Bioplastics temmen

Dr. P.V. Kandachar laat een bakje zien van macaroni-kleurig plastic. Het voelt buigbaar en glad aan. In alles lijkt het op regulier plastic, zij het dat het gemaakt is van biokunststof. ,,Dit degradeert makkelijk in een composteringsbedrijf”, zegt Kandachar, die bij het laboratorium voor mechanische bedrijfszekerheid van Industrieel Ontwerpen onderzoek doet aan productontwikkeling met biokunststoffen.

Op dat gebied loopt Delft voorop. Er wordt weliswaar veel moeite gestoken in het ontwikkelen van biopolymeren (op basis van bijvoorbeeld aardappels of mais), maar daarbij let men vooral op de eigenschappen van het ruwe materiaal. Terwijl biokunststof, wil het ooit succesvol worden, toch ook op een fatsoenlijke manier tot een product verwerkt moet worden. De meest toegepaste manier om kunststofproducten te maken, is het materiaal in vloeibare staat in een matrijs te spuiten.

,,Wij proberen de eigenschappen bij spuitgieten boven water te krijgen”, zegt Kandachars collega ir. R.P. Koster. ,,Dan kun je tegen fabrikanten van het materiaal zeggen: dit is wat te bros of dit is te gevoelig voor temperatuurschommelingen.”

Dat laatste is een van de grootste problemen. Biopolymeren hebben sneller de neiging uiteen te vallen bij de verhitting die nodig is om te gieten. Kandachar: ,,Bovendien kan de cyclustijd bij de productie langer zijn en dat heeft weer gevolgen voor de prijs. Biokunststoffen kosten nog altijd drie à vier keer zoveel als reguliere plastics. Maar dat is ook een kwestie van volume.”
Naadje

Ook de geometrie van de matrijzen moet aangepast worden aan het materiaal. De afbreekbare kunststof heeft grotere openingen nodig om naar binnen te stromen en dat levert weer problemen op met de afwerking. Het proefbakje heeft op de bodem een uitstekende punt, die bij reguliere plastic bakjes al sinds de jaren zeventig mooi weggewerkt is. ,,Ik geloof niet dat mensen een bakje zullen kopen, alleen omdat het biodegradeerbaar is”, zegt Kandachar. ,,Ze kijken naar prijs en kwaliteit.”

Collega Koster laat een trekstaafje zien en wijst op het scheidingsvlak, waar de stromen vloeibaar kunststof uit twee openingen elkaar ontmoetten. ,,Hoe dat naadje zich gedraagt, moet je ook onderzoeken, net als de stootvastheid van het product. Als we alles willen weten, hebben we voor twintig jaar werk.”

Kandachar en Koster hopen dat het ooit komt tot internationale standaarden over de kwaliteit van biokunststoffen. Die zijn namelijk nodig om ontwerpers het vertrouwen te geven dat de producten die ze ermee maken, aan hun eisen voldoen. Tot die tijd zijn er overigens ook al mogelijkheden te over. Koster dook in de Verenigde Staten ooit een biodegradeerbareshampoofles op. ,,Voor 99 dollarcent, inclusief de inhoud. Het is dus al geschikt voor de massamarkt.”

Ook Kandachar heeft er alle vertrouwen in dat biokunststof nog eens gaat doorbreken. ,,Maar het duurt altijd twintig tot dertig jaar voor een nieuw materiaal op grote schaal toegepast wordt.”

In de tussentijd gaan de biokunststoffen een rol spelen in een ambitieus project van het Dioc Smart Product Systems: de Dutch-evo, een personenauto die bijna geheel uit lichtgewicht constructies moet gaan bestaan. Dat is een fikse uitdaging, want het is bedoeling dat de wagen qua ontwerp, veiligheid en prijs de concurrentie aankan met ‘gewone’ auto’s.

Kandachar: ,,Ik denk dat biokunststoffen nog versterkt kunnen worden met natuurlijke vezels, zoals vlas. Zo worden ze ook goedkoper. Het grootste probleem zal het leveren van een constante kwaliteit zijn – de lengte van vlasvezels heb je immers niet in de hand. Maar als iemand zich op de ontwikkeling van het materiaal stort, willen wij het wel testen.”

Dr. P.V. Kandachar laat een bakje zien van macaroni-kleurig plastic. Het voelt buigbaar en glad aan. In alles lijkt het op regulier plastic, zij het dat het gemaakt is van biokunststof. ,,Dit degradeert makkelijk in een composteringsbedrijf”, zegt Kandachar, die bij het laboratorium voor mechanische bedrijfszekerheid van Industrieel Ontwerpen onderzoek doet aan productontwikkeling met biokunststoffen.

Op dat gebied loopt Delft voorop. Er wordt weliswaar veel moeite gestoken in het ontwikkelen van biopolymeren (op basis van bijvoorbeeld aardappels of mais), maar daarbij let men vooral op de eigenschappen van het ruwe materiaal. Terwijl biokunststof, wil het ooit succesvol worden, toch ook op een fatsoenlijke manier tot een product verwerkt moet worden. De meest toegepaste manier om kunststofproducten te maken, is het materiaal in vloeibare staat in een matrijs te spuiten.

,,Wij proberen de eigenschappen bij spuitgieten boven water te krijgen”, zegt Kandachars collega ir. R.P. Koster. ,,Dan kun je tegen fabrikanten van het materiaal zeggen: dit is wat te bros of dit is te gevoelig voor temperatuurschommelingen.”

Dat laatste is een van de grootste problemen. Biopolymeren hebben sneller de neiging uiteen te vallen bij de verhitting die nodig is om te gieten. Kandachar: ,,Bovendien kan de cyclustijd bij de productie langer zijn en dat heeft weer gevolgen voor de prijs. Biokunststoffen kosten nog altijd drie à vier keer zoveel als reguliere plastics. Maar dat is ook een kwestie van volume.”
Naadje

Ook de geometrie van de matrijzen moet aangepast worden aan het materiaal. De afbreekbare kunststof heeft grotere openingen nodig om naar binnen te stromen en dat levert weer problemen op met de afwerking. Het proefbakje heeft op de bodem een uitstekende punt, die bij reguliere plastic bakjes al sinds de jaren zeventig mooi weggewerkt is. ,,Ik geloof niet dat mensen een bakje zullen kopen, alleen omdat het biodegradeerbaar is”, zegt Kandachar. ,,Ze kijken naar prijs en kwaliteit.”

Collega Koster laat een trekstaafje zien en wijst op het scheidingsvlak, waar de stromen vloeibaar kunststof uit twee openingen elkaar ontmoetten. ,,Hoe dat naadje zich gedraagt, moet je ook onderzoeken, net als de stootvastheid van het product. Als we alles willen weten, hebben we voor twintig jaar werk.”

Kandachar en Koster hopen dat het ooit komt tot internationale standaarden over de kwaliteit van biokunststoffen. Die zijn namelijk nodig om ontwerpers het vertrouwen te geven dat de producten die ze ermee maken, aan hun eisen voldoen. Tot die tijd zijn er overigens ook al mogelijkheden te over. Koster dook in de Verenigde Staten ooit een biodegradeerbareshampoofles op. ,,Voor 99 dollarcent, inclusief de inhoud. Het is dus al geschikt voor de massamarkt.”

Ook Kandachar heeft er alle vertrouwen in dat biokunststof nog eens gaat doorbreken. ,,Maar het duurt altijd twintig tot dertig jaar voor een nieuw materiaal op grote schaal toegepast wordt.”

In de tussentijd gaan de biokunststoffen een rol spelen in een ambitieus project van het Dioc Smart Product Systems: de Dutch-evo, een personenauto die bijna geheel uit lichtgewicht constructies moet gaan bestaan. Dat is een fikse uitdaging, want het is bedoeling dat de wagen qua ontwerp, veiligheid en prijs de concurrentie aankan met ‘gewone’ auto’s.

Kandachar: ,,Ik denk dat biokunststoffen nog versterkt kunnen worden met natuurlijke vezels, zoals vlas. Zo worden ze ook goedkoper. Het grootste probleem zal het leveren van een constante kwaliteit zijn – de lengte van vlasvezels heb je immers niet in de hand. Maar als iemand zich op de ontwikkeling van het materiaal stort, willen wij het wel testen.”