Új „Zöld” (kisebb ökológiai lábnyommal rendelkező) sport matrac fejlesztése rekreációs célokra

SAJTÓKÖZLEMÉNY (PROJEKTKEZDÉS)

Pályázat összefoglalója

Napjainkban világviszonylatban elmondható, hogy a polimer habok piaca folyamatosan növekedő tendenciát mutat. Az Egyesült Államokban gyártott polimer hab termékek éves össztömege meghaladja a hárommillió tonnát is, amelyen olyan iparágak osztoznak, mint a csomagoló, az autó-, az építő- vagy a sportszergyártó ipar. A sportolási célra alkalmazott habosított polimer termékek legfontosabb tulajdonsága a kiemelkedő energiaelnyelő képesség. Számos sportágban alkalmaznak különböző sportszőnyegeket biztonsági célból vagy a sporttevékenységet biztosító felületként. Az esés utáni ütközés csillapítását szolgáló szőnyegeket használnak például falmászó termekben, a küzdősportokban, tornagyakorlatoknál, rúdugrás során, valamint sípályák behatárolására szolgáló korlátok anyagaként is. Fontos kiemelni, hogy e habtermékeket főként kőolaj alapú és jelentős ökológiai lábnyommal rendelkező alapanyagok/gyártástechnológiák alkalmazásával állítják elő. A legelterjedtebben alkalmazott alapanyagok közül a poli(vinil-klorid) (PVC), a poliuretán (PUR), a polietilén (PE) és a poli(vinil-klorid)-nitril kaucsuk (PVC-NBR) felhasználását emelhetjük ki. Jelenleg a legtöbb sportszergyártó PVC alapú matracokat gyárt, ezeket elsősorban alacsony áruk és felületi ellenállóképességük miatt alkalmazzák. A PVC-NBR alapú anyagok egy újabb anyagcsalád, amely ötvözi a PVC előnyös tulajdonságait az NBR rugalmasságával így magasabb komfortfokozatú termék előállítását teszi lehetővé. Kiemelendő azonban, hogy a PVC alkalmazása – a feldolgozásához nélkülözhetetlen lágyító tartalma, valamint a kémiai szerkezetében lévő klór miatt – nagy körültekintést és gondosságot igényel. A PVC lágyító tartalma a hosszú időtartamú használata során képes kidiffundálni a belőle készülő termék felületére, amely a ftalátok miatt komoly környezeti és egészségügyi kockázatot jelent. A kémiai szerkezete miatt az életútja végén a PVC-ből készülő termékek kezelésére nagy hangsúlyt kell fektetni és körültekintően eljárni, mivel égése során a hidrogén-klorid (sósav) szabadul fel, vízzel érintkezve pedig savas elegyet alkotva savas esőt okoz. Napjainkban a PVC hulladékként történő kezelése jellemzően energetikai jellegű, amely technikailag égetést jelent, ami a gyártása és feldolgozása során befektetett energiához képest elenyésző mennyiségű energia visszanyerést jelent, nagy kezelési költségek és ökológiai lábnyom mellett. A kutatás-fejlesztési projektünk célja új típusú, csökkentett PVC tartalmú vagy akár PVC-mentes, kisebb ökológiai lábnyommal rendelkező flexibilis, sportolási célú elasztomer alapú habszerkezetek kifejlesztése és gyártástechnológiájának olyan szintű kidolgozása, amely lehetővé teszi a termék sorozatgyártását is. A kifejlesztett termék nagy érdeklődésre tart számot és jelentős mértékű értékesítés prognosztizálható mind a hazai, mind a nemzetközi piacon. A 21. századi – rohanó és stresszel túlterhelt – életmód mellett egyre nagyobb igény érzékelhető a rekreációs és egészségmegőrző tevékenységek iránt. Több tanulmány bizonyította, hogy a jóga és hasonló szabadidős tevékenységek elősegítik a boldogabb és kiegyensúlyozottabb élet megteremtését. A fejlesztésben a BME több, sokéves szakirányú tapasztalattal rendelkező kutatója is részt vesz, emellett a Polifoam Kft 35 éves habgyártói tapasztalattal rendelkezik, amely együttesen szavatolja a projekt során felmerülő feladatok sikeres és hatékony megoldását.

Pályázat eredményei

1. munkaszakasz
2020. március 1. – 2021. február 28.

A projekt kapcsán az első mérföldkő során megvalósult a konkurens termékek feltérképezése. Analitikai vizsgálatok segítségével meghatározásra került a termékek hozzávetőleges összetétele, mechanikai mérések alapján meghatározásra kerültek a fejlesztendő termékkel szemben támasztott követelmények. Kialakításra kerültek a fejlesztésünk eredményeképpen elvárt termék esetén a minőségre és komfort tulajdonságokra vonatkozó elvárások, meghatározásra kerültek a referencia minták tulajdonságai. Mindezek mellett széleskörű irodalomkutatás valósult meg. Ezen irodalomkutatás során feltártuk a szakirodalomban és kereskedelmi forgalomban leggyakrabban előforduló polimer-kaucsuk alapanyagok körét, azok tulajdonságait és az elérhető receptúrákat is. Piackutatás valósult meg, amely során konkurens termékek beszerzésre kerültek és azok minősítése a kidolgozott szempontrendszer alapján megvalósult. Ezen munkaszakasz során kijelölésre kerültek a fő kutatási irányok a PVC-mentes termék kialakítására rendelkezésre álló anyagok és kombinációik összegyűjtése révén is. Széleskörű laboratóriumi vizsgálatok és kísérletterv kidolgozása valósult meg. PVC-mentes habanyagokra vonatkozó fejlesztés, azok kísérletterv szerinti megvalósítása kezdődött el. A receptúrákban alkalmazott komponensek hatásvizsgálata és a keverékek vulkanizálási és habosíthatósági kísérletei a projekt ütemezésének megfelelően megvalósultak.  A munkaszakasz során létrejött dokumentáció részletesen tartalmazza többek között a konkurens termékekre vonatkozóan az eredményeket; a referencia anyag mélyreható, részletes jellemzését, a későbbiekben elérendő tulajdonságokkal és azok célértékeivel együtt, tehát kialakításra került egy, a jó minőségű sportmatracokra jellemző tulajdonság-profil; a későbbi fejlesztések során referenciaként használt NBR-PVC alapú habok előállításához szükséges gyártástechnológiai paramétereket. A gyártástechnológia paraméterek meghatározása laborszinten és félüzemi szinten megtörtént.

2. munkaszakasz
2021. március 1. – 2022. február 28.

MK2 nyilvános leírás:

A projekt keretében a második mérföldkő során részletesen vizsgáltuk és elemeztük a PVC-mentes receptúrákat és közülük kiválasztottuk a legígéretesebbeket. Ezt követően ellenőriztük a referencia receptúrákat csökkentett PVC tartalmú és PVC-mentes receptúrák esetében is. Az előzetes vizsgálatok alapján kiválasztott alap és segédanyagok felhasználásával alap-receptúra kidolgozását valósítottuk meg az egyes alternatív anyagcsoportokra. Az eredmények folyamatos értékelését követően módosításokat hajtottunk végre a PVC-mentes keverékek receptúráján laboratóriumi méretekben, kis mennyiségű keverékek készítésével. Laboratóriumi és üzemi teszteket végeztünk. Kiválasztottuk a legígéretesebb receptúrákat és a belőle készült laboratóriumi és üzemi mintákat elemeztük. Meghatározzuk a további fejlesztési irányokat. Vizsgáltuk a laboratóriumi és üzemi mintákat, amely eredménye alapján receptúraoptimalizálási lépéseket hajtottunk végre, illetve irodalomkutatás valósult meg több vonatkozó témakörben.

1. ábra Pásztázó elektronmikroszkópi felvétel PVC-mentes habszerkezetről

3. munkaszakasz
2022. március 1. – 2023. február 28

MK3 nyilvános leírás:

A harmadik mérföldkő során, a projekt keretén belül részletesen vizsgáltuk és továbbfejlesztettük az előző munkaszakaszban elért eredmények alapján a PVC mentes receptúrákat, hogy azok minél inkább kielégítsék a sportolók igényeit. Ennek érdekében laboratóriumi méretben, kis mennyiségben vizsgáltuk a keverékek tulajdonságait, illetve feldolgozhatósági tulajdonságait, a különböző alkotók mennyiségének függvényében. A kifejlesztett PVC mentes alapreceptúra alapján biopolimerekkel társított receptúrák fejlesztését tűztük ki célul, amelyet egy átfogó irodalomkutatás előzött meg. Több, különböző biopolimert vizsgáltunk, majd kiválasztottuk a legígéretesebbet és a továbbiakban ennek a fejlesztésével foglalkoztunk. A receptúra, feldolgozási és habosítási technológiák optimalizálását hajtottuk végre laboratóriumi körülmények között, majd átfogó vizsgálatokat végeztünk (mechanikai, morfológia stb.) a legjobbnak ítélt habokon. A felhasználói élmény további javítása érdekében mélyrehatóan foglalkoztunk a különböző sportolási célra szánt habok konvertálhatósági lehetőségeivel, amely első lépése egy szakirodalmi áttekintés volt, majd ezt követően átfogó és sikeres vizsgálatokat végeztünk. A kísérletek segítségével összefüggéseket tudtunk felállítani a végső habok tulajdonságai és kísérletek során alkalmazott paraméterek között.

1. ábra Pásztázó elektronmikroszkópi felvétel biopolimerrel társított habszerkezetről

4. munkaszakasz
2023. március 1. – 2024. február 29.

Pályázat támogatásával megjelent közlemények

Béky Cs., Tomin M., Kmetty Á.:
Termoplasztikus elasztomerek és habosításuk- áttekintés. Polimerek, 7, 27-32 (2021)