211service.com
Bubbels bij de miljarden
Als de klassieke film uit de jaren 60 De afgestudeerde vandaag opnieuw zijn gemaakt, krijgt Benjamin misschien twee woorden van advies in plaats van één: microcellulaire plastics. Deze polymeermaterialen, doordrongen van bellen met een diameter van minder dan 50 micron, zijn taai, licht en kunnen opmerkelijk dun worden gemaakt - eigenschappen die allerlei toepassingen suggereren. Nu moeten mensen gewoon uitzoeken welke van hen ze het eerst moeten realiseren.
Microcellulaire plastics (MCP's) zijn het geesteskind van Nam Suh, hoofd van de afdeling Mechanical Engineering van MIT, die het proces om ze te maken in 1979 uitvond. Het idee werd veroorzaakt door een vraag die tijdens de lunch werd gesteld door een Eastman Kodak-manager die probeerde een manier voor zijn bedrijf om de hoeveelheid plastic die in hun producten wordt gebruikt te verminderen en zo de productiekosten te verlagen, zonder fysieke eigenschappen op te offeren, herinnert Suh zich. De besparingen kunnen aanzienlijk zijn, aangezien schuimplastic veel wordt gebruikt voor onder meer verpakkingen, thermische isolatie, kussens en wegwerpschalen. Suh stelde al snel voor om microscopisch kleine belletjes in het polymeer te brengen om de hoeveelheid materiaal te verminderen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van januari 1998
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Op het idee komen was eenvoudig, herinnert hij zich. Het moeilijkste was om uit te zoeken hoe het te maken.
Bijgestaan door verschillende MIT-studenten ontdekte Suh een techniek waarbij gas met vloeibaar plastic onder hoge druk werd gemengd en vervolgens de druk plotseling werd verlaagd om bellen (ook wel holtes of cellen genoemd) te vormen die gelijkmatig door het materiaal worden verdeeld. De benadering van Suh creëerde veel kleinere, dichter opeengepakte bellen dan de conventionele methode om onzuiverheidsdeeltjes toe te voegen aan de polymeersmeltdeeltjes die discontinuïteiten in het polymeer creëren, die op hun beurt aanleiding geven tot holtes. Het aantal holtes dat je op die manier kunt maken, wordt beperkt door het feit dat je niet te veel onzuiverheden kunt toevoegen zonder het originele materiaal te verpesten, legt Suh uit. Verder hebben de holtes in conventionele geschuimde kunststoffen typisch een diameter van ten minste 200 micron.
Suh patenteerde zijn proces in 1984, maar stopte het werk aan MCP's tot 1988, toen hij terugkeerde naar MIT na vier jaar als assistent-directeur bij de National Science Foundation te hebben gediend.
Suh stelt dat fabrikanten van veel, zo niet de meeste, plastic producten materialen en geld kunnen besparen door MCP's te gebruiken. Omdat de kleine holtes zo dicht opeengepakt zijn (in de orde van 10 miljard cellen per kubieke centimeter), gebruiken MCP's veel minder materiaal dan conventionele schuimplastics. Simpel gezegd, ze bevatten een groter aandeel lege ruimtes. Afhankelijk van de toepassing kunnen we de materiaalkosten met 10 tot 95 procent verlagen, merkt Suh op. En door in het algemeen minder materiaal te gebruiken, is er minder energie nodig voor de productie en is er later minder afval dat moet worden weggegooid of gerecycled. Bovendien zijn MCP's beter in staat dan conventionele kunststoffen om breuk, verbrijzeling, vermoeidheid en koude temperaturen te weerstaan, aldus Matt Pallaver, executive vice president van Trexel, Inc., een bedrijf dat in 1994 werd opgericht om commerciële toepassingen voor de nieuwe materialen te ontwikkelen. (Trexel is de opvolger van Axiomatics, een bedrijf opgericht door Suh in 1983 om instrumentatie te maken voor de kunststofverwerkende industrie.)
Een groot gebied voor ons is de ontwikkeling van nieuwe dunne producten: schuimplastic dat zo dun is als papier, zegt hij. Deze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt als coatings voor datacommunicatiedraden. Je kunt hiervoor geen conventioneel schuim gebruiken omdat de cellen zelf groter zijn dan wat je probeert te maken, legt hij uit.
Trexel werkt nu samen met grote kunststoffabrikanten om ten minste 18 verschillende toepassingen voor het materiaal te ontwikkelen. Trexel-vertegenwoordigers kunnen om bedrijfseigen redenen de details van deze projecten niet bespreken, maar zeggen dat de toepassingen die ze onderzoeken onder meer auto-onderdelen, leidingen, geïsoleerde behuizingen voor kabels en draden, constructiematerialen, containers (zoals flessen en blikjes) en de goedkope wegwerpborden en -bekers. We proberen nog steeds nieuwe toepassingen te bedenken, zegt Pallaver.
Omdat er elke dag nieuwe toepassingen voor kunststoffen worden ontdekt, voegt Chul Park, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Toronto die met Suh aan het MIT werkte, toe, MCP's hebben meer marktpotentieel dan mensen zich kunnen voorstellen.