Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 4B: Entwicklung von Konstruktionsschäumen auf Stärkebasis - Stärkehydrophobierung

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. Waltraud Vorwerg
Tel: +49 331 568-1609
E-Mail: vorwerg@iap.fhg.de
FKZ
22026508
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes war die Entwicklung hydrophober, stärkehaltiger Schaumstoff-Formkörper. Am Markt gibt es eine Vielzahl geschäumter Formteile auf Basis synthetischer Polymerer. In diesem Projekt ging es darum, geschäumte Produkte aus überwiegend Biopolymeren bzw. biobasierten Polymeren herzustellen, welche Gebrauchseigenschaften erfüllen, die einen partiellen Ersatz von synthetischen geschäumten Artikeln ermöglichen könnten. Darunter sind nicht die handelsüblichen Verpackungschips oder –schalen zu verstehen, die auf Basis von Stärke oder Getreideprodukten verfügbar sind, sondern es ging um höherwertige Produkte wie z. B. Gehäuse elektronischer Güter. Es wurde Stärke als nachwachsender Rohstoff ausgewählt, da sie aus industrieller Produktion in großen Mengen verfügbar ist und zu den kostengünstigen der isolierten, nachwachsenden Rohstoffe zählt. Stärke kann mit geeigneten Weichmachern thermoplastisch verarbeitet, mit synthetischen und biobasierten Polymeren geblendet und durch Anwendung von Treibmitteln zu geschäumten Formkörpern verarbeitet werden. Stärkematerialien aus nativer oder destrukturierter Stärke weisen den Nachteil der Wasserempfindlichkeit und Sprödigkeit auf. Es waren verschiedene Wege möglich, um Stärkeschäume mit neuen Eigenschaften wie Stabilität bei relativ hoher Luftfeuchtigkeit und verbesserter mechanischer Belastbarkeit sowie Langzeitbeständigkeit zu entwickeln. Der Lösungsweg dieses Forschungsvorhabens bestand in der Reaktivextrusion von Stärke mit funktionalisierenden Epoxi-Reagenzien und Additiven für eine thermoplastische Prozessführung und Stabilisierung mechanischer Gebrauchseigenschaften. Die zu entwickelnde Technologie war ein zweistufiger Prozess, der die Entwicklung von Compounds durch Reaktivextrusion mit anschließender Verarbeitung zu Spritzguß-Formteilen unter Anwendung verschiedener Treibmittel zur Verschäumung zum Inhalt hatte.
Ergebnisdarstellung
Die Hydrophobierung von Stärke wurde im Labormaßstab mit verschiedenen Substanzklassen optimiert: Epichlorhydrin, epoxidierte Copolymere (Kettenverlängerer) und bi- und trifunktionaler Glycidylether. Epichlorhydrin und Glycidylether können durch alkalische Katalyse aktiviert werden und sind daher in Verfahren der TPS-Herstellung einsetzbar. Mit Labormethoden wurden Rezepturen erarbeitet, die auf Verfahren zur Compoundierung mittels Extrusion mit Erfolg übertragen werden konnten. Der Stärkeanteil konnte in PLA-Blends bis auf maximal 50%, in PP auf 70% in kleintechnischer Produktion gebracht werden. Eine weitere Erhöhung der Stärke im PLA-Blend erwies sich als schwierig, da ausreichend Weichmacher für eine vollständige Plastifizierung der Stärke eingesetzt werden musste. Auch durch den Einsatz destrukturierter Stärke konnte der Weichmachergehalt nicht wesentlich reduziert werden. So waren Stärke/PLA-Blends mit destrukturierter Stärke nicht geeignet, um die Verschäumbarkeit zu verbessern, die mechanische Stabilität verschlechterte sich sogar. Die Charakterisierung von Stärke-Compounds hinsichtlich der Extrahierbarkeit der Stärke brachte das Ergebnis, dass die Stärke mit der Blendkomponente PLA durch Glycidylether besser vernetzt werden konnte als durch epoxidierte Copolymere (Kettenverlängerer). Die hergestellten Stärke/PLA und Stärke/PP Blends konnten zu geschäumten Formteilen am ifW verarbeitet werden. Die Verschäumbarkeit war jedoch aufgrund der kompakten Struktur der Stärke begrenzt möglich. Beide Entwicklungslinien, die TPS-PLA-Herstellung und die Verarbeitung von Stärke mit PP, können als Basis für interessante Materialentwicklungen, insbesondere für geschäumte Formteile, weitergeführt und ausgebaut werden.

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