Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 5: Prozess- und Materialoptimierung von Biopolymeren und -compositen durch den Einsatz von innovativen biobasierten Additiven

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
22026608
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Das Gesamtziel des Projektes umfasst Untersuchungen zur Additivierung von Biokunststoffen und deren Naturfaserverbunde durch spezielle biobasierte Zusatzstoffe, sowie zur Optimierung der Prozessparameter unter besonderer Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit. Dem zunehmenden Um-weltbewusstsein der Gesellschaft stellt das Potenzial der stofflichen Verwertung von Biomasse eine dauerhafte Lösung von wirtschafts- und umweltrelevanten Problemen dar. Die Verarbeitung von biogenen Polymeren, vor allem die Spritzgieß- und Extrusionstechnik werden als Zukunftsmarkt vornehmlich für kleine und mittlere Zulieferunternehmen der Automobil-, Bau- und Verpackungsindustrie angesehen. Neben dem hohen Preis für die Rohmaterialien stehen der Einführung von biogenen Polymeren häufig auftretende Probleme im Verarbeitungsprozess, wie ein enges Verarbeitungsfenster, problematische Dosierung von Hilfsmitteln bzw. Füllstoffen und Fasern, aber auch ein eingeschränktes Eigenschaftsspektrum entgegen. Es ist anzunehmen, dass der Endproduktpreis durch eine leistungseffektive Verarbeitung und eine größere Bandbreite von technischen Eigenschaften sowie höhere Funktionalität reduziert werden kann. Eine der Hauptprobleme von PLA in der Anwendung ist die niedrige Wärmeformbeständigkeit. Stereokomplex-PLA hingegen weist stark verbesserte thermomechanische Eigenschaften auf. Zur Herstellung des Stereokomplex-PLAs wurden unterschiedliche PLLA und Lapol® HDT als PDLA verwendet. Zur Verbesserung von Prozessen, die zur Stereokomplexierung dienen, kamen CESA® als Kettenverlängerer und Biomax Strong als Impact-Modifikator zum Einsatz.
Ergebnisdarstellung
Nach der Charakterisierung lässt sich sagen, dass Kettenverlängerer einen deutlichen Einfluss auf das Molekulargewicht, das Fließverhalten der Schmelze und den Einspritzdruck von PLA haben. Es verrringert den thermischen Abbau von PLA. Mittels Katalysatoren kann die Reaktivität der Kettenverlängerer beeinfluss werden. D. h. es kann sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit und das Molekulargewicht signifikant erhöht werden. Weiterhin konnte ein Einfluss auf die Schlagzähigkeit festgestellt werden. Kein Einfluss hatte diese Modifizierung auf die Zug- und Biegeeigenschaften. Im Rahmen des Projekts konnte weiterhin gezeigt werden, dass die verwendeten Impact-Modifikatoren (Biostrong und Biomax Strong) die Schlagzähigkeit und Energieabsorption im Impactversuch erhöhen. Im Zugversuch wurde eine höhere Bruchdehnung ermittelt. Die Zugfestigkeit der Proben sank dabei leicht durch Zugabe von Biostrong (Impact-Modifikator). Die Bioverbunde auf Basis von PLA und Cellulosefasern zeigen geringere Eigenschaften als vergleichbare Verbunde mit Glasfaserverstärkung. Die verschiedenen Compoundierverfahren (HKM/ Doppelschnecken) zeigen hinsichtlich der untersuchten mechanischen Eigenschaften der Verbunde keine nennenswerten Unterschiede. In thermoanalytischen Untersuchungen wurde eine deutlich höhere Wärmeformbeständigkeit bei Stereokomplex-PLA gegenüber der Referenz ermittelt. Durch Verwendung der Polarisations-mikroskopie wurde bei allen hergestellten Stereokomplex-PLAs ein sehr hoher Kristallinitätsgrad aufgezeigt.

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