Technologia MuCell w zgodzie z naturą

Sposób myślenia o ochronie środowiska zaczyna pomału wkraczać do firm produkcyjnych. Istnieją producenci, którzy poprzez swoje produkty, nota bene z tworzywa sztucznego, starają się oddać naturze to, co dla niej dobre. O technologii MuCell, czyli mikrokomórkowym spienianiu polimerów termoplastycznych, mówi się nie od dzisiaj, ale czy również w kontekście pożytecznego zastosowania?

Austriacki producent Juwel przy współpracy z firmą KraussMaffei zaprojektował kompostownik, który umożliwia zagospodarowanie odpadów organicznych i pomaga w wytwarzaniu wysokiej jakości ziemi ogrodniczej. Opatentowany, trójfazowy kompostownik Aeroplus 6000 opierający się na innowacyjnym systemie wielokomorowym, gdzie w każdej komorze rozkładana materia osiąga kolejny etap, umożliwia przekształcenie odpadów organicznych, takich jak: resztki roślin, odpadki kuchenne (skorupy jaj, fusy z kawy i herbaty), gałęzie, słoma, popiół, odchody zwierzęce i inne, w wysoką jakość nawozu organicznego znacząco zmniejszając ilość tych odpadów. Oczywiście materia organiczna nie jest trwała i po pewnym czasie sama ulegnie rozkładowi. Jednak warto procesowi nadać tempo realizacji, bo czas jest tym, czego nam bezustannie brakuje. Wewnątrz komór panują przyjazne warunki do zachodzenia procesów rozkładania, czyli optymalne nawilżenie i czystość, latające owady nie mają tutaj dostępu. System otworów odpowiada za dostęp i prawidłową cyrkulację powietrza, bez którego można spodziewać się działania bakterii beztlenowych, co nie jest tutaj pożądane, bo prowadzi do gnicia materii. Koncepcja kompostownika Aeroplus 6000  otrzymała nagrodę Red Dot Design Award, jest to potwierdzenie wysokiej jakości wzornictwa w świecie designu.

Początkowo austriacki producent nawiązał współpracę z firmą KraussMaffei w ramach innych produktów. A dokładnie elementów stosowanych w ogrodnictwie, takich jak obrzeża ogrodowe, palisady do rabatek, które produkowane były z wykorzystaniem metody chemicznego spieniania. Firmie zależało jednak na tym, aby wyeliminować w trakcie formowania wtryskowego chemiczny środek spieniający. Jeszcze do niedawna firma wykorzystywała substancję chemiczną propelent, gaz pędny, który podczas plastyfikacji polimeru ulegał dysocjacji i powodował emisję głównie dwutlenku węgla. Ale to nie wszystko. W trakcie procesu chemicznego wydzielane były również metale ciężkie, co wiązało się z trudnościami kontrolowania procesu oraz negatywnym wpływem na środowisko naturalne. Poza tym, metoda ta przestała być akceptowana przez Unię Europejską w ramach rozporządzenia REACH przyjętego w celu ochrony środowiska i zdrowia człowieka przed zagrożeniami jakie mogą stanowić substancje chemiczne, a także przez amerykańską instytucję rządową FDA (Agencja Żywności i Leków), która ustala wymagania dla przedmiotów mających kontakt z żywnością, co miało miejsce w przypadku stosowania palisad przy uprawach jadalnych roślin w ogródkach. Dlatego firma zdecydowała się na zmianę kierunku produkcji. Wybór padł na technologię MuCell, gdzie stosuje się płyn nadkrytyczny SCF, czyli  fizyczny środek spieniający pozyskiwany z gazów atmosferycznych, najczęściej jest to N2. Może być on stosowany w branży spożywczej i medycznej, ma wysoki współczynnik dyfuzji i dobre właściwości rozpuszczające. SCF dodawany jest do polimeru w cylindrze uplastyczniającym, gdzie przy zachowaniu odpowiednich warunków temperatury i ciśnienia następuje kontrolowane zarodkowanie, wzrost i stabilizacja pęcherzyków. Taki jednofazowy roztwór jest wtryskiwany do gniazda produkcyjnego tworząc mikroporowatą strukturę < 100 µm. Realizacja tego planu spotykała się jednak z dużymi problemami. Firma przyznaje, że podejmowała wcześniej próby związane z wdrożeniem technologii Mucell, które nie przyniosły oczekiwanych efektów, co spowodowało nawet zniechęcenie do pomysłu. Wówczas zwróciła się ona o wsparcie techniczne do firmy KraussMaffei, która wspólnie ze swoim partnerem biznesowym firmą Trexel, dostarczającą sprzęt technologiczny,  dostosowała technologię do wymogów klienta ukazując wszystkie jej zalety i możliwości. Okazało się, że założenia które wcześniej wydawały się niewykonalne są możliwe do zrealizowania. Zaczęto więc zastanawiać się nad wdrożeniem technologii MuCell do produkcji istniejącego już kompostownika. Przeprowadzone analizy ujawniły potrzebę ponownego przemyślenia koncepcji projektu i przeprojektowania go. Do tej pory grubości ścianek był równomiernie grube, spełniające określone właściwości mechaniczne podyktowane ograniczeniami produkcyjnymi i słabym przepływem tworzywa. Przy zastosowaniu MuCell równomierne grubości ścianek nie są już wymagane i możliwe stało się zastosowanie cieńszych ścianek o strukturze pianki, które idealnie zachowują wytrzymałość mechaniczną i stabilność wymiarową. Ekspansja środka spieniającego pozwoliła wyeliminować kurczliwość podczas formowania i zmniejszyć naprężenia własne.

Przeprowadzone w Monachium testy wytworzenia kompostownika Aeroplus 6000 zakończyły się sukcesem. Firma Juwel zdecydowała się na zakup maszyny produkcji KraussMaffei serii MX CellForm wyposażoną w technologię MuCell oraz w odpowiedni system sterowania procesem. Ciekawe jest to, że wtryskarka taka służy również do standardowych rozwiązań. Firma uzyskała to, na czym jej zależało, czyli kompostownik składający się z części wykonanych ze spienionego polipropylenu wolny od metali ciężkich oraz substancji BPA. Pojawiła się również dodatkowa zaleta. Mianowicie powierzchnie wykonane ze spienionego tworzywa zapewniają izolację termiczną, co przyspiesza proces wytwarzania nawozu organicznego. Urządzenie nie generuje dodatkowego ciepła, gdyż jedyne ciepło to te, które jest wytwarzane wewnątrz urządzenia.  Dlatego nie przyczynia się do ogrzewania klimatu.

Pomimo tego, że ceny tworzyw sztucznych stale wzrastają, zarówno nowych jak i  odzyskanych w procesie recyklingu, to rynek sprzedaży nie akceptuje wyższych cen.  Firma szukała sposobu na zwiększenie wydajności. W porównaniu z konwencjonalną metodą wytwarzania zastosowanie MuCell pozwoliło na uzyskanie oszczędności materiałów o 11%. Proces formowania odbywa się przy niższym ciśnieniu niż w przypadku konwencjonalnych części, można uzyskać zmniejszenie kosztów produkcji, mniejsze zużycie energii elektrycznej, a w szczególności zmniejszenie emisji szkodliwych substancji. Produkt jest długotrwały. Wszystkie elementy są wymienne. W przypadku potrzeby wymieniany jest tylko dany elementy, a nie cały produkt. Mniej odpadów oznacza zrównoważony rozwój. Jest to spłata części długu cywilizacji wobec natury. Przedstawicielem firmy KraussMaffei w Polsce jest spółka Dopak z Wrocławia.

Magdalena Kazimierczuk

Kwartalnik Tworzywa