Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Biobasierte Hybridpolymere

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. Joachim Storsberg
Tel: +49 331 568-1321
E-Mail: joachim.storsberg@iap.fraunhofer.de
FKZ
22012209
Anfang
01.08.2010
Ende
30.11.2011
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes ist die innovative Veredlung von Proteinen mit künstlichen Polymeren zu neuen Materialien, sogenannten Biohybridpolymeren. Dabei sollen neue modifizierte Protein-Hybrid-Derivate im Bereich des Kunststoffsektors hergestellt werden und deren Anwendung bei der Optimierung bekannter und Erschließung neuer Einsatzmöglichkeiten untersucht werden. Erwartet werden dadurch die Teilsubstitution von erdöl- oder kohlebasierten Polymerkomponenten mit der zukunftsweisenden Wirkung einer verbesserten CO2-Bilanz und einer erheblichen Rohstoffkostenersparnis bei Materialherstellern. Es sollen Hybridpolymersystemen die aus Proteinen und Polyamid/Polyurethan-Komponenten bestehen, hergestellt werden. Dazu werden Granulate der wichtigsten kommerziellen Materialien wie beispielsweise PA66 und PA6 als Basis für die Hybridsysteme verwendet. Es werden die Verfahrensprinzipien (Reaktionsbedingungen, qualitative und quantitative Materialkombination) für die Herstellung der genannten Produkte durch Varianten der Extrusion erarbeitet. Zusätzlich werden Versuche zu Herstellung von Fasermaterialien durchgeführt. Die Materialien werden hinsichtlich chemischer und physikalischer Parameter charakterisiert. Zur Ermittlung der mechanischen Parameter werden via Spritzguss Prüfkörper hergestellt. Und die Zusammensetzung der Hybridpolymere mittels Elementaranalyse sowie mittels spektroskopischer Methoden untersucht.
Ergebnisdarstellung
Ziel des Vorhabens waren Voruntersuchungen zum Einsatz von Proteinen als Copolymer bei thermoplastischen Polyamiden und thermoplastischen Polyurethanen zur Herstellung von sogenannten biobasierten Protein-Hybrid-Derivaten. Natürliche Proteine selbst sind nicht thermoplastisch. Durch Einbringen der Proteine in eine thermoplastische Matrix sollte die Möglichkeit einer Verarbeitung durch Extrusion und Spritzgießen untersucht werden. Hierzu wurden im Vorhaben neue modifizierte Protein-Hybrid-Derivate im Bereich des Kunststoffsektors hergestellt und deren Anwendungen untersucht. Ausgehend von hergestellten Proteinhydrolysaten wurden mittels Extrusion verschiedene kommerzielle Kunststoffe auf ihre Protein-Kompatibilität beim Compoundieren getestet. Um Aussagen zur Eigenschaftsveränderung der Blends mit unterschiedlich hohem Additivanteil zu gewinnen, wurden von 5 technischen Kunststoffen insgesamt 20 Extrudate mit Proteinanteilen bis zu 30% hergestellt. Zur Untersuchung der wichtigsten mechanischen Eigenschaften und im Hinblick auf spätere Anwendungen wurden mittels Spritzguss entsprechende Prüfkörper in Scheiben bzw. Stäben sowie Fäden gefertigt. Diese wurden dann auf Härte bzw. Zug und Dehnung untersucht. Es wurde zunächst festgestellt, dass prinzipiell Polyamide und auch Polyurethane geeignete Matrixmaterialien für die angestrebten Blends darstellen, während Polyester sich als nicht geeignet erwiesen. Weitere Untersuchungen ergaben, dass polyurethanbasierte Extrudate schon bei kleinen Proteingehalten abnehmende Härte und eine deutliche Versprödung aufweisen. Dagegen können insbesondere Materialien auf Polyamidbasis mit bis zu 30 % Protein unter Beibehaltung wesentlicher mechanischer Kennwerte compoundiert werden. Beispielsweise bleiben die Shore D - Härte und der E-Modul von Blends aus bestimmten Polyamiden und bis zu 30 % Peptidhydrolysat nahezu konstant. Die Untersuchung der Fäden ergab sowohl für die Spannung als auch für Bruchdehnung und E-Modul konstante Werte.

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