Firma KraussMaffei Extrusion GmbH z Laatzen w Niemczech, wspólnie z polskim członkiem cypryjskiej grupy Synergy Horizon, opracowała proces produkcji w 100% biopochodnego wzmacnianego tworzywa termoplastycznego: PLA wzmocnionego ligniną.
"Dzięki naszemu doświadczeniu w tworzeniu kompandów i unikalnej wiedzy naszego partnera na temat przygotowania ligniny, udało nam się wprowadzić do 30% ligniny do osnowy PLA i wyprodukować związek o naturalnej zdolności/aktywności przeciwutleniającej, ulepszonych właściwościach mechanicznych i kontrolowanej biodegradowalności" - mówi Lars Darnedde, kierownik ds. rozwoju inżynierii procesowej i projektu w KraussMaffei Extrusion.
Koncentrując się na hydrolizie ligniny, grupa firm Synergy Horizon przekształca ligninę, biopolimer, który jest często odrzucany jako produkt uboczny przemysłu bioetanolowego, w cenne produkty do różnych zastosowań. Ich kluczowe umiejętności obejmują oczyszczanie ligniny, jej chemiczną modyfikację i funkcjonalizację. Oferują produkty pochodne ligniny do różnych zastosowań, takich jak wydobycie ropy i gazu, produkcja baterii, uzdatnianie wody, pasza dla zwierząt i inne.
Od odpadu do wypełniacza
Należąca do Grupy firma Synergy Horizon Poland Sp. z o.o. opracowała również niedawno w swoim polskim zakładzie w Poznaniu proces produkcji sypkiego proszku ligniny, który może być dozowany do wytłaczarki jako wypełniacz. Lignina jest w 100% naturalną substancją i drugim najbardziej rozpowszechnionym materiałem organicznym na ziemi po celulozie. Lignina może być pozyskiwana z biomasy lignocelulozowej różnymi metodami. Jedną z tych metod jest hydroliza biomasy do produkcji bioetanolu, która wytwarza ligninę hydrolizowaną jako produkt uboczny. Ligniny hydrolizowane mają unikalne właściwości, które odróżniają je od innych rodzajów lignin. Około 50 milionów ton ligniny, w tym ligniny hydrolizowanej, jest produkowanych rocznie na całym świecie jako produkt uboczny przetwarzania drewna w przemyśle papierniczym i bioetanolowym, z czego 98% jest spalane. To cenne odnawialne bioźródło było przedmiotem kilku projektów badawczych, ale jego zastosowanie jako wypełniacza w osnowie biopolimerowej jest wyjątkowe. "Jednak przetwarzanie ligniny z hydrolizy nie jest łatwym zadaniem" - mówi Alexander Gonchar, szef działu badań i rozwoju w Synergy Horizon, i jest dumny, że dzięki intensywnym pracom rozwojowym jego firma obsługuje obecnie komercyjną linię produkcyjną do wytwarzania proszku ligninowego.
PLA wzmocniony ligniną: 30% ligniny dla lepszych właściwości. Naturalne przeciwutleniacze, wyższa wytrzymałość, kontrolowana degradowalność.
Pomyślna optymalizacja procesu: KraussMaffei integruje do 30% ligniny w osnowie PLA
Firma KraussMaffei zademonstrowała wprowadzenie naturalnego surowca do osnowy PLA w swoim nowo utworzonym centrum technicznym w zakładzie w Laatzen. Zarówno wytłaczarka laboratoryjna ZE Blue Power 28, jak i mała wytłaczarka produkcyjna ZE Blue Power 42 z powodzeniem wprowadziły do osnowy do 30% ligniny. "Specjalnie dostosowaliśmy konfigurację ślimaka do ligniny za pomocą bardzo delikatnych elementów mieszających, pracujemy w niskiej temperaturze wynoszącej maksymalnie 160°C i używamy zarówno strefy napełniania o długości 6 D, jak i odgazowywania bocznego" - Lars Darnedde daje wgląd w konfigurację procesu. Generacja ZE BluePower z optymalnym stosunkiem średnic Da/di wynoszącym 1,65 oferuje wszystkie te możliwości "od ręki" i dlatego doskonale nadaje się do przetwarzania tych wrażliwych na ścinanie i temperaturę polimerów.
Możliwość wprowadzenia do 30% ligniny do osnowy PLA za pomocą wytłaczarki laboratoryjnej ZE Blue Power 28. Specjalna konfiguracja ślimaka i innowacyjne technologie umożliwiają precyzyjne przetwarzanie w niskiej temperaturze maks. 160°C.
Fakt, że zarówno układ procesu wytłaczarki kompandującej, jak i przygotowanie ligniny w Synergy Horizon są doskonałe, został również potwierdzony przez szeroko zakrojone testy mechaniczne. W porównaniu do czystego PLA, wzmocnienie ligniną umożliwia zwiększenie modułu sprężystości podczas zginania i rozciągania o około 30%. Może to być przydatne w zastosowaniach opakowaniowych, gdzie materiał musi być wystarczająco sztywny, aby utrzymać swój kształt pod obciążeniem. Kolejną zaletą jest to, że lignina dodaje wystarczającą zdolność przeciwutleniającą, która może pomóc szczególnie w zastosowaniach związanych z pakowaniem żywności, aby zapobiec utlenianiu żywności i utrzymać jej jakość i bezpieczeństwo poprzez powstrzymywanie utleniania rodników i zapobieganie tworzeniu się nieprzyjemnych smaków, zapachów lub toksycznych związków. Co więcej, biokomponent z ligniną nie ma zapachu w przeciwieństwie do innych rodzajów ligniny, co czyni go bardziej odpowiednim do pakowania żywności. Nowy dwuskładnikowy kompand, który wykazuje właściwości przeciwutleniające, może być stosowany do biodegradowalnych tworzyw sztucznych do celów rolniczych, takich jak folie ściółkowe, aby chronić je przed degradacją oksydacyjną.
W przeciwieństwie do czystego PLA, który ma ograniczoną biodegradowalność ze względu na zależność od określonych enzymów i warunków przemysłowych, biokomponenty PLA zawierające ligninę wykazują lepsze właściwości biodegradacyjne z poziomem biodegradacji ponad 90% w ciągu 99 dni.
