Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund Biopolymere; Teilvorhaben 10 B: Cellulosefaser verstärkte thermoplastisch verarbeitbare Ligninblends - Scale-up

Anschrift
TECNARO Gesellschaft zur industriellen Anwendung nachwachsender Rohstoffe mbH - Bereich F & E
74360 Ilsfeld
Burgweg 5
Kontakt
Dr. Lars Ziegler
Tel: +49 7062 91789-02
E-Mail: lars.ziegler@tecnaro.de
FKZ
22035011
Anfang
01.06.2012
Ende
31.08.2014
Aufgabenbeschreibung
Im Teilvorhaben „Cellulosefaser verstärkte thermoplastisch verarbeitbare Ligninblends – Scale up", sollten ligninhaltige Polymercompounds entwickelt werden, die mittels Spritzgussverfahren verarbeitet werden können und die die Eigenschaften bestehender, kommerziell verfügbarer thermoplastischer Ligninmaterialien deutlich übertreffen. Über geeignete Cellulosefaser-Verstärkung, insbesondere mit Cellulose-Regeneratfasern, wurden erhöhte Festigkeiten, Dehnungen und Schlagzähigkeiten angestrebt. Dabei sollte ein möglichst hoher Ligninanteil erreicht werden und die Compoundbestandteile vorzugsweise biobasiert und/oder bioabbaubar sein. Besondere Beachtung fanden bestimmte Polyethylen-Typen, die als biobasierte Polymere eingesetzt wurden und Polyhydroxyalkanoate. Letztere haben den Vorzug der Bioabbaubarkeit. Zur Optimierung der Compounds wurden entsprechende Kompatibilisatoren eingesetzt, die im Projekt identifiziert und optimiert wurden. Der Fokus des Projekts war auf den Rohstoff Lignin ausgerichtet, der bei der Cellulosegewinnung hochtonnagig in Form von Schwarzlauge anfällt. Bedingt durch seine großen Unterschiede in der chemischen Struktur sowie durch verfahrenstechnische Überlegungen, steht bisher die energetische Verwertung bei den Celluloseherstellern im Vordergrund. Ziel dieses Projektes war es, die Möglichkeiten der stofflichen Nutzung von Lignin zu erweitern und so die Attraktivität von Lignin als Rohstoff zu steigern. Damit sollte ein Beitrag zur ganzheitlichen stofflichen Nutzung von Agrarrohstoffen geleistet werden, wobei die energetische Nutzung als end-of-life Option erhalten bleibt. Eine Verbreiterung der stofflichen Nutzungsmöglichkeiten von Lignin steht im Einklang mit Bioraffineriekonzepten (z.B. CBP Leuna, Förderung durch die FNR) und stellt einen Beitrag zur Umstellung der Rohstoffbasis auf nachwachsende Rohstoffe mit den bekannten Effekten bezüglich CO2-Emissionen und Nachhaltigkeit dar.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen der Projektarbeiten wurden diverse Compounds aus Lignin, Polyolefinen, biobasierten Polyethylenen und bioabbaubaren Biopolymeren entwickelt, die zusätzlich mit Celluloseregenerat-fasern verstärkt wurden. Die Regeneratfasern konnten ohne einen vorgeschalteten zeit- und kostenintensiven Vortrocknungsschritt eincompoundiert werden, ohne dass ein signifikanter hydrolytischer Abbau der Biopolymere und damit eine Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften in Erscheinung getreten ist. Die Prozesstechnik wurde zur Vermeidung von Faserschädigungen entsprechend angepasst. Für die Lignin-PE-Compounds hat sich gezeigt, dass Schlagzähigkeit und Bruchdehnung mit steigendem Ligningehalt unter der Prozesskonfiguration für Naturfasercompounds abnehmen, die Wärmeformbeständigkeit hingegen deutlich zunimmt. Unterschiedliche PE-Typen haben dabei zu vergleichbaren Ergebnissen geführt. Eine feine Compound-Morphologie und eine Kompatibilisierung zwischen den Ligninpartikeln und der sie umgebenden Polymermatrix führt zu einer Verbesserung der resultiernden Compoundeigenschaften. Die Art der eingesetzten Lignine, die Temperaturführung und die Scherbedingugnen spielt hierbei eine wichtige Rolle. Dies konnte auch für die nicht-polyolefinischen Biopolymer-Lignin-Compounds gezeigt werden. Durch Einarbeiten von Celluloseregeneratfasern konnten die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Compounds noch weiter verbessert werden. Das Upscaling des Verfahrens erfordert allerdings noch weitere apparatetechnologische Anpassungen und den Ausbau der Compoundiertechnologie im Hinblick auf eine noch bessere und effektivere Lignindispergierung. Die Compounds wurden anschließend im Spritzgussverfahren zu Verpackungsecken mit einer gegenüber dem reinem PE verbesserten Wärmeformstabilität weiterverarbeitet, wodurch ihre Einsetzbarkeit im Verpackungs- und Logistikbereich begünstigt wird. Damit wurde das Hauptziel erreicht, ein faserverstärktes thermoplastisches Lignincompound mit im Vergleich

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