Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 4A: Entwicklung von Konstruktionsschäumen auf Stärkebasis - Prozessentwicklung hydrophober Stärken für die Verarbeitung durch Mikroverschäumung

Anschrift
Universität Kassel - Fachbereich 15 Maschinenbau - Institut für Werkstofftechnik - Fachgebiet Kunststoff- und Recyclingtechnik
34125 Kassel
Mönchebergstr. 3
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Heim
Tel: +49 561 804-3670
E-Mail: heim@uni-kassel.de
FKZ
22026408
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe gewinnen in der heutigen Zeit immer mehr an Bedeutung. Als nachwachsender Rohstoff steht Stärke nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Einsatzgebiete sind vor allem die Lebensmittel- und Papierindustrie. Stärke oder Stärkeblends können grundsätzlich auch in der Kunststofftechnik eingesetzt werden. Hier werden bisher fast ausschließlich sogenannte thermoplastische Stärken (TPS) im Verpackungsbereich eingesetzt, welche mit Hilfe von unbedenklichen Weichmachern wie beispielsweise Glycerin, Sorbitol oder Wasser hergestellt werden. Speziell für die Verarbeitung im Spritzgießprozess sind bisher keine Marktprodukte verfügbar. Ein großer Nachteil der nativen Stärke ist ihre Hydrophilie. Die Stärke nimmt sehr schnell große Mengen an Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Dies schränkt die Einsatzbereiche des Materials stark ein. Um diesen Werkstoff für weitere Anwendungsgebiete attraktiv zu machen bedarf es einer Entwicklung von neuen bzw. Anpassung der konventionellen Kunststoffverarbeitungsverfahren. Hierbei kommen vor allem zwei Lösungsansätze in Betracht. Zum einen eine optimale Anbindung der nativen Stärke an eine thermoplastische Matrix. Zum anderen eine Destrukturierung und Vernetzung der Stärke bei der Verarbeitung im Doppelschneckenextruder. Die so hergestellten Stärkeblends können anschließend im Spritzgießprozess zu geschäumten Bauteilen verarbeitet werden. Durch die Verschäumung der Stärkecompounds kann eine Dichtereduktion erzielt werden. Dadurch kann Material eingespart werden, was wiederum zu einer Kostenreduktion führt. Neben diesem wirtschaftlichen Aspekt spricht für die Verwendung von nativer Stärke der heutzutage nicht zu unterschätzende Faktor „Bio".
Ergebnisdarstellung
Innerhalb des ersten Jahres der Projektlaufzeit zeigte sich, dass die untersuchten Marktprodukte (TPS) nur bedingt für eine Verarbeitung im Schaumspritzguss geeignet sind. Der Einsatz von modifizierter TPS, mit einer von Marktprodukten abweichenden Rezeptur, führte zu einer Verbesserung der Verarbeitbarkeit. Im nächsten Schritt wurde die native Stärke direkt als Füllstoff in einem thermoplastischen Kunststoff eingesetzt, statt sie zu thermoplastischer Stärke zu verarbeiten. Diese resultierte in einer deutlichen Steigerung der mechanischen Eigenschaften sowie zu einer Verringerung der Feuchtigkeitsaufnahme der Stärkeblends. Beim Einsatz von Haftvermittlern zur besseren Anbindung der Stärke an die Matrix konnten ebenso höhere mechanische Eigenschaften und eine geringere Feuchteaufnahme erzielt werden. Mittels Reaktivextrusion und in einem Heiz- /Kühlmischersystem wurde native Stärke vernetzt und anschließend mit einem Thermoplast geblendet. Dies führte zu signifikant höheren mechanischen Eigenschaften sowie einer wesentlich geringeren Feuchteaufnahme als bei den bisherigen Lösungsansätzen, allerdings wurde hierdurch auch die Verschäumbarkeit verschlechtert. Es konnte festgestellt werden, dass Musterbauteile auf konventionellen Werkzeugen im Spritzgießprozess hergestellt werden können. Dabei konnten hohe Schussgewichte und lange Fließwege realisiert werden. Die Bauteile konnten mit konventionellen Farbmasterbatches eingefärbt werden. Der Einsatz eines Heißkanalsystems ist bei der Verarbeitung der Stärkeblends im Spritzgießprozess unabdingbar.

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