Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 9: Entwicklung neuartiger Polymerblends aus Polyolefinen mit nativer und modifizierter Stärke

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Jens Erdmann
Tel: +49 331 568-1252
E-Mail: jens.erdmann@iap.fraunhofer.de
FKZ
22034811
Anfang
01.06.2012
Ende
31.05.2014
Aufgabenbeschreibung
Ziel dieses Teilvorhabens ist die Entwicklung von Polymerblends aus herkömmlichen, bzw. biobasierten Polyolefinen, insbesondere Polyethylen (PE), mit Stärke und Stärkederivaten. Dabei soll der Polyolefinanteil in den Blends möglichst gering und die mechanischen Eigenschaften auf einem mit der reinen Polyolefinkomponente vergleichbaren Niveau gehalten werden. Das erste Teilziel im neu beantragten Projekt ist die Erarbeitung eines variablen Compoundierprozesses zur Herstellung thermoplastisch verarbeitbarer Stärke (TPS) sowie Blends aus TPS und Polyethylen. Weitere Aktivitäten umfassen die Entwicklung von Blendrezepturen und damit verbunden die Auslotung des Potentials der Materialkombinationen Stärke/modifizierte Stärke in Form von TPS bzw. weichmacherfreier Stärke und Polyethylen. Dabei müssen alle vorkommenden Komponenten d.h. Stärketyp, Weichmacher, Kompatibilisatoren und Polyethylen berücksichtigt werden. Angestrebt wird ein möglichst hoher Stärkeanteil (mindestens 50%) wobei ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil und weiterhin thermoplastischer Verarbeitbarkeit, d.h. Folienextrusion, Blasverformung und Tiefziehen, sichergestellt sein muss. Ausgehend von ausgewählten Materialrezepturen, die allen gestellten Anforderungen genügen, wird beim Kooperationspartner BIOTEC GmbH die Herstellung dieser Materialien auf einen größeren Maßstab übertragen.
Ergebnisdarstellung
Stärke wurde zu mindestens 50% als Füllstoff in Polyolefine eingebracht und die optimale Rezeptur in Bezug auf Stärkeart (nativ, destrukturiert), Feuchte (Feuchtegehalt der Stärke, Wasserkühlung der Schmelze), Haftvermittler (Art und Anteil) sowie Polyolefinmatrix (LDPE, LLDPE, HDPE, PP) ermittelt. Compounds mit nativer Stärke haben im Vergleich zu denen mit destrukturierter Stärke die besseren Eigenschaften. Für die optimalen Eigenschaften ist es zudem essentiell, die Stärke auf ca. 3,5% freies Wasser, zu trocknen und während der Extrusion frei werdendes Wasser durch die Entgasung abzusaugen. Andernfalls verkleistern die nativen Stärkekörner im Extruder, was sich nachteilig auf die Zähigkeit des Compounds auswirkt. Wasserbadkühlung ist bei gut verarbeitbaren Compounds mit Haftvermittler möglich. In Bezug auf den Haftvermittler sind für PE verschiedene Typen, z. B. auf LLDPE- oder HDPE-Basis verfügbar. In den Versuchen erzielte der HDPE-basierte Haftvermittler die beste Vermittlungswirkung. Der Einfluss der spröden, festen Stärke war hier am deutlichsten. Es kann jedoch durchaus sinnvoll sein, einen Haftvermittler mit etwas schlechterer Vermittlungswirkung als den LLDPE-basierten zu wählen, um die Eigenschaften des zäheren Polyolefins besser zu erhalten. Für gute Compoundeigenschaften war ein Haftvermittleranteil von 2,5% ausreichend. Eine Zugabe von 5% brachte im Vergleich dazu nur noch geringe Verbesserungen, die sich in Hinblick auf den hohen Preis des Haftvermittlers wirtschaftlich nicht lohnen. Bei den Polyolefinen zeigten LDPE-Compounds die besten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum reinen Polyolefin und überdies auch die beste Verarbeitbarkeit. So konnten LDPE-Stärke-Compounds mit 50% Stärke problemlos auch mit einem Durchsatz von 40 kg/h hergestellt werden. Sie ließen sich sehr gut zu Folien weiterverarbeiten und bei hohen Verstreckgraden tiefziehen, womit die Voraussetzungen für industrielle Anwendungen gegeben sind.

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