Bioabbaubare Kunststoffe werden als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen angepriesen. Für ihren Abbau sind allerdings häufig ganz bestimmte Bedingungen notwendig. Welche das konkret sind und wie sich verschiedene Verarbeitungsarten sowie chemische Veränderungen auswirken, ist noch nicht hinreichend erforscht. In einem Forschungsprojekt wurde das nun für geschäumtes und ungeschäumtes chemisch modifiziertes Polylactid (PLA) untersucht.

Lassen sich auch chemisch modifizierte PLA-Schäume biologisch abbauen?

Kunststoffe, biobasiert

Kunststoff Werkstoffe

Biokunststoffe

Partikelschäumen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Kunststoffe

Photonik

Optik

Polylactid

Thermoplaste

Kunststoffe, bioabbaubar

Auf den Kompost, statt in den Müll

Biopolymere sind in Reinform nur schlecht zu verarbeiten. Zur Blasfolienextrusion des Biokunststoffs PHBV müssen diesem etwa Weichmacher beigemischt werden. Der Einsatz konventioneller Additive macht jedoch oft den Umweltgedanken zunichte. Durch die Verwendung eines bioabbaubaren Weichmachers auf Basis von Zitronensäure ist es möglich, kompostierbare Blasfolien mit einem Anteil von nahezu 70 % PHBV herzustellen.

Citrate ermöglichen die Blasfolienextrusion von PHBV, ohne die Abbaubarkeit zu beeinflussen

Weichmacher

Additive

Blasfolienextrusion

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Bioabbaubar trotz Additiven

Das sogenannte Arburg Kunststoff-Freiformen ist zur Herstellung additiv gefertigter Bauteile für die Medizintechnik prädestiniert. Die zugehörigen additiven Fertigungssysteme des Typs Freeformer verarbeiten Kunststoffgranulate, wie sie auch im Spritzgießen eingesetzt werden. Das macht die offenen Systeme sehr wirtschaftlich im Einsatz. Unter anderem lassen sich auch biokompatible, resorbierbare und sterilisierbare sowie FDA-zugelassene Originalmaterialien verarbeiten. Das eröffnet neue Möglichkeiten, auch im Humaneinsatz.

Hersteller von Medizinprodukten verarbeiten Originalmaterialien mit dem Freeformer

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Additive Fertigung

Additive Fertigung

Medizintechnik

Medizinprodukte

Werkstoffe für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Arburg Kunststoff Freiformen

Verfahren für die additive Fertigung

Freiraumverfahren

Neue Möglichkeiten für  den Humaneinsatz

Für Herstellung dünnwandiger, kompostierbarer Folien führt die FKuR Kunststoff GmbH, Willich, zwei neue Materialtypen innerhalb der Bio-Flex-Serie ein. Die auf Polylactid (PLA) basierenden Copolyester-Blends sollen bei besonders geringer Dicke eine hohe Durchstoßfestigkeit und Weiterreißfestigkeit bieten sowie signifikante Materialeinsparungen mit Kompostierbarkeit verbinden. 

FKuR 

Polyester

Folien

Dünnere kompostierbare Folien und Beutel 

Muster- oder auch Serienwerkzeuge aus Stahl und Aluminium können durch Thermoformwerkzeuge auf Basis von Schichtenkeramik sinnvoll ergänzt oder sogar ersetzt werden. Denn diese lassen beim Thermoformen die Luft entweichen, erzielen hohe Umformgrade und sind leicht zu reinigen. Darüber hinaus können einzelne Stellen eines Werkzeugs gezielt temperiert werden. 

Thermoformwerkzeuge auf schichtenkeramischer Basis 

Keramikwerkzeuge

Thermoformwerkzeuge

Temperiertechnik

Biokunststoffe in Form bringen 

Zunehmende gesellschaftliche und politische Ansprüche an umweltverträgliche Prozesse und Produkte gehen auch an den klassischen Massenkunststoffen nicht vorüber. Rohstoffhersteller setzen auf verschiedene Strategien, von Substitution durch Biokunststoffe bis hin zur Materialeinsparung durch Eigenschaftsverbesserung. 

Hersteller von Standardkunststoffen reagieren auf Verbraucher und Marktanforderungen 

Simulation Verpackung

Polyethylen

Polypropylen

Polyvinylchlorid

Styrol-Copolymerisate

Verpackungsmaterial

Darf’s ein wenig nachhaltiger sein? 

Kaum Alterung unter Licht und Feuchteeinfluss verspricht ein neues Compound der Lanxess Deutschland GmbH, Köln. Unter dem Handelsnamen Pocan wird fortan eine Kombination aus Polybutylenterephthalat (PBT) und Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA) mit Glasfasern erhältlich sein, die für geometrisch komplexe und großflächige Gehäuseteile in Elektro- und Elektronikanwendungen konzipiert ist und wegen des ASA-Anteils nur eine sehr geringe Verzugsneigung aufweist (Bild). Gleichzeitig zeigt sich das Blend sehr flammwidrig und witterungsstabil, sodass eine zusätzliche UV-Schutzlackierung entfällt. Einen allgemeinen Schutz vor Hydrolyse bietet Stabaxol. Das Hydrolyseschutzmittel eignet sich besonders für den Biokunststoff Polylactid (PLA), lässt sich aber auch in anderen themoplastischen Kunststoffen wie Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT) verwenden. 

Lanxess 

Compound

Den Umgebungseinflüssen trotzen 

Weniger Energieaufwand bei der Herstellung von Wood Plastic Composites (WPC) soll das neue Verarbeitungshilfsmittel Genioplast der Wacker Chemie AG, München, bewirken. Das thermoplastische Siliconadditiv verbessert zudem die mechanischen und wasserabweisenden Eigenschaften der Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe, die zunehmend in Bau-, Automobil- und Möbelindustrie nachgefragt werden (Bild). 

Wacker Chemie 

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Silikone

Erleichterte Verarbeitung 

Öl und Gas sind billig, Unternehmen ziehen Effizienzgewinne durch Kostensenkungen echten Umweltinnovationen vor. Für biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe ist das Umfeld wahrlich kein Gewächshaus. Trotzdem wächst der Markt, es wird weiter investiert. Das liegt an vielseitigen Funktionalitäten, richtigen Argumenten und guten Ideen, die diese Werkstoffklasse auf Basis unternehmerischer Visionen und nachhaltiger Politik ermöglicht.  

Größeres Umweltbewusstsein beim Verbraucher stärkt die Werkstoffklasse 

Biokunststoffe 

Eine 7-Schicht-Micro-Blasfolienanlage, mit der sich nicht nur schmale Polyethylen-Folien, sondern ebenfalls Barriere- und Hochbarriereschläuche herstellen lassen, zeigt die Polyrema GmbH & Co. KG aus Troisdorf. Daneben kann diese Maschine als Semi-Labor und Produktionsanlage dazu genutzt werden, Rezepturen und Verbunde zu entwickeln. Ein Vorteil dieser Micro-Blasfolienanlagen ist, dass sich laut Hersteller ein Upscaling auf größere Produktionsanlagen einfach vornehmen lässt, was Entwicklungskosten sparen kann. 

Polyrema 

Sieben Schichten für Labor und Produktion 

Die BASF SE, Ludwigshafen, erweitert ihr Produktportfolio auf dem Gebiet der Hochleistungsschaumstoffe um den überwiegend biobasierten und kompostierbaren Partikelschaum ecovio EA. Er besteht aus bioabbaubarem Polyester (Markenname: ecoflex) und Polylactid (PLA), die aus Mais oder anderen zuckergenerierenden Pflanzen, wie z. B. Maniok, gewonnen wird. Der Werkstoff ist für die Kompostierung zertifiziert, stoßfest und robust. Außerdem zeigt er, laut Hersteller, auch bei mehrfachen Stoßbeanspruchungen ein sehr gutes Rückstellverhalten und sei somit eine ökologische sowie zeitgemäße Alternative zu fossilen Verpackungslösungen. 

BASF 

Polystyrol

Biobasierte und kompostierbare Alternative zu EPS  

Die zwischen Braskem und Made in Space unterzeichnete Partnerschaft garantiert den Astronauten auf der ISS mehr Autonomie, da sie jetzt Ersatzteile und Werkzeuge im 3D-Druck selbst herstellen können. 

Partnerschaft zwischen Materialhersteller und Made in Space 

kunststoffe.de

Braskem liefert Technologie für Raumstation ISS 

Komponenten und Reifen für Lkw und Busse aus Naturkautschuk der Löwenzahnwurzel präsentierte die Continental Reifen Deutschland GmbH, Hannover, auf der diesjährigen IAA Nutzfahrzeuge. Dabei handelt es sich um die Reifen Conti EcoPlus HD3. Außerdem wurden Prototypen eines Motorlagers und eines Gelenkwellenzwischenlagers aus dem Naturkautschuk mit dem Markenname Taraxagum gezeigt.
Continental hatte mit der Entwicklung von Taraxagum vor rund fünf Jahren in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut IME, Münster, dem Julius Kühn-Institut, Quedlinburg, sowie dem Pflanzenzüchter Eskusa, Parkstetten, begonnen. Dabei wurde russischer Löwenzahn so weitergezüchtet, dass ein hoher Ertrag an Kautschuk, verlgeichbar mit dem klassischer Kautschukbäume aus den Tropen, möglich wird. Zudem sind neue Prozess- und Produktionsmethoden entwickelt worden, um aus dem Latexsaft der Pflanzenwurzel den in der Produktion von Reifen und anderen Gummiartikeln erforderlichen Naturkautschuk zu gewinnen. Da die Pflanze auch in Nord- und West-Europa angebaut werden kann, reduzieren sich lange Transportwege zu den europäischen Produktionsstätten. 

Lkw-Reifen aus nachwachsenden Rohstoffen 

Kautschuk / Elastomere

Naturkautschuk

Kautschuk aus der Löwenzahnwurzel 

Auf der Biofabricate-Konferenz in New York präsentierte die Adidas AG, Herzogenaurach,  am 17. November 2016 den weltweit ersten Performance-Schuh aus  , einer Nachbildung natürlicher Seide. Der Prototyp des Futurecraft Biofabric Schuhs ist aus einem Obermaterial der naturbasierten und vollständig biologisch abbaubaren Hochleistungsfaser, entwickelt vom deutschen Biotechnologieunternehmen AMSilk GmbH, Planegg. Das Material vereint laut Hersteller alle Eigenschaften, die für eine hohe Leistungsfähigkeit entscheidend sind. So ist die Faser z.B. 15% leichter als herkömmliche Synthetikfasern und potentiell das stärkste bislang verfügbare Naturmaterial. 

Zu 100% biologisch abbaubar 

Faserverarbeitung

Fasern

Adidas präsentiert ersten Performance-Schuh aus Biosteel 

Robust, elastisch und belastbar: Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ist Spinnenseide ein Material, das für Biologen und Produktentwickler gleichermaßen interessant ist. Einem deutschen Unternehmen ist es gelungen, die Faser künstlich herzustellen. Unter dem Namen „Biosteel“ ist sie für den Einsatz in Hightech-Textilien vorgesehen, etwa für Sport, Medizin und Militär. 

Bionische Hochleistungsfaser Biosteel 

Technik Trend

Die Natur als Vorbild: Künstliche Spinnenseide für Textilien  

Biokunststoffe für Formänderungsstrukturen

Formänderungsstrukturen sind in der Lage, ihre Gestalt unter dem Einfluss externer Stimuli zu verändern. Die Formänderung ist selbstinduziert, benötigt also keine künstliche Energiezufuhr. Sie bieten dadurch einen effizienten und ressourcenschonenden Ansatz zur Integration von Funktionalitäten in ein Bauteil, ohne weitere Energie- und Materialkosten zu verursachen. Noch nachhaltiger ist das, wenn die Bauteile aus Biokunststoffen hergestellt werden.

Formänderungsstrukturen können ihre Gestalt unter dem Einfluss externer Stimuli verändern. Die Formänderung ist selbstinduziert, benötigt also keine Energiezufuhr. Noch nachhaltiger ist das, wenn die Bauteile aus Biokunststoffen hergestellt werden.

Zahlreiche Entwicklungen sind inspiriert durch die Natur. Nur wenige technische Bauteile sind so gut an ihre spezifischen Anforderungen angepasst und mit zusätzlichen Funktionalitäten ausgestattet wie natürlich vorkommende Strukturen. Ein Kiefernzapfen beispielsweise, der bei ungünstigen Bedingungen die Samen fest in sich verschließt, öffnet in einer warmen und trockenen Umgebung seine Schuppen. Diese temperatur- und feuchtigkeitsinduzierte Formänderung geschieht passiv, allein aufgrund der Materialstruktur. Sie tritt daher selbst nach dem Absterben der Pflanze ein.

Dieses Prinzip übernehmen Formänderungsstrukturen, auch Smart Structures genannt (Teaserbild). Sie reagieren mit einer Formänderung auf äußere Einflüsse wie Temperatur, Spannung, Feuchtigkeit oder Licht; sind also Sensor, Aktor und Regler in einem. Auf diese Weise können ohne den Einsatz fehleranfälliger Komponenten zusätzliche Funktionalitäten in ein Bauteil integriert werden. Die Formänderung erfolgt ohne künstliche Zufuhr von Energie, nur durch die Umgebungsbedingungen. Anwendungsgebiete für solche Smart Structures finden sich in der Medizintechnik, der Automobilindustrie und der Architektur.

Um zu untersuchen, ob sich solche Strukturen auch sinnvoll mit biobasierten Kunststoffen und in modernen Fertigungsverfahren herstellen lassen, haben das Institut für Kunststofftechnik (IKT) und das Institute for Computational Design (ICD) der Universität Stuttgart gemeinsam ein Forschungsprojekt durchgeführt. In diesem Projekt wurde eine Struktur auf Basis eines biobasierten Kunststoffs entwickelt, die sich unter Feuchtigkeitseinfluss nach vorausberechneter Art verformt. Hergestellt wurde sie generativ im Strangablegeverfahren. Für die Formänderung ist eine geschichtete Hybridstruktur verantwortlich. Ihr Aufbau erfolgt im generativen Herstellungsprozess durch die Verwendung von zwei Filamenten mit unterschiedlicher Feuchtesensibilität.

Formänderungsstrukturen mittels Strangablegeverfahren

Das Strangablegeverfahren (Fused Layer Modeling, FLM) gehört zu den additiven Fertigungsverfahren. Bei ihm wird ein Kunststofffilament durch eine schmale Düse extrudiert und dadurch ein Bauteil schichtweise aufgebaut. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien ohne den Einsatz eines spezifischen Werkzeugs. Häufig verwendete Werkstoffe sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und der biobasierte Kunststoff Polylactid (PLA, Polymilchsäure).

Für die Herstellung von Formänderungsstrukturen im Strangablegeverfahren eignet sich besonders ein Mehrkomponentendruck. Dafür wird ein passives Trägermaterial mit einer aktiven Komponente, die beispielsweise unter Feuchtigkeitseinfluss quillt, kombiniert. Auf diese Weise lässt sich eine Struktur drucken, die sich entsprechend der Unterschiede in den jeweiligen Materialeigenschaften auf eine vorausberechnete Art und Weise verformt. Durch die Anpassung der Ablegepfade während des Drucks können die Biegerichtung, konkrete Winkel und auch die Reaktionszeit der Bauteile kontrolliert angepasst werden.

Eignen sich Biokunststoffe für Formänderungsstrukturen?

Das Bewusstsein für eine nachhaltige Nutzung der vorhandenen Ressourcen nimmt in letzter Zeit deutlich zu. Eine Möglichkeit dafür könnten biobasierte Kunststoffe sein. Sie bestehen aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais und Zuckerrohr oder auch aus Agrarabfällen und rücken immer stärker in den Fokus. Um zu untersuchen, ob sie sich auch für Formänderungsstrukturen eignen, konzentrierte sich das Forschungsvorhaben ausschließlich auf die Nutzung von biobasierten Materialien.

Der häufigste und bekannteste Vertreter der Biokunststoffe ist PLA. Er ist nicht nur biobasiert, sondern auch biologisch abbaubar. Dadurch ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten der Entsorgung. Die Polymergruppe der Poly- hydroxyalkanoate (PHA) mit ihrem häufigsten Vertreter Polyhydroxybutyrat-co-Valerat (PHBV) ist ebenfalls vollständig biobasiert und zudem sogar in Meerwasser biologisch abbaubar. Das macht sie besonders für Einwegverpackungen, aber auch für Anwendungen im Außenbereich interessant.

Neben bioabbaubaren Kunststoffen sind auch sogenannte Drop-in-Kunststoffe interessant. Darunter fallen konventionelle Kunststoffe, deren Ausgangsstoffe vollständig oder teilweise aus biobasierten Quellen stammen. Sie unterscheiden sich in den Werkstoffeigenschaften nicht oder nur wenig von ihren aus Erdöl hergestellten Pendants und können daher ohne größere Prozessanpassungen in die Produktion integriert werden. Zwar bieten diese Kunststoffe nicht den Vorteil der biologischen Abbaubarkeit, die Nutzung nachwachsender Rohstoffe für ihre Herstellung erlaubt jedoch einen geschlossenen Lebenszyklus und senkt den Ausstoß von fossilem CO2.

Die Compoundierung der gefüllten Formänderungsmaterialien des Projekts erfolgte auf einem Doppelschneckenextruder ZSK26 von Coperion, Stuttgart. Es wurden mit PLA und PHBV zwei vollständig biobasierte Kunststoffe verwendet. Zum Einsatz kamen darüber hinaus ein teilweise biobasiertes Thermoplastisches Polyurethan (TPU) sowie ein teilweise biobasiertes Polyamid 610 (PA 610) und ein Polyketon (PK) auf Basis des Treibhausgases Kohlenstoffmonoxid. Als quellfähige Füllstoffe wurden Holzmehl, Cellulosepulver und ein natürliches Natrium-Bentonit untersucht.

Mittels einer Laborextrusionsanlage des Unternehmens Collin, Maitenbeth, wurden Filamente mit einem Durchmesser von 1,75 mm extrudiert. Zur optimalen Verarbeitung auf handelsüblichen Filamentdruckern darf die Abweichung der Filamente von diesem Durchmesser maximal 0,05 mm betragen. Sie sollten idealerweise außerdem exakt rund sein. Das wurde mit einem Zumbach-Odac-15XY-J-Laser-Micrometer und Wiremaster von Keyence, Neu-Isenburg, kontinuierlich überprüft. Die rheologischen Eigenschaften der hergestellten Compounds wurden in einem Platte-Platte-Rheometer Discovery HR2 hybrid der Firma TA Instruments, New Castle/UK, bei einer Temperatur von 185 °C untersucht. Dadurch konnten Aussagen über die Extrudierbarkeit der Filamente getroffen werden. Zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften wurden Zugversuche auf einer Universalprüfmaschine von Zwick, Ulm, durchgeführt. Die auf einer Allrounder 520S der Firma Arburg, Loßburg, hergestellten Zugprüfkörper wurden zudem dafür verwendet, Dünnschnitte für die lichtmikroskopische Untersuchung zu fertigen.

Für den Erfolg des Projekts war die Quellfähigkeit des Werkstoffs eine wichtige Kenngröße. Da eine Volumenänderung im Bereich von etwa 1 % erwartet wurde und die gefüllten Filamente teilweise eine poröse Struktur aufwiesen, fielen naheliegende Untersuchungsmethoden wie Dichtebestimmung, Mikroskopie oder die Messung der Gewichtszunahme in Wasser von vornherein weg. Um Rückschlüsse auf die Quellfähigkeit des Materials ziehen zu können, war somit ein eigens entwickeltes Verfahren notwendig.

Für dieses werden Granulatkörner auf einen geeigneten Scanaufsatz in Wasser gelegt und in regelmäßigen Abständen (2, 4, 8 und 24 h) gescannt (Bild 1). Durch die Auswertung dieser Flächenscans lässt sich die zweidimensionale Vergrößerung der Projektionsfläche des Granulats bestimmen. Unter der Annahme, dass die Granulatkörner in alle Raumrichtungen gleichmäßig quellen, stellt das eine vereinfachte Betrachtung der Volumenänderung dar.

Die Darstellung der PLA-Compounds in Bild 2 zeigt, dass Cellulose das größte Quellpotential besitzt. Nach 24 h kommt es zu einer Flächenzunahme von über 4 %. Im Gegensatz dazu erhöht sich das Volumen bei Holzmehl praktisch nicht. Holzmehl stellt bei PLA somit keinen quellbaren Füllstoff dar. Bentonit hingegen erreicht eine Volumenzunahme von etwa 1,5 % in 24 h. Die Basislinie des reinen PLA liegt im Bereich der Messungenauigkeit. Es ist daher davon auszugehen, dass PLA nicht mit einer Formänderung auf die Wasseraufnahme reagiert. Das ist eine wichtige Erkenntnis, da PLA in den Druckbarkeitstests als passives Trägermaterial für die aktiven quellbaren Filamente verwendet wird.

Anhand der gedruckten Bauteile zeigt sich jedoch, dass die für die Formänderung notwendigen mechanischen Kräfte nicht ausreichen, um die sehr spröden und steifen Biokunststoffe PLA und PHBV zu verformen. Deshalb suchten die Forscher nach biobasierten Alternativen mit einer höheren Dehnfähigkeit, die gegenwärtig bereits im Strangablegeverfahren verwendet werden. Als mögliche Matrixmaterialien kamen PA 610, PK und TPU infrage.

In der Tabelle sind die wichtigsten mechanischen Kennwerte der untersuchten Matrixmaterialien zusammengefasst (nach Herstellerangaben aus Datenblättern). Die rheologischen Messungen zeigen, dass die in der zweiten Produktionsphase gewählten Matrixmaterialien sehr niedrigviskos sind (Bild 3). Ihre fasergefüllten Compounds zeigen eine stark  erhöhte Viskosität. Im Fall von TPU und PK tritt eine Fließbehinderung auf.

Die Filamente der zweiten Produktionsphase wurden auf eine passive Schicht aus ungefülltem PLA gedruckt. Die Formänderungsversuche in der Klimakammer ergaben, dass alle diese Compounds eine deutliche Formänderung aufweisen (Bild 4). Ganz links in Bild 4 ist jeweils ein Teststreifen des zurzeit kommerziell verfügbaren WPC-Filaments (Wood-Plastic-Composites) abgebildet. Es ist deutlich zu erkennen, dass die in diesem Projekt hergestellten Formänderungswerkstoffe eine ebenso große maximale Formänderung erreichen wie der Benchmark. TPU übertrifft ihn sogar. Vor allem, da bereits nach kurzer Zeit eine deutliche Formänderung auftritt. Die dargestellten Bilder wurden im Abstand von zehn Minuten aufgenommen. Im letzten Bild nach 70 min hat das gefüllte TPU-Filament (ganz rechts) die Formänderung von gewölbt zu flach bereits nahezu vollständig vollzogen.

Die erfolgreiche Formänderung der Filamente aus der zweiten Produktionsphase bestätigt, dass nicht nur die feuchtesensitiven Füllstoffe, sondern insbesondere auch die mechanischen Eigenschaften des Matrixpolymers großen Einfluss auf die spätere Formänderung der Bauteile ausüben. Durch die Wahl der weniger steifen Matrixpolymere PA 610, PK und TPU konnte eine deutliche Formänderung erreicht werden.

Das Forschungsprojekt illustriert deutlich, dass die Herstellung feuchtigkeitsinduzierter Formänderungswerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe möglich ist. Die in der ersten Produktionsphase gewählten, vollständig biobasierten Kunststoffe PLA und PHBV zeigten allerdings mit keinem der verfügbaren quellbaren Füllstoffe (Cellulose, Holzmehl und Bentonit) eine Formänderung. Erst durch die Verwendung teilweise biobasierter Kunststoffe war eine Formänderung möglich. Sie übertrifft allerdings den Benchmark sowohl in der maximal erreichten Formänderung als auch in deren Geschwindigkeit. Verantwortlich für den großen Unterschied zwischen den vollständig biobasierten und den teilweise biobasierten Werkstoffen ist wahrscheinlich die unterschiedliche Steifigkeit dieser Kunststoffe.

Nachdem geklärt ist, dass biobasierte Formänderungswerkstoffe möglich sind, soll zukünftig der Einfluss der einzelnen Rezepturbestandteile untersucht werden. Das betrifft insbesondere die Wahl des Matrixpolymers und die Kombination der verfügbaren Biopolymere. Auch die Art des Füllstoffs soll eingehend untersucht werden. Bisher ergab sich eine Formänderung nur mit Cellulose. Außerdem sind weitere Untersuchungen über den Zusammenhang zwischen Formänderung und Füllstoffgehalt notwendig. Gleichzeitig soll auch der Anteil an biobasierten Rohstoffen weiter erhöht werden. Die beiden Institute suchen darüber hinaus gegenwärtig nach Anwendungsfeldern für die hergestellten Formänderungsstrukturen, etwa als Fassadenbauteile oder im Lüftungsbereich.

Universität Stuttgart Institut für Kunststofftechnik 

www.ikt.uni-stuttgart.de

Ausgabe-2019-11

Prototyp eines wettersensitiven formändernden Fassadensystems

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Bild 1. Um die Quellfähigkeit der verwendeten Materialien zu testen, war ein ganz neues Verfahren notwendig

Bild 2. Quellfähigkeit der PLA-Compounds getestet mittels Oberflächenscans

Bild 3. Rheologische Charakterisierung der Matrixmaterialien und Compounds aus der zweiten Produktionsphase

Bild 4. Formänderung der Filamente aus der zweiten Produktionsphase (v.l.n.r.: WPC, PK + 30 % Cellulose, TPU + 30 % Cellulose) im Übergang von feucht (oben links) zu trocken (unten rechts), aufgenommen im Abstand von 10 min

Tabelle. Mechanische Kennwerte ausgewählter Biokunststoffe

IKT_Kliem - Hauptartikel

Silvia Kliem, M. Sc., ist seit 2017 wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Werkstofftechnik am Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart (IKT); <a href="mailto:silvia.kliem@ikt.uni-stuttgart.de">silvia.kliem@ikt.uni-stuttgart.de</a>

Prof. Dr. Christian Bonten ist Leiter des IKT.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) innerhalb des Rahmenprogramms Nachwachsende Rohstoffe gefördert. Weiterer Dank gilt dem Institute for Computational Design der Universität Stuttgart sowie Jelu-Werk und Akro-Plastic für die Bereitstellung der Versuchsmaterialien.