1. “Bio-based materiaal…
een alternatief of een welkome aanvulling?!”
Joop Onnekink
Passion to Create
We innovate, we create, we care
more than 100 specialists with a passion in product
innovation
© Pezy Product Innovation

2. We innovate, we create, we care
providing solutions that accelerate innovation, in multiple areas
Innovation consultancy and Ideation and
project management design
Product Development and Industrialization and
engineering manufacturing support
© Pezy Product Innovation
Pezy Product Innovation
» Wij ondersteunen onze klanten middels:
• Creeren van innovatieve product concepten
• Het ontwerpen van producten
• Advisering op gebied van maakbaarheid en materiaalkeuzes
• Het ondersteunen tijdens production start-up
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 4

3. Bio based kunststoffen
» Er vindt een enorme groei plaats in het aanbod van bio-based
materialen.
» Voor ontwerpers is het onduideliijk wat de mogelijkheden en
de beperkingen van deze materialen zijn.
» Pezy is daarom gestart met een inventarisatie van deze
materialen en is bezig om de toepasbaarheid in kaart te
brengen.
» Zowel de eigenschappen, ontwerpregels als ook de verwerking
van deze materialen zijn bekeken.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 5
Bio-based en/of bio-afbreekbaar
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 6

4. Biodegradatie
» Afhankelijk van milieu
• Bodem (soil burial)
• Water, zeewater
• Anaeroob (vergisting)
• Compostering (industrieel of thuis)
composteerbaar
norm EN13432
Biodegradability in watery medium (oxygen consumption and production of
CO2): Proof must be made that at least 90% of the organic material is
converted into CO2 within 6 months@ 58˚C
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 7
Beschikbare biopolymeren
» Er kan een onderscheid gemaakt worden in nieuwe bio-based
materialen en bio-based materialen met identieke structuur en
eigenschappen als bestaande “fossil-based” materialen.
» Denk hierbij aan bio-PE. Dit is een PE gebaseerd op ethanol uit
rietsuiker, maar uiteindelijk met gelijke producteigenschappen als een
“normale” PE.
» Ook materialen waarbij een gedeelte van het polymeer “bio” is kunnen
zo ingezet worden. Denk hierbij aan bio-PET.
» Dit zijn zgn “drop-ins” die voornamelijk op prijs zullen moeten
concurreren. Op dit moment zijn deze materialen nog duurder dan
reguliere “fossil-based” materialen, mede door schaalgrootte van
productie.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 8

5. Beschikbare biopolymeren
» Belangrijkste groepen biopolymeren, Bio based/ Biodegradable
• Cellulose en cellulose derivaten
• Zetmeel gebaseerde plastics (thermoplastisch zetmeel)
• Polyesters
• Polymelkzuur (PLA)
• Polycaprolactone (PCL)
• Polyhydroxy alkanoaten (PHA, PHB)
• Diverse (co-)polyesters
• Materialen gebaseerd op industriële eiwitten
• Op suiker gebaseerde plastics
• Blends van bovengenoemde materialen (met name thermoplastisch zetmeel en
polyesters)
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 9
Productiecapaciteit bio-based kunststoffen
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 10

6. Productiecapaciteit bio-based kunststoffen
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 11
Toepassingsgebieden
» De snelste groei kan gerealiseerd worden door het vervangen van
bestaande materialen in bio-based materialen in een reguliere supply
chain . Dit is vooral bij Bio-PET en Bio-PE.
» Hierdoor echter zullen in eerste instantie vaak de productkosten stijgen
door de geringere schaalgrootte.
» Het inzetten van nieuwe bio-polymeren in bestaande toepassingen
hebben vaak last van een hogere grondstofprijs en soms soortelijk
gewicht en anderzijds soms langere cyclustijden en dus hogere
productiekosten.
» Deze Bio-based materialen komen daarom vooral tot hun recht als ze
gekozen worden vanwege hun specifieke eigenschappen.
» Dit behelst met name de biodegradeerbaarheid die aan het eind van de
levenscyclus van belang kan zijn om kosten te besparen.
» Ook kan het zijn dat vanwege het risico dat het product per ongeluk in
het milieu terecht komt er voor biodegradeerbare kunststof gekozen
wordt.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 12

7. Toepassingsgebieden
Planable?
disposable durable
Focus on Bio-degradable Focus on long term
(compostability) behaviour
Focus on long term behaviour
AND bio-degradable
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 13
Disposables
» Typische materialen die hier ingezet worden zijn
• TPS bijv Solanyl van Rodenburg
• PLA bijv Ingeo van Natureworks
» De focus bij productontwikkeling ligt op de composteerbaarheid om aan
regelgeving te voldoen.
» Dit houdt in dat wanddiktes gelimiteerd zijn.
» Tevens betekent dit dat vochtbestendigheid en
temperatuurbestendigheid gelimiteerd zijn.
» De gebruiksduur van deze producten zal relatief kort zijn
» De uitdaging voor de ontwerpers ligt hier in het onderscheidend maken
van verpakkingen zodat de consument weet dat het composteerbaar
is!!
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 14

8. Voorbeelden van disposable toepassingen
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 15
Planables
» Voor veel toepassingen zoekt men een materiaal dat gedurende een
gedefinieerde tijd voldoende eigenschappen behoudt en vervolgens
milieuvriendelijk afbreekt.
» Dit noemen we binnen Pezy zgn Planables.
» Spelen met de verschillende parameters die afbreeksnelheid
beïnvloeden is een uitdaging.
» De normen voor composteerbaarheid zijn niet altijd nodig.
» Aanpassingen zijn
• materiaaltype, afhankelijk van omgeving
• Wanddikte om de afbraaksnelheid te beinvloeden
• Toevoegingen als vezels of natuurlijke additieven om afbraaksnelheid te vergroten of te
verlagen.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 16

9. Voorbeelden van planable toepassingen
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 17
Voorbeeld van goede bio-degradable oplossing
» Per jaar worden duizenden ballonnen opgelaten door kinderen met
daaraan een naamkaartje.
» Al deze ballonnen eindigen in de natuur.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 18

10. Voorbeeld van goede bio-degradable oplossing
» De “oogst” van de waddenvereniging op de stranden van onze
waddeneilanden.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 19
De oplossing
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 20

11. Strandspeelgoed,
afbreekbaar na lange
tijd in zeewater © Pezy Product Innovation
Strandspeelgoed
» Uitdagingen:
• Materiaalkeuze voor zowel kindveilig gebruik als milieuvriendelijke afbraak.
• Pigmentkeuze , aantrekkelijk en ook veilig.
» Status:
• Matrijs in aanmaak
• Materiaal selectie loopt
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 22

12. Een planable als oeverbescherming: Ground Consolidator
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 23
Diverse proefvakken met begroeiing
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 24

13. Diverse proefvakken met begroeiing
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 25
Voorbeelden van gerealiseerde durables
Mobieltjes met onderdelen
van biopolymeren
De Performer Energy
Care, een stofzuiger
van Philips, heeft een
kap waarin PLA
verwerkt is
Ijskrabber van HH PLA
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 26

14. Verwerking bio-based materialen
» Aangezien data en ervaring nog onvoldoende voor handen is voor
ontwerpers heeft Pezy zelf diverse testen uitgevoerd.
» Door in een eigen “standaard” matrijs te produceren kunnen verschillen
in materiaaleigenschappen, uiterlijk en verwerking eenvoudig
vergeleken worden. Tevens kunnen de procesomstandigheden
vergeleken worden met de berekeningen vanuit Moldflow voor zover er
materiaaldata voor handen is.door “standaard” bio-based materialen
gedekt.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 27
Verwerkingsparameters
» Qua verwerking soms grote verrassingen:
» Het volgen van de aanbevolen instelling leidt niet altijd tot resultaat.
Instellingen vlgs Instellingen sterk
datasheet afwijkend
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 28

15. Spiral flow matrijs voor vulgedrag
Spiral flow natural fibre reinforced material @2 mm thickness
Melt temperature settings acc datasheet, injection pressure 1250
bar
PP nat fibre PP nat fibre PP glass fibre @
@ 40⁰C @ 90⁰C 30⁰C mold
mold mold
Max Max Max
flowlength flowlength flowlength
14 cm 17 cm 48 cm
26-11-2012 © Pezy Product Innovation 29
Inspuitdrukken
» Bij goed lopende processen zijn er grote verschillen in vuldrukken door
verschillend vloeigedrag.
» Hier moet terdege rekening mee gehouden worden, vooral bij grotere
producten
vuldrukken (Bar)
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
PP homo ABS PC TPS PLA PLA-im PLA/PC PLA-gf
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 30

16. Verwerkingsgegevens
cyclustijd
60
50
40
30
20 cyclustijd
10
0
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 31
Samenvatting
» Bio based materialen zijn sterk groeiend in diversiteit en performance.
» Op dit moment zijn er al diverse hoogwaardige toepassingen die in de
markt staan waarbij op een juiste manier gebruik gemaakt wordt van de
specifieke eigenschappen van de polymeren.
» Ontwerpers zullen in de komende jaren goed op de hoogte gehouden
moeten worden om de groei in mogelijkheden bij te houden.
» Het (opnieuw) opbouwen van kennis op materiaal/ productie gebied is
voor productontwikkelaars belangrijk om risico’s in een project te
signaleren en te reduceren.
» Het toepassen van deze materialen voor de zgn planables is een grote
uitdaging, waarbij nog veel ervaring moet worden opgebouwd. Met
name de voorspelbaarheid op lange termijn is dan een issue.
28-9-2011 © Pezy Product Innovation 32