Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Copolymere von PLA als neue Materialbasis

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. rer. nat. Antje Lieske
Tel: +49 331 568-1329
E-Mail: antje.lieske@iap.fraunhofer.de
FKZ
22015007
Anfang
01.09.2008
Ende
28.02.2011
Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden Methoden zur Modifizierung von PLA untersucht, die vor allem zu einer besseren Wärmeformbeständigkeit beitragen sollten. Dabei bestand die Anforderung der Anschlussfähigkeit an den PLA-Prozess der Uhde Inventa-Fischer GmbH, die eine Pilotanlage mit einer Kapazität von 500 t/a in Guben errichtet hat. Es wurden zwei Schwerpunkte bearbeitet: (1) Copolymerisation mit geeigneten Komponenten: Den Untersuchungen mit delta-Alkyllactonen lag die Annahme zugrunde, dass der Einbau von kurzen amorphen hydrophoben Copolymerblöcken den Kristallisationsgrad des L-PLA (PLLA) erhöht. Dabei sollten die hydrophoben Blöcke als Scharniere wirken und eine Anordnung der PLLA-Ketten ermöglichen, die das Kristallisationsverhalten positiv beeinflusst. Für die Untersuchungen wurden alkylsubstituierte Derivate des delta-Valerolactons mit unterschiedlich langen Seitenketten (Anzahl C = 0 bis 6) ausgewählt. Durch das Einbringen von (teilkristallinen) Copolymerblöcken mit hoher Glastemperatur sollten sich die Wärmeformbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften von PLLA verbessern lassen. In die Untersuchungen wurden die aromatisch substituierten Lactone Cumarin und Dihydrocumarin einbezogen. (2) Verknüpfung von Telechelen: Der Fokus lag hier auf der Bildung von Stereoblockcopolymeren aus den beiden Enantiomeren PLLA und PDLA. Die entsprechenden Diole sollten hierfür durch die Umsetzung mit einem Diisocyanat über Urethanbrücken miteinander verbunden werden. Die deutlich verbesserte thermische Stabilität von Stereoblockcopolymeren ist bekannt, jedoch konnten sich die beiden in der Literatur beschriebenen Methoden zu ihrer Herstellung (stufenweise Ringöffnungspolymerisation, Festphasenpolykondensation der Blends) aufgrund ihrer begrenzten technischen Umsetzbarkeit bisher nicht etablieren.
Ergebnisdarstellung
(1) Copolymere von PLLA: Die Versuche zur Bildung von Blockcopolymeren des PLLA mit Polymeren von Alkyllactonen und aromatisch substituierten Lactonen führten nicht zu dem gewünschten Erfolg. Nach erfolglosen Versuchen zur Ringöffnungspolymerisation (ROP) der substituierten Lactone mit dem üblichen Katalysator Zinnoctoat wurde zur anionischen ROP übergegangen. Eine akzeptable Produktausbeute konnte für keines der untersuchten subtituierten Lactone erreicht werden, so dass die Blockcopolymersynthese mit substituierten Lactonen als Makroinitiator nicht möglich war. Alternativ wurden daher Blockcopolymere von PLLA mit Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polystyrol (PS) synthetisiert. Vor allem AB-Blockcopolymere mit PMMA und PS sind für eine technische Anwendung vielversprechend. Ihre Wärmeformbeständigkeit ist gegenüber einem kommerziellen PLA deutlich verbessert. Zwar gilt dies auch für entsprechende Blends aus PLLA und PS, die jedoch wesentlich schlechtere mechanische Eigenschaften aufweisen. (2) Stereoblockcopolymere (sb-PLA): Die Umsetzung von PLLA- und PDLA-Diolen mit 4,4'-Dipenylmethandiisocyanat im Laborextruder führte zu sb-PLA. Dabei wurden Stereokomplex-Kristalle gebildet, deren Schmelzpunkt deutlich über dem der homochiralen Kristalle in den Präpolymeren lag. Bei der untersuchten Methode zur Herstellung von sb-PLA trat bei keiner der untersuchten Zusammensetzungen eine Homokristallisation auf, wie sie bei vergleichend hergestellten Stereokomplexen (sc-PLA) beobachtet wurde. Die Wärmeformbeständigkeit von sb-PLA war gegenüber PLLA deutlich verbessert und lag im Bereich von sc-PLA, die Sprödigkeit war geringer als die von sc-PLA. Noch nicht erreicht wurden die angestrebten hohen Molmassen von über 100.000 g/mol. Die weitere Optimierung der Reaktionsbedingungen und der Einsatz optimierter Extrudertechnik müssen weiteren Arbeiten vorbehalten bleiben.

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