Развитие биополимерной технологии

19 апреля 2023 г.

10:33

Экологические императивы, такие как стремление ЕС стать первым углеродно-нейтральным континентом к 2050 году, важны для индустрии нетканых материалов, а внедрение новых материалов требует участия и сотрудничества инженеров по материалам, текстилю, химикам и механикам. В качестве естественной области прикладных исследований для экспертной междисциплинарной команды NIRI Стивен Нил, главный технический директор NIRI, рассматривает развитие биополимерной технологии и выделяет лабораторное оборудование в масштабе прототипа, помогающее сделать новые материалы коммерчески жизнеспособными с меньшими финансовыми рисками.

Потребность в сокращении выбросов CO2 во всем мире включает выбросы, возникающие в результате производства полимеров, производства нетканых материалов, процессов переработки и сборки продукции, а также проблем, связанных с окончанием срока службы продукции. Производители все чаще обязаны уделять внимание целому ряду производственных факторов. Выбор сырья, переход к возобновляемым источникам энергии и сокращение общего потребления энергии являются критическими проблемами. Точно так же насущными производственными проблемами являются обработка отходов до потребления в ходе производственного процесса, а также стремление сократить водоемкие процессы и улучшить управление сточными водами. Наряду с производством производители все чаще вынуждены учитывать долгосрочный жизненный цикл продукции, включая повторное использование; переработка и возврат материалов обратно в производственный цикл или возврат материалов в природную экосистему.

В этом контексте переход от материалов, полученных из ископаемого топлива, к альтернативным материалам ведет к трансформации нетканых материалов, но сопряжен с рядом проблем - будь то адаптация новых материалов к традиционным технологиям обработки или адаптация существующих технологий обработки к новым материалам. Рост и развитие биополимеров представляет собой явную альтернативу пластикам, полученным из ископаемого топлива, применимую во многих секторах. В своей естественной форме биополимеры использовались на протяжении всей истории: натуральные волокна и связующие, в основном животного, растительного или минерального происхождения. Но если посмотреть на альтернативные биополимеры для формирования волокон/нитей, то в настоящее время существует целый ряд доступных вариантов, в том числе:

Технология формирования полотна, подходящая для каждого из этих вариантов, различается, например, чесание, воздушная укладка, мокрая укладка, выдувание из расплава и спанбонд. Хотя все это хорошо отработанные процессы, существуют серьезные проблемы, связанные с внедрением новых материалов в любой сектор или линейку продуктов. Одной из таких задач является обеспечение бесперебойной обработки и преобразования новых материалов с использованием традиционного оборудования. Текущий альтернативный подход заключается в адаптации обычного оборудования для обеспечения бесперебойной обработки. Какой бы путь ни был выбран, для того, чтобы новые материалы были коммерчески жизнеспособными, они должны соответствовать спецификациям и требованиям к производительности материалов и продуктов, которые они должны заменить.

Объединение материалов с требуемыми свойствами в смесь, сочетающую в себе лучшее из обоих материалов, является одним из вариантов решения таких проблем и достижения желаемых характеристик. Альтернативно, технологические или эксплуатационные добавки могут быть добавлены либо во время подготовки сырья, либо во время переработки. Смешивание можно производить на этапе подготовки полимера (смешивания) путем смешивания различных типов волокон перед чесованием, воздушной или мокрой укладкой. При мокрой укладке в волокнистую суспензию можно добавлять технологические добавки, а в процессе укладки волокон или в формованные полотна можно добавлять усилители характеристик в неволокнистых формах, таких как порошки.

Рассматривая эти варианты процесса, Нил подчеркивает важность инвестиций NIRI в лабораторные технологии: «Лаборатории NIRI оснащены уникальным оборудованием масштаба прототипирования для оценки технологичности, изучения комбинаций полимеров с технологическими и эксплуатационными добавками, а также для оптимизации условий процесса экструзии биополимеров в нити, фильерные и нетканые материалы, полученные экструзией из расплава.