Nowoczesna technologia pozwala na przetwarzanie surowców leśnych w celulozę o wysokiej wartości dodanej
Istnieją pewne substancje i materiały, które można dodawać do tworzyw sztucznych w niewielkich ilościach, by w ten sposób poprawić ich parametry i wytrzymałość. Tego rodzaju dodatki stanowią klucz do rozwoju produktów przeznaczonych dla użytkowników końcowych w wielu branżach. Potrzebne są jednak bardziej ekologiczne odpowiedniki dotychczas stosowanych ulepszaczy. Celuloza mikrofibrylowana to nowatorski materiał poprawiający właściwości tworzyw oparty na celulozie pozyskiwanej z drewna, jednego z najpowszechniej występujących surowców na świecie. Sektor przemysłu jest coraz bardziej zainteresowany tym nowym materiałem, jednak ograniczenia technologiczne i produkcyjne uniemożliwiają jego powszechne wykorzystanie.
Nowy zrównoważony materiał dla wielu zastosowań
Zespół skupiony wokół finansowanego przez Unię Europejską projektu EXILVA opracował i zaprezentował pierwszy rodzaj celulozy mikrofibrylowanej dostępny na rynku. Nowy rodzaj dodatku pochodzenia biologicznego jest otrzymywany z drewna świerków norweskich – drzew powszechnie występujących w skandynawskich lasach. „Dzięki wysokiej wydajności, wytrzymałości na trudne warunki środowiskowe oraz wyjątkowym właściwościom, które umożliwiają jego wykorzystanie w wielu zastosowaniach, świerk norweski jest doskonałym wyborem dla wielu produktów i branż”, zauważa koordynator projektu Jarle Wikeby. „Jeśli spojrzymy na obszary zastosowań, trudno znaleźć jakiekolwiek ograniczenia!” Otrzymany przez zespół i dostępny na rynku produkt końcowy to nierozpuszczalna celuloza mikrofibrylowana, charakteryzująca się długimi i cienkimi włóknami tworzącymi trójwymiarowe sieci. Poszczególne polimery układają się w stosy, dzięki którym powstają niewielkie elementy nazywane fibrylami, które łączą się ze sobą, tworząc w ten sposób struktury włókien celulozowych występujące w naturze. Włókna celulozowe wchodzą w oddziaływania fizyczne dzięki swojej stosunkowo ogromnej powierzchni, a także w interakcje chemiczne, oparte na wiązaniach wodorowych. Celuloza mikrofibrylowana charakteryzuje się doskonałymi właściwościami w zakresie zatrzymywania wody, a dodatkowo zachowuje swoją krystaliczną strukturę w procesach obróbki produkcyjnej. Po opracowaniu nowego materiału partnerzy skupieni wokół projektu skutecznie przenieśli produkcję oraz technologie z zakładu pilotażowego do fabryki w norweskim mieście Sarpsborg, przekształcając ją w ten sposób w pierwszy na świecie zakład przemysłowy wytwarzający celulozę mikrofibrylowaną. Dzięki optymalizacji procesów zakład osiągnął możliwość wytwarzania 10 000 ton pasty o 10-procentowej zawartości celulozy oraz 50 000 ton dwuprocentowej zawiesiny, odpowiadającej 1 000 ton suchego materiału.
Tworzenie ekscytujących możliwości rozwoju produktów
Badacze skupili się na nowych obszarach zastosowań, takich jak kleje, powłoki, środki higieny osobistej, środki czystości, rolnicze środki chemiczne, środki wykorzystywane na polach naftowych i w budownictwie, materiały kompozytowe, przemysł motoryzacyjny oraz opakowania. Zespół projektu EXILVA obecnie dąży do opracowania i przedstawienia dowodów słuszności koncepcji dotyczących szeregu produktów z przedstawionych obszarów, a w ramach prac powstało także 11 zgłoszeń patentowych. Funkcjonalność celulozy mikrofibrylowanej w tych obszarach często wiąże się z reologią (przepływem, rozpylaniem, skraplaniem, zawisaniem), stabilnością, wytrzymałością i właściwościami barierowymi. Materiał charakteryzuje się doskonałą sprawnością i pozwala na poprawę parametrów produktów bez szkody dla środowiska naturalnego. Stosowanie tej substancji wiąże się z szeregiem korzyści i zalet. Wysoka plastyczność zapewnia lepszą stabilność w przypadku rozpuszczalników wodnych oraz polarnych przy niskiej sile ścinania. Gwałtowne rozrzedzanie i bardzo szybkie odzyskiwanie lepkości oferuje szereg korzyści w przypadku obu wymienionych zastosowań. Bardzo duża powierzchnia zapewnia doskonałe właściwości wiążące. Co więcej, celuloza jest znacznie bardziej przyjazna dla środowiska niż istniejące technologie, ponieważ ślad węglowy produkcji tego materiału jest niezwykle niski w porównaniu z konkurencyjnymi produktami na bazie paliw kopalnych. Proces przygotowania celulozy mikrofibrylowanej wymaga znacznie mniej intensywnej chemicznej obróbki wstępnej, co obniża emisyjność tego rozwiązania nawet o połowę względem istniejących procesów. Konsorcjum może pochwalić się doskonałymi wynikami sprzedaży w wielu segmentach rynku, jednak badacze zdecydowali się skupić się przede wszystkim na klejach oraz rolniczych środkach chemicznych. „Nasz produkt cieszy się dużym zainteresowaniem”, dodaje Wikeby. „Prowadzimy obecnie niezwykle owocne rozmowy z głównymi producentami biotworzyw sztucznych, planujemy także pilotażowe projekty z udziałem czterech czołowych producentów polimerów z tworzyw sztucznych”. Projekt EXILVA otrzymał finansowanie w ramach Wspólnego Przedsięwzięcia na rzecz Bioprzemysłu, które jest formą partnerstwa publiczno-prywatnego między UE a przemysłem.
Słowa kluczowe
EXILVA, MFC, celuloza, dodatek, celuloza mikrofibrylowana, domieszka poprawiająca parametry, fibryle, włókno celulozowe
