Репортаж от Wedoany，Институт микроструктуры материалов и систем Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems, IMWS) совместно с компанией DEUREX AG разработал новый тип полностью биоразлагаемого биопластика, который может использоваться в качестве готового решения (drop-in) для существующих пластиковых применений. Результат получен в рамках проекта WIR!-альянса «BioZ – биологические инновации из Цайца и Средней Германии», который одновременно функционирует как центр компетенций в составе метасети TransBIB. TransBIB объединяет предприятия, исследовательские институты и инновационные центры в области промышленной биоэкономики, ставя целью ускорение трансфера биотехнологий в промышленное применение.
Ядро проекта — разработка биологических восковых модификаторов свойств (biomers) для замены нефтехимических модификаторов, используемых в настоящее время в промышленности. Такие воски биоразлагаемы и могут производиться в промышленных масштабах из возобновляемого сырья. Цель исследований — частичная или полная замена нефтехимических модификаторов свойств в полимерных материалах, а также разработка новых рецептур для биологических упаковочных применений. Пластиковые соединения для сеток для упаковки фруктов и овощей — одно из ключевых направлений применения: в проекте предпринимаются попытки частично или полностью заменить традиционные полимеры инженерными биополимерами без потери технологичности и эксплуатационных свойств.
Отличительная особенность этого подхода — высокая вариативность. Используя биологические модификаторы, исследователи могут направленно регулировать технологические свойства таких биополимеров, как полибутиленсукцинат (PBS), — как повышая, так и понижая вязкость. Улучшается диспергируемость дополнительных наполнителей (например, красителей), а биоразлагаемость всей системы не нарушается. В настоящее время не известно сопоставимых платформенных технологий на основе возобновляемого сырья.
Большинство модификаторов на рынке основано на нефтехимических восках или привитых сополимерах, что ограничивает их применимость в биоразлагаемых областях. Новый метод изначально разработан с учётом совместимости с существующими промышленными процессами: биологические модификаторы могут перерабатываться непосредственно на действующем оборудовании, что обеспечивает относительно прямой путь к устойчивой трансформации существующих пластиковых систем.
Технологическая схема разработки выглядит следующим образом: сначала путём окислительной деструкции биологического сырья, полученного из жома сахарного тростника, направленно регулируется молекулярная масса; затем проводится химическая модификация реакционноспособных групп, чтобы целенаправленно влиять на взаимодействие модификатора с матрицей PBS. Полученные воски вводятся в биополимер методом периодического и непрерывного смешения в расплаве, после чего партнёры по проекту анализируют микроструктуру и свойства материала.
В ходе исследований подтверждена возможность масштабирования от лабораторного до пилотного уровня: при непрерывном смешении в расплаве на двухшнековом экструдере производительность выросла с примерно 1 кг/час в лаборатории до примерно 10 кг/час в пилотной установке. На последующем промышленном этапе разработанные рецептуры были успешно переработаны в выдувную плёнку и использованы для изготовления лент для упаковочных сеток. Экспериментальные данные показывают, что введение биовосков может существенно влиять на реологические и механические свойства PBS — даже добавка всего 1,5% заметно изменяет характер текучести, жёсткость и прочность материала.
Результаты проекта демонстрируют реальный путь перехода биологических инноваций из лаборатории в промышленное применение. Стыковка между разработкой материалов, масштабированием процесса и промышленным внедрением требует поддержки именно таких трансферных сетей, как TransBIB. Опыт проекта BioZ Waxes показывает, что успешный трансфер биологических инноваций — это не только разработка самого материала, но и наличие подходящих партнёров по применению, масштабирующей инфраструктуры и экспертизы, охватывающей всю цепочку создания стоимости. TransBIB, соединяя существующие инновационные центры, способствуя обмену между исследовательскими институтами и промышленностью, а также предоставляя различные цифровые инструменты, помогает ускорить промышленное внедрение результатов после успешного масштабирования.
