Materiały high-tech z przyszłości

Niezaprzeczalnie tworzywa sztuczne zajmują czołową pozycję w całym spektrum materiałów. Ze względu na swoje właściwości i funkcjonalności, tworzywa sztuczne otwierają w wielu dziedzinach nieznane dotąd możliwości zastosowań i potencjały innowacyjne. Badania nad materiałami, a w szczególności rozwój tworzyw sztucznych, są w branży uważane za kluczowe technologie przekrojowe i gwaranty sukcesu gospodarczego.

Tworzywa sztuczne są niezrównane. Włóknomocne, wypełnione cząstkami lub piankowe, są wytrzymałe mechanicznie. Wyposażone w dodatki i funkcjonalności, są nie tylko stabilne i odporne na czynniki zewnętrzne, ale także wyróżniają się ulepszonymi właściwościami materiałowymi oraz szczególnymi zdolnościami optycznymi, elektrycznymi i termicznymi, posiadają funkcje magazynowania energii, sensoryczne, aktuacyjne, a nawet samonaprawcze.

Wielofunkcyjność tworzyw sztucznych jest dziś doceniana w przemyśle budowlanym nie tylko ze względu na szeroki zakres zastosowań, ale szczególnie w kontekście zrównoważonej efektywności energetycznej i zasobów. Nowatorskie kompozyty włókniste i lekkie materiały okazują się kluczowe także w motoryzacji, przyczyniając się do obniżenia zapotrzebowania na energię i emisji dwutlenku węgla. Tworzywa sztuczne znajdują szerokie zastosowanie w branży motoryzacyjnej, od wyposażenia po technologie identyfikacji specyficznej.

Elektronika z tworzyw sztucznych

Rozwój tworzyw sztucznych o specjalnych właściwościach optycznych i elektronicznych przeżywa rozkwit. Zastosowanie chromogennych, fototropowych polimerów, które można sterować za pomocą bodźców takich jak światło, otwiera nowe rynki, czego przykładem jest przetwarzanie świecących polimerów na OLED-y. Metody produkcji ogniw słonecznych i modułów fotowoltaicznych oraz inteligentne szkło przeciwsłoneczne będą zyskiwać na znaczeniu w kontekście zużycia energii i obniżania kosztów.

Nanomateriały

W różnych dziedzinach, takich jak moduły przełączników elektrycznych, fosfory, a przede wszystkim w funkcjonalizacji lub ulepszaniu powierzchni materiałów, nanomateriały już znajdują zastosowanie. W medycynie i farmacji pełnią rolę nowatorskich nośników substancji czynnych i umożliwiają całkowicie nowe metody leczenia. Są także wykorzystywane jako funkcjonalne dodatki w przemyśle spożywczym.

Tak zwane kwantowe kropki to nowatorskie nanocząstki o unikalnych właściwościach, które można dostosować poprzez ustawienie rozmiaru cząstek i pasywację powierzchni cząstek różnymi ligandami. Ich wyjątkowe cechy są wykorzystywane w różnych dziedzinach, takich jak technologia wyświetlaczy, fotowoltaika czy zabezpieczenia banknotów, a także w terapii medycznej. Obecnie prowadzone są badania nad ekologicznymi metodami prezentacji oraz możliwościami dalszego zwiększania wydajności.

Produkcja przemysłowa nanocząstek i ich stabilizacja niosą ze sobą zarówno szanse, jak i ryzyka. Z jednej strony mikro- i nanocząstki otwierają nowe perspektywy w różnych technologiach zastosowań, z drugiej zaś stanowią wyzwanie dla analityki i ochrony zdrowia.

Biopolimery

Biopolimery to naturalne makromolekularne produkty syntezy pochodzące z odnawialnych surowców. Dostępne przemysłowo biopolimery, takie jak celuloza, skrobia, lignina, chitozan, białka roślinne i zwierzęce, są pozyskiwane za pomocą specjalistycznych metod z produktów rolniczych i leśnych. Celem jest zastąpienie ropy naftowej jako podstawowego surowca surowcami odnawialnymi. W tym procesie opracowuje się nowe rozwiązania zapewniające bezpieczeństwo surowcowe i redukcję szkodliwych emisji.

Ze względu na swoją imponującą różnorodność, biopolimery stanowią podstawę dla rozwoju wielu produktów i posiadają nieograniczony potencjał optymalizacji różnych zastosowań.

Podczas opracowywania produktów opartych na biopochodnych kluczowe są aspekty funkcjonalności, opłacalności i bezpieczeństwa. Zastosowanie biopolimerów jest dziś ugruntowane w branżach takich jak produkcja żywności, farmaceutyka, technologia medyczna, przemysł chemiczny, przetwórstwo tworzyw sztucznych i przemysł motoryzacyjny.

Badania koncentrują się na rozwoju funkcjonalnych biopolimerów i analizie warunków procesowych. Najnowsze badania wskazują na poprawę właściwości produktów poprzez łączenie biopochodnych z konwencjonalnie syntetyzowanymi tworzywami sztucznymi. Rozwój otoczonych osłonami biopolimerów i ich nanocząstek lub funkcjonalnych dodatków zapowiada rewolucyjne możliwości zastosowań.

Zaawansowana i ultradokładna analiza

Nowoczesne materiały są kluczem do zrównoważonej przyszłości. Warunkiem rozwoju takich wysokowydajnych materiałów i poznania ich właściwości jest zaawansowana analityka. Obszary zastosowań i możliwości nowoczesnych materiałów i funkcjonalnych materiałów są niemal nieograniczone. Oprócz zastosowań przemysłowych, tworzywa sztuczne są wykorzystywane we wszystkich dziedzinach codziennego życia, od artykułów codziennego użytku po opakowania. Zapotrzebowanie na badania i rozwój jest wysokie, a wraz z rosnącą różnorodnością nowych funkcjonalnych materiałów rosną również wymagania wobec analityki.

Innowacyjne metody syntezy i analizy, takie jak prezentowane na analytica, są motorem napędowym badań i testowania nowych materiałów.

Analiza tworzyw sztucznych z perspektywy branży

Kluczowym trendem w analizie tworzyw sztucznych, według dr. Jürgena Blumma, dyrektora zarządzającego firmy Netzsch Gerätebau, jest rozwój szybkich, niezawodnych i wysoko zautomatyzowanych metod pomiarowych. „Ponadto, powinna być możliwa pełna analiza od pobrania próbki, przez przygotowanie, aż po przeprowadzenie i interpretację testów, w jak najprostszy sposób” — postulował Blumm. „Żyjemy dziś w czasach, gdy codziennie korzysta się ze smartfonów i tabletów. Te narzędzia są tak zaprojektowane, aby można je obsługiwać bez dużej wiedzy i wysiłku. Przyszła technologia pomiarowa będzie podążać za tym trendem.”

Na analytica 2016 firma Netzsch po raz pierwszy zaprezentowała „Eplexor-DMA”. Te dynamiczno-mechaniczne urządzenia pomiarowe pozwalają na zakresy sił, które nie są osiągalne za pomocą konwencjonalnych urządzeń laboratoryjnych. Wystawione będą również nowe systemy do łączenia analizy termicznej z analizą gazową. „Szczególnie dumni jesteśmy z bezpośredniego połączenia FT-IR i termograwimetrii, systemu opatentowanego przez Netzsch” — mówi Blumm, podkreślając, że „nowy interfejs użytkownika w oprogramowaniu z trybem Smart jest absolutnym trendem”.

Obecne wymagania dotyczące najprostszej obsługi, także w klasycznych urządzeniach do analizy termicznej, zostały zrealizowane przez Netzsch. „Badacz chce móc przeprowadzać także skomplikowane cykle pomiarowe. Nasze nowe oprogramowanie Smart-Mode zapewnia obie te funkcje: rutynowe testy za pomocą kilku kliknięć myszą oraz pełną elastyczność dla ambitnych badaczy” — wyjaśnia Blumm. Nowe DMA umożliwiają również zupełnie nowe możliwości pomiarowe. Na przykład, Eplexor-DMA mogą wykonywać pomiary na próbkach i przekrojach, które są używane w rzeczywistych produktach. Dzięki temu zmniejsza się czas przygotowania próbek, a wyniki są bardziej wiarygodne, zwłaszcza w przypadku niejednorodnych kompozytów.

„Dla analizy tworzyw sztucznych oprogramowanie będzie odgrywać coraz ważniejszą rolę w nowoczesnych systemach analizy termicznej, ponieważ jest kluczem do ich użytkowej obsługi oraz do odkrywania nowych zastosowań w produkcji i badaniach” — mówi dr Maria Zweig z Mettler Toledo. „Oprogramowanie STARe jest wynikiem ciągłego rozwoju firmy Mettler Toledo, dzięki czemu wszystkie urządzenia do analizy termicznej można obsługiwać za pomocą jednej platformy programowej. Dzięki funkcjonalności i intuicyjnej obsłudze, realizacja i interpretacja wszelkich zadań pomiarowych staje się jeszcze prostsza. Opcje zapewniające kontrolę jakości czy integrację z nadrzędnym systemem LIMS są łatwo dostępne i pozwalają na bezproblemową integrację z istniejącymi systemami i procesami. Użytkownik ma więc do dyspozycji całościową koncepcję, która pozwala mu skupić się w pełni na swoich projektach.”

W kontekście nowych zastosowań w obszarze bioplastików, Zweig dodaje: „Mettler Toledo, dzięki rewolucyjnej technologii FlashDSC (Fast Scanning Calorimetry), przyczyni się znacząco do zrozumienia właściwości strukturalnych i przetwarzania alternatywnych materiałów, poprzez najwyższe szybkości nagrzewania i chłodzenia.”

Perspektywy analityczne

Implementacja nowych technologii w klasycznej technice pomiarowej, zwiększanie dokładności pomiarów i poszerzanie zakresu zastosowań to ważne cele. „Również redukcja kroków w całym procesie analitycznym odgrywa dla nas dużą rolę” — dodaje Blumm, „w tym automatyzacja i praca 24/7 to tematy, które zamierzamy intensywniej rozwijać. W przypadku Eplexor-DMA jesteśmy już o krok dalej. Ta DMA może być wyposażona w automatyczny podajnik próbek, który pozwala na autonomiczne wykonywanie pomiarów w różnych trybach i na różnych geometriach próbek. To jest obecnie unikalne na świecie.”

Analiza materiałowa na analytica 2016

Na analytica 2016 zaprezentowane zostaną najnowsze konfiguracje urządzeń i możliwości łączenia, a także przyszłościowe trendy w badaniach materiałowych i analizie materiałów. Użytkownik znajdzie rozwiązanie dopasowane do każdego materiału i każdego problemu. Główne targi branżowe zapewniają kompleksowy przegląd innowacyjnych metod, takich jak DSC, DMA, TGA, techniki rozdziału z chromatografią wymiany jonowej, GPC, chromatografia wysokotemperaturowa, frakcjonowanie przepływowe, spektrometria, mikroskopia i techniki obrazowania, a także odpowiednie rozwiązania programowe i automatyzacyjne. Wiele metod można stosować tanio, szybko i efektywnie w codziennej rutynie laboratoryjnej i kontroli jakości. Zapoznaj się z najbardziej wydajnymi metodami i przyszłymi trendami w analizie materiałów na największych na świecie targach branżowych analytica.