Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Biobasierte Molding Compounds für Elektronikanwendungen; Teilvorhaben 2: Polyestersynthese

Anschrift
Fachhochschule Münster - Fachbereich Chemieingenieurwesen - Labor für Kunststofftechnologie und Makromolekulare Chemie
48565 Steinfurt
Stegerwaldstr. 39
Kontakt
Prof. Dr. Reinhard Lorenz
Tel: +49 2551 962-320
E-Mail: rlorenz@fh-muenster.de
FKZ
22020515
Anfang
01.07.2016
Ende
31.12.2018
Aufgabenbeschreibung
Ziel ist die Entwicklung von BMC- und SMC-Formmassen und -Werkstoffen auf der Basis nativ-basierter Rohstoffe (Harz, Fasern, Flammschutzmittel und Hilfsstoffe). Sie werden den marktüblichen, petrochemisch-synthetischen BMC- und SMC-Produkten ebenbürtig sein. An der FH Münster werden ungesättigte Polyester aus Dicarbonsäuren und Diolen synthetisiert, beide aus landwirtschaftlichen Vorprodukten (Stärke, Glucose, …) fermentativ / biotechnologisch hergestellt. In einem vorangehenden grundlagenorientierten Projekt (FKZ 22011910) wurde die Machbarkeit nachgewiesen: Polyester aus Fumarsäure und Butandiol-1,3 sind besonders geeignet. Hier setzt das neue Projekt mit Produktentwicklungen und konkreten Werkstoffanforderungen (Benchmarks) an. Zur Optimierung werden weitere nativ-basierte Rohstoffe im ungesättigten Polyester erprobt, z.B. Itaconsäure, Furan-2,5-dicarbonsäure, Isosorbid sowie 1,2-Propandiol oder 1,4-Butandiol (beide inzwischen biotechnologisch zugängig). Die Entwicklung ist ein iterativer Prozess in enger Abstimmung mit PYCO und allen Industriepartnern. Arbeitspakete der FH Münster: AP1 Bei der Ermittlung des Ausgangszustands, der Erstellung des Lastenheftes und der werkstofflichen Beschreibung des Demonstrators werden die chemisch-verbundwerkstofflichen Kenntnisse eingebracht. AP3 Die Arbeiten umfassen die Synthese und Optimierung der neuen nativ-basierten ungesättigten Polyester sowie ihre chemisch-analytische Charakterisierung. Hinzu kommt die Weiterentwicklung der Harze bzgl. der Verarbeitungs- und Materialeigenschaften. Wichtige Aspekte: Löslichkeit im Reaktivverdünner, Eindickung, Härtung, Glastemperatur bzw. Wärmeformbeständigkeit, Bewitterung und weitere Werkstoffkenndaten. AP5 Unterstützung bei der Zusammenführung der Ergebnisse aus AP2 und AP3 mit chemischer Expertise und ggf. modifizierten ungesättigten Polyestern. AP6 Scale-up gemeinsam mit PYCO unter Nutzung des dortigen 20l-Reaktors. Die 20kg-Harzansätze dienen der Herstellung der Demonstratoren.
Ergebnisdarstellung
Optimierung des nativ-basierten ungesättigten Polyesters Der nativ-basierte Polyester auf Basis von Fumarsäure + Butan-1,3-diol zeigt das beste Verhalten bei einer Säurezahl von 20 bis 25 mg KOH / g und einem Massenanteil von Isobornylacrylat 60 Ma.-%. Dieser benötigt zum Lösen in Isobornylacrylat bei Raumtemperatur etwa zwei Monate. Daher wurden zu Beginn des Projektes Wege gesucht, um den Lösevorgang zu beschleunigen. Da die Autoinitiierung (thermische Radikalbildung) bei Isobornylacrylat erst bei hohen Temperaturen einsetzt, ist Zugabe eines Teils des Reaktivverdünners zur Polyesterschmelze bei ca. 125 °C möglich. Dadurch sinkt die Viskosität stark ab welches ein späteres Aufstocken des Harzes ermöglicht. Hierdurch konnte der Zeitbedarf zur Lösung von etwa 2 Monaten auf ca. 1,5 h gesenkt werden. Überraschenderweise lag die Viskosität dieser Harze deutlich unter jener, die durch Lösen im kalten Reaktivverdünner hergestellt wurden. Damit wurde eine zentrale Forderung der harzverarbeitenden Projektpartner erfüllt. Entwicklung nativ-basierter Schwundkompensatoren Da vollständig nativ-basierte Schwundkompensatoren unseres Wissens unbekannt sind, bestand die Aufgabe bestand darin, eben solche zu entwickeln. Synthesen auf Basis von Polykondensaten, erwiesen sich als ungeeignet. Einige kommerzielle Schwundkompensatoren sind radikalische Polymere, bspw. Polystyrol, Polymethylmethacrylat oder Polyvinylacetat. In Anlehnung an dieses Konzept wurde Polyisobornylacrylat, welches kommerziell nicht erhältlich ist, an der FH Münster synthetisiert (Glastemperatur 94 °C). Zudem wurde Isobornylacrylat mit nativ-basiertem Ethylacrylat copolymerisiert. Es wurden Copolymerisate mit 25 und 50 Mol-% Ethylacrylat hergestellt (Glastemperaturen 70 °C bzw. 48 °C). Alle drei Produkte erwiesen sich, bei der Prüfung durch den Partner tetra-DUR, als einwandfreie Schwundkompensatoren,

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