Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 2B: Duromere und faserverstärkte Composite mit Lignin aus einheimischer Schwarzlauge - Prozessentwicklung der Lignin-Biocomposite

Anschrift
Universität Kassel - Fachbereich 15 Maschinenbau - Institut für Werkstofftechnik - Fachgebiet Kunststofftechnik
34125 Kassel
Mönchebergstr. 3
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim
Tel: +49 561 804-3670
E-Mail: heim@uni-kassel.de
FKZ
22025908
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Hauptziel des geplanten Forschungsvorhabens war die Gewinnung einheimischen Lignins aus Schwarzlauge sowie deren Verwendung für die Herstellung faserverstärkter Duromer-Composite. In der ersten Projektphase wurden dazu einkomponentige Harz hergestellt und deren Verarbeitungsparameter erörtert, die im Handlaminieren oder bei der Harzinjektion Anwendung finden. In der 2. Projektphase wurde dann angestrebt die Materialien so zu modifizieren, dass sie auch als lagerfähige Formmasse im Spritzguss verwendet werden können. Lignin fällt in Form von Schwarzlauge in der Zellstoffindustrie hochtonnagig an. Als Nebenprodukt bei der Cellulosegewinnung steht bisher überwiegend die energetische Verwertung bei den Celluloseherstellern im Vordergrund. Das Lignin kann nach Isolierung, Reinigung und Fraktionierung epoxidiert werden und ist somit für die Verwendung in Epoxidharzsystemen geeignet. Es sollte eine Entwicklung von Epoxidharz-Rezepturen erfolgen bei denen ein möglichst großer Anteil durch Lignin-basierte Polymere ersetzt werden kann. Die Ligninharze wurden während der vollen Projektlaufzeit immer weiterentwickelt, diverse Epoxidharzrezepturen wurden am Fraunhofer IAP hergestellt und anschließend am IfW weiter verarbeitet. Ziel war es, am IfW aus den Ligninderivaten neue Biocomposite in Kombination mit Verstärkungsfasern zu entwickeln, und somit neue werkstoffliche Anwendungsmöglichkeiten für die Schwarzlauge zu erschließen.
Ergebnisdarstellung
Um die mechanischen Eigenschaften bewerten zu können wurden Referenzmaterialien beschafft und ebenfalls untersucht. Dazu wurden sowohl gewöhnliche Epoxidharze, als auch biobasierte Alternativen, wie z.B. epoxidierte Pflanzenöle, ausgewählt, charakterisiert und anschließend den Ligninverbunden gegenüber gestellt. Für die Auswahl der Referenzprodukte wurden verschiedenste Materialmuster beschafft und mittels thermischer Analyseverfahren bewertet. Im nächsten Projektabschnitt wurden verschiedenste Verbunde mit Naturfasern aus Jute, Regenerat-Cellulose-Fasern und aus Glasfasern hergestellt. Die Verbunde wurden durch Handlaminieren und anschließendes Heißpressen oder durch das Harzinjektionsverfahren hergestellt. Diese Verfahren wurden ausgewählt, um eine möglichst Industrienahe Fertigungstechnologie mit kurzen Zykluszeiten zu benutzen. Ein Werkzeug für die Harzinjektion wurde eigens für das Forschungsvorhaben konstruiert und gefertigt. Es wurde eine umfangreiche Charakterisierung von Standardepoxidharzen mit Naturfaserverstärkung durchgeführt. Diese zeigen sowohl sehr gute mechanische als auch gute thermische Eigenschaften. Bioprodukte können diese Eigenschaften ohne weiteres nicht erreichen. Deshalb wurde eine Alternative gesucht, die eine Bewertung der Bioepoxide zulässt. Dazu wurden Epoxidierte Öle ausgewählt. Die Verwendung von epoxidierten Ölen anstatt Epoxidharzen ist bereits bekannt, hat sich aber aufgrund der geringen Wärmeformbeständigkeit dieser Systeme nicht gegen synthetische Harze durchgesetzt.

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