Con una forza lavoro combinata di quasi 300, 000 dipendenti, la plastica è uno dei principali settori industriali della Germania. L'industria gode anche di una forte posizione sulla scena internazionale, dovuto in gran parte alla sua produttività di ricerca. Alla fiera "K" di quest'anno, l'evento leader mondiale nel settore delle materie plastiche, un totale di 11 istituti Fraunhofer esporranno innovativi, concetti sostenibili ed efficienti, sviluppi e soluzioni per l'industria delle materie plastiche (16–23 ottobre; stand SC01, sala 7).

Sostenibilità, l'efficienza e la conservazione delle risorse sono alcuni dei temi chiave che guidano il dibattito sociale e politico in questo momento, e giustamente. In tale contesto, i riflettori sono sempre più puntati sulla plastica. Eppure la vita quotidiana sarebbe impensabile senza la plastica. Allo stesso modo, è un materiale destinato a svolgere un ruolo chiave nella produzione e nell'industria del futuro. Alla fiera "K" di quest'anno, che si svolge sotto lo slogan "Plastics for Future", gli istituti della Fraunhofer-Gesellschaft presenteranno le loro ultime innovazioni tecnologiche, progettati per contribuire a rendere l'industria della plastica di domani più sostenibile ed efficiente in termini sia di energia che di risorse. Tra i temi affrontati allo stand Fraunhofer ci sono le materie plastiche con nuove proprietà; nuovi approcci alla produzione, riciclaggio e riutilizzo della plastica; e ottimizzazione dei processi.

Ridurre l'uso delle risorse nella produzione

L'obiettivo dei moderni metodi di produzione dovrebbe essere quello di ridurre il consumo di risorse preservando un alto livello di funzionalità del prodotto. Ciò non solo aumenta la redditività del prodotto in questione; contribuisce inoltre in modo decisivo a rafforzare la sostenibilità della produzione industriale e quindi ad aumentarne l'accettazione.

Questo è il percorso seguito dal Fraunhofer Institute for Microstructure of Materials and Systems IMWS con lo sviluppo di strutture leggere realizzate con semilavorati in organo-sandwich. Fraunhofer IMWS ha dimostrato che è possibile produrre prodotti leggeri, strutture sandwich termoplastiche pronte per l'uso, economiche ed efficienti, in un processo innovativo adatto alla produzione di massa.

Il design leggero è anche il campo in cui il Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP presenta un nuovo sviluppo. Utilizzando un nuovo tipo di forno che genera temperature fino a 2850 °C, i ricercatori del Fraunhofer IAP sono riusciti a produrre fibre di carbonio a base biologica da materiali rinnovabili, le cui proprietà superano in parte quelle delle fibre di carbonio convenzionali. Inoltre, questo nuovo processo consente una sostanziale riduzione dei costi di produzione.

L'Istituto Fraunhofer per la ricerca sul legno, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI presenta anche un'innovazione che preserva le risorse:un vassoio di plastica ecologico e sostenibile per il trasporto di piccoli oggetti. I vassoi in polipropilene vengono utilizzati per il trasporto e lo stoccaggio di milioni di articoli ogni giorno all'ingrosso, commercio al dettaglio e industria. I ricercatori Fraunhofer sono ora riusciti a sostituire fino al 25% del polipropilene utilizzato nella produzione di tali vassoi con fibre di legno. Inoltre, i nuovi vassoi non sono solo più sostenibili, ma anche più resistenti e leggeri, a parità di costi di produzione.

I nuovi materiali sviluppati dall'Istituto Fraunhofer per la tecnologia chimica ICT sono destinati a dare una spinta significativa al riciclaggio. I nuovi compositi PLA auto-rinforzati di Fraunhofer ICT hanno un'elevata resistenza meccanica e rigidità, anche a temperature elevate. E, come PLA puro, sono completamente biobased oltre ad essere duttili, facile da riciclare e biodegradabile industrialmente. Per di più, l'energia consumata durante la produzione di PLA, e quindi anche la sua CO ₂ equivalente:è circa la metà di quella coinvolta nella produzione di polimeri convenzionali rinforzati con fibra di carbonio come quelli contenenti polipropilene. Inoltre, il nuovo processo riduce sostanzialmente i costi di produzione.

Dal riciclaggio all'upcycling

Di tutti i materiali, forse non c'è nessuno più adatto al riciclaggio e al riutilizzo della plastica. Le opzioni qui sono molto varie e vanno dal semplice riciclaggio della plastica come materiale, al suo riutilizzo in una qualche forma di upcycling, ad un recupero termico di energia mediante combustione.

Il Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy sta dimostrando come progettare, per materie plastiche, una filiera per il riciclo di energia e materiali secondo principi circolari. Il consorzio dietro il cluster sviluppa servizi speciali per, e in collaborazione con, l'industria delle materie plastiche, compresi i beni di consumo associati e le società commerciali, nonché l'industria del riciclaggio.

Una delle principali sfide che l'industria deve affrontare è come gestire alcuni tipi di rifiuti di plastica come l'involucro di alluminio. L'Istituto Fraunhofer per la durabilità strutturale e l'affidabilità dei sistemi LBF sta attualmente studiando questo problema. In un progetto intitolato Up-cyclePET, I ricercatori di Fraunhofer hanno unito le forze con la società EASICOMP GmbH per sviluppare materiali di alta qualità da rifiuti di plastica a vita breve per un ulteriore utilizzo in applicazioni di lunga durata come le parti automobilistiche leggere. Fornendo il materiale di base vengono utilizzate bottiglie per bevande in polietilene tereftalato (PET).

Anche l'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria interfacciale e la biotecnologia IGB sta studiando l'uso dei rifiuti come fonte di materie prime per la produzione. Tali fonti includono la sostanza naturale 3-carene, che è un costituente della trementina e si presenta in questa forma come sottoprodotto nella produzione di polpa di cellulosa dal legno. La pratica comune fino ad oggi è stata quella di smaltirlo mediante incenerimento. Però, utilizzando nuovi processi catalitici, i ricercatori del Fraunhofer IGB sono ora riusciti a convertire il 3-carene in sostanze che possono essere utilizzate come componenti per le plastiche a base biologica. Queste nuove poliammidi organiche non solo sono trasparenti ma hanno anche un'elevata stabilità termica, che li rende adatti a un'ampia gamma di applicazioni.

Maggiore efficienza grazie a processi innovativi

Al fine di rendere l'industria delle materie plastiche più sostenibile ed efficiente in termini di energia e risorse, varie altre questioni chiave devono essere affrontate. Questi includono un miglioramento dei metodi di elaborazione esistenti e lo sviluppo di nuovi.

L'Istituto Fraunhofer per l'ingegneria di processo e l'imballaggio IVV espone un dispositivo intelligente per testare gli imballaggi pelabili. Il Pack Peel Scan viene utilizzato per misurare la forza necessaria per aprire i vassoi di plastica e le confezioni di pellicola di plastica. I dati registrati possono quindi essere utilizzati direttamente per valutare la qualità del sigillo. Inoltre, dati specifici sulla variazione della forza richiesta durante l'apertura della confezione possono essere applicati anche in combinazione con metodi di apprendimento automatico (AI) al fine di prevedere errori di processo.

I sistemi microfluidici sono utilizzati per trasportare, filtrare e miscelare minuscole quantità di liquido nell'ordine dei microlitri e dei picolitri. La medicina e le biotecnologie sono i classici campi di applicazione di questa tecnologia. L'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT ha perfezionato la produzione di chip microfluidici personalizzati mediante un processo basato su laser che offre una serie di vantaggi. Per esempio, non è necessario l'uso di assorbenti. Inoltre, un raggio laser può essere utilizzato per lucidare individualmente aree selezionate, ottenendo così un alto grado di trasparenza per applicazioni come la spettroscopia.

L'Istituto Fraunhofer per l'ottica applicata e l'ingegneria di precisione IOF sta dimostrando una tecnica avanzata per la deposizione di strati atomici (ALD). Questo è un processo di rivestimento chiave, Usato, Per esempio, per ottenere proprietà ottiche uniformi su tutta la superficie interna ed esterna dell'ottica in plastica.

Il Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM presenta un nuovo sviluppo nel campo della tecnologia dei sensori. Questo nuovo sensore di riconoscimento dei gesti di Fraunhofer IFAM è realizzato con un materiale a base di polimeri e utilizzato per controllare le applicazioni Industrie 4.0. Il sensore è conveniente e adatto a un'ampia gamma di applicazioni.

SAMMI è un nuovo sistema sviluppato presso il Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR. È progettato per scansionare articoli su un nastro trasportatore o una linea di produzione e utilizza la tecnologia ad alta frequenza per rilevare minuscoli corpi estranei o danni. Ciò consente l'identificazione rapida e affidabile della contaminazione negli alimenti confezionati, Per esempio.