Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 8B: Erhöhung der thermischen Stabilität cellulosischer Spinnfasern - Inhibierung des thermischen Abbaus und Versuche im Pilotmaßstab

Anschrift
Cordenka GmbH & Co. KG
63785 Obernburg
Industrie Center Obernburg
Kontakt
Dipl. Ing. Britta Zimmerer
Tel: +49 6022 81-32 66
E-Mail: britta.zimmerer@cordenka.com
FKZ
22027108
Anfang
01.06.2009
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Förderphase 1: Bei Cellulosefasern tritt bei erhöhten Temperaturen eine thermisch induzierte Reduktion der mechanischen Eigenschaften verbunden mit Farbänderungen ein. Ziel des Vorhabens war die Inhibierung der thermischen Alterung cellulosischer Fasern, um für diese Materialien neue Anwendungsbereiche z.B. als Verstärkungsfasern in Elastomeren oder Thermoplasten mit erhöhten Verarbeitungs- und Dauergebrauchstemperaturen zu erschließen. Da technische Cellulosefasern in vielen bewährten Anwendungen in eingebetteter Form vorliegen, lag der Forschungsschwerpunkt auf der Konservierung der mechanischen Eigenschaften. Potentiell wirksame Stabilisatoren sollten vorzugsweise in Form wässriger Lösungen oder Dispersionen vom Faden aufgenommen werden. Erfolgversprechende Ansätze sollten näher betrachtet und in den Pilotmaßstab übertragen werden. Die anwendungstechnische Evaluierung im Kontext der Thermoplastverstärkung erfolgte beim Kooperationspartner Fraunhofer IAP. Förderphase 2: Die in Förderphase 1 erreichte Verbesserung der thermischen Stabilität cellulosischer Spinnfasern (Rayon) führte zur Erweiterung deren Anwendungen um Einsatzgebiete mit erhöhten Dauergebrauchstemperaturen. So wurde im Bereich der Thermoplastverstärkung in ersten Compoundierversuchen mit besagten Thermofasern und Polypropylen eine Farbstabilisierung beobachtet. Das generelle Problem der Verfärbung, v.a. bei höherschmelzenden Thermoplasten wie Polyamid, blieb jedoch ungelöst. Das Hauptziel der zweiten Förderperiode stellte also die Konservierung oder sogar die Verbesserung der mechanischen Kennwerte sowie die Verringerung der Verfärbung solcher Polyamid/Rayon-Komposite dar.
Ergebnisdarstellung
Förderphase 1: Mit dem Ziel der Erhöhung der thermischen Alterungsstabilität cellulosischer Fasern hat man zunächst praxisnahe Faserbeschichtungs-, Alterungs- und Prüfmethoden entwickelt. Um neue technische Anwendungsgebiete für cellulosische Fasern zu erschließen, wurden zwei Wärmealterungsszenarien definiert (hohe Verarbeitungstemperaturen; erhöhte Dauergebrauchstemperaturen). In einem Substanz-Screening konnte ein in beiden Szenarien hochwirksamer und mehrere wirksame Thermostabilisatoren ermittelt werden. In Laborversuchen wurden die wirksamen Substanzen jener Stabilisatorformulierungen ermittelt und optimiert. Anschließend begann die Entwicklung eines Verfahrens zur Additivapplikation im Technikums-Maßstab und dessen Übertragung auf den Produktion- Maßstab in mehreren Pilotversuchen. Die Validierung der Thermostabilisierung erfolgte jeweils anhand textil-mechanischer Kenngrößen und des Polymerisationsgrads vor und nach thermischer Alterung. Muster der thermisch stabilisierten Fasern gingen an den Kooperationspartner zur Evaluierung. Förderphase 2: Zur Farb- und Thermostabilisierung von Polyamid/Rayon-Kompositen wurden zunächst die Verfärbungsmechanismen während der Compoundierung näher beleuchtet und ein positiver Einfluss eines gewissen Feuchteeintrags gefunden. Es folgte die Additivierung mit verschiedenen kommerziell erhältlichen Hydrolyse- und Thermostabilisatoren, einiger Antioxidantien und der in Förderphase 1 entwickelten Thermofaser. Hierbei wurde ein Hydrolysestabilisator gefunden, der die mechanischen Eigenschaften in unerwarteter Weise verbesserte und auch die Verfärbung um 20 % verringerte. Ein weiterer Hydrolysestabilisator sowie ein Antioxidans lieferten ebenfalls sehr gute Ergebnisse. Das Projekt wird aufgrund dieser Resultate über die Förderdauer hinaus weitergeführt werden.

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