Dr. rer. nat. Johannes Ganster
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28.02.2011

Im vorliegenden Vorhaben wurden neuartige PLA-basierte Verbundwerkstoffe und Nanokomposite hergestellt und untersucht, die auf die drei Anwendungsfelder Formkörper, Folien und Fasern zugeschnitten waren. Die Faserverstärkung mit Naturfasern und cellulosischen Chemiefasern (Rayon) kam für Formkörper zur Anwendung. Typische nachhaltige Eigenschaften von PLA wie Sprödigkeit und geringe Wärmeformbeständigkeit konnten erheblich verbessert werden, wobei z.B. für die Kerbschlagzähigkeit der siebenfache Wert gegenüber dem unverstärkten Material bei gleichzeitiger Erhöhung von Festigkeit und Steifigkeit um 20 bzw. 70% erreicht wurde. Fasern und organisch modifizierte nanoskalige Schichtsilikate (OMMT) wirken als Nukleierungsmittel und führen so zu einer beschleunigten Kristallisation und kleineren Kristalliten. Der entstehende kristalline Anteil und die damit verbundene Morphologie wirken sich positiv auf die mechanische Stabilität in der Wärme aus. Nach kurzzeitigen Temperbehandlungen wurden HDT-B-Werte von bis zu 1260C erreicht. Mit Hilfe einer Breitschließdüse wurden mit 3% OMMT additivierte Folien extrudiert. Im Vergleich zu nicht additivierten Folien hatten die Komposite verbesserte Sauerstoffbarrieren und verringerte Wasserdampfdurchlässigkeit. Der Effekt nimmt mit verringerter Foliendicke zu. Dies ist aller Wahrscheinlichkeit auf die verbesserte Orientierung der Silikatschichten zurückzuführen, die durch die erhöhte Scherung im Extrussionsprozess zu kleineren Dicken auftritt. PLA wurde mit OMMT und Carbon Nanotubes (CNT) auf einer Technikumsanlage zu Faser-kompositen versponnen. Im Falle der OMMTs konnten jedoch keine kommerziellen Produkte verwendet werden, da Fadenabrisse durch noch vorhandene unmodifizierte Partikel auftraten. Ein im Labor selbst hergestellter OMMT konnte jedoch erfolgreich eingesetzt werden. Es ließen sich problemlos Fasern mit einem Titer von 2,5 dtex erspinnen. Das mechanische Eigenschaftssprektrum entsprach dem einer typischen Viskosefaser.

Polymilchsäure (PLA) ist ein biobasiertes und bioabbaubares Poymer, dem ausgezeichnete Chancen zur Substitution petrochemisch basierter Polymere prognostiziert werden. Hauptziel des vorliegenden Projektes ist es, die Eigenschaften von PLA durch Compoundierung mit geeigneten mikro- und nanoskaligen Füllstoffen in Hinblick auf ein erweitertes Anwendungsspektrum gezielt zu verbessern, wobei derzeitige Schwachpunkte im Eigenschaftsspektrum behoben werden sollen. Die Verbesserungen bei Fasern zielen auf deren Festigkeiten und Moduli, um den Anwendungsbereich der technischen Fasern zu erschließen. Bei Folien und Filmen sollen Barriereeigenschaften und Wärmeformbeständigkeit verbessert werden, um erweiterte Anwendungen im Verpackungsbereich zu ermöglichen. Bei Formkörpern (Spritzguss) wird vor allem eine erhöhte Schlagzähigkeit verbunden mit einer verbesserten Wärmeformbeständigkeit angestrebt. Neben diesen allgemeineren Zielstellungen soll darüber hinaus die Errichtung der PLA-Produktionslinie in Guben durch die german bioplastics (zunächst in der ersten Ausbaustufe) forschungsseitig begleitet werden und Verbesserungsmöglichkeiten am konkreten Produkt untersucht und genutzt werden.