VTT:n Tampereen pilotointiympäristössä tehdään erityisesti uusien muovien innovaatioita, luodaan ratkaisuja muovien ja tekstiilien kierrätykseen sekä kehitetään metallijauheita. Tiloissa kehitellään esimerkiksi uudenlaisia pakkausten pinnoitteita, selluloosapohjaisia materiaaleja, 3D-tulostettuja moottorien monimetallikomponentteja ja tehokkaampia muovien kierrätysprosesseja.
Lue tiivistelmä
- VTT kehittää edistyneitä teknologioita muovijätteen kierrättämiseksi lajittelemalla ja optimoimalla pesuprosesseja anturien avulla. Tavoitteena on tuottaa korkealaatuista kierrätettävää materiaalia.
- VTT:n kehittämät biokomposiitit ja solumuovit tarjoavat kestäviä, kevyitä ja uusia sovelluksia useille teollisuudenaloille, kuten pakkauksiin ja autoteollisuuteen, yhdistäen muoveja ja luonnonkuituja.
- Tampereen tutkimusinfrastruktuurin ansiosta yritykset voivat kehittää ja pilottaa teknologioitaan modulaarisilla laitteilla ilman suuria investointikustannuksia, mikä edistää innovaatioiden kaupallistamista ja teollista soveltamista.
Tiivistelmä on tekoälyn tekemä ja ihmisen tarkistama.
VTT:n tärkeimpiä tehtäviä on kehittää, testata ja skaalata innovaatioita kohti kaupallisia tuotteita ja teollista mittakaavaa. Tampereella sijaitseva tulevaisuuden materiaalien ja prosessien pilotointiympäristö on tämän tehtävän fyysinen ilmentymä. Tiloissa testataan ideoiden toimivuutta, toteutettavuutta ja niiden hyödyllisyyttä asiakkaille, mikä luo vankan pohjan yritysten kasvuharppauksille.
Muovijätteestä uusiksi tuotteiksi
Kiertotalous on yhä useamman teollisuudenalan tärkeimpiä prioriteetteja. VTT:n Tampereen pilotointitiloissa keskitytään erityisesti muovien ja tekstiilien kierrätysteknologioihin.
Ennen kierrätystä materiaali täytyy puhdistaa ja lajitella eri jakeisiin. VTT:llä kehitetään muovien lajittelulinjaa, joka tunnistaa ja lajittelee esimerkiksi elektroniikka-, pakkaus- tai sekajätteestä erotetut muovikappaleet omiin jakeisiinsa optisten kameroiden, hyperspektrikameroiden ja tulevaisuudessa myös tutkateknologian avulla.
Jätemuovibisneksen suurimpia pullonkauloja ovat materiaalin huono saatavuus ja heikko laatu. Näitä haasteita voidaan ratkaista jätemuovien erä- ja tyyppikohtaisesti optimoidulla pesulla.
”Käynnistämme keväällä 2026 jätemuovin pesupilotin, jossa kehitetään pesuprosessia antureiden ja tutkalaitteiston tukemana. Tavoitteena on optimoida pesuprosessin tehokkuutta löytämällä eri muovijakeille pienin mahdollinen lämpötila ja vedenkulutus, jolla pesutulos on vielä riittävän hyvä”, erikoistutkija Marjaana Mussalo kertoo.
Muovien laadukas mekaaninen kierrätys vaatii verrattain puhtaita ja tasalaatuisia jakeita. VTT:n edistyksellisen muovien mekaanisen kierrätyslinjan useisiin prosessin mittapisteisiin aseteltujen anturien ja spektrometrien avulla voidaan mitata sulatetun muoviseoksen ominaisuuksia, kuten väriä, kemiallista koostumusta ja viskositeettia reaaliaikaisesti.
Data tallennetaan digitaalisessa muodossa reaaliaikaisen prosessinohjauksen käytettäväksi tai myöhempiä analyysejä varten. Näin tavoiteltuun lopputuotteeseen parhaiten soveltuvan koostumuksen löytäminen nopeutuu. Mallipohjainen prosessinohjaus hyödyntää kerättyä anturidataa ja reagoi havaittuihin materiaaliominaisuuksien muutoksiin hyvä- ja tasalaatuisen lopputuloksen saavuttamiseksi.
Kierrätyksen lisäksi Tampereen VTT:llä tutkitaan vaativien muovituotteiden prosessointia. Tiloissa on puhdastila, jossa muovien sulasekoitusta ja ekstruusiota voidaan tehdä pölyttömässä ympäristössä. Tätä tarvitaan esimerkiksi korkealaatuisten suurjännite-eristeiden ja lääkinnällisten laitteiden valmistamiseen.
Rikkinäisistä työtakeista uudeksi tekstiiliksi
Muovipullojen kierrättäminen tekstiiliksi on nykyään jo arkipäivää, mutta tekstiilijätteen kierrättäminen takaisin tekstiiliksi on vaikeampaa. Haasteita aiheuttaa tekstiilimateriaalien suuret erot, käsittelyaineet, pesuainejäämät ja mahdollinen materiaalin seassa oleva hiilikuitu.
”Olemme onnistuneet valmistamaan monista kierrätysmateriaaleista normaalin tekstiilikuidun lujuusarvoja vastaavaa kuitua ilman, että sitä on paranneltu ketjunjatkajilla tai polymeroinnilla”, tutkimustiimin vetäjä Taina Kamppuri kuvailee.
Tekstiilijätteen kierrätyslinjalla pystytään kierrättämään suuria tekstiilikappaleita, kuten työtakkeja, tyynyjä ja suojakäsineitä ilman erillistä pilkkomis- ja rouhimisvaihetta. Laitteistoa voidaan hyödyntää myös esimerkiksi rakennusjätteen, muovikalvon tai jätesäkkien mekaaniseen kierrätykseen, pyrolyysin esikäsittelyyn ja rakennusjätteen kompaktointiin. VTT:llä on prosessiin liittyen useita patentteja.
Maitopurkin pinnoitteita ja printattavaa elektroniikkaa
Tampereen pilotointiympäristössä syntyy myös erilaisten muovikalvojen ja pinnoitteiden innovaatioita. “Tutkimme muovimateriaalien ja pinnoitteden yhdistämistä kuitupohjaisten materiaalien kanssa”, kertoo erikoistutkija Johanna Lahti.
Termoplastisten eli lämpömuovattavien kalvojen ja päällysteiden pilotointiympäristössä voidaan kehittää ja testata täysin uusienkin materiaalien soveltuvuutta esimerkiksi maitopurkkeihin, kertakäyttökahvikuppeihin ja muihin pakkauksiin sekä niiden päällysteiksi, painettavan elektroniikan alustoiksi ja rakennusteollisuuden kalvomateriaaleiksi.
Hyvin räätälöitävä ympäristö soveltuu niin fossiilipohjaisten kuin biomuovien työstämiseen tasokalvo- ja puhalluskalvomenetelmillä joko yhdestä tai useammasta muovimateriaalista kerralla. Orientointilaitteistojen avulla voidaan myös muuttaa kalvojen ominaisuuksia. Märkäpäällystysmenetelmällä voidaan tutkia erilaisia vesipohjaisia dispersiopäällysteitä. ”Dispersiopäällysteitä on mahdollista myös yhdistää ekstruusiopinnoitteisiin”, Lahti jatkaa.
Solumuoveja pakkauksista kengänpohjiin
Muovia vaahdottamalla osa materiaalista korvataan ilmalla, jolloin muodostuu solumuovia. Vaahdottaminen paitsi säästää materiaalia, energiaa ja kustannuksia, tekee tuotteista myös erittäin kevyitä ja eristäviä. Solumuoveja käytetään esimerkiksi pakkauksissa, rakennuksissa, autoissa ja kengänpohjissa.
VTT:llä kehitetään solumuoveja kahdella eri tekniikalla: ekstruusio- ja partikkelivaahdotuksella.
”Ekstruusiovaahdotuksessa kiinteä muoviraaka-aine muuttuu lämmön, kitkan ja vaahdotusaineen avulla solumuoviksi. Näin valmistetaan esimerkiksi routa- ja rakennuseristeitä. VTT:llä tutkitaan eri materiaalien soveltuvuutta vaahdotukseen käyttäen eri vaahdotusaineita, jotta löydetään esimerkiksi vaihtoehtoja fossiilisille raaka-aineille. Lisäksi VTT:llä kehitetään vaahdotusprosessia esimerkiksi yhdistämällä se 3D-tulostukseen”, erikoistutkija Teijo Rokkonen kertoo.
Partikkelivaahdotus on esimerkiksi styroksin valmistuksessa käytetty prosessi, jossa kappaleet muodostetaan pienistä helmistä vesihöyryn avulla. VTT:llä voidaan testata eri materiaaleja ja optimoida vaahdotusprosessia. Prosessilla on testattu myös styroksin kierrätystä.
Biokomposiitista kierrätettäviä ja biohajoavia kalusteita
Biokomposiitit ovat monikäyttöisiä materiaaleja, jotka asettuvat lujuuden ja tiheyden suhteen puu- ja muovimateriaalien sekä erittäin lujien lasikuitukomposiittien välille. Biokomposiitissa yhdistetään muoveja, kierrätysmuoveja tai biomuoveja selluloosan, pellavan, hampun ja muiden luonnonkuitujen tai teollisuuden sivuvirtojen kuten sahanpurun, ligniinin ja tekstiilijätteen kanssa.
”VTT:llä on kehitetty esimerkiksi ruiskuvalettavia täysin uusiutuvista raaka-aineita lähtöisin olevia materiaaleja, jotka soveltuvat huonekaluihin, elektroniikan kuorirakenteiksi ja autojen sisärakenteisiin. Paperikoneympäristössä on valmistettu huopamaisia rakenteita, joista voidaan lämmön avulla muovata esimerkiksi matkalaukkuja ja huonekalujen osia tai materiaaleja rakennusteollisuuteen ”, sanoo erikoistutkija Kirsi Immonen.
VTT:llä tutkitaan, millaisella yhdistelmällä saadaan aikaan mahdollisimman luja, kestävä ja tarkoituksenmukainen lopputuote. Biokomposiittikehitys on mahdollista yhdistää vaahdotustutkimukseen keveyden ja lujuuden yhdistämiseksi. Myös sitä tutkitaan, miten biokomposiitista suunnitellaan täysin kierrätettäviä tuotteita. Materiaalikehityksessä hyödynnetään vahvasti mallinnusta ja simulaatioita.
Biokomposiitteja voidaan valmistaa ekstruusio-, ruiskuvalu-, 3D-printtaus- ja lämpömuovausmenetelmillä. Vaahtorainausmenetelmällä voidaan valmistaa iskulujuudeltaan lasikuitukomposiitin tasoisia, kierrätettäviä tuotteita.
Metallijauheista 3D-tulostuksella moottorin osiksi
3D-tulostus on mullistanut metallikomponenttien valmistuksen, sillä se tarjoaa suuren vapauden valmistaa muoto-optimoituja, kevyitä ja suorituskykyisiä komponentteja. Esimerkiksi sähkömoottorin staattori voidaan tulostaa 3D-optimoituun muotoon ja lisäksi tuottaa rakenteeseen mikroskooppisen pieniä reikiä pienentämään häviöitä. Tämä auttaa tekemään moottorista tehokkaamman. Läheskään kaikki tunnetut metalliseokset eivät kuitenkaan sovellu suoraan 3D-tulostukseen, joten materiaalikehitys on alan innovaatioiden syntymisen kannalta erittäin tärkeää.
Tyypillisesti Tampereen pilotointitiloissa kehitetään asiakkaalle mahdollisimman hyvin käyttökohteen vaatimuksiin vastaava materiaali, joka samalla hyödyntää 3D-tulostustusprosessin etuja ja tuo näin kilpailuetua. Kehitetyn materiaalin toimivuus pilotoidaan tyypillisesti valmistamalla teollista komponenttia vastaava demonstraattori, jonka toimivuus voidaan varmentaa oikeaa käyttökohdetta vastaavassa ympäristössä. Demonstroinnin pohjalta asiakkaan on helpompi lähteä itse kehittämään myytävää tuotetta.
”Materiaalikehityksessä hyödynnetään mallinnusta yhdistettynä automatisoituun näytteiden prosessointiin ja karakterisontiin. Näin pystytään nopeammin kehittämään optimaalisia materiaalikoostumusvaihtoehtoja ja prosessointiparametreja, jotka soveltuvat parhaiten 3D-tulostukseen ja kyseiseen käyttötarkoitukseen. Varsinaiseen metallijauheiden valmistukseen ja pilotointiin etenee vain kaikkein potentiaalisimmat vaihtoehdot”, kertoo tiimipäällikkö Tomi Lindroos.
Tulostamiseen tarvitaan metallijauhetta. Sitä saadaan VTT:llä sulattamalla haluttu raaka-aineyhdistelmä ja prosessoimalla se atomisointilaitteessa kaasuvirtauksen avulla hienojakoiseksi jauheeksi. Sen jälkeen jauhe vielä seulotaan kunkin 3D-tulostusmentelmän vaatimaan partikkelikokojakaumaan, optimaalisten prosessoitavuuden aikaansaamiseksi.
3D-tulostusta voidaan hyödyntää myös automatisoituun koemateriaalien seosvaihtoehtojen valmistukseen. VTT:n tulostimella voidaan valmistaa esimerkiksi yhdelle näytealustalle 12 näytekappaletta eri seosvaihtoehdoista ja tutkia niiden ominaisuuksia, faasirakenteita, kovuutta, lujuutta ja kulmien tulostettavuutta. Nykyisellä laitteistoilla voidaan tulostaa kuutta eri jauheseosta yhtäaikaisesti – uudeksi metalliseokseksi tai esimerkiksi tulostaa sekä rautaa että ruostumatonta terästä joko kerroksittain tai liukuvasti. Tämä olisi perinteisin menetelmin hyvin haasteellista.
VTT:n Tampereen kattavan tutkimusinfran ja asiantuntemuksen ansiosta yrityksillä on mahdollisuus pilotoida ja kehittää keksintöjään ilman valtavia investointikustannuksia. Laitteistot ovat modulaarisia ja niitä voidaan muokata helposti eri tarpeisiin.
Jos kiinnostuit, ota meihin yhteyttä.
