Inštitut za celulozo in papir KROP – prva delavnica Ljubljana, februar 2013

1. Inštitut za celulozo in papir KROP – prva delavnica Ljubljana, februar 2013

2. Inštitut za celulozo in papir Ljubljana • Bogišićeva ulica 8, Ljubljana • Tel. + 386 (1) 200 28 00 • Fax: + 386 (1) 42 65 639 • E-mail: icp@icp-lj.si • www.icp-lj.si Osnovno poslanstvo ICP je prenos novih znanstvenih spoznanj v industrijo z namenom povečanja konkurenčnosti papirne in papirno predelovalne industrije doma in v tujini.

3. Laboratorij za papirništvo in Infrastrukturni center Mehansko preskušanje Kemijsko preskušanje Biološko in Mikrobiološko preskušanje Monitoring trdnih odpadkov Infrastrukturni center

4. Raziskave in razvoj … do leta 2012 CORNET (ALBAQUA) EUREKA (ZEROEF) COST (E32, E41, E46, E48, E54) 2012 Ecodesign for the Enhancement of Central Europe Paper Based Products Recycling Loop (EcoPaperLoop) Javni razpis za Krepitev Razvojnih Oddelkov v Podjetjih (KROP) Kompetenčni center za razvoj kadrov (KoC)

5. Krepitev Razvojnih Oddelkov v Podjetjih – KROP • ICP je v lanskem letu pridobil sredstva s strani Evropskega socialnega sklada in Ministrstva za izobraževanje, znanost, kulturo in šport RS z namenom Krepitve Razvojnih Oddelkov v Podjetjih • Trajanje projekta od 01. 03. 2012 do 30. 04. 2014 • (prijaviteljica dr. Vera Rutar) • Interdisciplinarno področje (papirništvo, grafika, fizika, kemija, biologija, elektronika, management…) • Člani KROP: Alen Vrečko, Matija Mraović, Tea Toplišek, Tadeja Muck, Damjan Balabanič in Matej Šuštaršič

6. Krepitev Razvojnih Oddelkov v Podjetjih – KROP KROP je razdeljen na 4 podprojekte Ad 1 = Funkcionalizacija površine substrata Ad 2 = Aktivna embalaža Ad 3 = Tiskana elektronika Ad 4 = Ekologija OR = Obogatena resničnost Cilji: modifikacija površine celuloze, razvoj premazov, papirji nižje gramature in boljših mehanskih lastnosti, metodologija spremljanja kakovosti embalaže, tiskana elektronika – temperaturni senzorji in senzorji za vlago, toksičnost prevodnih tiskarskih barv, LCA za papirno/kartonsko embalažo, izdelava modela za izračun CO2 in vodnega odtisa Ključnega pomena: povezava med gospodarstvom in znanstveno–raziskovalno sfero

7. Krepitev Razvojnih Oddelkov v Podjetjih – KROP • 1. patentna prijava (januar 2013) • Tadeja Muck, Urška Kavčič, Matija Mraović, Marjan Maček, Anton Pleteršek EMBALAŽA IZ KARTONA Z VGRAJENO PAMETNO ZNAČKO ZA RADIOFREKVENČNO IDENTIFIKACIJO Z MOŽNOSTJO BELEŽENJA RAZLIČNIH PARAMETROV

8. Ad 1 Funkcionalizacija površine substrata in razvoj specialnih strukturnih in površinskih lastnosti Tea Toplišek

9. Ad 1–Funkcionalizacijapovršine substrata in razvoj specialnih strukturnih in površinskih lastnosti • Razvoj premazov na osnovi polimerov in polimernih kompozitov • Mikrofibrilirana celuloza – • MFC • Nanos nanodelcev na površino celuloznih vlaken Cilj 1 : potrditi prisotnost nanodelcev na površini celuloznih vlaken Cilj 2 : učinkovitost nanodelcev kot protimikrobnih sredstev Cilj 3 : prebiti se skozi osnove polimernih kompozitov Cilj 4: protimikrobni premazi Cilj 5 : barierni premaz Cilj 6 : poznati metode pridobivanja MFC Cilj 7: nov postopek pridobivanja MFC – sonificiranje (kavitacija) Cilj 8:papir z boljšimi mehanskimi lastnostmi

10. Nanos nanodelcev na površino celuloznih vlaken … Priporočilo Evropske komisije 2011/696/EU* pravi, da »nanomaterial pomeni naravno, mešano ali umetno snov, ki vsebuje delce v nevezanem stanju ali v obliki agregatov ali aglomeratov in pri kateri je ena ali več zunanjih dimenzij – za 50 % ali več delcev pri razporeditvi snovi po velikosti glede na število – v razponu velikosti od 1 nm do 100 nm«. ← nanosvet → ← mikrosvet → 10-3 m 10-6 m 10-9 m 1 m 1 nm 1000 nm 1 µm 1000 mm 1.000.000 nm 1 mm SiO2, TiO2, ZnO, MMT, MFC/NFC, CNC, viskerjihitozana, Ag, kaolin, Al2O3, TiO2–SiO2, Cu, … celulozna vlakna Metoda s potapljanjem (angl. DipCoating) modificirana celulozna vlakna suspenzija nanodelcev SEM in EDXS izdelava laboratorijskih listov (RapidKöthen) • * Uradni list EU L 275, 20. 10. 2011, str. 38 – 40

11. … nanos nanodelcev na površino celuloznih vlaken • Ag TiO2 ZnO 2 µm 4 µm Cilj 1 : potrditi prisotnost nanodelcev na površini celuloznih vlaken Cilj 2 : učinkovitost nanodelcev kot protimikrobnih sredstev – Ad 2 10 µm

12. Razvoj premazov na osnovi polimerov in polimernih kompozitov … polimer + Ag + TiO2 PMC Kaj so kompoziti? CMC • polimer + Ag = CCC vlakna • kompozit polimer + TiO2 plošče delci + armatura matrica MMC 1 µm Papirna industrija – premazi na osnovi polimernih kompozitov protimikrobni premazi bariera za pline bariera za vodno paro bariera za UV žarke povečanje trdnosti, togosti in dimenzionalne stabilnosti,… 2 µm 400 nm

13. … razvoj premazov na osnovi polimerov in polimernih kompozitov … Legenda: O = osnovni papir P = premazan papir K = končni papir K O K4 O2 P3 P

14. … razvoj premazov na osnovi polimerov in polimernih kompozitov … Pri aplikacijah dodelave in oplemenitenja papirja igra čas po stiku papirja s tekočino (voda) odločilno vlogo. PDA – merilnik dinamike penetracije – omakanje – penetracija – prepojitev

15. … razvoj premazov na osnovi polimerov in polimernih kompozitov … * Vzorec neprepusten O = osnovni papir P = premazan papir K = končni papir Polimerna matrica Plastni silikati Premaz z MMT – polimerna matrica 5 g/m2 / 24 h Klasičen kompozit Razplaščennanokompozit Interkalirannanokompozit Pot molekule O2, H2O Cilj 3 : poznati osnove polimernih kompozitov Cilj 4: protimikrobni premazi – Ad 2 Cilj 5 : barierni premaz MMT/polimer – iščejo se partnerji Cilj 6: premazi na vodni osnovi – iščejo se partnerji Polimerna matrica

16. Mikrofibrilirana celuloza – MFC … Lesno vlakno je sestavljeno iz treh glavnih komponent: celuloze, hemiceluloze in lignina. celuloza – mikrofibril – fibril – lamelna struktura lesnih vlaken v plasteh (P, S1, S2, S3)

17. … mikrofibrilirana celuloza – MFC … Predobdelava Mehanska predobdelava Alkalna predobdelava Oksidacijska preobdelava Kisla hidroliza Encimatska predobdelava Metode Visoko-tlačni homogenizator Mikro-utekočinjevalnik Krio-drobljenje Mletje Elektro-predenje Ultrazvok Formacija in implozija mehurčkov ultrazvočna sonda ultrazvočna sonda Dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost fibrilacije: moč temperatura čas koncentracija, velikost in razdalja. čaša čaša voda voda vlakna vlakna vodna kopel ledena/vodna kopel

18. … mikrofibrilirana celuloza – MFC … Primerjava nekaterih lastnosti sonificirane razpuščene in mlete celuloze Utržni indeks [kNm/kg] 2 M 1N 1UZ N 2 UZ M Dolžina pri pretrgu [km] Legenda: 1N = razpuščena celuloza 1 UZ N = UZ razpuščena celuloza 2M = mleta celuloza 2 UZ M = UZ mleta celuloza 1N 1UZ N 2 UZ M 2 M

19. … mikrofibrilirana celuloza – MFC 1N 2UZM 1UZN 2M Cilj 6 : poznati metode pridobivanja MFC Cilj 7: nov postopek pridobivanja MFC – sonificiranje (kavitacija) Cilj 8:papir z boljšimi mehanskimi lastnostmi

20. Ad 2 Aktivna embalaža Matej Šuštaršič

21. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže

22. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže • Zakonodaja EU: • Uredba Evropskega parlamenta in Sveta (ES) št. 1935/2004 z dne 27. oktobra 2004 o materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili, in o razveljavitvi direktiv 80/590/EGS in 89/109/EGS • Uredba Komisije (ES) št. 2023/2006 z dne 22. decembra 2006 o dobri proizvodni praksi za materiale in izdelke, namenjene za stik z živili • Uredba Komisije (ES) št. 450/2009 z dne 29. maja 2009 o aktivnih in inteligentnih materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili • Popravek Uredbe Komisije (ES) št. 450/2009 z dne 29. maja 2009 o aktivnih in inteligentnih materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili Nacionalna zakonodaja: Zakon o zdravstveni ustreznosti živil in izdelkov ter snovi, ki prihajajo v stik z živili, (Uradni list RS, št. 52/00, 42/02 in 47/04) Uredba o izvajanju Uredbe Evropskega parlamenta in Sveta ES o materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili in o razveljavitvi direktiv 80/590/EGS in 89/109/EGS, (Uradni list RS, št. 53/05, 66/06 in 31/08 in neuradno prečiščeno besedilo) Uredba o izvajanju uredbe Komisije (ES) o dobri proizvodni praksi za materiale in izdelke, namenjene za stik z živili, (Uradni list RS, št. 119/07) Uredba o obvezni registraciji in ravnanju podjetij, ki proizvajajo, predelujejo in prva dajejo v promet materiale in izdelke, namenjene za stik z živili, (Uradni list RS, št. 57/08) Pravilnik o materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili, (Uradni list RS, št. 36/05 in 100/06 )OPOMNIK: Ker se določbe zgornjega pravilnika neposredno nanašajo na določbe EU direktive o regenerirani celulozi, je navedena tudi pripadajoča direktiva: Direktiva Komisije 2007/42/ES z dne 29. junija 2007 o materialih in izdelkih iz regenerirane celulozne folije, namenjenih za stik z živili Pravilnik o preskušanju izdelkov in snovi, ki prihajajo v stik z živili, (Uradni list RS, št. 131/03, 65/08 in neuradno prečiščeno besedilo) Pravilnik o prenehanuveljavnotiin uporabe določenih pravilnikov na področju materialov, izdelkov in snovi, ki prihajajo v stik z živili (Uradni list RS. št 6/2012)

23. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže POLIMERNI MATERIALI: Uredba Komisije (ES) št. 10/2011 z dne 14. januarja 2011 o polimernih materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili Izvedbena uredba Komisije (EU) št. 321/2011 z dne 1. aprila 2011 o spremembi Uredbe (EU) št. 10/2011 glede omejitve uporabe bisfenola A v plastičnih stekleničkah za dojenčke Uredba Komisije (EU) št. 1282/2011 z dne 28. novembra 2011 o spremembi Uredbe (EU) št. 10/2011 o polimernih materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili Uredba Komisije (EU) št. 284/2011 z dne 22. marca 2011 o posebnih pogojih in podrobnih postopkih za uvoz polimerne kuhinjske posode iz poliamida in melamina, ki je po poreklu ali je bila poslana iz Ljudske republike Kitajske in Kitajskega posebnega upravnega območja Hongkong Uredba Komisije (ES) št. 282/2008 z dne 27. marca 2008 o recikliranih polimernih materialih in izdelkih, namenjenih za stik z živili, in spremembi Uredbe (ES) št. 2023/2006 RAZNO: Uredba Komisije (ES) št. 372/2007 z dne 2. aprila 2007 o določitvi prehodnih mejnih vrednosti migracije za mehčalce v tesnilih pokrovov, namenjenih za stik z živili Popravek Uredbe Komisije (ES) št. 372/2007 z dne 2. aprila 2007 o določitvi prehodnih mejnih vrednosti migracije za mehčalce v tesnilih pokrovov, namenjenih za stik z živili Uredba Komisije (ES) št. 597/2008 z dne 24. junija 2008 o spremembi Uredbe (ES) št. 372/2007 o določitvi prehodnih mejnih vrednosti migracije za mehčalce v tesnilih pokrovov, namenjenih za stik z živili

24. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže OKOLICA PROCESA VHOD PROCES IZHOD KONTROLA VHODNE SUROVINE KONTROLA PROCESA KONTROLA PROCESA

25. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže KONTROLA UČINKOVITOSTI PREMAZA KONTROLA PROCESA PREMAZOVANJA KONTROLA PROCESA TISKANJA ELEKTRONIKE PAPIR + PREMAZ POTISK ELEKTRONIKE PAPIR PREMAZ IZDELEK

26. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže • Ag TiO2 KONTROLA PROCESA NANOSA NANODELCEV NA POVRŠINO CELULOZNIH VLAKEN – ZnO, Ag in TiO2 ZnO 2 µm 4 µm 10 µm

27. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže KONTROLA UČINKOVITOSTI PREMAZA Uvedba metode: Testiranje antimikrobnih snovi TEMELJI NA: DIN EN1104, SIST ISO 15457:2007,...

28. Ad 2–Metodologija spremljanja kakovosti aktivne embalaže KONTROLA UČINKOVITOSTI PREMAZA TESTIRANJE ANTIMIKROBNOSTI

29. Ad 3 Tiskana elektronika Matija Mraović

30. Ad 3–Tiskana elektronika Waferska stopnja • „Ni“ tiskana elektronika • Postopki izdelave so enaki kot pri klasični izdelavi čipov (vakuumsko oslojevanje, fotolitografija, jedkanje, cleanroom...) • Razlikuje se le v podlagah (polimerni filmi, steklo) • Visoka ločljivost • Visoka cena • OLED displeji, fotovoltaika, elektroluminiscentni filmi (svetila) Tiskana stopnja • Masovna proizvodnja • Tiskarski postopki (ofsetni tisk, sito tisk...) • Prevodna črnila • Različne podlage (papir, polimerni filmi...) • “Reel-to-reel” • Slabša ločljivost za izdelavo elektronike • Nizka cena • Večja poraba surovin • Zahteva veliko povpraševanje po izdelkih Hibridna stopnja • Mešanica obeh tehnologij • Upogljive podlage

31. Ad 3–Tiskana elektronika • Zanesljivost • Sledljivost (izdelava – transport – uporabnik) • Identifikacija • Spremljanje življenjske dobe • Ponarejanje izdelkov • Nepooblaščeno odpiranje PAMETNA EMBALAŽA Tiskana elektronika (hibridna) Vgrajeni senzorji • Vlaga (tiskano) • Temperatura (tiskano) • Plin (tiskano) Brezžična komunikacija • RFID (čip) • NFC (čip)

32. Ad 3–Tiskana elektronika RFID (radiofrekvenčnaidentifikacija) NFC (nearfieldcommunication) • Navodila, obvestila, informacije • Kartice ugodnosti (pika, spar, kolosej...) • Kreditne kartice • Ključavnice (avto, stanovanje, vstopnice...)

33. Ad 3–Tiskana elektronika Plin (kapacitivni senzor) Merjena veličina je kapacitivnost. Zaradi vezanja molekul plina na dielektrično snov med elektrodama, se spreminja kapacitivnost (ε). TISKANI SENZORJI Temperatura Merjena veličina je električna upornost. Upornost se spreminja zaradi temperature. Izvedba: tiskane dolge prevodne poti (linije) (velika upornost) Vlaga Upornost Merjena veličina je električna upornost. Zaradi vpijanja vlage se spreminja upornost. Izvedba: tiskane prevodne poti (velika upornost) Kapacitivnost Merjena veličina je kapacitivnost. Zaradi vpijanja vlage se spreminja dielektričnost snovi (ε) med elektrodama. Izvedba: tiskani kondenzator

34. Ad 3–Tiskana elektronika Časovni odzivi senzorjev Histereza

35. Ad 3–Tiskana elektronika 3D elektrostatični model senzorjev (simulacija) Senzorji za plin Razvoj RFID sistema s senzorji Rezultat računalniške simulacije Senzor

36. Ad 4 Ekologija Damjan Balabanič

37. Ad 4–Ekologija C I L J I Ugotoviti stanje toksičnosti (genotoksičnost/mutagenost, citotoksičnost) prevodnih tiskarskih barv; LCA za papirno/kartonsko embalažo; Izdelava modela za izračun CO2 odtisa novo razvite embalaže; Izdelava modela za izračun vodnega odtisa; Posnetek stanja, klasifikacija, primerjava z uredbo o ravnanju z odpadno embalažo (za novo nastalo embalažo).

38. Ad 4–Ekologija AMES TEST S. thyphimurium (TA98, TA100) z metabolno aktivnostjo in brez metabolne aktivnosti

39. Ad 4–Ekologija

40. Ad 4–Ekologija

41. Ad 4–Ekologija LCA (kartonska embalaža) VPLIVI NA OKOLJE globalno segrevanje (CH4) zakislinjevanje (acidification) (NH3, HNO3) evtrofikacija nastanek fotokemičnega smoga (CH4, VOC) nastajanje trdnih odpadkov

42. Ad 4–Ekologija Okoljski vpliv kartonske škatle (655 g)

43. Ad 4–Ekologija Okoljski vpliv kartonske škatle (655 g)

44. Dodatek Obogatena resničnost Alen Vrečko

45. OR– Obogatena resničnost O obogateni resničnosti Gre za pogled na realni svet (praviloma v živo), ki pa je 'obogaten' z dodatno, računalniško generirano informacijo; Dodatna informacija je lahko tekst, slika, 3D model, zvok, njen namen je lahko spet zelo raznolik; Dodatna informacija je v živo sliko praviloma vstavljena avtomatsko in v realnem času, pri tem pa mora vzdrževati določen semantični kontekst z realno okolico; Dva podproblema: kam vstaviti dodatno informacijo in kako? Rešitev je v tehničnem smislu največkrat zmes rač. vida in rač. grafike.

46. OR– Obogatena resničnost Primer obogatene resničnosti (1/2)

47. OR– Obogatena resničnost Primer obogatene resničnosti (2/2)

48. OR– Obogatena resničnost Obogatena resničnost in pametna embalaža Materiali in premazi, ki olajšujejo sledljivost markerjev; Nove oblike sledljivih markerjev, ki so tudi oblikovno spremenljivi; Uporaba OR v povezavi z drugimi atributi pametne embalaže, npr. v kombinaciji z RFID, pa tudi širše v papirni industriji.

49. Hvala lepa za vašo pozornost