Vst�ikov�n� termoplast�, biologicky odbourateln� plasty - bioplasty, 3. ��st

Vst�ikování sm�sí na bázi polyamid�

Obecn� je mo�no o materiálech ze sm�sí na bázi polyamid� z �áste�n� obnovitelných zdroj�, uvedených v p�edchozí �ásti �lánku, prohlásit, �e jejich vst�ikovací proces je prakticky stejný jako u standardních polyamid�. V dalším textu uvedu n�které odlišnosti a p�ipomenu n�které detaily:

• výrobní prostory pou�ívané p�i vst�ikování uvedených biotermoplast� by se m�ly dát dob�e v�trat, co� platí zejména p�i �išt�ní plastika�ních jednotek vst�ikovacích stroj� a systém� horkých rozvod� a p�i p�ekro�ení teploty taveniny nad cca 310 a� 320 °C, kdy mohou z materiál� unikat mírn� toxické zplodiny - viz bezpe�nostní listy jednotlivých typ� granulát�
• materiály nejsou kompatibilní s ostatními polyamidy ani jinými termoplasty
• díky nekompatibilit� je nutno, p�i p�echodu na jiný granulát, dbát na dokonalé vy�išt�ní plastika�ní komory i kanál� horkého rozvodu; k �išt�ní se pou�ívají speciální �istící granuláty nebo vysoce viskózní PP, PMMA, LDPE, p�i vysokých otá�kách šneku a vysokém zp�tném odporu, teplota taveniny by p�i �išt�ní nem�la p�esáhnout cca 320 °C
• p�i p�estávce ve výrob� delší ne� n�kolik minut je nutno sní�it nastavení teplot na plastika�ní jednotce a v horkém rozvodu pod cca 150 °C
• doba výdr�e materiál� na teplot� je max. cca 6 a� 10 minut, potom hrozí nebezpe�í tepelné degradace
• pro vst�ikování se pou�ívají standardní vst�ikovací stroje
• materiály s vláknitými plnivy, nap�íklad se sklen�nými vlákny jsou zhruba stejn� abrazivní jako standardní pln�né plasty
• materiály jsou hydroskopické, musí se sušit pod obsah zbytkové vody 0, 15 %, jinak hrozí hydrolytická degradace a vznik povrchových vad výst�ik�; podmínky sušení p�i sušení suchým vzduchem 80 °C po dobu cca 2 a� 4 hodiny podle vstupní vlhkosti, pokud byl dodán materiál ve vysušeném stavu a nebyl zpracován v celém objemu, je ho nutno p�i dalším pou�ití vysušit
• barvení - standardní barevné koncentráty na p�íslušném nosi�i, nap�íklad PA 12, PA 612 nebo barevné koncentráty na biobázi
• zpracování drt� - není problém, stejn� jako u jiných materiál� musí být �istá, bez cizorodých p�ím�sí a nesmí být tepeln� degradovaná
• teplota formy - 60 a� 100 °C -  podle doporu�ení výrobce granulátu
• teplota taveniny  - 270 a� 300 °C -  podle doporu�ení výrobce granulátu
• teplota horkého rozvodu - maximáln� stejná jako teplota taveniny, pouze p�i rozjezdu je ji mo�no krátkodob� zvýšit
• obvodová rychlost na šneku - pod 0, 2 m/s
• zp�tný odpor - nízký
• vst�ikovací rychlost - vyšší a� vysoká - závisí na odvzdušn�ní
• tryska vst�ikovací jednotky - nejlépe otev�ená, pr�m�r min. 0, 8 mm
• forma - standardní konstrukce, všechny b�n� pou�ívané typy ústí vtoku, pr�m�r min. 0, 6 mm
• odvzdušn�ní formy - tlouš�ka 0, 01 a� 0, 03 mm
• materiál forem - 1.2767, 1.2379, 1.2312, 1.2343
• odformování - obvykle není pot�eba pou�ívat odformovací prost�edky
• horké rozvody - bez problém�.

Potenciál biopolyamid�

Jak ji� bylo napsáno, polyamidy na bázi obnovitelných zdroj� nabízejí relativn� dobrý potenciál jako cenov� efektivní materiály. Jedním takovým materiálem je EcoPaXX firmy DSM Engineering Plastics, Holandsko - www.ecopaxx.com -  vyráb�ný  v p�ti komer�ních provedeních, od nepln�ného základního materiálu po typy s 30 % nebo 50 % sklen�ných vláken, v�etn� samozhášivého pln�ného typu s 30 % sklen�ných vláken a typu se sklen�nými vlákny a minerálním �ásticovým plnivem. EcoPaXX je polyamid 410 vyrobený na rostlinné bázi dekandikarboxylové kyseliny, známé jako kyselina sebaková. Obsah kyseliny sebakové v PA 410 je a� 70 %.
 

Obr. 1: Bioplastové p�íbory jsou vyrobeny z p�írodních materiál� jako je kuku�i�ný cukr a pšeni�ná celulóza

Další polyamidy na bázi kyseliny sebakové jsou PA 610, PA 1010 a PA 1012. Z nich pouze PA 1010 je komer�n� vyu�itelný jako 100 % vyrobený z obnovitelných p�írodních zdroj�. Z ricinového oleje m��e být vyroben i PA 11.

Vlastnosti PA 410:

- teplota zeskeln�ní 70 °C, teplota tání krystalického podílu 250 °C
- deforma�ní teplotu má p�i zatí�ení 0, 45 MPa 175 °C, pro porovnání PA 6 150 °C a PA 610 140 °C
- rázová odolnost je srovnatelná s PA 6 i PA 66
- má velmi dobrou chemickou odolnost i odolnost proti hydrolýze
- vysoká teplota tání krystalického podílu a vysoký stupe� krystalinity umo��ují zkrácení vst�ikovacího cyklu
- díky své vysoké krystalinit� má v suchém stavu vysoký modul pru�nosti v tahu - cca 3 100 MPa -  p�ibli�n� srovnatelný se standardním PA 66
- vzhledem k nízké absorpci vlhkosti, modul pru�nosti v tahu se po kondicionaci nebo v pr�b�hu pou�ívání sní�í pouze v relativn� malém rozsahu; po kondicionaci má cca 1 700 MPa, PA 66 cca 1 500 MPa, PA 6 cca 1 000 MPa a PA 610 cca 1 100 MPa
- nízká absorpce vlhkosti dává oproti výst�ik�m z PA 6 a PA 66 vyšší rozm�rovou i tvarovou stabilitu; absorpce vlhkosti je oproti PA 6 o cca 40 % ni�ší, ve srovnání s PA 66 o cca 30 % ni�ší  
- typy vyztu�ené sklen�nými vlákny vykazují dobrou kombinaci relativn� vysoké deformace p�i p�etr�ení a rázové hou�evnatosti p�i vysokém modulu pru�nosti v tahu a to i po kondicionaci ve vlhkém prost�edí
- je odolný za zvýšených teplot, odolný proti hydrolytickému stárnutí a toku pod nap�tím
- p�i normálních i zvýšených teplotách je odolný pro všechny kapaliny , které se obvykle nacházejí v motorovém prostoru automobil� - chladící kapaliny, paliva, oleje, tuky, jako� i proti slabým kyselinám a louh�m, �istícím prost�edk�m a vodným roztok�m solí, jako nap�íklad chlorid zine�natý a vápník.

Aplikace PA 410:

- vhodný materiál - chemická odolnost -  pro pou�ití na výst�iky do systém� AdBlue, systémy selektivní katalytické redukce, AdBlue je roztok mo�oviny ve vod� a je pou�íván v SCR katalyzátorech k ošet�ení emisí výfukových plyn� vzn�tových motor� - roztok se vst�ikuje do výfukového potrubí vzn�tového motoru, škodlivé oxidy dusíku NO2 vzniklé p�i spalování nafty jsou p�evedeny na neškodný dusík N2 a vodní páru - motory spl�ují emisní standardy Euro 4 a 5  - výrobky: potrubí, hadice, konektory, sníma�e, trysky t�lesa filtr�
- základní zpracovatelské teploty - teplota taveniny nepln�ných typ� 270 °C a� 300 °C, pln�né typy 280 °C a� 310 °C; teplota formy 60 °C a� 100 °C
- Mercedes Benz - EcoPaXX Q - HGM24 -  kompozit pln�ný sklen�nými vlákny a minerálním plnivem - kryt motoru pro novou A t�ídu, kryt díky ni�ší hmotnosti ne� u p�edešlého typu pomohl sní�it spot�ebu paliva a zlepšit uhlíkovou stopu vozidla; pou�itím PA na bázi obnovitelných zdroj� se sní�ila emise CO2 p�i jeho výrob� , oproti výrob� ze standardního PA na 40 %;sní�ení CO2 bylo certifikovan� spo�ítáno na 6, 5 kg pro ka�dý kryt
- Volkswagen Group - VW, Audi, Seat, Škoda - multifunk�ní kryt klikového h�ídele pro nejnov�jší dieselové koncernové motory - významná úspora hmotnosti a náklad� oproti b�n� pou�ívanému kovovému krytu
- aplikace ve stavebním, spot�ebním, elektrotechnickém, elektronickém pr�myslu a pr�myslu výrobk� pro volný �as.  

Bioplasty - r�st i p�es problémy

Hlavní hnací silou p�ispívající k r�stu spot�eby bioplast� jsou jejich u�ivatelé a inovativní spole�nosti zabývající se jejich vývojem. Jedná se vytvá�ení nových surovinových platforem, které jsou �áste�n� nebo zcela na bio bázi. Jedním z d�vod� ur�itého r�stu spot�eby bioplast� je snaha sní�it emise CO2. Pro názornost - v pr�b�hu t�í let se v 25 zemích spot�ebovalo p�ibli�n� 15 miliard PET lahví, co� p�edstavuje více n� p�l milionu tun vstupních materiál� na ropné bázi a cca 135 000 tun emisí CO2.

Náhrada za PET z fosilních zdroj�, nap�íklad v roce 2009, ješt� nebyla k dispozici, v sou�asné dob� je p�edpoklad, �e PET ozna�ený PET30, tj. PET s 30 % obsahu materiálu vyrobeného z cukrové t�tiny -  MEG, monoethylene glykol -  dosáhne do p�ti let produkce cca p�ti milionu tun. Velcí hrá�i na globální trhu jako Coca - Cola, Heinz, Procter and Gamble platí spole�ný výzkum, který si klade za cíl nahradit v PET nejen monoethylen na bázi fosilních paliv, ale jako druhou slo�ku vyrobit para - tetraftalátovou kyselinu z biomasy.

Uvedená náhrada se u PE ji� poda�ila a PE ze 100 % z obnovitelných zdroj� vyrábí brazilská firma Braskem SA  v mno�ství cca 200 000 tun za rok - PE vyrobený z cukrové t�tiny a bioethanolu. Výhledy firem obvykle pracují s roky 2016 a� 2020, z �eho� je z�ejmé, �e cíl� nelze dosáhnout v krátkém �asovém období, je nutný komplexní technický vývoj. Inovativní proces v dané oblasti obvykle probíhá mezi malými a velkými firmami, kde velké mají roli investora. I nadále budou bioplasty tvo�it velmi nízký podíl na trhu, v �ádu jednotek procent.

Biodegradovatelné plasty - bioplasty

Na trhu se nejvíce objevují polymery jako PLA, PHA, blendy škrobu s kopolyestery jako PBAT a PBS. Výrobc�m polymer� na bázi škrobu dominuje italská firma Novamont SA, Novara. PHA ješt� firmy neumí vyráb�t v pln� pr�myslovém procesu, nejv�tší šance se p�isuzují PLA. Nejv�tšími producenty PLA jsou Nature - Works LLC, USA;PTT Global Chemical Public Company Limited, Thajsko;Carbon Pure, Holandsko. Výrobní za�ízení dodávají firmy Sulzer AG, Švýcarsko a Uhde Investa Fischer, N�mecko. V roce 2020 by výrobní kapacity m�ly celosv�tov� dosáhnout cca 800 000 tun PLA.

Vývojem a výrobou PBS se zabývají sdru�ení firem jako nap�íklad Mitsubishi Chemical Corporation, Japonsko s Reverdia Roquette, Francie, DSM NV, Holandsko, BASF, N�mecko a Bioamber SAS, Francie, dále biotechnologické firmy Myriant Technologies a Quincy MA a Genomatica, všechny USA.

PET a polyolefiny na biologickém základ�

Jedná se o nejvhodn�jší skupinu plast� vhodných k dosa�ení napln�ní cíl� environmentální politiky. Nejv�tší segment ve skupin� tvo�í ji� zmi�ovaný bio PE a PET30.Jejich r�st je ta�en globálními spole�nostmi z oblasti potraviná�ského pr�myslu a pr�myslu spot�ebního zbo�í. Pou�ití PET30 plánují automobilky Toyota, Nissan, BMW pro výrobky montované do svých prémierových model�, respektive model� s hybridním nebo elektrickým pohonem.

Technické plasty

Pro výrobky dlouhodobé spot�eby, v�etn� technicky náro�ných výst�ik� jsou vhodné materiály na bio bázi polyester� jako polytrimethylentereftalát, PTT - DuPont;polyethylentereftalát, PBT - Lanxess, N�mecko a Toray, Japonsko a polyamidy s dlouhým molekulovým �et�zcem PA 410, 610, 1010 nebo PA 11. Firma DuPont v roce 2012 uvedla, �e b�hem p�íštích patnácti let bude více ne� 50 % plast�, hlavn� technických, ze svého výrobního portfolia vyráb�t z obnovitelných zdroj�. Krom� ji� zmín�ných plast� je vývoj zam��en na PMMA a PC.

Záv�r

Mno�ství fosilních surovin - ropa, uhlí, plyn - je celosv�tov� omezené. Proto se jak v�da, tak i pr�mysl sna�í nalézt alternativní p�ístupy �ešící problematiku pomocí obnovitelných zdroj�. Výrobky plastiká�ského pr�myslu jsou petrochemického p�vodu, prakticky všechny jsou vyrobeny z ropy. Z celkového vyt�eného mno�ství ropy se jí na výrobu plast� celosv�tov� spot�ebuje 4 a� 6 %. Z uvedeného podílu je mo�no si u�init p�edstavu, �e fosilní zdroje pro plastiká�skou výrobu ješt� n�jaký �as budou k dispozici. To samoz�ejm� neznamená, �e není d�vod k tomu, abychom ji� nyní nevyu�ívali mo�nosti alternativních zdroj�.

Bohu�el, v sou�asné dob� tento p�ístup neguje ekonomické hledisko, tedy hledisko nejzásadn�jší. Z ekonomického hlediska jsou, v sou�asné dob�, bioplasty neefektivní. P�esto, �e jejich p�ínos m��e být výrazný, dnes nejsou schopny konkurovat klasickým plast�m. Jedním z hlavních faktor� je nutnost velkých investic do zm�ny výrobních technologií termoplast�. Výrobní petrochemické postupy jsou propracované a dlouhodob� za�ité, v�etn� vybudování pot�ebných kapacit.

Jak ukazuje schéma na p�ilo�eném obrázku je výrobní proces produkce bioplast� zalo�ených na p�írodních zdrojích výrazn� jiný. V kapitole �íslo 3 ji� byl zmín�na skute�nost nedostate�ných celosv�tových kapacit pro jejich výrobu a zmín�ny i vysoké náklady na výzkum a vývoj. Uvedené záv�ry dokumentují i tato �ísla:

- nár�st výroby plast� celosv�tov� roste - v roce 1976 se vyrobilo cca 50 milión� tun, v roce 2013 ji� cca 235 milión� tun, odhad pro rok 2015 hovo�í o výrob� 330 milión� tun
- z toho na termoplasty p�ipadá cca 80 % (technické aplikace spot�ebují cca 20 % z tohoto mno�ství), na termoplastické elastomery necelých 20 %, zbytek tvo�í reaktoplasty a pouze cca 1 % bioplasty
- prognózu rozvoje výroby bioplast� do roku 2016 ukazuje p�ilo�ený sloupcový graf, v�etn� rozlo�ení bioplast� podle typ� v roce 2016:
 

- podle jiné prognózy - Nova Institute for Ekology and Innovation, N�mecko by výrobní kapacity bioplast� ze stavu 3, 5 milionu tun v roce 2011 m�ly do roku 2020 vzr�st trojnásobn� na necelých 12 milión� tun

- na nejv�tší plastiká�ské výstav� po�ádané s t�í ro�ní periodou v Düsseldorfu, N�mecko ve dnech 16. a� 23.�íjna  2013 -  K´2013 - se podílelo více ne� 3 000 firem z pr�myslu plast�, z nich cca 140,  tj .necelých 5 % se zabývalo problematikou bioplast�, co� bylo jedno z nosných témat veletrhu.
 

�ada faktor�, v�etn� rostoucí ceny ropy, celosv�tový zájem o obnovitelné zdroje, rostoucí obavy pokud jde o emise skleníkových plyn� a nové d�razy na nakládání s odpady, to vše vytvá�í ur�itý zájem o biopolymery. Je d�vodný p�edpoklad, �e nové technologie zpracování spolu s investicemi do výrobních proces� v budoucnu p�iblí�í biopolymery k cenové konkurenceschopnosti ve srovnání s tradi�ními plasty, stejn� jako zlepšení jejich u�itných vlastností.

Mo�né obavy o �ivotní prost�edí a legislativní podn�ty, zejména v zemích EU a v Japonsku ur�itým zp�sobem podnítili zájem o biologicky rozlo�itelné polymery. Dnešní, hlavní aplikace biopolymer� jsou v oblasti p�edm�t� krátkodobé spot�eby - obaly, nákupní tašky, mul�ovací fólie, jednorázové p�íbory, p�nový obalový materiál. Rostoucí po�et aplikací, technický vývoj, definice cíl� -  biorozlo�itelnost kontra bio obsah, rozsah investic, p�ístup k �ivotnímu prost�edí m��e rozší�it mo�nosti a sní�it náklady na biopolymery a otev�ít prostor na trhu.

Samoz�ejm�, �e i v segmentu bioplast� fungují politická rozhodnutí. Jako p�íklad, který v ur�itém negativním smyslu ovlivnil u �ásti ve�ejnosti její mín�ní o bio je mo�no pou�ít problém biopaliv. Jejich jednoduchá výroba a masivní politická podpora vyvolala sout� mezi jejich p�stováním a  p�stováním produkt� pro potraviná�ský pr�mysl. Tvrdilo se, �e p�stování zdroj� biopaliv bude mít negativní d�sledky jako je chudoba, hlad a povede k ni�ení deštných prales�.

Takováto tvrzení lze negovat následujícími �ísly:

- celková plocha je 13, 4 bilionu hektar� = 100 %, z toho je 5 bilión� hektar� zem�d�lské p�dy = 37 %
- z celkové zem�d�lské p�dy je 3, 5 bilionu hektar� = 70 % pastvin, 1, 4 bilionu = 30 % orné p�dy
- pro výrobu potravin a krmiv se vyu�ívá 1, 29 bilionu hektar� zem�d�lské p�dy = 27 %, pro výrobu materiál� 100 milionu hektar� = 2 %, pro výrobu biopaliv 55 milionu hektar� = 1 %
- z vým�ry 100 milionu hektar� pro získání materiál� p�íslušelo v roce 2011 bioplast�m 300 000 hektar� = 0, 006 % z rozlohy zem�d�lské p�dy, v roce 2016 by to m�lo být 1, 1 milionu hektar� = 0, 022 %. Nicmén� s rychlým r�stem spot�eby masa, rostou po�adavky na p�stování krmiva, a na to je pot�eba mnohem více zem�d�lské p�dy ne� na biopaliva a obnovitelné zdroje pro výrobu bioplast�.

V ka�dém p�ípad�, ale zem�d�lské dotace jak na biopaliva, tak na obnovitelné zdroje a další komodity narušují globální zem�d�lský trh. V�tší vyu�ívání obnovitelných zdroj� není jen mo�nost, ale to nutnost, i kdy� v delším �asovém horizontu. V tomto horizontu se p�edpokládá �ízený p�echod od spole�nosti zalo�ené na fosilní bázi ke spole�nosti na biobázi, p�i�em� motorem je a bude výzkum a inovace. Uvedený p�ístup je dobrý jak pro �ivotní prost�edí, tak i pro potraviny, pro energetickou bezpe�nost a pro konkurence schopnost Evropy.

Ovšem ve vztahu k obnovitelným zdroj�m pro výrobu plast� stejné konstatování, v sou�asné dob�, platí i pro USA, Brazílii, Japonsko, Taiwan a Thajsko.

1. �as� »

2. �as� »