IWT-TETRA EraSME :

Transcriptie

1 IWT-TETRA EraSME : Realisation of biopolymer based sustainable products by optimization of design, materials, mould making and processing Projectleiders: Ludwig Cardon (HoGent) Rolf Koster (TU Delft) Projectmedewerkers: Maarten De Groote Marcel Moerman Kim Ragaert Dirk Van Gogh

2 Agenda Seminarie Bioplastics 1. Projectpartners 2. Projectplanning 3. Case Studies 4. Valorisatie

3 EMTEC bvba VDS Technics De Geest nv Voxdale bvba BioPearls BV Engel Benelux NeduPack BV Nervia Plastics bvba Pezy Product Innovations 1. Projectpartners 3 Federplast Pack4Food UGent Onderzoeksgroep Polymeertechnologie UGent

4 4 2. Projectplanning

5 Case 1: 3. Case Studies Thermovormen i.s.m. Pack4Food & NeduPack Matrijs ontworpen door CPMT & TU Delft, aangepast en vervaardigd door NeduPack 5

6 Case 1 Thermovormen 187 x 137 x 35 mm, sealing rand 5 mm Evolutie Geronde hoeken met vaste radius Opstaande vlakken met voldoende lossing Stapelnokken Logo s 6

7 Case 1 Thermovormen Matrijsafmetingen 295 x 295 x 85 mm Ingezet op Kiefel KMV 53 D thermoform machine 7

8 Case 1 Thermovormen Eindproduct in NatureWorks Ingeo PLA 2002 D Geschikt voor voedselverpakking Transparant en goed verwerkbaar 8

9 Case 1 Thermovormen Sealing & bewaringstesten uitgevoerd bij Pack4Food in kader van Toepasbaarheid van bioplastics voor het verpakken van levensmiddelen (IWT VIS-CO) 9

10 Case 2: Injection moulding In samenwerking met VDS Technics Simulatie van de matrijs door Voxdale i.f.v. optimalisatie injectieproces en optredende krachten Sensoren voor druk, temperatuur en uitstootkrachten (EMTEC) Knelpunten bij injecteren van biopolymeren opsporen 10

11 Part design Bekervorm Case 2 Injectie Insert met 1,2 en 3 helling + drinkbeker Evalueren krimp en uitstootkrachten 11

12 Case 2 Injectie Matrijs ontworpen door CPMT, in samenspraak met en vervaardigd door VDS Technics Engel 80T, 35 mm standaard schroef & verwarmde hopper 12

13 Voorbeeld sensormetingen Case 2 Injectie 13

14 Case 2 Injectie Product Cup in PP 3 (links) - 1 (rechts) Cup in PLA 3 (links) - 1 (rechts) Drinkbeker in PS 14

15 Case 2 Injectie Resultaten Krimp Lagere krimp bij verhoogde nadruk Meer materiaal in de matrijs, verhoogde compressie 15

16 16 Resultaten Krimp Krimp voor PP groter in vloeirichting Veroorzaakt door oriëntatie polymeerketens Matrijskern verhindert mogelijks krimp PLA zelfde trend, maar lagere waarden en kleiner verschil Hogere uitstootkracht voor PP verwacht PLA: 0,3 0,5 % krimp PP: 1,2 2,5 % krimp Verkleinen draft angle, verlaagt krimpratio (verder onderzoek nodig) Case 2 Injectie

17 Case 2 Injectie Resultaten PP PP getest bij 20 C en 60 C Hogere matrijstemperatuur, tragere koeling, hogere kristalliniteit, meer krimp 17

18 Case 2 Injectie Uitstootkracht groter bij kleinere draft angle Hogere matrijstemperatuur, lagere uitstootkracht 18

19 Case 2 Injectie Resultaten PLA Enkel bij 20 C Tg C (HDT 55 C) Gelijkaardige trend als PP Minder krimp, zelfde range voor uitstootkrachten Verder onderzoek nodig 19

20 Conclusie Case 2 Injectie Hogere nadruk > lagere uitstootkracht > minder krimp Hogere matrijstemperatuur > lagere uitstootkracht > meer nakrimp/nakristallisatie Hogere draft angle > lagere uitstootkracht 20

21 Case 2 Injectie Morfologie PP 21 Matrijstemperatuur 20 C lage (L) en hoge (R) nadruk > Geen merkbare invloed Matrijstemperatuur 20 C (L), 60 C (R) nadruk 50 bar > Skin layer

22 Case 2 Injectie Morfologie PP Skin layer verdunt bij hogere matrijstemperatuur Georiënteerde ketens relaxeren gedeeltelijk Hoe hoger de temperatuur, en hoe trager de stolling, hoe meer relaxatie van de ketens Grotere sferulieten bij hogere matrijstemperatuur 22

23 Case 2 Injectie Morfologie PLA 23 Matrijstemperatuur 20 C lage (L) en hoge (R) nadruk Geen merkbare invloed verder onderzoek gewenst

24 Simulaties - Voxdale Opstelling 1: uitstootkrachten op de beker Case 2 Injectie Model instellingen Een uitstootkracht van 2500N verdeeld over de uitstootpen op de bodem van de beker, en ring-uitstoter op de rand van de beker. Het model wordt vastgehouden op de binnenwand (krimp op de kern) 24

25 Simulaties Opstelling 2: vastnemen beker met 2 vingers Case 2 Injectie Model instellingen De beker wordt vastgehouden met 2 vingers, die elk een kracht van 5 newton uitoefenen op de beker. We veronderstellen dat de beker nog vast op de grond staat 25

26 Simulaties Case 2 Injectie Opstelling 3: simulatie op mini-projectorbehuizing Model instellingen Onderste ribben vastgehouden in verticale richting. Drukkracht op het bovenvlak aangelegd (100 N) 26

27 Case 3 Extrusion blow moulding Industriële case in samenwerking met Nervia Plastics Biobased PE versus standaard PE PLA of PHB niet haalbaar gezien MFI waarden 27

28 Case 3 Extrusion Materialen Marlex PE Braskem biobased PE HDPE MFI = 0,35 1L-fles in BioPE(l) en PE(r) 28

29 Case 3 Extrusion Minimale aanpassingen aan machineparameters bij omschakelen van PE naar biobased PE Visuele verschillen minimaal, licht hogere krimp bij biope Beide flessen doorstonden kwaliteitscontrole met vergelijkbare waarden voor compressie, valtest en hydrostatische test 29 Krimp bodem BioPE(l) en PE(r)

30 Case 3 Extrusion Conclusie Mechanische eigenschappen vergelijkbaar voor beide materialen Machineparameters nagenoeg gelijk Kostprijs BioPE > PE (factor 2,5) Groen imago is voorlopig voornaamste drijfveer voor toepassingen in biobased PE 30

31 Proefstaafmatrijs Extra cases Matrijs werd ingezet om degradatie in kaart te brengen (via MFI) 31

32 32 De Knappe BioBol

33 4.Valorisatie Alle beschikbare informatie, onderzoeksresultaten en strategieën werden gebundeld in verscheidene handleidingen voor zowel de industrie, onderwijs als verder onderzoek Vergaarde kennis wordt verder ingezet voor: VIS-project Bio based packaging DURBIO-project (Centexbel-FPV) Papers Optimization of the processing of bio based polymer sustainable products (PMI-conference paper) Biomoulding & Design (Bioplastics Magazine) Challenges for bio-based products in sustainable value chains (Environmental Engineering and Management Journal) Application of bioplastics for food packaging (under preparation) Presentation at Empack-fair 33

34 Bedankt voor uw aandacht! Vragen? 34