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

16:9

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

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

Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich und der Eawag ist der wissenschaftliche Nachweis gelungen, dass biologisch abbaubarer Kunststoff durch Mikroben zu Kohlendioxid mineralisiert und in Biomasse umgewandelt wird.  

Untersuchungen der ETH Zürich bestätigen Abbau  

Nachhaltigkeit

Mikroben verstoffwechseln Biokunststoff 

Erinnern Sie sich noch an Deep Water Horizon? Auf der Ölplattform kam es 2010 zu einer Explosion, in deren Folge hunderte Millionen Liter Rohöl ins Meer strömte. Eine der Maßnahmen um den riesigen Ölteppich zu beseitigen, war die Dispergierung des Öls in kleine, nicht sichtbare Tröpfchen. 

Meinung 

kunststoffe.de

Lebensende aufgeklärt 

Eine nachhaltige Alternative, um neue, technische Kunststoffe aus den in harzreichem Holz vorkommenden Terpenen herzustellen, untersucht das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Die Naturstoffe finden sich vor allem in Nadelhölzern wie Kiefern, Lärchen oder Fichten. Bei der Herstellung von Zellstoff, bei der Holz zur Abtrennung der Zellulosefasern aufgeschlossen wird, fallen die Terpene in großen Mengen als Nebenprodukt an, dem Terpentinöl. 

Neues katalytisches Verfahren 

Polyamide

Transparentes und hitzestabiles Polyamid 

Eine Reihe von , die ganz oder teilweise bestehen oder biologisch abbaubar sind hat sich inzwischen am Markt etabliert. Sie sollen ebenso wie konventionelle Kunststoffe leicht einfärb- und modifizierbar sein. Die Granula Gruppe , Rudolstadt (D)/Merenschwand (CH), stellt dafür Farbmasterbatches vor. Sie sollten das optische Erscheinungsbild des Endprodukts verbessern ohne die teils kritischen Rohstoffeigenschaften weiter zu vermindern.

Masterbatches für Farb- und Spezialeffekte in Biokunststoffen 

Farbstoffe

Masterbatches

Wie das Polymer, so sein Additiv 

Welche Art von Verpackungen empfinden Verbraucher als umweltfreundlich? Eine in sieben Ländern durchgeführte Studie zeigt, dass Konsumenten vor allem den letzten Abschnitt des Lebenszyklus von Verpackungen beachten, also z. B. Kompostierbarkeit oder Recyclingfähigkeit. Dabei gibt es wichtige Unterschiede zwischen einzelnen Ländern. 

Ergebnisse einer internationalen Studie über Konsumentenpräferenzen im Vergleich 

Simulation Verpackung

Kunststoff-Recycling

Verpackungsmaterial

Wie Verbraucher  Umweltfreundlichkeit beurteilen 

Mit einer Reihe von Werkstoffen und Projekten präsentiert sich das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) auf der Fakuma 2018 in Friedrichshafen. Das Fraunhofer ICT zeigt, neue Rezepturen für Biopolymere, Hochleistungskunststoffe für die additive Fertigung, elektrisch leitfähige Composites sowie aktuelle Entwicklungen im Bereich der Schäumtechnik und deren Übertragung in die Anwendung.
 
Außerdem arbeiten die Wissenschaftler an einer Haftschicht für Metall-Kunststoff-Verbunde, dem Duroplast-Spritzgießen im Automobilbereich und entwickeln ein Verfahren zur Geruchsreduzierung während des Compundierschritts. In einem weiteren Forschungsprojekt wurde eine modulare Produktionsanlage für Hybridkomponenten entwickelt. 

Fraunhofer ICT auf der Fakuma 2018 

Duroplaste

Schaumstoffe und Vorprodukte

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Spritzgießen

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Verfahren und Materialien voranbringen 

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 08/2022

ausgabe 07/2022

ausgabe 06/2022

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