Hvordan utnytte trefiberens unike egenskaper i nye applikasjoner

Transkript

1 Hvordan utnytte trefiberens unike egenskaper i nye applikasjoner Per Nygård (PFI) N-7491 Trondheim

2 sine satsingsområder Papir Ved Bioraffineri Fiber Emballasje Biodrivstoff Kjemikalier Nye materialer Biokompositter Innen flere av temaene har PFI et utbredt samarbeid med sitt datterselskap STFI-Packforsk AB, SINTEF og NTNU

3 Innhold Trepulverkompositter (WPC) Trefiberkompositter (WFC) Bearbeidingsmetoder Anvendelser Mekaniske egenskaper Oppsummering WPC/WFC Mikrofibrillær cellulose (MFC) Produksjon Eksempel på utviklingsprosjekter Oppsummering MFC

4 Trepulverkompositter (WPC) Blandingsforhold Mulig å anvende opp til vekt % trepulver Utfordringer - Vanninnhold - Kompatibilitet - Fiberhandling

5 Bearbeidingsmetoder Ekstrudering Courtesy Strandex Courtesy Strandex Profil ekstrudering Ulike profiler (Strandex)

6 Bearbeidingsmetoder Presstøping Courtesy Polima Dører og møbler Courtesy KVL Matter

7 Bearbeidingsmetoder Sprøytestøping Courtesy Polima Courtesy Polima

8 Anvendelser Utendørs terrasser, rekkverk og møbler Clarum Extrusion AB Courtesy Trex Kaier og moloer Courtesy US Plastic Lumber

9 Anvendelser Utendørs lydbarrierer Bil POLYPLANK SB 500 RA (noise barrier) Innendørs profiler og mindre komponenter

10 Trefiberkompositter (WFC) Forsterkning Matrise Trepulver Herdeplast Mekanisk masse Termoplast Kjemisk masse Biopolymer

11 Mekaniske egenskaper Property Material Polypropylene PP b + 40% wood flour PP + 40% hardwood fibre PP + 40% hardwood fibre + 3% coupling agent Density (g/cm 3 ) Strength (MPa) Tensile Flexural Modulus (GPa) Elongation (%) Strength (MPa) Modulus (GPa) Properties measured according to ASTM standards for plastics. b PP is polypropylene; percentages based on weight. Craig M. Clemons at the 3rd International Wood and Natural Fibre Composites Symposium September 19-20, 2000 in Kassel/Germany

12 WFC gir en unik mulighet for å øke verdien av våre treressurser Trepulver Trefiber Forbedring av styrkeparametrer - øke fibrenes lengde/bredde forhold - forbedre kompatibilitet Nye anvendelser av fiberressurser -furu - avfallsvirke Vannbestandige trematerialer - erstatte trykkimpregnert trevirke - vedlikeholdsfritt materiale

13 Oppsummering WPC/WFC Naturlige fiber er en av de raskest økende tilsatsmaterialer i plast I Nord-Amerika er terrassemarkedet allerede begrenset av produksjonskapasitet Det Europeiske markedet for WPC antydes å kunne overgå USA på sikt (10 år fra nå) 1 Norden bør bruke eksisterende kunnskap innen treforedling til å utvikle egenskapene til disse og liknende materialer Mange mulige applikasjoner med potensial for optimalisering og nyutvikling videre forskning og utvikling kan gi uante muligheter Nystartet utviklingsprosjekt: Second Generation Wood Fibre Composites 1 Research report, WOOD PLASTIC COMPOSITES STUDY - TECHNOLOGIES AND UK MARKET OPPORTUNITIES, written by Optimat Ltd and MERL Ltd, published by The Waste and Resources Action Programme, UK, 2003.

14 Mikrofibrillær cellulose (MFC) Microfibrillær cellulose kan lages ved disintegrering av cellulose fiber I prosessen åpnes fibrene slik at de kan deles opp i fibriller og mikrofibriller som fibrene er bygd opp av. Det resulterende materialet får en svært stor spesifikk overflate. Fibrillenes store lengde/bredde forhold og den hydrofile overflaten gjør at fibrillene binder mye vann og gir gellignende egenskaper.

15 Motivasjon Målsetningen er å lage fibriller med egenskaper tilpasset ulike applikasjoner. Eksempler på mulige applikasjoner: µm Filmer med lav permeabilitet Filmer med høy styrke Armering i kompositter Reologi modifikasjon Bærer av ulik funksjonalitet AFM bilde av fibriller (Bjørn Steinar Tanem, SINTEF)

16 Isolerte mikrofibriller 25 nm 25 nm 12,5 nm TEM bilder av mikrofibriller (Bjørn Steinar Tanem, SINTEF)

17 MFC produksjon: Homogenisering Homogenisering er en mekanisk prosess som splitter opp partikler eller dråper I finfordelte stabile dispersjoner eller emulsjoner.

18 MFC produksjon: Fluidisering Microfluidics M-110F Laboratory Microfluidizer

19 Prosjekt innen PROSBIO-programmet i Forskningsrådet: Products based on Cellulose-Polyolefin Composite Technology, Material and Process Development Hovedmål: Utvikle nye materialer med bedre prosesserings og/eller fysiske egenskaper ved å kombinere rene cellulosefiber/fibriller med polyolefiner Fiber Fibriller MCC

20 Prosjekt innen NANOMAT-programmet i Forskningsrådet: Development of new bio based materials using nanotechnology Mål: - Produksjon og karakterisering av mikrofibrillær cellulose (MFC) - Kjemisk funksjonalisering av MFC - Evaluering av funksjonalisert MFC i ulike applikasjoner AFM bilder av fibriller (Bjørn Steinar Tanem, SINTEF) nm

21 Oppsummering MFC MFC har egenskaper som er unike med hensyn på spesifikk overflate, muligheter for kjemisk modifisering, evne til å danne filmer etc. Eksempler på mulige applikasjoner: Filmer med lav permabillitet/høy styrke Armering i kompositter Reologi Bærer av ulik funksjonalitet Etc. Norden har treressurser og kunnskaper som skal til for å drive utviklingen. Konkurransefortrinn i forhold til lavkostland med bedre vekstforhold for skogen. Mange mulige applikasjoner med potensial for optimalisering og nyutvikling videre forskning og utvikling kan gi uante muligheter

22 Takk for oppmerksomheten! Takk til STFI-Packforsk, SINTEF og NTNU for godt samarbeid.