Hoogwaardige sportschoenen worden doorgaans vervaardigd uit een complexe combinatie van materialen. Dit heeft gevolgen voor zowel de productie als de recycling. In het ZiProMat-project hebben onderzoekers van Fraunhofer een alternatieve aanpak gevonden. Een zool van programmeerbaar monomateriaal vervult verschillende functies en is bovendien vervaardigd uit hetzelfde materiaal als het bovenwerk. Het concept combineert hightech, duurzaamheid en recyclebaarheid.
De zool van hoogwaardige sportschoenen heeft in verschillende zones uiteenlopende eigenschappen. Zo is de hiel extra goed gedempt om de schokken bij het neerkomen op de grond op te vangen. De tussenzool is vrij zacht om een soepele afrol te bevorderen, en de voorvoet is iets steviger. Dit vereist een combinatie en samenvoeging van verschillende materiaaleigenschappen.
Hightech sportschoenen
Onderzoekers van Fraunhofer hebben nu een technologie ontwikkeld waarbij de zool bestaat uit één enkel materiaal dat verschillende functionele zones combineert. Door de materiaalstructuur te ontwerpen met een specifieke configuratie van ribben of ribbels, kunnen de Fraunhofer-onderzoekers in feite het gedrag van het materiaal onder belasting programmeren.
Samenwerking met Puma
In samenwerking met sportkledingfabrikant Puma heeft een team van het Fraunhofer-cluster van excellentie Programmable Materials CPM de haalbaarheid en voordelen van deze technologie al aangetoond. Onderzoeker Christof Hübner van het Fraunhofer-instituut voor chemische technologie ICT zegt: “We hebben onze expertise in materiaalkunde gecombineerd met de marktgerichte productkennis van Puma. Zo konden we aantonen dat het fundamentele concept van programmeerbare monomaterialen ook nuttig kan worden toegepast in hoogwaardige alledaagse producten, zoals sportschoenen.”
Circulariteit
De Fraunhofer CPM-instituten hebben extra ondersteuning ingeschakeld voor het vervolgproject ZiProMat, dat zich richt op circulaire programmeerbare materialen. Ze werken samen met deskundigen van het Fraunhofer-topcluster Circular Plastics Economy (CCPE). Het doel is manieren te vinden om de zool van de sportschoenen samen met het bovenwerk te recyclen door beide onderdelen te vervaardigen uit materialen op basis van polyester. Daarnaast moeten er nieuwe toepassingen worden ontwikkeld, waarbij de nadruk vooral ligt op het verder optimaliseren van het recyclingproces.
Thermoplastisch polyester
De onderzoekers gebruiken een thermoplastisch copolyester-elastomeer als monomateriaal voor de zool. Het bovenste en buitenste textielmateriaal van sportschoenen is doorgaans ook van polyester gemaakt. „Dit biedt de mogelijkheid om een veel groter deel van de schoen in een duurzame grondstofkringloop op te nemen“, zegt onderzoeker Maximilian Wende van het Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV.
Ribben of ribbels
De zolen worden vervaardigd uit vellen copolyester. Deze worden verwarmd en thermisch gevormd met behulp van een vacuüm om ze in een mal te trekken die het vel zijn vooraf gedefinieerde structuur met ribben of ribbels geeft. De vellen worden vervolgens gestapeld en aan elkaar bevestigd. Dit geeft niet alleen de buitenkant van de zool, maar ook de binnenkant de speciale structuur die verantwoordelijk is voor de mechanische eigenschappen ervan.
Twee recyclingmethoden
Het onderzoeksteam gebruikt twee processen om innovatieve recyclingmethoden te ontwikkelen. In het op oplosmiddelen gebaseerde proces ondergaan de materialen een gericht, selectief oplossingsproces, waarbij vreemde deeltjes worden afgescheiden. Het resulterende product is zeer zuiver polyester. Het pyrolyseproces daarentegen breekt polymeren af tot kleinere moleculen. Met behulp van geschikte scheidingsmethoden en chemische processen kunnen vervolgens hoogwaardige basischemicaliën zoals tereftaalzuur voor de chemische industrie worden teruggewonnen.
Zuiver polyester uit oude sportschoenen
“We zijn erin geslaagd om zuiver polyester te verkrijgen uit oude sportschoenen die van zeer uiteenlopende materialen zijn gemaakt.”Wende is verheugd: “Recycling en hoge kwaliteit hoeven elkaar niet langer tegen te spreken.”
Een complete waardeketen
De samenwerking tussen Fraunhofer CPM en CCPE vormt een cruciaal onderdeel van het succes van het project. „Door de samenwerking tussen verschillende instituten, elk met hun eigen gespecialiseerde expertise, kunnen technologieën en processen worden gecombineerd om de volledige waardeketen te bestrijken”, legt Hübner uit. De onderzoekers werken aan het uitbreiden van het scala aan programmeerbare functies voor hoogwaardige sportschoenen. Er zijn ook plannen om deze technologie toe te passen op andere producten, zoals werkschoenen.
Technologieplatform
Het uiteindelijke doel van het ZiProMat-project is het opzetten van een technologieplatform voor het gebruik van programmeerbare materialen en de ontwikkeling van baanbrekende recyclingmethoden. Het platform moet toepasbaar zijn voor diverse producten en alle gebruikte materialen zoveel mogelijk opnemen in een gesloten recyclingkringloop.
Openingsfoto: De zool van copolyester-elastomeer bestaat uit vele afzonderlijke lagen. De functionele zones worden bepaald door de structuur van ribben en ribbels. Elke afzonderlijke laag vertoont deze structuur. (Foto: Fraunhofer CPM)
Lees ook:Nieuw type plastic: onderzoekers doorbreken materiaaltheorie
