart (Fontys Hogescholen) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2013 t/m juli

62 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Beinvloeden van de (thermische) eigenschappen kan op verschillende manieren. Een mogelijkheid is het opstellen van een goed geformuleerde compound. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het bepalen van het effect van de toevoeging van vulstoffen op de kristalliniteit, smelttemperatuur en glas-rubber overgangstemperatuur (Tg) van Solanyl en Flourplast met behulp van Thermogravimetrische Analyse (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), vochtgehalte en Vicat metingen. RESULTATEN Uit de DSC scans en de Vicat metingen aan de verschillende aangeleverde biomaterialen compounds blijkt dat de Tg niet op de gewenste hoogte ligt (Tg varieert tussen 51 en 61 C gemeten met DSC). Niet bij alle compounds wordt kristallisatie waargenomen. De samenstelling zijn bepaald met behulp van TGA. De degradatie temperatuur en de verschillende tussendegradaties zijn waargenomen met behulp van TGA. De verkregen vochtgehalte percentages lagen op de beoogde hoogte (vochtpercentages gemeten liggentussen 0,5 en 2%). AANPAK Bij het uitvoeren van de DSC is gebruik gemaakt vanongeveer 10 mg monster. Het materiaal wordt opgewarmd (opwarmsnelheid 10 C/min) van 20 C tot 200 C. Hierna wordt het materiaal gecontroleerd gekoeld (snelheid 35 C/min) en vervolgens opnieuw opgewarmd (10 C/min). Uit de resultaten worden de glasrubber overgangstemperatuur, smelt- en kristallisatie temperaturen bepaald. Bij de TGA wordt het materiaal opgewarmd in een temperatuur traject van 30 C tot 600 C met een opwarmsnelheid van 10 C/min en een monster van ongeveer 10 mg. Uit de gewichtsverandering die gemeten wordt tijdens het opwarmen kan bepaald worden uit hoeveel componenten het monster bestaat. Bij de Vicat meting is er gebruik gemaakt van een aangeleverd sample van de verschillende biomaterialen. Hier is vervolgens de meting op het sample uitgevoerd en de temperaturen genoteerd wanneer het indruklichaam 1 mm de sample was ingedrongen en wanneer volledige doordringing heeft plaatsgevonden. Ook is het vochtgehalte bepaald met behulp van een vacuümoven. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Vincent Chamuleau Vincent.Chamuleau@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Vincent Chamuleau voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 62

63 27 RHEOLOGY MODIFIERS VOOR BIO-POLYESTERS -II Tom Roest In opdracht van: Food & Biobased Research WUR februari 2013 t/m juni

64 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage van de Hogeschool Utrecht heeft Tom onderzoek gedaan naar verschillende rheology modifiers op het gedrag van PLA. Standaard types PLA zijn minder geschikt voor folieblazen. Om dit toch mogelijk te maken worden er verschillende additieven toegevoegd. DOEL VAN HET ONDERZOEK Doel van onderzoek is het kijken naar het effect van rheology modifiers op het gedrag van PLA als basismateriaal in verstrekprocessen als folieblazen. Uit het onderzoek blijkt dat een juiste combinatie van type PLA, het type modifier en de hoeveelheid modifier erg belangrijk zijn voor het verkregen resultaat. Uit onderstaand diagram blijkt dat het in principe mogelijk is om met de juiste PLA-formuleringen vergelijkbare smeltsterktes te verkrijgen als met LDPE. Op basis van deze resultaten zijn aanbevelingen gedaan voor verder onderzoek. AANPAK Smeltsterkte is een belangrijke reologische eigenschap waarmee de verwerkbaarheid van een materiaal tot folie beschreven kan worden. Op basis van de protocollen zoals gedefinieerd in deel I van dit onderzoek zijn een groot aantal PLA-modifier combinaties geanalyseerd op deze smeltsterkte eigenschap. Type PLA, het type modifier en de hoeveelheid modifier zijn hierbij o.a. de te variëren parameters. Een polyethyleen materiaal (LDPE) is meegenomen als referentiemateriaal. RESULTATEN M.b.v. een batchkneder zijn diverse monsters gemaakt. Deze zijn vervolgens geanalyseerd m.b.v. een Gel Permeatie Chromatografie systeem (GPC) en een systeem (gebouwd rondom een capillair viscosimeter) waarmee de smeltsterkte gemeten kan worden (zie figuur). BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Gerald Schennink gerald.schennink@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Gerald Schennink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 64

65 28 HYDROLYSE STABILITEIT VAN BIOFOAM Erwin Korsten (Avans Hogeschool) In opdracht van: Synbra Technology B.V. april 2013 t/m november

66 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage heeft Erwin onderzoek gedaan naar zogenaamde degradatieprofielen van polyesters door middel van GPC en DSC. Als onderdeel hiervan heeft hij ook de hydrolytische stabiliteit van BioFoam meegenomen in verschillende omgevingen. DOEL VAN HET ONDERZOEK Synbra Technology produceert BioFoam van voornamelijk L-lactide en een deel D-lactide. Dit wordt gepolymeriseerd tot Synterra. Het doel van dit onderzoek is om tot een degradatieprofiel van BioFoam te komen. Uit de resultaten van BioFoam lijkt de degradatie bij koeienmest sneller te verlopen. Dit is echter niet gevonden bij de resultaten bij de andere materialen waaronder PLA en PBS. Mogelijk komt dit doordat het te vroeg gestopt is, waardoor de bacteriën in de verschillende mestsoorten niet voldoende tijd hebben gehad om het degradatieproces te starten. Ook zal de reden dat BioFoam in koeienmest sneller afbreekt, mogelijk te verklaren zijn uit het feit dat deze compost zelf gemaakt is. AANPAK De BioFoam van Synbra werden in stukken van 5x5x5cm gesneden. Deze stukken zijn alleen gebruikt bij compost en mest en bij hydrolytische degradatie met een 10% NaOH oplossing. Voor degradatiemetingen in mest en compost van de andere materialen (waaronder PLA en PBS) werden hiervan trekstaafjes gemaakt. Deze trekstaafjes zijn in emmers met verschillende soorten mest of compost geplaatst. De trekstaafjes werden na 2 weken en na 4 weken eruit gehaald. De BioFoam -blokken van Synbra hebben hier 3 maanden ingezeten. RESULTATEN Met een 10% NaOH oplossing is het mogelijk om PLA sneller te degraderen. Het is echter nog onbekend hoe snel dit is in vergelijking met de huidige degradatiemethodes. De toename van het gewicht aan het begin is te verklaren doordat het water tussen de polymeerketens gaat zitten. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Synbra Technology B.V. Contactpersoon: Jürgen de Jong j.dejong@synbra-tech.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jürgen de Jong voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 66

67 29 SOLANYL ALS FILAMENT VOOR 3D-PRINTEN Kevin Welten, Stef van Dongen en Stephan de Jongh (Avans Hogeschool) In opdracht van: FabLab Breda september 2013 t/m januari

68 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Kevin, Stef en Stephan voor het bedrijf Fablab Breda filament geëxtrudeerd uit granulaat van Solanyl C1201. Op dit moment wordt veel gebruik gemaakt van polymelkzuur (PLA) en acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) voor het 3D printen van objecten. Laatstgenoemde is geen biopolymeer, maar een blend van aardoliepolymeren. In dit onderzoek wordt voor filament gekeken naar de toepassing van Solanyl, ontwikkeld door Rodenburg Biopolymers B.V. in Oosterhout. Solanyl is een combinatie van biopolymeren en additieven, waardoor het een goede vervanger voor aardoliepolymeren is, en is composteerbaar conform EN Daarnaast heeft het een mat uiterlijk in tegenstelling tot PLA. DOEL VAN HET ONDERZOEK Binnen 16 weken moet er met Solanyl C1201 een object geprint zijn dat qua sterkte vergelijkbaar is met het huidige PLA-filament (tolerantie factor 2 zwakker) en moet dit filament in een aantal kleuren geproduceerd kunnen worden (indien mogelijk bioafbreekbare additieven). RESULTATEN Uit de resultaten blijkt dat er meer variabelen een rol spelen dan aanvankelijk werd aangenomen. De filament-diameter lijkt van grote invloed te zijn bij het printen van Solanyl. De resultaten uit de kerfslagproeven vertonen teveel spreiding om een conclusie over optimale instellingen op te stellen. Globaal is op basis van visuele waarneming vast te stellen dat Solanyl voor veel objecten een goed resultaat geeft met een printtemperatuur van 190 C, een printsnelheid van 50mm/s, een laagdikte van 0,2mm en een minimale tijd per laag van 20s. Er zijn nog te weinig waarnemingen gedaan om een uitspraak te doen over de sterkte van het object. Om hier verder onderzoek naar te doen moeten ook andere variabelen uitgesloten worden. Aanvullend onderzoek wordt aanbevolen om dit te kwantificeren. AANPAK Het filament is direct uit gesloten, en later ook uit open zak geëxtrudeerd. De verschillen in vochtpercentage tussen beide manieren is erg klein (2,2% om 2,4%). Ook zijn er gedurende het onderzoek verschillende materialen ingemengd (Bio-lite masterbatches, Rubia pigmenten, pigmenten uit verfindustrie, norit). BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: FabLab Breda Contactpersoon: Charlotte Jansen charlotte@fablabbreda.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Charlotte Jansen voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 68

69 30 FURAANGEBASEERDE MONOMEREN VOOR PET ANALOGEN Guy Erkelens (Avans Hogeschool) In opdracht van: Royal Cosun september 2013 t/m januari

70 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de stage voor de opleiding Chemie heeft Guy Erkelens naar de mogelijkheden gekeken om vanuit non-food suikers een geschikt monomeer te synthetiseren dat zou kunnen dienen als bouwsteen van polymeren. Dit gebeurde in opdracht van de research-afdeling van het Cosun Food & Technology Centre uit Roosendaal in samenwerking met het Lectoraat Biobased Products. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel was om een geschikt monomeer te synthetiseren dat een aromatische kern en een alifatische keten had (zie afbeelding), die zou kunnen worden gepolymeriseerd. Om dit te realiseren zijn verschillende synthesestappen vereist. Bij de eerste stap wordt een condensatiereactie gebruikt om het furaanderivaat van een extra keten te voorzien. Het verwachte knelpunt zit echter in de tweede synthesestap. Als bij de hydrogenering een te krachtige katalysator wordt gebruikt of een te hoge temperatuur, zou de gehele furaan gehydrogeneerd kunnen worden. RESULTATEN Beide synthesestappen werden uitgevoerd met verschillende successen. De rendementen voor de eerste synthesestap waren redelijk, maar niet zeer goed. De zuiverheid was wel uitstekend volgens HPLC en NMR. Bij de tweede synthesestap is nog veel ruimte voor verbetering. Beide katalysatoren hadden product opgeleverd, maar er is nog geen geschikte zuiveringsmethode voor het verkregen product. Ook was er een grote variatie in rendement per katalysator. AANPAK De synthesestappen zijn verschillende keren uitgevoerd, waarna de producten zijn geanalyseerd. Bij de eerste synthesestap is vooral gevarieerd in het oplosmiddel van de zuivering. Bij de tweede synthesestap zijn er twee katalysatoren getest, Palladium op Koolstof en Raney-Nickel. Om de reacties te volgen is een analysemethode opgezet voor de HPLC. Hiermee kunnen alle relevante stoffen worden gescheiden. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens het bedrijf/instelling heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 70

71 31 BESTUDEREN VAN HET DEGRADATIEGEDRAG VAN PLA VARIANTEN IN DIVERSE MILIEUS André Kolmeijer (Avans Hogeschool) In opdracht van: Food & Biobased Research Wageningen University september 2013 t/m maart

72 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage heeft André onderzoek gedaan naar het (biologische) afbraakgedrag van polymelkzuur (PLA). Vanwege de gunstige kostprijs staan toepassingen van het composteerbare materiaal PLA sterk in de belangstelling. Echter er is nog weinig bekend over het (biodegradatie) gedrag van de diverse PLA varianten in de grond. DOEL VAN HET ONDERZOEK PLA is een hernieuwbare en biologisch afbreekbare polyester, gemaakt uit plantaardige bron. PLA is een verzamelnaam van een hele familie van polymeren opgebouwd uit L- en/of D-melkzuur (zie onderstaande figuur). Op dit moment zijn vooral de amorfe varianten commercieel. Echter de semi-kristallijne en stereo-complex PLA types zijn in opkomst. De thermische eigenschappen van beide laatstgenoemde PLA types zijn superieur aan die van de amorfe varianten. AANPAK M.b.v. een 6-tal PLA-basisvarianten zijn een 7-tal formuleringen gemaakt. Deze formuleringen zijn vervolgens tot sheet verwerkt. Met deze sheets zijn degradatietesten ingezet bij 3 verschillende temperaturen (25, 40 en 55 C). Het degradatie gedrag werd bepaald aan de hand van de analyseresultaten op 8 verschillende meetmomenten. De monsters werden geanalyseerd m.b.v. GPC (molgewicht), DSC (thermische eigenschappen) en trekproeven (mechanische eigenschappen) RESULTATEN De stage van André is voortijdig beëindigd en uiteindelijk is er geen eindverslag meer gemaakt. De resultaten zijn op te vragen bij de opdrachtgever. Afbraak van PLA in de grond. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Gerald Schennink gerald.schennink@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Gerald Schennink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 72

73 32 KRISTALLISATIE- GEDRAG VAN PHA S René Dekkers, Mark Gosens en Corneel Kroeze (Avans Hogeschool) In opdracht van: Food & Biobased Research Wageningen University september 2013 t/m januari

74 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben René, Mark en Corneel voor WUR onderzoek gedaan naar het verhogen van de kristallisatiesnelheid van PHA-biopolymeren. DOEL VAN HET ONDERZOEK De meeste commercieel verkrijgbare PHA s (een biopolymeer behorende tot de klasse van polyesters) hebben een lange tijd nodig in vergelijking met aardoliepolymeren om volledig te kristalliseren. Dit maakt PHA s ongeschikt voor massaproductie in tegenstelling tot aardoliepolymeren. Het doel van dit onderzoek is de kristallisatiesnelheid van een gekozen monster significant te verbeteren (= verhogen) binnen een tijdsbestek van 17 weken. RESULTATEN Uit de resultaten is te concluderen dat een aantal minerale nucleating agents een positieve invloed hebben op de kristallisatietijd. Het toevoegen van minerale nucleating agents leidt tot een groter aantal kiemen van waaruit kristallen kunnen groeien. Een voorbeeld is het toevoegen van talk. Dit additief brengt de kristallisatietijd met 75% terug ten opzichte van de blanco. Het verhogen van de kristalgroeisnelheid blijkt echter veel moeilijker. Er is ook aangetoond dat een aantal niet-minerale additieven de kristallisatiegedrag van PHA kunnen verbeteren. AANPAK PHA s werden na droging gemengd met diverse additieven (in diverse hoeveelheden) en gekneed. M.b.v. DSC metingen op Avans en Wageningen werd van de monsters een analyse van het kristallisatiegedrag gemaakt. Daarnaast werd met hotstage microscoop het kristallisatiegedrag visueel vastgelegd. Links: PHA zonder nucleating agent na 200 sec kristallisatietijd Rechts: PHA + nucleating agent na 160 sec kristallisatietijd BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Gerald Schennink gerald.schennink@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Gerald Schennink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 74

75 33 HET PRODUCEREN VAN EEN VEZELVERSTERKTE DISPOSABLE DOOR MIDDEL VAN THERMOFORMING Inge Hermsen, Ridvan Isik en Shane Koesen (Avans Hogeschool) In opdracht van: Alpha-Enzymes september 2013 t/m januari

76 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Inge, Ridvan en Shane voor het bedrijf Alpha-Enzymes uit Oosterhout onderzoek gedaan naar de productie van een vezelversterkte disposable door middel van thermoforming DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek is om een met vezels versterkte biobased triple A disposable te produceren door middel van thermoforming. RESULTATEN Geconcludeerd kan worden dat het niet mogelijk is om een biobased bakje te thermoformen met versterkende vezels erin die een lengte hebben van meer dan 2 mm. Het is op dit moment echter al wel mogelijk om een biobased bakje te thermoformen zonder vezels. AANPAK De gedroogde grondstoffen (zetmeel, polymelkzuur en polyhydroxyalkanoaat) worden bewerkt met de compounder zodat het vervolgens tot folieplaten gemaakt kan worden met behulp van de folie-extruder. Tussen twee folieplaten worden vezels (paprikavezels, grasvezels en hennepvezels) ingebracht door middel van een pers. De geperste (met vezels versterkte) platen worden ten slotte gethermoformed tot een bakje. De verkregen platen uit de pers worden met behulp van stansen tot trekstaafjes bewerkt waardoor trekproeven uitgevoerd kunnen worden. Tevens worden de twee recepten geanalyseerd met DSC. De gethermoformde bakjes worden beoordeeld op visuele aspecten. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Alpha-Enzymes Contactpersoon: Kees Jasperse keesjasperse@hotmail.com Namens het bedrijf/instelling heeft Kees Jasperse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 76

77 34 EFFECT VAN VOCHTGEHALTE EN VEZELADDITIE OP MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN BIOPLASTICS Jens van Dijk, Emrah Tezel en Siert Wolters (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers september 2013 t/m januari

78 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Jens, Emrah en Siert in opdracht van Rodenburg B.V. en in samenwerking met Millvision B.V. onderzoek gedaan naar de verwachte vermindering van de mechanische eigenschappen: de vezels mogen het plastic niet meer dan 50% verzwakken in verschillende tests. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het project is het ontwikkelen van biocomposieten op basis van Solanyl en andere biopolymeer samenstellingen. De composieten mogen een maximaal verlies van mechanische eigenschappen van 50% hebben. RESULTATEN De algemene conclusie is dat het toevoegen van vezels alleen een negatief effect heeft op de rek en slagkracht van een materiaal. Omdat het doel was niet meer dan 50% van deze eigenschappen te verminderen door vezeladditie kan gesteld worden dat het doel is behaald. Wanneer het vochtgehalte stijgt, gaat deze conclusie niet op; door het vochtgehalte wordt het verschil tussen blanco en compound bij rek en slagkracht groter dan 50%. AANPAK Er worden twee type vezels onderzocht in combinatie met vier soorten biopolymeren. Deze twee type vezels zijn hout en paprikavezels. Deze twee vezels werden in verhoudingen van 20 wt% ingemengd met biopolymeren. De resultaten van de biocomposieten worden vergeleken met de blanco producten die zijn gecompoundeerd en gespuitgiet. De mechanische eigenschappen van de composieten werden geanalyseerd door middel van trekproef, buigproef en slagproef. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Vincent Chamuleau Vincent.chamuleau@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Vincent Chamuleau voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 78

79 35 REACTIEVE EXTRUSIE VAN SOLANYL Jakko Theeuwes (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers september 2013 t/m januari

80 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage bij het bedrijf Rodenburg in Oosterhout heeft Jakko onderzoek gedaan naar de hoofdbestanddelen van Solanyl (thermoplastisch zetmeel en polymelkzuur) omdat deze niet goed mengen. Door middel van reactieve extrusie kan er een betere compatibiliserende werking ontstaan en kunnen verschillende eigenschappen worden verbeterd. De eigenschappen die kunnen worden verbeterd en bepaald worden in dit onderzoek zijn de slagsterkte, de treksterkte, de rek en de mate van kristalliniteit. DOEL VAN HET ONDERZOEK De doelstelling voor dit onderzoek is het in 20 weken verbeteren van de compatibiliteit tussen PLA en zetmeel in de Solanyl grades C1201, C8101 & SP10241 door middel van reactieve extrusie. Dit zal gemeten worden door de eigenschappen (viscositeit, treksterkte, rek bij breuk, rek bij yield, slagsterkte, Tg, Tm en kristalliniteit) te vergelijken met dezelfde eigenschappen van blanco s. RESULTATEN Uit de eerder genoemde analyses is gebleken dat de toevoeging van multi epoxide 2 aan Solanyl C1201, C8101 en SP10241 een verbetering geeft in mechanische eigenschappen. De impact van C1201 wordt met 66,4% ( unnotched ) en met 121,2% ( notched ) verhoogd bij een toevoeging van 1%, bij 2% toevoeging is dit bij C1201 een verhoging met 93,2% ( unnotched ) en met 193,8% ( notched ). Hiernaast worden de treksterkte en de rek bij breuk bij een toevoeging van 1% verhoogd met 8,7% en met 29,4%. Deze verbeteringen zijn bij een 2% toevoeging 11,9% (treksterkte) en 63,7% (rek bij breuk). Hiernaast wordt ook de viscositeit bij 2% toevoeging verhoogd. De verbetering in mechanische eigenschappen door multi epoxide 2 bij C1201 wordt in mindere mate aangetoond bij C8101 en SP AANPAK Tijdens dit onderzoek zijn twee verschillende reactie in een dubbelschroefextruder uitgevoerd. Hiervoor zijn 3 verschillende additieven gebruikt: Een organische peroxide en 2 multi epoxides. Van alle drie de Solanyl grades zijn zeven compounds gemaakt. Na de reactieve extrusie van de verschillende compounds zijn hiervan trekstaven gespuitgiet. Hiermee zijn, na minimaal 1 week incubatietijd, in vijfvoud trekproeven, unnotched slagproeven en notched slagproeven uitgevoerd. Met het granulaat van de compounds zijn verder capillaire reometrische bepalingen uitgevoerd en DSC onderzoek verricht. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Vincent Chamuleau Vincent.chamuleau@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Vincent Chamuleau voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 80

81 36 AGROVEZELS IN SOLANYL Rick Hagenaars (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers september 2013 t/m januari

82 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage in het schooljaar heeft Rick gekeken naar het inmengen van agrovezels in Solanyl om een biocomposiet te verkrijgen met een goede afbreekbaarheid in de koude grond. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek was om meer data te verzamelen over eigenschappen van vezel gevuld bioplastic. Rodenburg is geïnteresseerd in deze gegevens, zodat er nieuwe producten ontwikkeld kunnen worden met een betere afbraak in de koude grond. Vezels zijn vaak ook goedkoper dan plastic. AANPAK Dit project is uitgevoerd door concentratiereeksen te maken met een vezelcompound en PBS. De concentratiereeksen die gemaakt zijn met houtvezel bestaan uit zes concentraties (5 wt% tot 30 wt%) en de concentratie reeksen die gemaakt zijn uit kokosnoot vezels bestaan uit vier concentraties (5 tot 20 wt%). Van deze mengsels zijn met een spuitgietmachine trekstaafjes gemaakt. RESULTATEN Uit de resultaten blijkt dat de vezelproducten (bij 30wt% vezel) RH1 en RH2 bij zowel de trek,- als de buigproef de beste resultaten geven. Het vochtgehalte zorgt bij de slag-, buig- en trekproef niet voor een significant verschil in de eindresultaten. Het gedroogde product (RH8) wordt niet significant sterker en stijver dan het minder droge product (RH1), maar optisch ziet het staafje er wel beter uit. Van de houtvezelproducten gaf RH4 de minste resultaten. Met SEM is aangetoond dat een hogere vezelconcentratie zorgt voor een brosser product en indien er veel water in het product zit, dit bij het spuitgieten kan zorgen voor een grotere disperse fase. Ook werd met SEM aangetoond dat de vezels willekeurig georiënteerd zijn. Uit de afbraaktest valt te concluderen dat de vezels die in de polymeer matrix ingemengd zijn, toenemen in gewicht (waarschijnlijk door wateropname). De optische beoordeling toont aan dat er scheurtjes in het trekstaafje komen wanneer deze in de (natte) grond ligt. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Vincent Chamuleau Vincent.chamuleau@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Vincent Chamuleau voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 82

83 37 PROTOTYPING VAN EEN NIEUWE TOPTREECLIP Stefan Jansen (Avans Hogeschool) In opdracht van: Toptreeproducts BV september 2013 t/m januari

84 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Als onderdeel van zijn stage heeft Stefan in opdracht van het bedrijf Toptreeproducts BV uit Roosendaal een nieuw prototype ontwikkeld voor de toptreeclip. Dit werd vorm gegeven door middel van 3D printing met zelf ontwikkeld filament op basis van biopolyesters. RESULTATEN Uiteindelijk zijn er 2 ontwerpen met de gedetailleerde bouw tekeningen aangeboden aan de matrijzen bouwer om op grote schaal geproduceerd te worden. DOEL VAN HET ONDERZOEK De toptreeclip is bedoeld om bij enten of terug geknipte bomen de nieuwe uitlopende knop recht omhoog te laten groeien. De originele toptreeclip wordt met elastiek aan de stam bevestigd met behulp van een zogenaamde Attalink-tang. De toptreeclip leidde binnen de boomteelt al tot goede kweek-resultaten, echter het aanbrengen was voor verbetering vatbaar. Om dit te verhelpen zou een nieuwe toptreeclip ontworpen moeten worden die zelf al een klem functie heeft en zonder extra hulpmiddelen of gereedschappen eenvoudig aangebracht kon worden. Verder was de eis dat het door middel van extrusie te produceren zou moeten zijn. AANPAK Tijdens het prototyping met de 3D printer Ultimaker zijn een tal van ontwerpen gemaakt en vervolgens beoordeeld tijdens de tussentijdse bijeenkomsten met de klant. Het grote voordeel van deze manier van werken is het snel kunnen inspelen op verandering in inzichten. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Toptreeproducts BV Contactpersoon: Anton Marcelissen info@toptreeclip.com Namens het bedrijf/instelling heeft Vincent Chamuleau voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 84

85 38 L-ARABINOSE DERIVATEN ALS WEEKMAKER Thijs Kops en Maarten Beuving (Avans Hogeschool) In opdracht van: Royal Cosun september 2013 t/m januari

86 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor analytische chemie van Avans Hogeschool te Breda hebben Thijs Kops en Maarten Beuving in het schooljaar onderzoek gedaan naar het scheiden van vier stereo-isomeren op basis van L-arabinose. Dit in opdracht van de research afdeling van Cosun Food & Technology Centre uit Roosendaal. DOEL VAN HET ONDERZOEK Bij de productie van suiker uit suikerbieten komen reststromen vrij. Een van deze reststromen is bietenpulp. Dit wordt nu vooral als veevoer verkocht. Uit de bietenpulp zijn verschillende chemicaliën te winnen die gebruikt kunnen worden als grondstof. In dit geval is dat L-arabinose dat via een twee-staps-synthese tot weekmaker wordt gemaakt. In dit onderzoek werd gekeken naar mogelijke methodes voor het scheiden van de vier stereo-isomeren van de weekmaker met behulp van HPLC en flashchromatografie. RESULTATEN Bij het scheiden van de isomeren op de HPLC-RID werd met behulp van één Biorad Aminex HPX-87K kolom als stationaire fase en een boorzuuroplossing van maximaal 0,01 gram per liter boorzuur vier pieken verkregen waarvan de eerste twee elkaar overlappen. Bij het scheiden op de flashchromatograaf werden verscheidene fracties opgevangen waarin waarschijnlijk minder dan vier isomeren zitten. Bij het scheiden van de isomeren van het eindproduct is er met een C-18 kolom scheiding gevonden tussen twee pieken. Deze bevatten waarschijnlijk beide twee isomeren. Het gebruik van de flash chromatograaf gaf in dit geval weinig resultaten. Er was geen online detectie, waardoor er geen zuivere fracties zijn opgevangen. Hiervoor is een efficiënter systeem nodig. AANPAK Bij dit onderzoek werd er zowel gekeken naar het scheiden van de isomeren van het tussenproduct als het eindproduct. De isomeren van het tussenproduct werden gescheiden op de HPLC-RID door een Biorad Aminex HPX-87K kolom te combineren met als eluens een boorzuur in MilliQ oplossing. Bij het scheiden van deze isomeren op de flashchromatograaf werd gebruik gemaakt van een ion-exchange cartridge met als eluens MilliQ en boorzuur opgelost in MilliQ. Ook werd er gebruik gemaakt van een C-18 cartridge met als eluens een acetonitril, MilliQ mengsel. De isomeren van het eindproduct werden in dit onder-zoek gescheiden op een C-18 kolom bij de HPLC-Iontrap-MS analyse, en op de flashchromatograaf met een C-18 cartridge. Hierbij is er gebruik gemaakt van een acetonitril, milliq mengsel als eluens. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens het bedrijf/instelling heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 86

87 39 SYNTHESE VAN EEN GROEN POLYETHYLEEN- TEREFTALAAT ANALOOG Tim de Visser (Avans Hogeschool) In opdracht van: Avans Hogeschool september 2013 t/m januari

88 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage heeft Tim voor een periode van 25 weken onderzoek gedaan naar hernieuwbare grondstoffen om analogen van polyethyleentereftalaat te maken en te karakteriseren. Deze grondstoffen zijn gebaseerd op de monomeren van lignine en kunnen ook uit lignine teruggewonnen worden. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was het synthetiseren van een op lignine gebaseerd polymeer, die potentieel geschikt is als PET analoog en tevens chemisch recycled kan worden terug naar het oorspronkelijke monomeer. RESULTATEN Naar aanleiding van dit onderzoek kan geconcludeerd worden dat het mogelijk is om een biobased PET analoog te synthetiseren. Deze PET analogen kunnen, na enig vervolgonderzoek, in de toekomst gaan concurreren met het bestaande polymeer PET. Bovendien blijken deze polymeren chemisch gerecycled te kunnen worden, terug naar het oorspronkelijke monomeer. AANPAK Het monomeer, dihydrosinapinezuur, werd voorafgaand aan de polymerisatie gesynthetiseerd. De eerste synthesestap was een Knoevenagel reactie. Tijdens deze reactie werd een ketenverlenging uitgevoerd waarbij sinapinezuur verkregen werd. Vervolgens werd het product gehydrogeneerd, waarbij de dubbele binding in de zijketen omgezet werd tot een enkele binding. Het gehydrogeneerde product dihydrosinapinezuur werd gedurende 5 uur bij 200 C gepolymeriseerd waarbij polydihydrosinapinezuur gevormd werd. Het polymeer werd vervolgens in een natriumhydroxide oplossing gedepolymeriseerd, terug naar het monomeer dihydrosinapinezuur. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en hier ook een exemplaar van ontvangen. 88

89 40 POLYHYDROXY- ALKANOATEN COMPOUNDEREN MET PLA/POLYESTERS Maxim Kooijman (Avans Hogeschool) In opdracht van: Avans Hogeschool februari 2013 t/m juni

90 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Bioplastics gemaakt op basis van PolyHydroxyAlkanoaten (PHA s) bieden interessante commerciële kansen. Over de voordelen van deze groep bouwstenen is al veel bekend, maar op dit moment zijn PHA s nog geen succes. De kwaliteit is nog niet constant genoeg en de kostprijs is te hoog. Als onderdeel van zijn stage heeft Maxim voor het bedrijf Alpha-Enzymes uit Oosterhout onderzoek gedaan naar de verwerkingsmogelijkheden van polyhydroxyalkanoaten (PHA s). Na enige voorbewerking is een redelijke hoeveelheid materiaal verkregen. Bij het spuitgieten kwamen zachte zwarte trekstaven uit de matrijs. Deze behielden hun vorm niet en waren ook bros. Maar het materiaal voor het spuitgieten had wel rubberachtige eigenschappen. Conclusie hieruit is dat het materiaal na de opwerking nog niet bruikbaar is voor spuitgieten en dat er nog verdere of andere opwerking nodig is om dit bruikbaar te maken. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit project was om met zo min mogelijk opwerkingsstappen de PHA s te verwerken en de invloed van thermoplastisch zetmeel (TPS) op de eigenschappen van pure PHA ten opzichte van PLA te karakteriseren. AANPAK Er werden recepturen gemaakt met wisselende samenstellingen van PLA, PHA en thermoplastisch zetmeel. Na het extruderen met de mini-extruder werden de materialen indien mogelijk tot granulaat verwerkt door een pelletiser en gespuitgiet tot trekstaven en geanalyseerd op een trekbank. RESULTATEN Bij het verwerken van TPS met PLA of PHA moet voor een goede menging en verwerking het TPS goed gedroogd worden, anders veroorzaakt dit slechte menging door het aanwezige water in het TPS. Het eerste product was veel te vochtig waardoor het zeer lastig was om vast product te krijgen. Pas toen gespoeld werd met LDPE kwam er zwart materiaal uit. De conclusie die hieruit getrokken kan worden is om het materiaal te verwerken zonder enige voorbewerking. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Alpha-Enzymes Contactpersoon: Kees Jasperse keesjasperse@hotmail.com Namens het bedrijf/instelling heeft Kees Jasperse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 90

91 41 BLADVEZEL COMPOUNDS MET PLA Maxim Kooijman (Avans Hogeschool) In opdracht van: Hemcell+ Bioplastics bv februari 2014 t/m juni

92 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK HemCell+ Bioplastics is een bedrijf dat zich richt op het maken van bioplastics bestaande uit vezels verkregen uit agrarisch afval van gebieden rond de evenaar. Deze vezels worden in verschillende verhoudingen met biopolymeren gemengd om de eigenschappen van deze biopolymeren te verbeteren. Als onderdeel van zijn stage heeft Maxim onderzoek gedaan naar de eigenschappen van HemCell en de invloed ervan op de eigenschappen van PLA. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit project was het maken van PLA/HemCell blends en deze te karakteriseren met trekproeven, slagproeven en DSC. RESULTATEN De vezels van de HemCell lijken niet significant aangetast te worden bij het voorbewerken van de HemCell met een hakselaar. Geconcludeerd kan worden dat de HemCell impact modifier een positief effect heeft op de slagsterkte van de compounds, want de slagsterktes van de reeksen HemCell met impact modifiers liggen hoger dan de slagsterktes van de HemCell reeks zonder impact modifiers. Verder viel het op dat bij inmenging van 10 % naar 30% en 40% HemCell de materiaal specificaties stabiel bleven. AANPAK Eerst werd er met een hakselaar de pellets kleiner gemaakt en bekeken onder de microscoop. Het zo verkregen HemCell werd gebruikt om een reeks van verschillende % HemCell in PLA met en zonder impact modifier te maken op de mini extruder. De reeks compounds werden tot granulaat verwerkt door een pelletiser en gespuitgiet tot trekstaven en geanalyseerd op een trekbank. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Hemcell+ Bioplastics bv Contactpersoon: Nico Osse info@hemcell.com Namens het bedrijf/instelling heeft Nico Osse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 92

93 42 ACETALISERINGS- REACTIE VAN ALDEHYDEN Ridvan Isik (Avans Hogeschool) In opdracht van: Royal Cosun Roosendaal februari 2014 t/m juni

94 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren heeft Ridvan Isik naar de verschillende mogelijkheden gekeken om aldehyde groepen van verschillende moleculen te beschermen door middel van acetalisering. Dit gebeurde in opdracht van de researchafdeling van het Cosun Food & Technology Centre uit Roosendaal. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel was het beschermen van het aldehyde groepen, dit werd gedaan door middel van acetaliseringsreacties. De syntheses werden uitgevoerd met twee verschillende katalysatoren namelijk InF 3 en Ce(OTf ) 3. De uitgangsstoffen zijn confidentieel hierdoor worden deze alleen afgebeeld met zijn functionele groep, het aldehyde. De synthese route is hieronder weergegeven. AANPAK De syntheses zijn verschillende keren uitgevoerd, waarna de producten zijn geanalyseerd. Met TLC analyse werd bepaald of product gevormd was. Dit werd tevens met FTIR gecontroleerd. Als laatst werden de ruwe producten ook geanalyseerd met 1 H-NMR. Wanneer er geen productvorming was, werd de synthese voor een tweede keer uitgevoerd onder zelfde omstandigheden maar met andere hoeveelheden aan beginstof. RESULTATEN De synthese route met Ce(OTf ) 3 als katalysator leek na analyse de snelste conversie te geven. Dit bleek uit FTIR en 1 H-NMR resultaten. Echter is het zuiveren van de ruwe producten niet gelukt, waardoor er niets gezegd kan worden over het rendement. De synthese met Ce(OTf )3 als katalysator werd bij kamertemperatuur met hele korte reactietijden uitgevoerd. De synthese met InF 3 als katalysator werd met behulp van refluxopstelling uitgevoerd. De reactietijden voor deze syntheseroute waren 4 tot 5 uur. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens het bedrijf/instelling heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 94

95 43 OPTIMALISATIE VAN DE SYNTHESE VAN BIOBASED BUILDING BLOCKS UIT GALACTAARZUUR Bas Clarijs (Avans Hogeschool) In opdracht van: Royal Cosun Roosendaal februari 2014 t/m juli

96 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Organische chemie en Polymeren in het schooljaar heeft Bas Clarijs naar de mogelijkheden gekeken voor de optimalisatie van de synthese van biobased building blocks uit galactaarzuur. Dit gebeurde in opdracht van de research afdeling van Cosun Food & Technology Centre te Roosendaal. DOEL VAN HET ONDERZOEK In dit onderzoek werd gekeken naar de mogelijkheid om galacturonzuur chemisch te modificeren en zo mogelijk te kunnen gebruiken als biobased building block. De interesse in deze suiker komt voort uit de beschikbaarheid in biologische grondstoffen en de symmetrie van de hydroxyl groepen. Voordat galacturonzuur als biobased building block toegepast kan worden, moet het monomeer beschermd worden. Dit is nodig voor het verkrijgen van lineaire polymeer keten tijdens de polymerisatie. Deze bescherming is in eerder onderzoek uitgevoerd. In dit onderzoek is de synthese verder geoptimaliseerd, waarbij variaties zijn doorgevoerd in oplosmiddel, reagentia en reactieduur. Met de resultaten van dit onderzoek kan mogelijk een verhoogde opbrengst, zuiverheid en flexibiliteit van de synthese route behaald kon worden. RESULTATEN Na syntheses volgens het originele protocol werd een goed referentiepunt voor verdere optimalisering van de synthese gecreëerd. De oplosmiddelen waarnaar in dit onderzoek gekeken werd voor optimalisatie, zijn dichloormethaan en DMF. Het is hierbij bewezen dat beide syntheses met deze oplosmiddelen geen product vormden. Er zijn hierbij verschillende methodes gebruikt. Dit heeft echter geen invloed gehad op het eindproduct. AANPAK Galactaarzuur werd door middel van een esterificatie omgezet in een di-ester. Hiervoor werd gebruik gemaakt van methanol met zwavelzuur als katalysator. Van dit product werden de hydroxylgroepen beschermd. Na zuivering door middel van herkristallisatie werd het product zuiver verkregen. Validatie werd uitgevoerd door middel van smeltpuntbepaling, TLC en IR spectrometrie. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens het bedrijf/instelling heeft Robert.Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 96

97 44 ULTRASOON OPLOSSEN PLA EN GESTIMULEERDE HYDROLYSE BIOFOAM Abdurrahman Citak (Avans Hogeschool) In opdracht van: Synbra Technology BV februari 2014 t/m juni

98 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Synbra is de grootste producent van hoogwaardig polymelkzuur (PLA) in Europa. Uit PLA kunnen veel verschillende producten worden gemaakt, zoals verpakkingsmateriaal maar ook isolatiemateriaal. Het materiaal wat Synbra uit PLA maakt (BioFoam ), wordt gebruikt om huizen te isoleren. BioFoam is echter nog niet uitontwikkeld. Aandachtspunt voor BioFoam is dat bij toepassingen als isolatiemiddel in de bouw vragen met betrekking tot afbraaksnelheid beantwoord moeten worden. Factoren die bij deze afbraak een rol spelen zijn temperatuur, vocht en enzymen. In het kader van zijn stage heeft Abdurrahman onderzoek gedaan deze afbraak van polyesters door middel van GPC en DSC. DOEL VAN HET ONDERZOEK Synbra Technology produceert BioFoam van voornamelijk L-lactide en een deel D-lactide. Dit wordt gepolymeriseerd tot Synterra. Het doel van dit onderzoek is tweeledig. Het eerste doel is om een methode te vinden waarbij PLA versneld kan oplossen voor GPC analyse en het tweede doel is om een versnelde afbraak te krijgen van BioFoam zodat in een vervolg onderzoek hier maatregelen tegen getroffen kan worden. RESULTATEN Bij zowel BioFoam als bij PLA kan er geconcludeerd worden dat ultrasonificeren een geschikte methode is om polymeren sneller in THF op te lossen. Er vindt tijdens het ultrasonificeren (tot 5 minuten) afbraak plaats, maar de afbraak blijft slechts gering. De grootste afbraak vindt plaats bij de langere polymeerketens. Bij afbraak van BioFoam met behulp van de autoclaaf kan er geconcludeerd worden dat dit een geschikte methode zou zijn om onderzoek te doen naar versnelde afbraak bij een hoge temperatuur en een hoge luchtvochtigheid. Met behulp van de autoclaaf kan er binnen een dag bepaald worden of de toegepaste additief of behandelmethode het degraderen van BioFoam afremt. AANPAK Met een ultrasoonbad zijn verschillende omstandigheden gecreëerd om PLA versneld in THF te laten oplossen. Voor de versnelde afbraak van PLA is gekozen voor het gebruik van een autoclaaf en voor het gebruik van enzymen. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Synbra Technology B.V. Contactpersoon: Jürgen de Jong j.dejong@synbra-tech.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jürgen de Jong voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 98

99 45 ONTWIKKELEN COATING VOOR BIOFOAM Sjoerd vd Linden (Avans Hogeschool) In opdracht van: Synbra Technology BV april 2014 t/m augustus

100 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Synbra is leverancier van geschuimde polystyreen (EPS). Synbra heeft recent een nieuw product ontwikkeld, namelijk BioFoam. BioFoam is een duurzame vervanger voor EPS. Het is geschuimde polymelkzuur (EPLA) dat zowel gemaakt wordt uit duurzame grondstoffen als biologisch afbreekbaar is. Omdat de beads van PLA niet net als bij EPS goed aan elkaar hechten bij het schuimen is een coating nodig. In het kader van zijn stage heeft Sjoerd onderzoek gedaan naar het verbeteren van deze coating. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek is een coating te vinden die hittebestendiger is. Hierbij mogen de goede eigenschappen van BioFoam niet verloren gaan. Ook gaat de voorkeur uit naar een coating die zowel biobased als biologisch afbreekbaar is. RESULTATEN Verschillende coatings zijn niet bruikbaar omdat deze niet bestendig zijn tegen water of er zijn geen tegels te moulden door de slechte fusie tussen de korrels in de tegel. Andere zijn niet bruikbaar omdat deze tegels een zeer lage buig- en treksterkte hebben, dit wordt veroorzaakt door een slechte fusie van de korrels of omdat de coating erg bros is. Bij het gebruik drie coatings worden stevige tegels verkregen met redelijk hoge buig- en treksterktes. Ook zijn deze coatings goed bestendig tegen water. Naar deze coatings kan meer onderzoek gedaan worden of ze bruikbaar zijn. AANPAK Er worden een aantal coatings gekocht bij commerciële bedrijven. De thermische eigenschappen van de coating worden gemeten met DSC. Daarna worden de coatings aangebracht op de Biobeads en daar worden tegels van 30 bij 30 cm met een dikte van 5 cm van gemaakt. Van de tegels wordt de treksterkte bepaald door een blokje tussen twee plankjes te lijmen en tussen de trekbank te zetten. Ook wordt de buigsterkte bepaald met een driepuntsbuiging. Met DSC wordt de Tg en eventueel de Tm bepaald. Ook worden de thermische eigenschappen bepaald door de blokken gedurende 24 uur tot 40 C te verwarmen in een oven en opnieuw de breeksterktes te bepalen. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Synbra Technology B.V. Contactpersoon: Jürgen de Jong j.dejong@synbra-tech.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Jürgen de Jong voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 100

101 46 VERSTREKKEN VAN SOLANYL-FOLIE Remie Khusial (Avans Hogeschool) In opdracht van: Rodenburg Biopolymers februari 2014 t/m juli

102 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage bij het bedrijf Rodenburg in Oosterhout heeft Remie Khusial onderzoek gedaan naar welke ontwikkelings grade van Solanyl de beste mechanische eigenschappen vertoont na het verstrekken van de folie. Daarna kan er op deze samenstelling gevarieerd worden door de receptuur aan te passen. DOEL VAN HET ONDERZOEK De doelstelling voor dit onderzoek is het in 20 weken een aantal bestaande Solanyl grades te analyseren op verstrekbaarheid en uit de verkregen data nieuwe grades ontwikkelen specifiek voor verstrekbare folies. AANPAK Tijdens dit onderzoek zijn zes bestaande Solanyl-grades geëxtrudeerd en verstrekt van 0 tot 3000%. Deze zijn visueel beoordeeld en geanalyseerd op trekeigenschappen. RESULTATEN Door het niet afronden van de afstudeerperiode zijn er geen resultaten beschikbaar. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers B.V. Contactpersoon: Vincent Chamuleau Vincent.chamuleau@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Vincent Chamuleau voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 102

103 47 HYDROLYSESTABILITEIT VAN POLYMELKZUUR Bert Kuijpers (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren december 2014 t/m augustus

104 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK PLA is een alifatische polyester die 100% biobased is en composteerbaar in industriële composteringsinstallaties. Onder milde omstandigheden is de hydrolytische degradatie van PLA te langzaam om biologisch afbreekbaar te zijn in de grond. PLA wordt dus in de bodem niet snel afgebroken tot oligomeren en monomeren, waardoor de biodegradatie van PLA in de bodem te langzaam optreedt. De hydrolytische degradatie treedt echter te snel op indien PLA gebruikt wordt voor lange duurtoepassingen (zoals in de automobielindustrie), waardoor deze materialen op termijn hun mechanische eigenschappen verliezen. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van deze afstudeeropdracht is om praktisch toepasbare PLA formuleringen op te stellen met een ingestelde hydrolyse stabiliteit. AANPAK In een eerste stap is een literatuuronderzoek uitgevoerd om informatie te zoeken over additieven die de hydrolytische degradatie van PLA kunnen versnellen of vertragen. De additieven waarvan verwacht wordt de hydrolytische degradatie te versnellen zijn OMMT en ATEC. De additieven die deze degradatie vertragen zijn vulstoffen met een bufferende werking. O-talk en een combinatie van thiazole en malëimide. De werking van deze additieven is onderzocht door deze te compounderen en vervolgens te spuitgieten. Hierna is een stabiliteitsproef ingezet over een periode van 16 weken bij twee verschillende condities. Het effect is gemeten via GPC metingen (molecuulgewichten), slagproeven (impactsterkte), trekproeven (E-modulus, treksterkte en rek bij breuk) en DSC metingen (thermisch gedrag en kristalliniteit). RESULTATEN De toevoeging van vulstoffen met bufferende werking aan PLA van Synterra zorgt voor een hydrolyse stabieler materiaal. Dit is terug te zien in de molecuulgewichten, slagsterkten en treksterkten. Na 16 weken bij 50 graden C en 70% RV is de slagsterkte van enkele samenstellingen nog niet afgenomen. Deze materialen vertonen zelfs een betere hydrolysestabiliteit dan het NatureWorks materiaal dat doorgaans stabieler is dan Synterra. Daarnaast treedt er volgens verwachting bij additie van ATEC een versnelling op van de degradatie. OMMT toont echter een tegenovergesteld effect als verwacht en zorgt hiermee voor een vertraging van de hydrolytische degradatie. Om meer begrip te krijgen over de chemie achter de additieven dient er vervolgonderzoek gedaan te worden naar OMMT, O-talk en vulstoffen met een bufferende werking. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Karin Molenveld Karin.molenveld@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Karin Molenveld voor vrijgave getekend en heeft hier ook een exemplaar van ontvangen. 104

105 48 BIODEGRADATIE VAN PLA Brian Jacobs, Timo Agten, Chris Glazenborg, Luco Rutten (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren april 2014 t/m juni

106 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK De afdeling research van het Cosun Food & Technology Centre uit Roosendaal heeft een route ontworpen om vanuit suikerbietenpulp, een reststroom van kristalsuiker, een biobased bouwsteen te synthetiseren. Sam van den Berg heeft tijdens zijn afstuderen aan de opleiding Chemie van Avans Hogeschool de route verder geoptimaliseerd. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek is een nieuw, efficiënt en kostenbesparend proces te ontwikkelen voor de betreffende bouwsteen. De route naar de bouwsteen bestaat uit drie verschillende reacties. De prioriteit van het onderzoek ligt op de oxidatie reactie van D-galacturonzuur naar D-galactaarzuur (zie onderstaande figuur). AANPAK De route wordt opgedeeld in drie verschillende reacties, tijdens de route optimalisatie zijn verschillende reactie parameters veranderd (zie hieronder): Oxidatie: Katalysator, concentratie oxidator, temperatuur, roersnelheid, zuiverheid uitgangsmateriaal en ph zijn de gevarieerde parameters. Esterificatie: Verkorten reactietijd. Acetalisering: Toevoegen van cosolvent. Om de reacties te volgen is een analysemethode opgezet voor de HPLC en HPIC. Hiermee kunnen alle relevante stoffen worden aangetoond. RESULTATEN Tijdens het onderzoek zijn de volgende resultaten verkregen: Oxidatie: Optimalisatie van reactieparameters geeft een verkorte reactietijd van ± 24 uur naar 2 uur. Esterificatie: Reactietijd verkort van 72 tot 24 uur. Acetalisering: Een cosolvent geeft een opschaalbaar reactiemengsel met een verhoogd rendement. De bovenstaande reactie vindt plaats met een bepaalde katalysator (Y) en oxidator (X) in alkalisch milieu. Het product wordt opgewerkt en gezuiverd. De gezuiverde stof wordt doorgezet naar de volgende reactie in de route naar de bouwsteen, deze reactie berust op een esterificatie/vestering reactie. De laatste synthese stap in de route is een acetalisering reactie tot het eindproduct. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens het bedrijf/instelling heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 106

107 49 BIOBASED POLYESTERS OP FURAANBASIS SYNTHESE EN KARAKTERISERING Rick Hagenaars (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren april 2014 t/m juni

108 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn afstuderen heeft Rick voor een periode van 20 weken onderzoek gedaan naar hernieuwbare grondstoffen om analogen van PolyEthyleenTereftalaat te maken en te karakteriseren. Deze grondstoffen zijn gebaseerd op fructose. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was het synthetiseren van een op fructose gebaseerd polymeer, die potentieel geschikt is als PET analoog en tevens chemischrecycled kan worden terug naar het oorspronkelijke monomeer. RESULTATEN Het is gelukt om een methode te ontwikkelen waarmee 5-hydroxymethylfurfural (HMF) vanuit fructose kan worden geproduceerd en er is een reproduceerbare methode ontwikkeld om van instabiel HMF een stabiel derivaat te maken. Ook is er in dit onderzoek aangetoond dat LC/MS een geschikte methode is om kwalitatieve bepalingen uit te voeren op de syntheseproducten van dit onderzoek. AANPAK Via de dehydratatie van fructose kan HMF worden gemaakt, waarna deze via een condensatiereactie omgezet kan worden tot een molecuul dat de structuur van het monomeer bevat waaruit poly-f gemaakt kan worden. In dit onderzoek is via HPLC en proton-nmr aangetoond dat het gelukt is om vanuit fructose HMF te produceren. Het rendement van deze synthese bedroeg 73%. Met behulp van twee reacties op het condensatieproduct kan mono-f geproduceerd worden. Bij deze synthese is een maxiaal rendement gevonden van 79%. Vervolgens kan er een condensatiepolymerisatie uitgevoerd worden om van mono-f poly-f te maken. Door tijdgebrek is dit laatste nog niet gebeurd. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens de opdrachtgever heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaarv ontvangen. 108

109 51 VLASVEZELVERSTERKTE POLYMEREN (PP/PLA) Kay Martens (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren april 2014 t/m november

110 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van het compounderen van vlas in PLA via extrusie heeft Kay voor een periode van 7,5 maand onderzoek gedaan in samenwerking met de bedrijven Modified Materials uit Halsteren en Colorex Master Batch uit Helmond. Hierbij wordt gekeken naar de verschillende parameters tijdens dit proces, dit zijn onder andere: het wel/niet vooraf drogen van de vlas en/of PLA, de manier van koelen, het type vlas, de temperatuur en het toevoegen van additieven. RESULTATEN DOEL VAN HET ONDERZOEK Het verstevigen van PLA met vlas. Hierbij wordt gekeken welke mechanische eigenschappen kunnen worden verkregen bij het variëren van verschillende parameters. AANPAK Het stap voor stap bepalen wat de invloeden zijn van de verschillende parameters op de mechanische eigenschappen (trekproef en slagproef ). Als eerste is er gekeken naar de invloed van het vooraf al dan niet drogen van de vlasvezels en/of PLA. Als tweede is er gekeken naar de invloed van de manier van drogen op de mechanische eigenschappen. Vervolgens is er onderzocht wat de verschillen in mechanische eigenschappen zijn tussen verschillende soorten vlasvezel gecompoundeerd in PLA. Vervolgens is gekeken naar de invloed van de extrusie temperatuur op de mechanische eigenschappen. Als laatste is er gekeken of de mechanische eigenschappen kunnen worden verbeterd door de toevoeging van additieven. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Colorex Master Batch Contactpersoon: Ing. Anton van de Laar post@colorex.nl Namens de opdrachtgever heeft Anton van de Laar voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 110

111 52 EEN ONDERZOEK NAAR DE REOLOGIE BIJ VERSCHILLENDE VOCHTPERCENTAGES IN BIOPOLYMEREN Fiona Reijnen (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2013 t/m december

112 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Het onderzoek heeft betrekking op de verwerking van de biopolymeren van Rodenburg en een belangrijke factor hierbij is de afschuifsnelheid. Deze kan mogelijk beïnvloed worden door het vochtpercentage in het biomateriaal. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het reologisch gedrag wordt bepaald van drie verschillende biopolymeren (C1201 een PLA/zetmeel, c8101 en SP10241 een PBAT/zetmeel polymeer) met verschillende vochtpercentages. AANPAK De vochtpercentages van de biopolymeren zijn gevarieerd door het in verschillende tijden in water te weken. De vochtpercentages worden bepaald met TGA en een vacuümoven. De reologie van de biopolymeren is bepaald met een reometer. RESULTATEN De resultaten van het vochtpercentage van de TGA en vacuümoven verschillen bijna met een factor twee. De polymeren c8101 en c1201 hebben het laagste vochtpercentage en een lagere viscositeit dan verwacht werd, want de verwachting was dat het de hoogste viscositeit zou hebben. De hogere vochtpercentages reageren zoals verwacht werd: de viscositeit wordt lager naarmate het vochtgehalte toeneemt. Het polymeer SP10241 met het hoogste vochtpercentage, heeft een hogere viscositeit dan verwacht werd. In het figuur wordt het vochtpercentage in de legenda vermeld met daarbij de temperatuur op de x-as en de viscositeit op de y-as. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rick Hagenaars Adres: Denariusstraat RC Oosterhout The Netherlands Namens het bedrijf/instelling heeft Rick Hagenaars voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 112

113 54 FYSISCHE RECYCLING VAN FILAMENT Jasper de Jong, Peter Jogchems, Marvin Roest, Miranda Schepers en Arshana Rampersaud (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

114 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Jasper, Peter, Marvin, Miranda en Arshana voor het bedrijf Fablab Breda onderzoek gedaan naar de recyclebaarheid van 3D-filament van PLA en Solanyl. Hierbij is gevraagd om te kijken naar de uiterlijke kenmerken en fysische eigenschappen van de gerecyclede producten. DOEL VAN HET ONDERZOEK De doelen die zijn voortgekomen uit dit onderzoek zijn vervolgens: recyclen van commercieel PLA filament het recyclen van puur PLA filament het recyclen van misprints met een onbekende samenstelling het recyclen van Solanyl filament het recyclen van 50/50 PLA en Solanyl filament. RESULTATEN Het printen van de gerecyclede trekstaven verliep steeds moeizamer dan met het originele filament. Ook was er een duidelijk verschil te zien in fysische eigenschappen tussen de gerecyclede- en niet-gerecyclede trekstaven zoals kleurverschil en laaghechtingen. Over het algemeen is het doel van dit onderzoek bereikt en is het gelukt om gebruikt filament her te gebruiken. Dit houdt in dat het mogelijk is om van misprints opnieuw filament te maken en ook hiermee te printen, hoewel het printen zelf steeds moeizamer verloopt. Hiermee is aangetoond dat de kosten voor de grondstoffen in theorie met 50 % omlaag kunnen gaan. AANPAK Het filament is door middel van de extruder geproduceerd. Hierbij zijn verschillende pogingen gedaan om de ideale diameter van 2,85 mm te bereiken. Hierna zijn trekstaven geprint door de Ultimaker 1 3D printer en vervolgens zijn deze geanalyseerd door middel van DSC (Differentiaal Scanning Calorimetrie) en trekproefmetingen om de fysische eigenschappen te bepalen. Nadat met het filament werd geprint en van de geproduceerde trekstaven opnieuw afval, oftewel grondstoffen, werden gemaakt (d.m.v. shredderen) is wederom geëxtrudeerd om het gebruikte filament te recyclen. Met die grondstoffen werden opnieuw trekstaven geprint en de resultaten daarvan worden vergeleken met de niet-gerecyclede trekstaven. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: FabLab Breda Contactpersoon: Charlotte Jansen charlotte@fablabbreda.nl Namens de opdrachtgever heeft Charlotte Jansen voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 114

115 55 ONDERZOEK NAAR VERSCHILLENDE SOORTEN BIOPOLYMEREN VOOR FILAMENT Alex Huizinga, Remco Lodewikus, Dennis Molendijk en Richard van Schie (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

116 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Alex, Remco, Dennis en Richard verschillende soorten biopolymeren bekeken die kunnen dienen als filament voor 3D printing. DOEL VAN HET ONDERZOEK In dit onderzoek werd gekeken naar de bruikbaarheid en kwaliteit van acht verschillende biopolymeer grades als basis voor een filament welke voor 3D printing gebruikt kan worden. Het gaat om Solanyl SP10184, Solanyl C1201, PLLA 1510, PLLA 2010, Bioflex 9533, Bioflex 6510, Biofoam 1505 en Biofoam AANPAK Voor het onderzoek zijn al deze grades met een extruder verwerkt tot filament en vervolgens geprint of geschredderd waarna het in de spuitgietmachine verwerkt kon worden. Er zijn met beide methoden trekstaafjes en breekstaafjes geproduceerd. Deze zijn door middel van een trekbank, SHORE hardheidsmeter en een valhamer met afleesschaal gemeten. RESULTATEN De hardheid van beide biofoam grades bleek hoger te liggen dan van de overige grades die printbaar zijn gebleken. De treksterkte bleek het hoogste te zijn bij Biofoam De slagvastheid van Biofoam 1505 bleek het hoogste maar heeft ook een ruime standaarddeviatie. Uit de DSC meting is gebleken dat de Biofoam grades het meest amorf zijn waardoor deze na printen het minste krimp vertonen wat positief is voor het maken filament. Op basis hiervan is de conclusie getrokken dat Biofoam 2005 het meeste geschikt is voor filament en dat de grades PLLA 2010, Bioflex 6510 en Solanyl SP10184 zeer moeilijk printbaar zijn op Ultimaker 3D printers en niet geschikt zijn voor filament. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans/start-up Contactpersoon: Betty Oostenbrink aj.oostenbrink@avans.nl Namens de opdrachtgever heeft Betty Oostenbrink voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 116

117 56 COMPOUNDEREN VAN PLA+HEMCELL & PLA+CELLULOSE Bas Koolen (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

118 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Uit voorgaand onderzoek is gebleken dat bij het compounderen van onbewerkte HemCell biomassa de volumeverkleining te groot is waardoor brosse niet volledig gevulde strengen ontstaan. Ook zijn de vezels te groot waardoor brosse niet homogeen gemengde strengen ontstaan. Door de HemCell biomassa een voorbehandeling te geven waardoor de deeltjes verkleind worden, wordt een beter beheersbaar proces verwacht waarbij minder brosse en meer homogene strengen worden geproduceerd. Tevens zijn PLA+Cellulose compounds geëxtrudeerd om visuele vergelijking tussen PLA+HemCell en PLA+Cellulose compounds te maken. RESULTATEN Verschillende coatings zijn niet bruikbaar omdat deze niet bestendig zijn tegen water of er zijn geen tegels te moulden door de slechte fusie tussen de korrels in de tegel. Andere zijn niet bruikbaar omdat deze tegels een zeer lage buig- en treksterkte hebben, dit wordt veroorzaakt door een slechte fusie van de korrels of omdat de coating erg bros is. Bij het gebruik van drie coatings worden stevige tegels verkregen met redelijk hoge buig- en treksterktes. Ook zijn deze coatings goed bestendig tegen water. Naar deze coatings kan meer onderzoek gedaan worden of ze bruikbaar zijn. DOEL VAN HET ONDERZOEK Optimaliseren van het PLA+HemCell compoundering proces om product te produceren met verbeterde eigenschappen, zowel visueel (lichtere kleur) als mechanisch (volledig/ homogeen gevuld). AANPAK 1. Verkleinen van de HemCell biomassa: - Hakselaar - Hakselaar na 12 uur in -80 C vriezer 2. Scheiden van HemCell vezel fracties in trilzeef: - <500 μm >250 μm - <250 μm 3. Compounderen van verschillende PLA+vezelmateriaal mixen in een dubbelschroef extruder (Theyson TSK 030). Samenstelling verschillende mixen op basis van massa: - PLA+30%HemCell - PLA+30%Cellulose - PLA+50% HemCell - PLA+50%Cellulose De resultaten werden beoordeeld op kleur, structuur van de draden en mogelijkheid tot granuleren. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Hemcell+ Bioplastics bv Contactpersoon: Nico Osse info@hemcell.com Namens de opdrachtgever heeft Nico Osse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 118

119 57 SYNTHESE VAN EEN GROEN PET-ANALOOG Jochum Smid (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

120 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage heeft Jochum voor een periode van 20 weken onderzoek gedaan naar hernieuwbare grondstoffen om analogen van PolyEthyleenTereftalaat te maken en te karakteriseren. Deze grondstoffen zijn gebaseerd op de monomeren van lignine en kunnen ook uit lignine teruggewonnen worden. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van deze stage is de synthese van Poly-S, het optimaliseren van de synthese en karakterisering van de fysisch-chemische eigenschappen. Poly-S is een polymeer dat is gebaseerd / geïnspireerd door de lignine en heeft in theorie vergelijkbare fysische en chemische eigenschappen vergeleken met PET maar waarschijnlijk biologisch afbreekbaar, zoals lignine. RESULTATEN Na een uitgebreide studie naar de kinetiek van de Knoevenagel reactie werd een optimum gevonden waarbij de maximale omzetting werd verkregen met een reactietijd van 150 minuten. Met deze reactieomstandigheden wordt op grotere schaal sinapinezuur geproduceerd (opbrengst 72,5%, zuiverheid> 99,5%). De reactietijd van de hydrogenering werd verminderd met 70 uur door toepassing van een verbeterde reactor. De dihydrosinapinezuur werd geproduceerd met een opbrengst van 94% met een zuiverheid van 97%. Tenslotte werd acetyl-dihydrosinapinezuur gepolymeriseerd tot een polymeer dat nog niet is geanalyseerd. AANPAK De grondstof syringaldehyde voor de synthese van poly-s kan worden gemaakt door de oxidatie van lignine. Deze grondstof wordt omgezet in Poly-S in vier stappen: de eerste stap in de reactie de Knoevenagel condensatie, waarbij syringaldehyde wordt omgezet in sinapinezuur. Vervolgens kan sinapinezuur worden gehydrogeneerd door een reactie met waterstof die wordt gekatalyseerd door Raney Nickel. Hierna werd dihydrosinapinezuur geacetyleerd door reactie met azijnzuuranhydride. De laatste stap in de poly-s synthese is de polymerisatie van acetyl-dihydrosinapinezuur dat werd uitgevoerd door het gebruik van een zandbad. Om de reactietijd te verkorten werd zinkacetaat gebruikt als katalysator. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens de opdrachtgever heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 120

121 58 BLADVEZEL COMPOUNDS MET PLA Arjan van Tiggelen (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

122 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK HemCell+ Bioplastics is een bedrijf dat zich richt op het maken van bioplastics bestaande uit vezels verkregen uit agrarisch afval van gebieden rond de evenaar. Deze vezels worden in verschillende verhoudingen met biopolymeren gemengd om de eigenschappen van deze biopolymeren te verbeteren. Als onderdeel van zijn stage heeft Arjan onderzoek gedaan voor de bedrijven Advapack, Appkuns en AmorF Kunststoffen naar de eigenschappen van HemCell en de invloed ervan op de eigenschappen van PLA. RESULTATEN Uit de metingen is gebleken dat kleine vezels een positief effect hebben op de treksterkte van de HemCell compounds. Ditzelfde geld voor impact modifier 2, deze zorgt voor een grotere treksterkte en hogere uitrekking. Impact modifier 1 heeft, net als thermoplastisch zetmeel en PHBV een nadelig effect op de treksterkte, maar wel een positief effect op de uitrekking. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek is om vast te stellen wat de beste samenstelling is van een HemCell compound. Deze compounds bestaan voornamelijk uit PLA en HemCell. In dit onderzoek is geëxperimenteerd met de vezelgrootte van HemCell om de eigenschappen en verwerkbaarheid te verbeteren. Verder is geëxperimenteerd met toevoegen van verschillende percentages van twee verschillende impact modifiers, thermoplastisch zetmeel en PHBV. AANPAK Eerst worden de blends gecompoundeerd. Vervolgens wordt het granulaat met een spuitgietmachine verwerkt tot teststaafjes. Deze teststaafjes worden op trek- en reksterkte getest. Nadat deze proeven zijn uitgevoerd worden DSC metingen gedaan van de compounds om thermische eigenschappen van de compounds te bepalen. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Hemcell+ Bioplastics bv Contactpersoon: Nico Osse info@hemcell.com Namens de opdrachtgever heeft Nico Osse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 122

123 59 BIOBASED BUILDING BLOCKS UIT SUIKERS Lars Keijzers (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

124 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK De afdeling research van het Cosun Food en Technology Centre te Roosendaal heeft een methode ontwikkeld voor de synthese van een biobased bouwsteen uit suikerbietenpulp, een reststroom van kristalsuiker. Tijdens zijn stage heeft Biobased TeCh-student Lars Keijzers gekeken naar de synthese van andere biobased bouwstenen uit dezelfde suikerbietenpulp. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek is het uitvoeren van de syntheses voor de betreffende bouwstenen. Er wordt onderzocht of het mogelijk is de bouwstenen te synthetiseren en uiteindelijk te analyseren. De prioriteit van het onderzoek ligt bij de reductie van de uitgangsstof omdat hier een rendabele opbrengst is verkregen in de literatuur. De onderstaande reactie vindt plaats met een bepaalde reductor (X). Het product wordt opgewerkt. Deze stof kan dienen als biobased bouwsteen en toegepast worden voor de synthese van biobased copolyesters. De synthese van de bouwsteen moet nog geoptimaliseerd worden. Er moet met name aandacht besteed worden aan de opwerking. Voor het tweede monomeer wordt de uitgangstof geoxideerd met oxidator (Y). Bij deze synthese wordt in literatuur een lager rendement behaald dan bij de weergegeven reactie. AANPAK Bij de synthese van de biobased bouwstenen worden verschillende synthesestappen uitgevoerd om de uiteindelijke monomeren te verkrijgen. De synthese van de uitgangsstof naar het eerste monomeer: Acetaal vorming Oxidatie Verestering De synthese van de uitgangsstof naar het tweede monomeer: Acetaal vorming Verestering Reductie Om de reactie in perspectief te zetten worden alle reacties met TLC geanalyseerd. De uiteindelijke producten worden H-NMR, FTIR, LC-MS en HPLC geanalyseerd. RESULTATEN Beide monomeren zijn gesynthetiseerd en geanalyseerd. De producten zijn vrijwel zuiver verkregen maar met een lager rendement dan in de literatuur. Er kan gesteld worden dat het mogelijk is de monomeren te synthetiseren volgens het opgestelde protocol. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens de opdrachtgever heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 124

125 60 HET VERBETEREN VAN DE ISOLATIEWAARDE VAN BIOFOAM Susanne Vermeulen (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

126 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK BioFoam is een biobased variant op EPS op basis van PLA. Dit kan worden gebruikt als isolatie materiaal, echter zijn de isolatie eigenschappen nog niet optimaal en zal er geprobeerd worden m.b.v. additieven een betere isolatiewaarde te krijgen. Bij EPS heeft de grijze variant een betere isolatiewaarde, daarom zal er in BioFoam grafiet worden toegevoegd. In het kader van haar stage heeft Susanne voor een periode van 20 weken onderzoek gedaan om de betere isolatiewaarde te krijgen. RESULTATEN Uit de testen die zijn uitgevoerd is te zien dat grafiet zorgt voor een betere isolatiewaarde. Deze materialen zijn moeilijker naar een lage dichtheid te krijgen waardoor deze moeilijker te moulden zijn. Doordat deze materialen moeilijk te moulden zijn, zijn de treksterkte, druk- en breeksterkte moeilijk te vergelijken met wel goed gemould materiaal. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek is het creëren van een grijs BioFoam met een zo hoog mogelijke isolatiewaarde. AANPAK Om deze eigenschap te bereiken zullen verschillende types PLA met additieven gebruikt worden. Deze PLA met additieven zal verwerkt worden tot BioFoam, waarna er gekeken kan worden naar de verschillende eigenschappen die mogelijk invloed hebben op de isolatiewaarden m.b.v. treksterkte, druksterkte, breeksterkte en celgrootte bepaling. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Synbra Technology B.V. Contactpersoon: Jürgen de Jong j.dejong@synbra-tech.nl Namens de opdrachtgever heeft Jürgen de Jong voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 126

127 61 VAN MONOSACHARIDE TOT BBBB Stephan de Jongh (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

128 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK De afdeling research van het Cosun Food en Technology Centre te Roosendaal heeft een methode ontwikkeld voor de synthese van een biobased bouwsteen uit suikerbietenpulp, een reststroom van kristalsuiker. Tijdens zijn stage heeft chemiestudent Stephan de Jongh een optimalisatie uitgevoerd door middel van design of experiments. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek is het uitvoeren van een optimalisatie voor de synthese van de betreffende bouwsteen. Met deze optimalisatie wordt onderzocht welke factoren van invloed zijn op het verloop en de efficiëntie van de reactie. De prioriteit van het onderzoek ligt bij de selectiviteit en opbrengst van de oxidatie reactie van D-galacturonzuur naar D-galactaarzuur (zie onderstaande figuur.) De bovenstaande reactie vindt plaats met een bepaalde katalysator (Y) en oxidator (X) in alkalisch milieu. Het product wordt opgewerkt en gezuiverd. Deze stof kan dienen als platform molecuul en toegepast worden voor de synthese van vele andere bouwstenen. Aan de synthese van deze bouwstenen wordt op het moment ook nog veel onderzoek besteed. AANPAK De optimalisatie van de oxidatie wordt uitgevoerd door middel van design of experiments waarbij de onderstaande parameters van invloed zijn: Katalysator Oxidator Zuurgraad Temperatuur Roersnelheid Om de reactie in perspectief te zetten worden deze alle met dezelfde opgezette HPLC methode geanalyseerd. Deze en ander waargenomen resultaten worden verwerkt in het model dat uit het design volgt. RESULTATEN Voorafgaand aan het design zijn grote stappen gemaakt met de zuiverheid van de uitgangsstof. Met het design zelf zijn geen concrete resultaten verkregen waarmee factoren uitgesloten kunnen worden. Echter is wel aangetoond dat binnen de onderzochte parameters, weinig variatie is gevonden in het resultaat. De oxidatie naar galactaarzuur verloopt dus in een hoge conversie en is een robuust proces. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens de opdrachtgever heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 128

129 62 PROTOTYPING VAN EEN 3D-GEPRINTE VERPAKKING VOOR MANCHETKNOPEN Arjan van Tiggelen (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

130 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Tymag is een bedrijf dat zich voornamelijk richt op de accessoires in de herenmode. Het bedrijf is bekend geworden door hun das clip. Deze clip is uitgerust met een magneet waardoor de das niet van zijn plaats afwijkt. Als onderdeel van zijn stage heeft Arjan onderzoek gedaan naar een nieuw product in de herenmode gerelateerd aan manchetknopen. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek is om een geschenkverpakking te ontwerpen voor manchetknopen. Hierbij wordt als inspiratie gebruik gemaakt van de natuur. Het ontwerp moet dan ook de vorm van twee boomstronken krijgen om zo een natuurlijk ontwerp te verkrijgen. Daarnaast moet deze verpakking afbreekbaar zijn in de natuur en zaden bevatten, zodat als de verpakking zijn functie verliest deze alsnog kan dienen als beginstof voor de groei van een nieuwe plant. RESULTATEN In dit project zijn een 15-tal nieuwe ontwerpen gemaakt. Deze zijn vervolgens geprint. De ontwerpen verschillen in grootte, dichtheid en boom ontwerp. Niet alle ontwerpen hebben de gewenste eigenschappen verkregen na het printen van het ontwerp. Hierdoor is er nog steeds een verbeterslag gewenst om het ontwerp definitief vast te stellen. Wel is een uitgebreide start gemaakt om in een vervolgtraject snel tot een definitief ontwerp te komen. AANPAK Eerst wordt er een 3D ontwerp gemaakt, in het programma Google Sketchup, wat aan de ontwerp eisen voldoet. Als dit is gedaan kan dit 3D ontwerp met behulp van het programma Cura worden omgezet tot een programma met commando s die de 3D-printer aanstuurt om zo het ontwerp te printen. Als dit figuur is geprint, komt er een evaluatie over de grootte en het ontwerp. Na deze evaluaties worden verbeteringen aangebracht in het ontwerp en wordt opnieuw geprint om een nieuw prototype te maken. Ook wordt er gekeken naar verschillende geschikte materialen om de prototypes mee te printen. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Tymag Contactpersoon: Gavin van de Wal gavin@tymag.nl Namens de opdrachtgever heeft Gavin van de Wal voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 130

131 63 A GREEN AFTERLIFE Dennis vd Kieboom, Sander Lauwers en Kevin van Noort (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m januari

132 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor Biopolymeren in het schooljaar hebben Dennis, Sander en Kevin voor het bedrijf Onora onderzoek gedaan naar de afbreekbaarheid van de compound, dat gebruikt wordt om een doodskist te spuitgieten, in grond in kaart te brengen. DOEL VAN HET ONDERZOEK De opdracht was om de afbreekbaarheid van de compound, die gebruikt wordt om de doodskist te spuitgieten, in grond in kaart te brengen. De compound bestaat voor het grootste deel uit PLA (Poly Lactic Acid). Dit PLA is afkomstig vanuit de aardappel en zaden industrie. De overige componenten zijn natuurlijke vezels en een onbekende slagversterker. RESULTATEN Uit onderzoek is gebleken dat een model om de afbraak van 10 jaar in kaart te brengen niet opgesteld kan worden binnen 10 weken. De tijd dat deze compound nodig heeft om af te breken is nog onbekend. Uit de resultaten van de GPC blijkt dat er bij lagere temperaturen nauwelijks afbraak zichtbaar is op moleculair niveau. Bij hogere temperaturen vindt er meer verandering plaats in de resultaten. Maar omdat niet alle PLA opgelost was kunnen hier geen conclusies aan verbonden worden. Aanbevolen wordt om vervolg onderzoek te doen naar versnelde afbraak door bijvoorbeeld dit van spaanplaat materiaal in de autoclaaf te vergelijken met de compound van Onora. Daarna kan er door gebruik te maken van Biobased Eutectische Solvents naar de oplosbaarheid van deze compounds en PLA gekeken worden. AANPAK De methodes die gebruikt zijn om de afbreekbaarheid in kaart te brengen zijn de GPC, trekproeven, massabepalingen, ph-metingen en zintuigelijke waarnemingen. Om versnelde afbraak te creëren is gekozen om twee verschillende grondsoorten te gebruiken namelijk verrijkte tuinaarde en een buitenmonster vanuit de omgeving van Avans hogeschool Breda. Daarnaast worden monsters bij verschillende temperaturen geplaatst namelijk, 5 C, 20 C en 40 C. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Onora Contactpersoon: Marieke Havermans m.havermans@onora.eu Namens het bedrijf/instelling heeft Jürgen de Jong voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 132

133 64 GROENE KNOEVENAGEL Stef van Bremen (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren september 2014 t/m april

134 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van zijn stage heeft Stef voor een periode van 30 weken binnen het lectoraat Biobased Products onderzoek gedaan naar de zogenaamde Knoevenagel- Doebner condensatie. Het onderzoek richt zich op het vervangen of verminderen van pyridine en daarom is er gezocht naar een alternatieve route om ferulinezuur te synthetiseren uit vanilline met een groene Knoevenagel. Dit houdt in het uitvoeren van een bestaande omzetting maar dan op meer milieuvriendelijke manier en rekening houdend met de aspecten van Green Chemistry. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het vergroenen van de ketenuitbreiding van een aromatische aldehyde rekening houdend met de aspecten van Green Chemistry. AANPAK Er is eerst een uitgebreide kinetiek studie gedaan naar verschillende katalysatoren die een rol kunnen spelen bij het efficiënt omzetten van vanilline naar ferulinezuur. Hierna is dit ook voor andere aromatische aldehydes toegepast. RESULTATEN In dit onderzoek is aangetoond dat de bestaande Knoevenagel sterk te vergroenen is door het gebruik van een andere katalysator en door de hoeveelheid pyridine terug te dringen. Zowel tolueen en ethylacetaat komen als een geschikt oplosmiddel naar voren. Het voordeel van tolueen is dat het een hoger kookpunt heeft en daarom de tweede stap naar decarboxylering gemakkelijker kan doorzetten. Het decarboxyleren lijkt vooral een thermodynamisch gegeven te zijn. Als er genoeg energie wordt ingestopt, gaat het bizuur decarboxyleren. Deze energie kan ook worden geleverd door een hoogkokend oplosmiddel te nemen zoals tolueen met eventueel wat pyridine als katalysator of NADES. Ook is het mogelijk om het bizuur rechtstreeks te decarboxyleren met een warmtebron maar hierbij ontstaan ook nevenproducten door verdere decarboxylering of andere nevenreacties. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens de opdrachtgever heeft Jack van Schijndel voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 134

135 65 BIOBASED BUILDING BLOCKS UIT SUIKERS Samantha Jansen (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren Februari 2015 t/m Juni

136 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK De afdeling research van het Cosun Food en Technology Centre te Roosendaal heeft een methode ontwikkeld voor de synthese van een biobased bouwsteen uit suikerbietenpulp, een reststroom van kristalsuiker. Tijdens haar stage heeft chemiestudent Samantha Jansen gekeken naar de synthese van een andere biobased bouwsteen, die mogelijk concurrerend kan zijn voor Cosun. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek is het synthetiseren van de biobased bouwsteen ManX uit de uitgangsstof D-mannitol. Hierbij wordt onderzocht of het mogelijk is om de betreffende bouwsteen te synthetiseren. ` Bovenstaande reactie vindt plaats in drie verschillende stappen, waaronder een verestering, acetaal vorming en een hydrolyse. Het product kan vervolgens dienen als biobased bouwsteen en toegepast worden voor de synthese van biobased copolyesters. AANPAK De synthese van de biobased bouwsteen wordt in drie verschillende synthesestappen uitgevoerd om het uiteindelijke monomeer ManX te verkrijgen. De eerste synthese is een verestering van Mannitol met benzoyl chloride. Vervolgens wordt het verkregen product geacetaliseerd met paraformaldehyde in zwavelzuur. Tot slot worden de benzoyl groepen verwijderd door middel van een base gekatalyseerde hydrolyse, waarna het monomeer ManX gevormd is. Om de reacties in perspectief te zetten worden de reacties met TLC geanalyseerd. De gesynthetiseerde producten worden met H-NMR, LC-MS en HPLC geanalyseerd. RESULTATEN Het ManX monomeer is gesynthetiseerd en geanalyseerd. Het veresterde en geacetaliseerde product zijn zuiver verkregen, maar met een lager rendement dan in de literatuur vermeld stond. Na herkristallisatie van het gehydrolyseerde product zijn, naast het gewenste product, bijproducten gevormd. Er kan gesteld worden dat het mogelijk is het monomeer te synthetiseren volgens het opgestelde protocol. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Royal Cosun Roosendaal Contactpersoon: Robert Lazeroms Robert.Lazeroms@cosun.com Namens de opdrachtgever heeft Robert Lazeroms voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 136

137 66 HET EFFECT VAN PROCESCONDITIES OP ACCUMULATIE VAN PHA DOOR AFVALWATERSLIB Harm van Ruremonde (Fontys/Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren december 2014 t/m augustus

138 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK PHA s zijn biopolymeren die geaccumuleerd kunnen worden door een breed scala aan micro-organismen. Micro-organismen gebruiken PHA s als koolstof- en energieopslag binnen de cel. Wanneer de micro-organismen koolstof en/of energie tekort komen kunnen micro-organismen het PHA afbreken. PHA s zijn dus volledig biologisch afbreekbaar en zijn in staat om traditionele polymeren te vervangen. DOEL VAN HET ONDERZOEK Op dit moment is er onvoldoende bekend onder welke condities maximale PHA ophoping plaats vindt in de bacteriën in het secundair slib van RWZI Bath. Het in dit verslag beschreven onderzoek heeft als doel het vaststellen van de invloed van de nutriëntlimitatie, voedingsconcentratie en temperatuur op de kwantiteit van de PHA accumulatie in het secundaire slib. RESULTATEN Uit de verkregen resultaten blijkt dat een lage voedingsconcentratie bevorderend is voor de PHA accumulatie. Hiernaast blijkt dat 10 C een betere temperatuur is om PHA te accumuleren dan 20 C. Om hoge concentraties PHA in de gemixte bacteriecultuur te verkrijgen dient zowel stikstof als fosfor gelimiteerd aanwezig te zijn gedurende PHA accumulatie. Uit de resultaten blijkt dat secundair slib van een RWZI in maart betere PHA accumulerende eigenschappen heeft dan slib wat in juni aanwezig is. Verzuur primair slib blijkt een geschikte voeding voor het secundair slib om PHA te accumuleren. AANPAK Gedurende het onderzoek zal de gemixte bacteriecultuur aanwezig in het secundaire slib van een rioolwaterzuiveringsinstallatie verrijkt worden door middel van feast en famine. Vervolgens wordt PHA accumulatie gestimuleerd bij zowel 10 als 20 C, bij zowel stikstof limitatie, fosfor limitatie als stikstof én fosfor limitatie en bij een voedingsconcentratie van 1, 10 of 25 g COD/L. Vervolgens wordt onderzocht of een seizoenswisseling invloed heeft op de PHA accumulatie en als laatste wordt onderzocht of primair slib een geschikte voeding is voor PHA accumulatie zodat een commercieel rendabel productie proces mogelijk is. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Waterschap Brabantse Delta Contactpersoon: Etteke Wypkema e.wypkema@brabantsedelta.nl Namens de opdrachtgever heeft Etteke Wypkema voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( hier ook een exemplaar van ontvangen. 138

139 67 PHA (BIOPLASTICS) PRODUCTION FROM PROCESS WATERS Angela Beaupere, Luuk van Gorp, Tamkin Haider, Mayra Ishizuka, Marc Midding, Camila Nonaka, Aeneas Noordanus, Nina Zaadnoordijk (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m juni

140 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK This project is part of the research that is done by Waterschap Brabantse Delta to create valuable products from process waters discharging on one of their waste water treatment plants using the activated sludge from this plant. DOEL VAN HET ONDERZOEK To determine the possibilities to produce PHA (by bacteria) from COD-rich (COD = chemical oxygen demand) process water from companies in the neighbourhood of the treatment plant Bath with the bacteria in the activated sludge of this plant. Also literature research has been done to determine the optimal conditions to produce PHA. AANPAK To achieve this goal, there are four main steps. 1. First a literature review to determine the optimal condition for PHA accumulation. 2. Next the selection of suitable process water streams takes place based on the content of these streams. Favourable conditions are a high COD-concentration and low N- and P- concentrations 3. As a third step the companies are contacted and asked for their cooperation. Process water samples were collected from the cooperating companies. 4. Finally the collected process water samples were tested to determine the possibilities of PHA-production. RESULTATEN In total 24 companies (out of more than 100 companies) have a process water stream that might be suitable for PHA production. These companies were contacted. 15 companies were willing to cooperate. From 10 companies a sample of their process water stream was collected. The other 5 companies did not have time during the timespan of this project. For each of the 10 process water streams it was tested (in batch experiments) if PHA production with activated sludge from wastewater treatment plant Bath was possible. With 7 process water streams the single cell bacteria accumulated up to 80% of their cell area with PHA (shown by colouring with Nile red). With the other process water streams PHA accumulation was much lower (up to 40%). The accumulation of PHA in strands of bacteria, which were also present in the samples, was considerably lower (up to 20%). Maybe because these are different type of bacteria. It can be concluded that PHA accumulation on COD-rich process water streams is possible. PHA accumulation up to 80% of the area of single cell bacteria occurs. Further research should focus on the characterization of the process water streams and the type and amount of PHA that can be formed. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Waterschap Brabantse Delta Contactpersoon: Etteke Wypkema e.wypkema@brabantsedelta.nl Namens de opdrachtgever heeft Etteke Wypkema voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( hier ook een exemplaar van ontvangen. 140

141 68 BIOCOMPOSIETEN: EFFECT VAN VEZELKARAKTERISTIEKEN EN SAMENSTELLING OP DE FYSISCHE EIGENSCHAPPEN Lars Keijzers (Avans Hogeschool) (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren maart 2015 t/m juni

142 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de ontwikkelingen van New Biobased Materials en voornamelijk biocomposieten heeft Millvision zich aangemeld voor het Raak Pro programma bij AVANS Hogeschool te Breda. De laatste jaren is Millvision meer en meer gefocust op de ontwikkeling van nieuwe producten en materialen voor de biobased economy waarbij agrorestvezels centraal staan. Op dit moment wordt gewerkt aan de ontwikkeling van composietproducten vervaardigd uit biopolymeren en agrorestvezels. De producten die voortkomen uit deze materiaalontwikkeling zullen vooral in bouw en constructie applicaties worden toegepast. Aangezien de mechanische eigenschappen van deze materialen van groot belang zijn, zal de focus van het onderzoek zich richten op het maken van diverse composietsamenstellingen en kijken wat het effect is van de verschillende samenstellingen op de mechanische eigenschappen. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek is de fysische eigenschappen van constructiemateriaal verbeteren aan de hand van compound en spuitgiet proeven, waarna een advies wordt gegeven over een verbeterd recept. Dit advies is gebaseerd op verbeteringen van de fysische eigenschappen treksterkte en stijfheid. RESULTATEN De fysische metingen zijn uitgevoerd op de trekbank volgens ISO 294. Door variatie aan te brengen in de vezelkarakteristieken van de verschillende samples is op deze kleine schaal een minimale verbetering van de treksterkte en stijfheid waar te nemen ten opzichte van een blanco materiaal. Daar waar verwacht werd dat de fysische eigenschappen sterk zouden verbeteren zijn deze toenames uitgebleven. Ook zijn mengsels die aan het experiment zijn toegevoegd waarvan vooraf verwacht werd dat composieten hiervan minder sterk zouden zijn, bleken een zelfde sterkte te kunnen behalen. VERVOLG Voor de volgende experimenten worden nieuwe mengsels gemaakt, bij het spuitgieten van deze producten moet er een vergelijk gemaakt worden tussen de spuitgietmachine ten opzichte van een extruder. Onder andere de druk wordt daarbij gevarieerd. AANPAK In overleg met Millvision zijn biocomposiet samenstellingen van polymeren en lignocellulose gemaakt, welke vervolgens verwerkt zijn tot compounds, waarbij is gevarieerd in vezelkarakteristieken van diverse lignocellulose vezels. Aansluitend zijn deze compounds gedroogd en verwerkt tot trekstaafjes op de kleine spuitgietmachine. De verkregen trekstaafjes zijn geanalyseerd met behulp van een trekbank op treksterkte en stijfheid. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Millvision B.V. Contactpersoon: Sander van Calker sander.v.calker@millvision.eu Namens de opdrachtgever heeft Harm Thiewes voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( hier ook een exemplaar van ontvangen. 142

143 69 SYNTHESE VAN BIOBASED STYREENVARIANT Jochum Smid en Rik Hellemons (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m juni

144 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van de minor organisch en polymeer chemie heeft Rik onderzoek gedaan naar styreen analogen uit lignine monomeren zoals dat al enkele jaren bij Avans onderzoek wordt gedaan. Jochum heeft als vervolgproject van zijn stage hier in het kader van de minor Biobased Chemistry hier ook onderzoek naar gedaan maar dan op een ander lignine monomeer. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van dit onderzoek was het synthetiseren van een biobased styreenvariant wat geschikt is voor radicaal polymerisatie uit lignine monomeren. RESULTATEN De groene synthese is uitgevoerd in tolueen met verschillende katalysatoren. Er werd styreen-analoog gesynthetiseerd met een rendement van <24% (96% zuiver, HPLC) en is aangetoond op HPLC en LC/MS. Daarnaast is tijdens dezelfde synthese als bijproduct sinapinezuur ontstaan met een rendement van 76% (97% zuiver, HPLC) en dit is aangetoond op HPLC, LC/MS en H-NMR. Het sinapinezuur is vervolgens gedecarboxyleerd naar het styreen-analoog met een rendement van 91% (zuiverheid, HPLC). Ook dit product is aangetoond op HPLC en LC/MS. Daarnaast is ook de kinetiek van de decarboxylering in het zandbad in kaart gebracht. Na 100 s vond er een volledige omzetting plaats. Bij zowel de kationen- als de radicaalpolymerisatie is nog geen product verkregen. Hiervoor is nog meer onderzoek nodig. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Avans Hogeschool Contactpersoon: Jack van Schijndel jam.vanschijndel@avans.nl Namens de opdrachtgever heeft Jack van Schijndel ( voor vrijgave getekend en heeft hier ook een exemplaar van ontvangen. 144

145 70 COMPOUNDEREN VAN PLA+50%HEMCELL Bas Koolen, Ben de Brouwer, Bart van Loon (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m juni

146 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK HemCell + bioplastics zijn kunststof compounds op basis van het toevoegen van HemCell biomassa, een agrarische reststroom. Er wordt onderzocht of het mogelijk is om met PLA+HemCell een compound te verkrijgen waarvan de mechanische eigenschappen vergelijkbaar zijn met de regulier gebruikte kunststoffen zoals PS/PP/PE. Door het toevoegen van HemCell biomassa aan PLA wordt verwacht dat de specifieke structuur en samenstelling van dit bladmateriaal de mechanische eigenschappen verbeteren tegenover regulier PLA maar tevens ook de afbraak versnellen waardoor de mogelijkheid ontstaat om de compound thuis te composteren. DOEL VAN HET ONDERZOEK Zoeken van de optimale instellingen om PLA+50%HemCell te compounderen en granuleren, waarbij een lichtbruine kleur ontstaat (gelijk aan karton). RESULTATEN Optimale instellingen zijn bepaald om 50%HemCell+PLA te compounderen zonder de HemCell biomassa te voorbewerken. Waarnemingen bij de verschillende experimenten zijn: - Kleur van de draad blijft te donker (koffiebruin) - De draden zijn niet volledig/homogeen gevuld bij gebruik van 3 strengen die-plate, de volumeverkleining van de onbewerkte HemCell biomassa is te groot, het gebruik van een 1 streng die-plate levert goed gevulde draad op. - Draad is zeer bros doordat de vezels te groot zijn, hierdoor raakt ook af en toe de die-plate verstopt waardoor verbranding/degradatie van het materiaal optreedt. AANPAK HemCell biomassa wordt op basis van massa 1:1 gemengd met PLA en gecompoundeerd in een dubbelschroef extruder (Theyson TSK 030) bij verschillende procescondities: - Temperatuur - Schroef rpm - Feed De resultaten worden visueel beoordeeld op kleur, structuur van de draden en mogelijkheid tot granuleren. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Hemcell+ Bioplastics bv Contactpersoon: Nico Osse info@hemcell.com Namens de opdrachtgever heeft Nico Osse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 146

147 71 DUURZAME SCHUIMEN Kim van de Ven en Sandra Vermeulen (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m april

148 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK MAX designers is een industrieel ontwerpbureau dat is gespecialiseerd in de ontwikkeling van duurzame producten. In de producten die ontworpen worden, wordt regelmatig schuim verwerkt en kleine producten worden met schuim beschermd tijdens het vervoer. Een schuim dat momenteel veelvuldig wordt gebruikt is polyurethaan (PUR). PUR schuim voldoet niet aan de gewenste duurzame eisen: het is niet recyclebaar, composteerbaar of biobased. Dit kan een groot probleem worden als PUR gebruikt wordt als verpakkingsmateriaal. Verpakkingsmateriaal is wegwerpmateriaal, dus wordt na het ontvangen van het product weggegooid. Omdat PUR dan niet recyclebaar of composteerbaar is, ontstaat er een grote hoeveelheid PUR-afval, waar verder nog maar weinig mee gedaan kan worden. PUR wordt ook veelvuldig gebruikt in de bouw, waar het gedurende langere tijd gebruikt wordt. Echter voor de bouw is een grote hoeveelheid aan PUR nodig, en dus ook een grote hoeveelheid aan grondstoffen. Omdat de grondstoffen uit de uitputtende bron van aardolie worden gehaald, is het duurzaam om het PUR te vervangen door biobased materialen. DOEL VAN HET ONDERZOEK PUR-schuim voldoet niet aan de duurzame eisen, daarom moet een alternatief schuim worden gevonden. Bij het vinden van een duurzaam alternatief moet gekeken worden naar de duurzaamheid, de eigenschappen en mogelijke toepassingen van verschillende schuimen in vergelijking met PUR-schuim. - De temperatuurbestendigheid en warmtedoorlating voor isolatiemateriaal. - De chemische bestendigheid voor de composietenbouw. Daarnaast moet het materiaal duurzamer zijn dan PUR schuim. Hiervoor wordt ook gekeken naar de recyclebaarheid, composteerbaarheid en of het materiaal biobased gemaakt kan worden. RESULTATEN Het is mogelijk om PUR-schuim te vervangen met duurzame alternatieven mits de toepassing waarvoor het PUR-schuim gebruikt wordt industrieel geproduceerd kan worden. PUR kan als verpakkingsmateriaal vervangen worden door EPS, PLA, Polyolefine, Nomagreen en zetmeelschuim. EPS en PLA zijn daarin de meest duurzame alternatieven. De isolatiewaarden van de verschillende schuimen verschillen veel en zijn afhankelijk van de dichtheid en celgrootte van het schuim, waardoor het lastig wordt een goed alternatief te vinden als isolatiemateriaal. Voor vervanging van isolatiemateriaal zouden EPS, NCC schuim, Nomagreen, PLA en polyolefine geschikt kunnen zijn. Vergelijking is echter lastig omdat de isolatiecapaciteiten veel verschillen. AANPAK De eigenschappen waar naar gekeken wordt zijn: - De mogelijkheden tot plaatselijke verwerking. - Mate van schokdemping en geschiktheid voor verpakkingsmateriaal. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: MAX designers Contactpersoon: Marien Korthorst Website: Telefoon: Namens de opdrachtgever heeft Marien Korthorst voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( hier ook een exemplaar van ontvangen. 148

149 72 COMPOUNDEREN VAN PLA+HEMCELL MET ADDITIEVEN Arjan van de Mortel & Bas Koolen / Shelly Quan & Joep Tonies (Fontys Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m juni

150 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK Uit de resultaten van voorgaand onderzoek blijkt het compoundeer proces moeilijk te beheersen. Het verkleinen van de vezels geeft een constanter en beter beheersbaar proces, met als gevolg een minder bros product met een lichtere kleur. In dit onderzoek wordt onderzocht of het mogelijk is om met bio-based additieven het proces en het product te optimaliseren. Met procesverbeteraar wordt de stroming in het extrusie proces geoptimaliseerd, om constante procescondities en een product met een lichtere kleur te produceren. Het toevoegen van een slagvastheidsverbeteraar wordt getest door strengen te produceren. Dit onderzoek bestaat uit twee onderdelen, een praktijkonderzoek (Arjan & Bas) in combinatie met een theoretisch onderzoek uitgevoerd door Shelly Quan en Joep Tonies. RESULTATEN De strengen komen er gladder en lichter van kleur uit, ook zijn de strengen flexibel. Het product vloeit beter door de extruder en het koppel is lager. Het proces is veel constanter, de parameters zijn stabieler. Het theoretisch onderzoek is beschreven in een apart verslag. DOEL VAN HET ONDERZOEK Optimaliseren van de PLA+HemCell compound en de productie condities. AANPAK - HemCell vezelfractie <500 μm - Compounderen van verschillende PLA+vezelmateriaal mixen in een dubbelschroef extruder (Theyson TSK 030). - Samenstelling verschillende mixen op basis van massa: - PLA+50%HemCell - Procesverbeteraar - Slagvastheidsverbeteraar BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Hemcell+ Bioplastics bv Contactpersoon: Nico Osse info@hemcell.com Namens de opdrachtgever heeft Nico Osse voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Jack van Schijndel ( ook een exemplaar ontvangen. 150

151 73 SMELTSTERKTE VERBETERING PLA Huang Thi Nguyen (Wageningen University) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m juli

152 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van haar stage van de Hogeschool Utrecht heeft Huang onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om het reologische gedrag Polymelkzuur (PLA) aan te passen. Commerciële PLA-grades worden gekenmerkt door een lage smeltsterkte waardoor ze minder geschikt zijn voor bijvoorbeeld folieblazen. Met behulp van additieven (chain extenders, peroxides) is het mogelijk PLA te folieblazen, echter deze additieven hebben nadelen zoals gelvorming en zijn vaak niet geschikt voor voedseltoepassingen. Het doel van dit onderzoek was het synthetiseren van PLA typen met een verbeterde smeltsterkte. Alle gesynthetiseerde PLA s zijn geanalyseerd met een GPC-systeem uitgerust met licht verstrooiing en viscositeit detectoren. Dit maakt het mogelijk om de absolute Mw te bepalen maar ook de molmassaverdeling en de vertakkingsgraad. Op basis van deze resultaten zijn aanbevelingen gedaan voor verder onderzoek. DOEL VAN HET ONDERZOEK Doel van onderzoek is het synthetiseren van PLA met een verhoogde smeltsterkte zonder gebruik te maken van additieven. AANPAK Het verkrijgen van PLA met hoge molecuulmassa wordt gedaan vanuit lactide als monomeer. Deze ringopening polymerisatie wordt geïnitieerd vanuit een alifatische hydroxylgroep. Door gebruik te maken van verschillende typen en percentages initiatoren, wordt verwacht de smeltsterkte te verhogen. RESULTATEN Het synthetiseren van PLA met de gewenste molmassa (Mw) verliep niet zoals gewenst; de verkregen molmassa s weken zeer sterk af van de theoretisch berekende Mw. Alle grondstoffen die werden gebruikt in de reactie zijn opgezuiverd en hieruit bleek dat een vervuiling in de katalysator er voor zorgde dat de stoichiometrie in de reactie verstoord werd. Dit veroorzaakte de significant lagere Mw dan in theorie berekend verkregen zou worden. Uiteindelijk was het mogelijk PLA met een Mw dicht bij de theoretische Mw te maken. Figuur 1: Plot van log intrinsieke viscositeit tegen log Mw. Zwarte lijn is de Mark- Houwink relatie voor lineaire PLA. Rode lijn van PLA met vertakkingen. (Mn = 103 kg/ mol, Mw = 211 kg/mol) BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Food & Biobased Research WUR Contactpersoon: Rutger Knoop rutger.knoop@wur.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Rutger Knoop voor vrijgave getekend en heeft hier ook een exemplaar van ontvangen. 152

153 74 BIOVEZELS IN SOLANYL Fransje Voets (Avans Hogeschool) Onderdeel van Raak Pro Programma: Functionele Stabiliteit van Biopolymeren februari 2015 t/m juli

154 KORTE INLEIDING VAN HET ONDERZOEK In het kader van haar afstuderen in het schooljaar heeft Fransje gekeken naar het inmengen van biovezels in Solanyl om een biocomposiet te verkrijgen met een goede afbreekbaarheid in de koude grond. Belangrijk in dit onderzoek is dat het eindproduct eigenschappen heeft die geschik zijn voor de productie van bloempotjes. DOEL VAN HET ONDERZOEK Het doel van het onderzoek was om meer data te verzamelen over eigenschappen van biovezel gevuld bioplastic. Rodenburg is geïnteresseerd in deze gegevens, zodat er nieuwe producten ontwikkeld kunnen worden met een betere afbraak in de koude grond. Hierbij wordt ook het kostenplaatje in acht genomen. RESULTATEN De resultaten van de trekstaafjes waren veelbelovend, dus zijn er bloempotjes gemaakt met de biovezel hierin verwerkt. Deze bloempotjes zouden commercieel gebruikt kunnen worden. De afbreektest toonde aan dat het toevoegen van deze vezel gunstig is voor de afbraak in de koude grond. Enkel het kosten aspect viel tegen. AANPAK Dit project is uitgevoerd door concentratie reeksen te maken van een biovezel en een standaard Solanyl. Hierbij is 10%, 20% en 30% biovezel ingemengd. Van deze mengsels zijn met een spuitgietmachine trekstaafjes gemaakt om de fysische eigenschappen te bepalen. Na geconcludeerd te hebben of de eigenschappen interessant zijn voor verder onderzoek zijn van enkele compounds bloempotjes gemaakt. BEDRIJFSGEGEVENS / CONTACTGEGEVENS: Naam: Rodenburg Biopolymers Contactpersoon: Rick Hagenaars Rick.Hagenaars@biopolymers.nl Namens het bedrijf/instelling heeft Thijs Rodenburg voor vrijgave getekend en heeft van onderzoeker Biopolymeren Jack van Schijndel hier ook een exemplaar van ontvangen. 154