Dzisiejsze wysokotechnologiczne tworzywa sztuczne

To jest oczywiste: węże i złączki z tworzywa sztucznego do laboratorium. (Zdjęcie: MCH Messe Schweiz (Basel) AG)

To jest oczywiste: węże i złączki z tworzywa sztucznego do laboratorium. (Zdjęcie: MCH Messe Schweiz (Basel) AG)

Nawet klasyczne pipety szklane – tutaj z praktyczną pomocą do pipetowania – mają swoje alternatywy: nie są one powszechnie dostępne, ale w laboratorium czasami stanowią solidną, inertną i mniej kruchą opcję: pipety pełne i pipety pomiarowe z tworzywa sztucznego. (Zdjęcie: MCH Messe Schweiz (Basel) AG)

To skomplikowane: Liczne obrazy zatłoczonych ulic przedstawiają tworzywa sztuczne jako poważnego wroga, co podniosło ich postrzeganie wśród znacznej części społeczeństwa. Jednak jest to tylko jedna z interpretacji. Tworzywa sztuczne oferują nie tylko szeroki zakres właściwości i możliwości zastosowania, ale można je także w dużym stopniu poddawać recyklingowi – i to w rzeczywistej praktyce przemysłowej.

Wizja kieruje się ku „zielonym” materiałom: obecne zaawansowane technologicznie tworzywa sztuczne wiążą CO2 w ekologicznych tekstyliach lub zwiększają wydajność turbin wiatrowych. Obecnie szczególnie silny nacisk kładzie się na zastosowania medyczne: na przykład maseczki higieniczne z polipropylenu (maski FFP), odzież ochronna z pokrytego plastikiem celulozy czy strzykawki, rurki i elementy urządzeń oddechowych.

Decydujące będzie jednak wykorzystanie jak największego udziału odpadów z tworzyw sztucznych jako surowca wtórnego. Nie bez powodu BASF zainwestowała już półtora roku temu w norweskich specjalistów od pirolizy i oczyszczania surowców, firmę Quantafuel, aby recyklingować mieszane odpady z tworzyw sztucznych.

Materiały ponownie użyte – niemal jak oryginał

Obiecującym pomysłem na przyszłość jest wykorzystanie steamcracków do recyklingu tworzyw sztucznych. W tych dobrze znanych instalacjach zamiast oleju i gazu można by używać zebranych i posegregowanych odpadów z tworzyw sztucznych jako surowców, a także materiałów pochodzenia biogenicznego (np. papieru, drewna i odzieży). W laboratoriach już produkuje się z makulatury i skórki pomarańczy materiały do druku 3D.

W dużej skali wykorzystania recyklingowych steamcracków kluczowe jest odpowiednie chłodzenie (np. 850°C, specyficzna dla surowca szybkość nagrzewania). Odzyskane tworzywa mogą mieć nawet taką samą jakość jak zebrane oryginalne materiały.

Umiejętne chłodzenie umożliwia także bardziej elastyczną produkcję opakowań z tworzyw sztucznych. W tym celu, opierając się na technologii ceramicznych warstw grubościowych, bardzo precyzyjnie steruje się małymi elementami grzewczymi, aby lokalnie podgrzewać folie z tworzyw sztucznych.

Precyzyjne chłodzenie i oszczędność tworzywa sztucznego

Na przykład na powierzchni około 1 milimetra grubości ceramicznej podłoża znajdują się obwody grzewcze w formie pikseli lub pierścieni. Oddają one ciepło podczas fizycznego kontaktu z formą z tworzywa sztucznego. W nowoczesnej wersji moduły grzewcze o wymiarach 40x40 mm zawierają 64 piksele o rozmiarze 5x5 mm, ułożone w kwadrat 8x8 pikseli («cera2heat», Watttron, Freital).

Planowana jest seryjna produkcja tego energooszczędnego i wysoko dynamicznie regulowanego systemu matrycowego na rok 2021. Ciekawostka: rozkład grubości ścianek formy (np. kubka jogurtowego) będzie bardziej jednorodny, a można będzie używać cieńszej folii z tworzywa sztucznego dla tego samego produktu końcowego (oszczędność materiału i kosztów od 10 do 30 procent).

W drugiej wersji («cera2seal») można zamykać opakowania dla produktów wrażliwych na ciepło, nie uszkadzając produktu (np. czekolady). Obecnie szczególnie dużym zainteresowaniem cieszy się ta metoda w przypadku torebek z zaworem spustowym. Między innymi, takie „torby z dozownikiem” mogą być teraz po raz pierwszy wykonane z monomateriału (np. do przechowywania krwi i zastosowań farmaceutycznych).

Metoda matrycowa («cera2heat») może w prostszy i szybszy sposób produkować blisterowe opakowania dla przemysłu farmaceutycznego niż tradycyjne metody z użyciem stempli i dużej ilości materiału. Mogą być także produkowane wysoce nieregularne kształty opakowań w jednym cyklu. W elektronice metoda chłodzenia służy do formowania z dwuwymiarowo drukowanych na folii obwodów w stabilne trójwymiarowe geometrie.

Inteligentna technika czystych pomieszczeń: skupienie na przepływie powietrza

Powlekanie folii z tworzyw sztucznych warstwami funkcjonalnymi odgrywa szczególnie ważną rolę w fotowoltaice.

Na przykład: substancje funkcjonalne rozpuszcza się, a powstała ciecz jest przygotowywana jako kąpiel. Folie przechodzą przez tę kąpiel, podczas której substancje funkcjonalne bardzo szybko sieciują i przyczepiają się do nośnika. Jednocześnie odparowuje rozpuszczalnik. W niektórych przypadkach (i w rzeczywistych zastosowaniach) mogą to być substancje wysoce szkodliwe dla zdrowia i bardzo nieprzyjemne w inhalacji. Dlatego rozpuszczalnik musi być odciągany.

Do takiego procesu konieczna jest odpowiednia technika czystych pomieszczeń, tutaj z użyciem mini-środowiska. W przedstawionym przykładzie zamiast pierwotnego rozwiązania funkcjonalnego wybrano poziomy (zamiast pionowego) przepływ powietrza, dostosowany do geometrii folii. Dodatkowo zastosowano sterowane ciśnieniowo prowadzenie przepływu; w połączeniu z odciągiem w krytycznym obszarze procesu powlekania folii w mini-środowisku zapewnia to określoną różnicę ciśnień względem otoczenia wynoszącą ± 0 Pa.

Biologiczna renaturyzacja oceanów

Tak tworzywa sztuczne są już dziś wydajne i z każdą innowacją materiałową i technologiczną stają się jeszcze lepsze.

Przy usuwaniu resztek plastiku idealnie mogłyby pomóc małe organizmy. Na przykład wiadomo, że niektóre gatunki motyli mogą trawić polietylen przy pomocy bakterii żerających na plastiku.

Obecnie możliwe jest nawet usunięcie plastiku, który już trafił do oceanów. W przyszłości mogą służyć do tego oczyszczalnie plastiku z genetycznie zmodyfikowanymi glonami, na przykład z Phaeodactylum tricornutum. Do tych organizmów wprowadza się instrukcję budowy enzymu PTEase, znanego z rozkładu plastiku. Pochodzi on z innego mikroorganizmu: Ideonella sakaiensis. Jednakże, ponieważ Ideonella nie czuje się dobrze w słonej wodzie, obejście stanowi glon krzemowy. Szczególnie dla mikrocząstek (np. nanoplastiku) ten sposób renaturyzacji oceanów może okazać się skuteczny.

Cała gama trendów przedstawionych tutaj, dotyczących przyszłościowych tworzyw sztucznych i metod ich produkcji oraz przetwarzania, będzie można zobaczyć na tegorocznej wystawie Ilmac w Bazylei.