Volgende week donderdag kom je meer te weten over het testen en toepassen van bioplastics tijdens de presentatie van Erwin Zant op het Symposium – Circulaire Bioplastics van Green Serendipity in Amsterdam. Ziet Erwin jou daar ook?

Meer informatie

Datum: 04 juli 2024
Tijd: 09:30 – 17:00 uur
Locatie: Science Park Amsterdam

 

Meer informatie over het symposium vind je op de website.

In 2027 gaat naar alle verwachting de Nationale Circulaire Plastics Norm (NCPN) in. Het doel van deze norm is om fossiele polymeren te vervangen door recyclaat en/of biogebaseerde polymeren. Hoewel dat nog ver weg klinkt, is dit hét moment om de voorbereidingen te treffen voor deze transitie. Verwerk jij fossiele plastics bij de productie van deel- of eindproducten voor de Nederlandse markt? Lees dan hoe je – met behulp van deze tijdelijke subsidie – goed voorbereid aan de start van deze transitie verschijnt.

 

Let op: er is een subsidieplafond. De aanvraagperiode start op 18 juni, dus wees er op tijd bij.

 

Voor wie geldt deze nieuwe norm?

 

De Nationale Circulaire Plastics Norm die beoogd wordt, geldt voor verwerkers. Dit zijn bedrijven die polymeren, waaraan additieven of vulstoffen kunnen zijn toegevoegd, verwerken tot plastic deel- of eindproducten. Denk bijvoorbeeld aan (blaas)extrusiebedrijven, en spuitgieters. De streefwaarde voor bijmengen van circulaire plastics door middel van deze subsidie regeling ligt op 25-30%. Indien dit percentage niet mogelijk is, mag er ook minder worden toegepast zolang het gaat om een significante toename van circulaire plastics.

 

Gesubsidieerd overstappen

Om je te helpen bij de transitie van fossiele naar circulaire plastics, stelt het Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat de ‘Tijdelijke subsidieregeling omschakeling naar verwerking circulaire plastics’ beschikbaar. Deze subsidie is bedoeld om je te stimuleren aanpassingen in jouw product en proces te testen en door te voeren. Zodat je op 1 januari 2027 klaar bent voor de (beoogde) invoering van de NCPN.

 

Wat valt er onder de subsidie voor verwerkers?

Met deze subsidie kun je één of meerdere productietesten met recyclaat en/of biogebaseerd plastic (laten) uitvoeren. Dit zijn technische tests, gericht op het verwerken van circulaire plastics in jouw producten. Bedrijven krijgen ook subsidie voor het inkopen van expertise/advies, deskstudie en het laten testen van materiaal bij derden (‘kosten derden’). Als je jouw aanvraag na de opening op 18 juni snel indient, dan krijgt je 75% van de kosten vergoed. Lees de voorwaarden hieronder.

 

Subsidie in het kort

• Voor wie: bedrijven die virgin polymeren verwerken tot plastic deel- of eindproducten voor de Nederlandse markt (‘verwerkers’).
• Wat: 75% van de kosten voor het uit (laten) voeren van productietesten – en verbonden activiteiten – wordt vergoed (tot een maximum van € 25.000 subsidie per aanvrager). Onder verbonden activiteiten valt o.a.: inkoop van expertise of advies, inkoop van proefmatrijzen, uitvoeren eigen studies ter voorbereiding van de productietest, doen van kleine aanpassingen aan eigen apparatuur en matrijzen en testen van materialen bij of door derden.
• Kosten derden: op basis van een offerte worden kosten derden ook voor 75% vergoed.
• Wanneer aanvragen: de subsidie gaat op 18 juni 2024 om 09:00 open en sluit op 3 oktober 2024 om 12:00 uur. Je dient je aanvraag in bij de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland.
• Belangrijk: er is in totaal € 6.000.000 beschikbaar. Op is op. Dus vraag nu alvast een offerte aan, zodat je straks alle informatie hebt om de aanvraag direct in te dienen als deze opent.

 

Waarom een productietest uitvoeren

Je wilt dat jouw (deel)producten, ook met circulaire plastics, aan dezelfde kwaliteitseisen voldoen. Om daarvoor te zorgen is het belangrijk om nu alvast te onderzoeken welke circulaire plastics beschikbaar zijn en wat de impact hiervan is op de producteigenschappen en verwerkbaarheid. Die informatie krijg je uit een productietest.

 

Hoe ziet een productietest eruit?

Hieronder beschrijven we een mogelijk stappenplan dat je kunt hanteren:

 

Stap 1 de voorbereiding: als eerste ga je uiteraard op zoek naar een geschikte circulaire grondstof. Heb je er één (of meerdere) gevonden? Dan wil je daarvan alvast een aantal kritische eigenschappen testen, voordat je de productieproef start. Denk bijvoorbeeld aan vervuiling, verwachte mechanische eigenschappen en vloeigedrag. Ook is het interessant om jezelf de vraag te stellen of je bijvoorbeeld een gecompoundeerd recyclaat of een regrind kunt toepassen of dat het aan bepaalde wetgeving/certificering moet voldoen (bijvoorbeeld EFSA).

 

Stap 2 de productieproef op labschaal (bijvoorbeeld bij derden): heb je nu een beeld gekregen of het beoogde circulaire plastic aan jouw eisen zou moeten kunnen voldoen? Dan is het tijd om dit te gaan toepassen in jouw eigen product. Je kunt het nieuwe beoogde circulaire plastic in verschillende hoeveelheden toevoegen: van 15%, 30% of zelfs 50%. Hoe meer je toevoegt, hoe duidelijker je een beeld krijgt van de invloed van het recyclaat op het proces en de producteigenschappen. Denk bijvoorbeeld aan het effect op de mechanische eigenschappen zoals treksterkte en impactsterkte. Daarnaast wil je natuurlijk ook weten hoe stabiel je spuitgiet- of extrusieproces is en welke machine-opstelling (onder andere mengen, drogen, doseren) en machine-instellingen (onder andere temperatuur, druk, koeltijd) tot een goed product leiden.

 

 

Stap 3 de productieproef op productieschaal: met de informatie uit de bovenstaande productietesten heb je alle kennis in huis om een productietest op te zetten op jouw eigen verwerkingsmachines. En om de proef op een wat grotere schaal uit te voeren, in jouw eigen productieomgeving. Met deze laatste productieproef achterhaal je of de beoogde productkwaliteit gehaald wordt en er een stabiel proces is.

 

Zelf testen versus uitbesteden

Je kunt de bovenstaande stappen 1 en 2 zelf uitvoeren of naar wens (deels) uitbesteden. Het laatste heeft vier belangrijke voorbeelden:

 

1. De reguliere productie wordt niet verstoord.
2. De tests worden in een gecontroleerde omgeving uitgevoerd.
3. Je ontvangt een heldere rapportage, waar je continu op terug kan grijpen.
4. De kans op een succesvolle proef is groter, dankzij het uitvoerige vooronderzoek.

 

 

Wil je onafhankelijk advies?

En een helder testrapport, waarin je stap voor stap terugvindt welke handelingen er uitgevoerd zijn om tot het beste resultaat te komen? Onze engineers helpen je graag om een weloverwogen keuze te maken in jouw transitie naar circulair plastic. Zowel in de voorbereiding als in de productietesten kunnen zij jou helpen. Dat kan zowel in onze eigen testfaciliteit als bij jou op locatie. Heb je in het verleden al eens een productietest gedaan en kwam daaruit dat het niet mogelijk was om circulaire plastics toe te voegen? Ook dan gaan we graag met jou op zoek naar een manier waarop je wél aan de nieuwe norm kunt voldoen. Neem daarvoor vrijblijvend contact met ons op of vraag direct een offerte aan.

 

Duurzame Innovatie bij Hemmink

Duurzaamheid is een groeiend thema in de kunststofindustrie met het zicht op de Circulaire Plastics Norm die naar verwachting in 2027 start. Bedrijven realiseren zich de noodzaak om verantwoord om te gaan met grondstoffen en te zoeken naar manieren om hun producten duurzamer te maken. We spraken met Ferry Overweg, product manager bij Hemmink in Zwolle. Voor Hemmink was de vraag naar verduurzaming en het tekort aan grondstoffen de aanleiding om retourstromen van kunststofproducten te willen hergebruiken. Hun ‘eigen’ spijkerclip was daarbij een logische eerste stap.

 

De Aanleiding

Hemmink is een leverancier van producten, oplossingen en concepten voor de (woning)bouw, utiliteit en industrie. Onderdeel van Hemmink is productiemaatschappij JMV (Janssen Metaalwerken Vorden) dat een bevestiging voor buizen en kabels vervaardigt uit kunststof, zogeheten spijkerclips. Ze zijn geen kunststofproducent, omdat het spuitgieten wordt uitbesteed, maar zien wel dat ze op weg moeten naar een duurzame toekomst. Natuurlijk onder druk van de aankomende wetgeving, maar ze willen ook graag voorloper zijn als het gaat om deze initiatieven en leveranciers en de markt inspireren. “Je wil niet dat iedereen zegt: we zijn voor zoveel % verduurzaamd en dat wij nog steeds met uitsluitend virgin producten werken.” aldus Ferry Overweg, product manager bij Hemmink.

 

Daarbij willen ze ook meer kennis opdoen over het toepassen van recyclaat in bestaande producten. De eigenaar van het spuitgietbedrijf dat Hemmink destijds leverde, toonde interesse in het gebruik van recyclaat, wat uiteindelijk heeft geleid tot het gezamenlijk initiëren van dit project. Voor het uitvoeren van het project zijn ze een samenwerking aangegaan met Polymer Science Park (PSP).

 

 

Het Project

Nadat duidelijk was welk materiaal en welke eigenschappen er nodig zijn voor de spijkerclips, is PSP gaan zoeken of er een recyclaat beschikbaar was om het virgin materiaal (deels) te vervangen. Toen bleek dat dit mogelijk was, is het testen van de verschillende materialen gestart. Het virgin materiaal is vergeleken met het best passende recyclaat ten opzichte van de kwaliteiten en eigenschappen van het virgin materiaal.  Het was hierbij van cruciaal belang dat de kwaliteit en karakteristieke eigenschappen van het recyclaat zo dicht mogelijk bij de waarden van het virgin materiaal kwamen te liggen.

“Duurzaam is prima, graag zelfs. Maar wij willen niet dat het ten koste gaat van de productkwaliteit. Het is een compromis die wij niet willen sluiten, wetende dat een kortere levensduur van producten ook niet duurzaam is.“

Het volledig vervangen voor recyclaat is getest met behulp van de volgende test-mogelijkheden:

• Trekproef (Tensile test)
• Melt Flow Index (MFI)
• Impactsterkte
• UV verouderingstest

Daaruit bleek volledige vervanging (nog) niet mogelijk. Er is toen gekozen om een deel van het virgin materiaal te vervangen door recyclaat. Er zijn meerdere verhoudingen om tot de uiteindelijke succesvolle samenstelling te komen dat positief uit alle tests is gekomen. Met die specifieke samenstelling zijn proefspuitingen gedaan in het verwerkingslaboratorium van PSP. De proefspuitingen onder leiding van Nils en de aanvullende tests verliepen gestroomlijnd zonder verstoppingen en aanzienlijke afwijkingen (variabelen). Dit is uiteindelijk overgedragen aan de spuitgieter waar Hemmink mee samenwerkt, om de samenstelling toe te passen in de productie van het daadwerkelijke product.

“Het was fijn om PSP erbij te hebben als kennispartner”

Er zijn geen concessies gedaan en Hemmink staat dan ook 100% achter het uiteindelijke product. Wat er wel verandert bij het toepassen van recyclaat is dat je niet altijd controle hebt over het aanbod van recyclaat. Tijdens het testen bleek een zwarte korrel het beste te passen bij de spijkerclip dat vermengd werd met heldere virgin korrels. Het voordeel daarbij is dat zwart toevallig ook nog een trendkleur is. Er kan ook gekozen worden voor meerdere kleuren, maar dan krijg je wel een heel bont palet aan kleuren in het eindproduct.

 

Van Succes naar Toepassing

Het project is succesvol afgerond, wat de weg vrij maakt om het ook toe te gaan passen. Door een aantal praktische zaken in de operationele sfeer, is het er in 2023 niet van gekomen. Het voornemen is echter om dit in 2024 verder op te pakken. De eerste waarschijnlijke stap daarbij zal dan zijn dat er een recyclaat variant van de spijkerclip komt met de samenstelling uit het project, naast de bestaande variant gemaakt van virgin kunststof. Daarbij verwacht Hemmink geen aanzienlijk prijsverschil tussen de varianten, wat wel afhankelijk is van de recyclaatprijzen.

 

Zijn jouw kunststoffen al toekomstbestendig? PSP kijkt graag mee hoe de kunststofproducten en processen verduurzaamd kunnen worden. Neem daarvoor vrijblijvend contact met ons op.

En hoe het vaak wél kan

Steeds meer bedrijven stappen over op gerecycled kunststof (recyclaat). Omdat ze het willen, omdat het gevraagd wordt óf allebei. De wens is groot, maar de uitvoering lijkt nog weleens een drempel te zijn. In deze blog helderen we de 3 grootste misverstanden op over recyclaat.

Regelmatig spreken we bedrijven die zoeken naar een duurzamer alternatief voor de kunststof waarmee ze – soms al tientallen jaren – produceren. Een aantal van die bedrijven heeft al eens geprobeerd met recyclaat te werken, maar zijn nog niet overtuigd. ‘Het loopt niet lekker op de spuitgiet- of extrusiemachines.’ Of: ‘Mijn product brak sneller.’

Dat kan natuurlijk! Maar dat betekent nog niet dat het onmogelijk is om recyclaat in te zetten. Met de juiste kennis en handelingen kan er meer dan je denkt. Te vroeg concluderen dat recyclaat geen optie is, is dan natuurlijk jammer.

 

Hoe dan wel?

Door vooraf goed in kaart te brengen aan welke eisen jouw product moet voldoen én welke eigenschappen het recyclaat moet hebben. Je wil namelijk weten welke impact een switch naar recyclaat heeft op drie aspecten: het productieproces, het uiterlijk van je product én de kwaliteit van je product. Dat leggen we verder uit aan de hand van drie misverstanden over recyclaat:

 

1. Mijn machines kunnen er niet goed mee werken (productieproces)

Vraag een operator die ooit met recyclaat heeft gewerkt zónder het proces aan te passen, en het antwoord zal overwegend negatief zijn.

Klopt de aanname? Dat werken met recyclaat aandacht vraagt klopt. Het kan uitdagend zijn. Meestal zit die uitdaging in de ‘vloei’ van het materiaal, ofwel: de MFI-waarde. Als je virgin kunststof inkoopt, is de MFI-waarde constant. Bij recyclaat kan de MFI-waarde hoger of lager zijn dan virgin. Ook kan de MFI-waarde variëren, omdat de bron ook steeds varieert. Je kunt hier problemen mee krijgen in de productie.

 

Wat is de oplossing? Hier leiden meerdere wegen naar Rome. Ten eerste kun je een ander recyclaat zoeken met de juiste MFI-waarde. Een tweede oplossing is de MFI-waarde te laten verhogen of verlagen door de formulering aan te passen. Je kunt lage en hoge MFI-recyclaat namelijk met elkaar mengen. Een andere optie is dat je virgin kunststof bij laat mengen. Tot slot kun je variatie opvangen door het proces en materiaal goed op elkaar af te stemmen. In het voorbeeld lees je wat je kunt doen bij een variërende MFI-waarde.

 

Vooraf kwaliteitstesten doen is dus cruciaal. En de MFI-waarde bepalen, dat is daar een belangrijk onderdeel van. Lees alles over inkomende kwaliteitstesten in deze blog.

 

2. Mijn product ziet er niet hetzelfde uit (uiterlijk/optisch)

‘De kleur die ik gebruik is niet beschikbaar in recyclaat. De producten zijn niet zo transparant als met virgin kunststof of er zitten strepen in. De consument wil dat niet.’

 

Klopt de aanname? Ja en nee! Over de beschikbaarheid: gelukkig zijn er tegenwoordig veel meer kleuren recyclaat beschikbaar omdat de sorteringsprocessen verbeterd zijn. Kom je vandaag de dag nog steeds niet aan je kleureisen? Neem dan je klant mee in de verduurzaming, zoals in het voorbeeld van de verfemmer (zie kader).

Wat is de oplossing? Wil je overstappen op recyclaat en is jouw kleur lastig te matchen? Dan zal je moeten ‘omdenken’ en je marketing en de (eind) klant mee moeten nemen in de verduurzaming slag.

Met het loslaten van de optische eigenschappen wordt de keuze reuze in gerecycled plastic. Natuurlijk gaat dat niet voor elk product op. Omdat het een zichtbaar onderdeel is van een ander product of omdat het glanzend of transparant moet zijn. Daarom denken we altijd graag mee in zo’n overstap.

 

“De overstap op recyclaat kan iets vragen van je product-design of marketing.”

Martine Bonnema, Business Manager R&D

 

3. De kwaliteit is niet goed genoeg (mechanisch)

‘Met recyclaat wordt mijn product brosser en breekt het sneller. Ik kan niet vertrouwen op een kwalitatief hoog resultaat.’

Klopt de aanname? Ook hier is het antwoord: ja en nee. Gerecycled materiaal dat keer op keer is verwerkt, kan degraderen.  Daardoor wordt het minder sterk of een stukje brosser. Ook kent recyclaat meer variatie (zie ook het eerste punt) en kan de kwaliteit van je product variëren.

Wat is de oplossing? Meten is weten! Aan welke eisen moet je product minimaal voldoen? Wordt jouw product zwaar belast, dan is er een hoogwaardig recyclaat nodig of kun je het laten modificeren met additieven.  Of je zult het eerst moeten doen met een mix van virgin en recyclaat zoals in dit project. Vooraf onderzoeken hoeveel procent recyclaat je kan (laten) bijmengen is dus belangrijk. Ervaring leert dat tegenwoordig veel producten ontworpen zijn op een hogere kwaliteit dan feitelijk nodig.  Door (opnieuw) de minimale producteisen vast te stellen, maak je als het ware een ‘paspoort’ van jouw product. Daarmee weet je precies welke waardes (de materiaaleigenschappen) je recyclaat moet hebben. Dat verruimt je keuze uit recyclaten aanzienlijk.
Een screening vooraf is dan ook onmisbaar, van zowel van je huidige als nieuwe materiaal. Alleen zo weet je of je met een bepaald type recyclaat  aan de kwaliteit kan voldoen. We adviseren altijd minstens het volgende te onderzoeken en een benchmark te doen: FTIR-ATS, DSC, verassing, MFI, treksterkte, impactsterkte. Lees meer over deze testen in deze blog.

Na deze testen heb je een aantal opties: je machines anders instellen, een ander recyclaat type kiezen of een additief toevoegen om zo wél de juiste kwaliteit te behalen.

 

Day-to-day business

Tot zover de uitdagingen en oplossingen. We hopen je alvast meer inzicht te hebben gegeven welke kennis je zoal nodig hebt over jouw product en welke eigenschappen van het recyclaat belangrijk zijn.

We begrijpen goed dat de day-to-day business al uitdagend genoeg kan zijn. Het is dan ook handig om een samenwerkingspartner te zoeken die je hierin kan ondersteunen. Denk bijvoorbeeld aan je leverancier of vraag ons als onafhankelijk partner. Voor ons is recyclaat namelijk day-to-day business.

Benieuwd wat overstappen op recyclaat voor jouw product betekent? Neem vrijblijvend contact met ons op en we denken graag met je mee.

Polymer Science Park(PSP), het innovatiecentrum voor toegepaste kunststoftechnologie, bestaat deze maand 12,5 jaar. Ontstaan vanuit een regionale samenwerking is PSP uitgegroeid tot een begrip in de kunststofindustrie. Vanuit haar pand op de Ceintuurbaan 15 in Zwolle ondersteunen ze bedrijven bij het ontwikkelen van duurzame en circulaire kunststofproducten en technologieën.

 

Hoe is het begonnen?

De Regio Zwolle is een regio waar veel kunststofbedrijven gevestigd zijn. Reden genoeg om juist in deze regio een plaats te creëren waar kunststofinnovaties worden versneld. PSP is ontstaan vanuit een samenwerking tussen meerdere lokale partijen met de ambitie om een vestigingsplaats te creëren voor onderwijsinstellingen, onderzoeksinstellingen, ondernemingen en overheid op het gebied van kunststoffen en coatings. Het doel daarbij is om makkelijker toegang te bieden tot kennis, netwerk, nieuw talent en financiers.

 

“Polymer Science Park is een broedplaats van nieuwe producten en ideeën, zodat de aantrekkelijkheid voor bedrijven en kenniswerkers toeneemt. De verwachting is dat met het inrichten van Polymer Science Park de basis wordt gelegd voor het stimuleren en versterken van de concurrentiepositie van regionale bedrijven op nationale en internationale markten.”

Aldus Ron Nuwenhof, Teammanager Tech bij Oost NL en betrokken bij de start van Polymer Science Park

 

Polymer Science Park door de jaren heen

In de afgelopen 12,5 jaar is er veel veranderd bij PSP, maar de basis is nog elke dag terug te vinden op de werkvloer. Zo worden samenwerkingen geïnitieerd door het netwerk bij elkaar te brengen, innovaties worden versneld en technisch personeel wordt getraind om te werken met de nieuwste toepassingen en technieken. Door de jaren heen is het PSP-team uitgegroeid tot een team van 17 experts met ieder hun eigen specialiteiten die ze inzetten voor de deelnemers, partners en klanten. In de afgelopen jaren zijn er al mooie innovaties versneld, mede dankzij PSP zoals bij de circulaire matrassen van Auping.

 

“PSP brengt de experts uit hun netwerk samen. Dat zorgt voor kruisbestuiving en versnelling van innovatie in de regio.“

Aldus Jan Elenbaas, Managing Director Global Technology & Innovation Center bij Orbia (Wavin)

 

 

Proud member of Polymer Science Park

Het koperen jubileum is een mooie gelegenheid voor PSP om haar deelnemers en partners te bedanken. Dat doen ze met een bordje voorzien van de opdruk ‘Proud member of Polymer Science Park’. Dit bordje benadrukt de nauwe samenwerking en laat zien dat onze deelnemers en partners bewust bezig zijn met innoveren naar toekomstbestendige kunststoffen, Future Proof Polymers.

 

Hoe ziet de toekomst eruit?

De afgelopen twee jaar heeft het team van PSP onder begeleiding van Gijs Langeveld het aanbod van PSP verder aangescherpt om klanten beter te ondersteunen met research & development, training en netwerk. Binnen het onderdeel netwerk blijft PSP structureel evenementen organiseren zoals het Nationaal Kunststof Congres en het Kunststof Seminar. Maar ook themabijeenkomsten met als doel het vormen van samenwerkingen. Binnen het onderdeel research & development helpt PSP bedrijven met circulaire innovaties en daarnaast brengen ze met trainingen het kennisniveau in de sector naar een hoger niveau.

 

“Bedrijven zoals recyclers, compoundeurs, producenten en brand owners staan voor de uitdaging om kunststofproducten volgens nieuwe richtlijnen te produceren. Bedrijven werken nauw samen met PSP om toekomstbestendig te worden, bijvoorbeeld door meer inzet van recyclaat of biobased grondstoffen.”

Aldus Gijs Langeveld, Managing Director Polymer Science Park

 

Wil je weten wat PSP voor jouw bedrijf kan betekenen? Neem dan vrijblijvend contact met ons op.

Al miljarden jaren lang heeft Moeder Natuur een fascinerend palet aan biopolymeren gecreëerd, waarvan sommige ware kunstwerken zijn. In deze blog gaan we dieper in op de wereld van biopolymeren en ontdekken we de diversiteit, functies en toepassingen van deze natuurlijke chemische verbindingen. 

 

Lignocellulose: Bouwsteen van de Natuurlijke Wereld

Het ligt voor de hand om te beginnen met het meest voorkomende polymeer op aarde dat ongeveer 50% van de totale biomassa uitmaakt: lignocellulose. Op afbeelding 1, hier rechts te vinden, is een veronderstelde structuur van lignine in naaldbomenhout te zien. Deze stof in bomen en planten, waaronder gras, wordt steeds meer als grondstof ontdekt. In Groningen werd in 2021 de eerste asfaltweg ter wereld in gebruik genomen, waarin bitumen door lignine werd vervangen. Een voorbeeld dat Rijkswaterstaat verder gaat uitbreiden in het ‘Circuroad’ programma.

 

Chitine: Het Opkomende Alternatief voor PFAS

Chitine is de volgende in de lijst van meest voorkomende biopolymeer op aarde. Het is in vrijwel alle insecten, schaaldieren maar ook in schimmels (paddenstoelen) te vinden. Chitosan, verkregen door het verwerken van chitine, wordt momenteel ontwikkeld als alternatief voor perfluorverbindingen, zoals PFAS. Derivaten van chitosan zijn water- en olieafstotend te maken.

 

De diversiteit van biopolymeren komt tot uiting in hun structuur, waarbij zowel homogene als heterogene, lineaire als vertakte configuraties en co-polymerisaties mogelijk zijn. Homogene biopolymeren hebben een uniforme samenstelling en structuur, en alle sub eenheden (monomeren) in het polymeer zijn identiek. Een voorbeeld is desoxyribonucleïnezuur (DNA). Daarentegen hebben heterogene biopolymeren een niet-uniforme samenstelling en structuur, en bestaan uit verschillende soorten monomeren, zoals eiwitten die uit verschillende aminozuren zijn samengesteld. Alhoewel hierop ook weer uitzonderingen zijn, zoals de co-polymeren van gelatine die uit repeterende tripletten van (glycine-X-Y)_n bestaan, waarin X en Y meestal proline en hydroxyproline zijn. De afbeelding hieronder toont links DNA met repeterend eenheden van cytidine, desoxyadenosine, desoxyguanosine en thymidine, in het midden collageen als voorbeeld van een gecopolymeriseerd, relatief homogeen eiwit waaruit gelatine kan worden gewonnen en rechts een complex heterogeen eiwit.

 

Bioactieve Biopolymeren: Natuurlijke Kunstenaars van Functionaliteit

De genoemde biopolymeren geven structuur, stevigheid, bescherming (cellulose, chitine) en energie (zetmeel, glycogeen), maar veel biopolymeren vallen op omdat ze bioactief zijn. Functionele activiteit (zoals regulatie, terugkoppeling, activatie van een cascade) lijkt vooralsnog een eigenschap die meestal bij de door de mens ontworpen polymeren ontbreekt. De natuur kan ons daarbij helpen en inspireren en dat gebeurt in toenemende mate. Een fascinerend voorbeeld, althans voor degene met een bio-organische achtergrond, zijn de ketens van N-acetylsiaalzuur. Te eenvoudig gesteld, maar ze bepalen in hoge mate de groei en aanpassingsvermogen van ons brein. Helaas maken enkele neuro invasieve bacteriën die bijvoorbeeld gevreesde hersenvliesontstekingen veroorzaken, hier misbruik van.

Het antistollingseffect van de heparine is een andere type activiteit van een biopolymeer. De stof wordt in de lever aangemaakt. Professor Stan van Boeckel (verbonden aan het toenmalig Organon) en zijn medewerkers wisten met behulp van computertechnieken (eind jaren 80!) de activiteit van heparine terug te brengen tot een molecuul bestaande uit vijf eenheden met enkele essentiële sulfaatgroepen op stereo chemisch belangrijke posities. Dit baanbrekend onderzoek leidde tot sterk verbeterde antistollingstherapie met organisch synthetische heparine imitaties.

 

Eiwitten: Kampioenen van Actieve Biopolymeren

Aan heparine valt op dat biopolymeren ook een lading kunnen hebben. Heparine en derivaten zijn anionen, maar positief geladen biopolymeren komen ook voor, waarbij stikstof in bijvoorbeeld amine- of guanidiniumgroepen in eiwitten, een belangrijke rol speelt. De functionele groepen in biopolymeren zijn dus divers; behalve sulfaat-, amine-en-guanidiniumgroepen, komen ook veel carbonzuren, fosfaat, methyl, acetyl, glycoloyl groepen voor.

Vanwege hun enorme variëteit en functionaliteit, zijn eiwitten de kampioenen onder de actieve biopolymeren. Moeder Natuur maakt dus niet alleen gebruik van monosachariden en fenolen als bouwstenen voor polymeren, ze doet dat ook met aminozuren en lipiden. Zijde is een intrigerend eiwitcomplex en een grote inspiratiebron voor innovatieve, technologische toepassingen in additieven, films, aero- en hydrogelen, schuim voor medische toepassingen, Nano materialen enzovoorts. Zijde bestaat uit twee eiwitten die in verschillende verhoudingen het product hard of zacht maakt. Dat lijkt op klassieke polymeerchemie, maar dan zonder de vervelende weekmakers.

 

Biopolymeren en chemie

We passen biopolymeren soms met een chemische bewerking aan. Voor mij is leer het meest tot de fantasie sprekende voorbeeld. Al in oude tijden, vanaf circa 9.000 jaren geleden, werden huiden tot leer verwerkt. Voor dit proces werden tannines uit onder andere eikenbast (tannum = eikenbast) ingezet. De negatief geladen tannines hechten via ionbindingen, hydrofobe interacties en waterstofbruggen aan eiwitten. Wijndrinkers kennen het effect van het verschijnsel: tannines in de wijn reageren met mondeiwitten en geven wrange smaak aan de wijn. Hoewel eetbaar, laten we eikels waarschijnlijk om die reden voor de eekhoorns liggen. Vanaf het jaar 1800 werden in toenemende mate chroom- en arseenzouten en formaldehyde (uit rook) voor leerbewerking ingezet. Het komt er in deze processen op neer dat de eiwitten in de huid samenklonteren (verknopen) en complexen vormen.

Fascinerend is hoe de natuur totaal verschillende oligomeren en polymeren combineert. Het zijn koolhydraatketens die covalent aan eiwitten (de zogenaamde glycoproteïnen) gebonden zijn, die bijvoorbeeld meebepalen hoe actief en hoe oud het eiwit mag worden. Parasieten en virussen maken er gebruik van om ons immuunsysteem te misleiden. Dr. Aldert Bergwerff, auteur van deze blog, heeft een aanzienlijke bijdrage geleverd aan de opheldering van de polymeren die de parasiet Schistosoma mansoni (getoond op de afbeelding hiernaast) gebruikt om ons immuunsysteem om de tuin te leiden. De parasiet is de veroorzaker van bilharzia en na malaria de meest voorkomende infectie op aarde.

 

Voor veel polymeerchemici zal het vanzelfsprekend zijn dat polymeren niet in een waterig milieu oplossen. Uit deze blog volgt dat veel biopolymeren juist in waterige oplossing voorkomen. Het mag als bekend worden verondersteld dat daar ladingen (ionbindingen), hydrofiele en hydrofobe eigenschappen, Van der Waals krachten, cross-linking (disulfide bruggen) et cetera aan bijdragen. Daarbij helpt een watermantel (kristalwater) dat een biopolymeer omhult waarbij de hydroxylgroepen van monosachariden (denk aan de glycoproteïnen) een grote rol spelen. Monosachariden zijn immers polyalcoholen en trekken water aan. Ook een slimme vouwing waarbij ontvouwing voor activatie van allerlei functies mogelijk is, verhoogt de oplosbaarheid van grote moleculen. De absolute winnaar op dit gebied is dubbelstrengs DNA. Op de afbeelding hieronder zie je DNA-strengen die aan een stukje hout of een glazen staaf blijven kleven. Menselijk DNA is opgelost en heeft een DP van 3 miljard (baseparen), een lengte van 2 meter (6 miljard nucleotiden x 0,34 nm) en een moleculaire massa van 2×10¹² Da. Welk (xenobiotisch) polymeer doet dit na?

 

Biopolymeren, de spiegel voor polymeerchemici

Kortom, biopolymeren zijn fascinerend en kunnen een spiegel voor polymeerchemici zijn. Ze zijn divers en bestaan uit een breed spectrum aan structuren en hebben vele eigenschappen. Ze zijn in hoge mate biocompatibel. Ze worden dus makkelijk verdragen door levende organismen. Ze zijn hernieuwbaar door ze te produceren uit lignine, cellulose, zetmeel, chitine, eiwitten, vetten et cetera. Ze hebben een grote verscheidenheid aan makkelijk aanpasbare functionaliteit, zoals flexibiliteit, sterkte, elasticiteit, oplosbaarheid, en thermische en chemische stabiliteit. Niet onbelangrijk, misschien wel de belangrijkste kwaliteit van biopolymeren in de huidige tijd: ze zijn eenvoudig afbreekbaar. Welke chemicus gaat dit met zijn/haar ontworpen polymeren volgen?

 

Deze blog is tot stand gekomen in samenwerking met de Chemische Kring Zwolle en geschreven door dr. Aldert Bergwerff.

 

De Potentie van Biobased Polymeren

op 12 maart 2024 vindt het Kunststof Seminar: Circulaire Transitie plaats in Almelo. Het thema van dit seminar is ‘De Potentie van Biobased Polymeren’.  Interessante sprekers uit de markt nemen je mee om de businesscase kloppend te maken, of vertellen je meer over de techniek en toepassingen van biopolymeren.

Wil jij gaan werken met biopolymeren of werk je er al mee en wil je samen met andere partijen een businesscase opzetten, kom dan zeker op 12 maart naar Almelo. De plaatsen voor het Kunststof Seminar zijn beperkt, dus koop jouw ticket dus snel op deze pagina.