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.

Prototyp eines wettersensitiven formändernden Fassadensystems

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Biokunststoffe für Formänderungsstrukturen

Polylactid

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Biokunststoffe

Additive Fertigung

Gestaltwandler mit grünem Herzen

Naturfasern bleiben im Biomüll an vielen Stellen übrig. Durch Trocknen, Mahlen und Mischen mit Polylactid (PLA) entsteht aus den Schalen ein Biokunststoff, dessen Verwendung das Turiner Designstudio Carlo Ratti Associati in einem Projekt mit dem Energieunternehmen Eni spektakulär in Szene gesetzt hat.

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Sommer, Sonne, saftige Ideen

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.

Wie sich die Modifizierung von PLA auf die Bioabbaubarkeit des Polymers auswirkt, war bisher noch nicht ausreichend untersucht

Lassen sich auch chemisch modifizierte PLA-Schäume biologisch abbauen?

Kunststoffe, biobasiert

Partikelschäumen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Kunststoffe

Photonik

Optik

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.

Der Einsatz bioabbaubarer Kunststoffe ist bei Agrarfolien besonders wichtig, da sich die Folien nach der Nutzung nur schwer wieder einsammeln lassen. Deshalb verbleiben häufig Rückstände von ihnen im Boden

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

Weichmacher

Additive

Blasfolienextrusion

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Bioabbaubar trotz Additiven

Für die additive Fertigung von auxetischen Strukturen sind spezielle Materialeigenschaften notwendig. Modifiziertes PLA lässt sich im Strangablegeverfahren zu entsprechenden Bauteilen verarbeiten. Blends aus PLA und PBAT bieten sich dafür besonders an.

Auxetische Strukturen lassen sich kostengünstig additiv fertigen, beispielsweise im Strangablageverfahren

Bio-Blends für den 3D-Druck von auxetischen Strukturen

Verfahren für die additive Fertigung

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Modifiziert, biobasiert und 3D-druckbar

Die Idee hinter bioabbaubaren Kunststoffen ist einleuchtend: Sind Polymere biologisch abbaubar, zersetzen sich in die Umwelt gelangte Kunststoffabfälle dort selbstständig. In der Praxis lässt sich das leider nicht so einfach umsetzen. Ein Überblick über die unterschiedlichen bioabbaubaren Kunststoffe und deren Eigenschaften.

Bioabbaubare Kunststoffe sind immer wieder im Gespräch für Einwegkunststoffartikel wie Becher und Besteck, die häufig in die Umwelt gelangen 

Polymerüberblick bioabbaubare Kunststoffe

Wo zerfällt er denn, der Kunststoff?

Rohstoff für die Europlex Folie LJ 21123/123 stammt aus nicht gentechnisch verändertem Zuckerrohr.

Die Europlex Folie LJ 21123/123 besteht aus nachwachsenden Rohstoffen und lässt sich flexibel umformen.

Röhm entwickelt umformbare PLA-Folie

Die K 2022 bot eine riesige Auswahl an Neuheiten und Anwendungsbeispielen für und mit nachhaltigeren Materialien. Ein Überblick über die vorgestellten Nachhaltigkeits-Highlights.

Aus Abgasen werden Schuhe: Gentechnisch veränderte Bakterien machen aus Abgasen Ethanol, aus dem anschließend Kunststoff etwa für die Schuhe Cloudprime von On hergestellt wird. 

Thermoplastische Elastomere

Silikone

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Masterbatches

Polyethylen

Polyamide

Effektpigmente

Polypropylen

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verarbeitung von PLA basierten, geblendeten Partikelschäumen.

Blend

Untersuchung von expandierbaren PLA-Partikelschäumen – Einfluss des Blendsystems auf Verarbeitbarkeit und Eigenschaften

Textile Strukturen können in allen Phasen ihrer Herstellung mit formverändernden Eigenschaften ausgestattet werden. Es entstehen sogenannte 4D-Textilien. Herstellen lassen sie sich etwa durch das Bedrucken eines vorgespannten Textils mittels FDM-Druck.

Bild 1. 4D-Textilien lassen sich etwa mit FDM-Druckern herstellen.

Formverändernde Textilien, sogenannte 4D-Textilien, bieten beispielsweise für die Medizintechnik große Vorteile. Herstellen lassen sie sich mittels FDM-Druck.

Von statischen zu adaptiven Produkten mit 4D-Textilien

Mit 3D-Druck in die vierte Dimension

Drei Lösungen zur Steigerung der Produktivität in der Automobil-, Medizin- und Verpackungsindustrie präsentiert Tederic anhand der Spritzgießmaschinenbaureihe Neo series auf der K 2022.

Die Neo·E c kombiniert elektrische und hydraulische Antriebe.

Spritzgießen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Spritzprägen

Spritzgießmaschinen

Medizintechnik

Medizinprodukte

Anwendungen in drei wichtigen Branchen

Um einen Kunststoffkreislauf für den Besucher zu demonstrieren, wird Braskem, Sao Paulo/Brasilien, ihren Biokunststoff und PCR-Material für die Herstellung von dreischichtigen PE-HD-Flaschen mit geschäumter Mittelschicht zur Verfügung stellen. Als Resultat entsteht bei der Kautex Maschinenbau GmbH, Bonn, eine Flasche, die durch das verarbeitete Roh- und PCR-Material einen reduzierten CO2-Fußabdruck gegenüber herkömmlichen Kunststoffprodukten aufweist. Die Flaschen werden zur Wiederverwertung an Erema übergeben. Mit dieser Kooperation demonstrieren die drei Unternehmen Bausteine einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft (Bild). Die Verwendung recycelter Materialien voranzutreiben spielt für die Unternehmen nach eigenen Aussagen eine große Rolle. 

Braskem, Erema, Kautex auf der K 2019 

Blasformen

Extrusionsblasformen

Kooperation zur K 2019 

Das Portfolio der Campetella Robotic Center S.r.l, Montecassiano/Italien, reicht von kartesischen bzw. Linearrobotern über IML-Anlagen (Bild) bis hin zu speziellen Automatisierungslösungen für verschiedene Branchen. Das Unternehmen definiert sich selbst als Entwickler und Her‧steller von Robotern, die durch geschicktes Verknüpfen zu komplexen Lösungen ausgebaut werden. Grundlage dafür seien standardisierte ‧Baugruppen mit einer Steuerung auf festen Plattformen, sodass die Systeme leicht installiert und getestet werden könnten. Vorteil: Die Inbetriebnahmen verkürzen sich, und eventuelle Unstimmigkeiten fallen noch vor der Auslieferung auf. 

 Zum In-Mold Labeling wird eine IML-Produktionszelle in Aktion gezeigt (© Campetella) 

Campetella auf der K 2019 

Automatisierungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

IML-Lösung für kompostierbare Kaffeekapseln 

Der Spezialist für Elastomer-Spritzgießmaschinentechnik LWB Steinl GmbH & Co KG, Altdorf, legt einen besonderen Schwerpunkt auf Ver‧tikalmaschinen. Erstmals stellt das Unternehmen eine Maschine mit einem besonderen Rundtisch-Konzept vor (Bild). Zentrale Komponente ist die freistehende Schließeinheit. Diese ist aufgrund der 3-Säulen-Bauweise für Handling oder Wartungsarbeiten am 1 m hohen Rundtisch von allen Seiten gut zugänglich. Um die Maschinenhöhe gering zu halten, ist das Plastifizieraggregat horizontal an der oberen Maschinenaufspannplatte angeordnet. 

Die Vertikalmaschine mit Rundtisch und einer Drei-Säulen-Schließeinheit besitzt ein horizontales Plastifizieraggregat (© LWB Steinl) 

LWB Steinl auf der K 2019 

Elastomer-Spritzgießen

Vertikal am runden Tisch 

Die BMB S.p.A., Brescia/Italien, hat sich insbesondere auf Schnellläufer für Verpackungsanwendungen spezialisiert. Die vollelektrischen Maschinen der eKW-Serie, die jetzt bis zu einer Schließkraft von 14 000 kN verfügbar sind, speichern die Energie aus den Bremsvorgängen und besitzen deshalb eine hohe Energieeffizienz. Gleichzeitig sind die Maschinen für sehr dynamische und hochpräzise Bewegungsabläufe ausgelegt, wie sie bei der Herstellung von Verpackungen gefordert werden. So kann die Plastifiziereinheit der Hybrid-Baureihe durch ein doppelt wirkendes Servoventil Einspritzgeschwindigkeiten von bis zu 900 mm/s erreichen. Im Vergleich zu früheren Baureihen setzt BMB verstärkt auf die Integration von Sensorik, um steigenden Anforderungen an die Prozessüberwachung und -sicherheit zu begegnen. Ein Remotesystem ermöglicht darüber hinaus eine direkte Verbindung zum Kundenservice. 

Die präzise dosierende vollelektrische Maschine fertigt biologisch abbaubare Kaffeekapseln (siehe Bild unten) mit einer mikrometerdünnen Barriereschicht (© BMB) 

BMB auf der K 2019 

Schaumspritzgießen

Energieeffiziente Schnellläufer 

Die Entwicklung neuartiger Polylactide in Zusammenarbeit zweier Firmen

Durch die Zusammenarbeit der Polymer-Gruppe und des Fraunhofer-Institut wurde ein neues Polylactid entwickelt. Nicht nur die Herstellung soll effizienter sein, sondern auch der Biokunststoff deutlich flexibler, was eine breitere Anwendung ermöglicht.

Eine neue Art Polylactid (PLA) haben die Polymer-Gruppe und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP zusammen entwickelt. Das Ziel der beiden Firmen ist es, aus dem weit verbreiteten Biokunststoff PLA, der oft steif und spröde ist, einen effizienteren und flexibleren Kunststoff herzustellen in Form eines Copolymers. Durch diesen sollen neue Anwendungsfelder erschlossen werden, um den Kunststoff bei weiteren Einsatzgebieten verwenden zu können.

Für das PLA-Copolymer wurde außerdem ein neues Produktionsverfahren entwickelt. Dieses basiert auf reaktiver Compoundierung, wobei aus Lactid und einem weiteren Comonomer ein PLA-Copolymer synthetisiert wird. Eine entscheidende Änderung der Prozess- und Materialentwicklung ist die Vereinigung der ehemaligen getrennten Verfahrensschritte der Polymerisation und der Compoundierung, denn dadurch ist eine Zeit-, Energie- und Kosteneinsparung möglich. Momentan sind die PLA-Copolymere zwischen 75 und 95 Prozent biobasiert, jedoch strebt das Fraunhofer IAP in Zukunft eine komplett biobasierte Herstellung an. Zum jetzigen Zeitpunkt werden pro Jahr 2000 Tonnen der neuartigen Biokunststoffe produziert. Langfristig sollen jedoch 30 – 50 Millionen Euro in einen neuen Standort in Idar-Oberstein investiert werden. Auf der rund 17,5 Hektar großen Fläche wird die Produktion dem Fraunhofer IAP zufolge auf 100.000 Tonnen pro Jahr steigen und es entstehen circa 300 neue Arbeitsplätze.

Auch das Unternehmen der Polymer-Gruppe berichtet, dass es bis 2030 den Anteil von Biokunststoffen und nachhaltigen Materialien auf 30 Prozent erhöhen möchte. Sowohl die Polymer-Gruppe, als auch das Fraunhofer-Institut sehen ihre Zusammenarbeit als eine wichtige Voraussetzung, um diese gemeinsamen Ziele zu erfüllen, betont der Geschäftsführer der Polymer-Gruppe Dr. Gerald Hauf.

Fraunhofer IAP Institut Angewandte Polymerforschung

https://www.iap.fraunhofer.de/

Dr. Gerald Hauf, Geschäftsführer der Polymer-Gruppe, und Dr. Antje Lieske, Leiterin der Abteilung »Polymersynthese« am Fraunhofer IAP, entwickelten zusammen das neue Polylactid.

2022-07-19 Fraunhofer IAP

ausgabe 03/2023

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ausgabe 01/2023

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