Schäumen und Pulverisieren ausgewählter Biopolymere
Das Schäumen von Biopolymeren mit zwei verschiedenen Verfahren wird unter Verwendung von verdichtetem CO2 untersucht. Als Modellpolymere wurden drei Polyester ausgewählt, die auf biologisch erzeugten Stoffen basieren und/oder biologisch abbaubar sind. Mittels Differentialkalorimetrie und Rheometrie werden die verwendeten Polyester charakterisiert. Außerdem wird die Verschiebung des Schmelzbereiches unter verdichtetem CO2 untersucht.
Die erste Prozedur zum Schäumen der Biopolymere ist ein mehrstufiges Verfahren, welches aus Pulverisierung, Verkapselung eines Treibmittels und anschließender Schaumbildung besteht. Die Pulverisierung und Verkapselung erfolgt mit dem PGSS-Verfahren, wobei die Polymere zunächst getrennt voneinander versprüht werden, um geeignete Prozessparameter für die Erzeugung rieselfähiger Pulver zu bestimmen. Der Einfluss der Verfahrensparameter auf die Gestalt und Größe der erzeugten Partikel wird diskutiert; auch die Schütt- und Stampfdichte der Proben werden ermittelt. Die Erzeugung von Partikelkompositen, bei denen Wasser als späteres Treibmittel eingekapselt wird, erfordert eine Anpassung der Prozessparameter an das veränderte Stoffsystem.
In der zweiten Prozedur, dem Direktschäumverfahren, wird das Polymergranulat in perforierte Formwerkzeuge gegeben und bei geeigneter Temperatur mit verdichtetem CO2 gesättigt. Dabei löst sich das Gas im Granulat und erweicht das Polymer, so dass bei der anschließenden Entspannung eine Ausdehnung des Polymers und die Füllung der Form erfolgt. Auf dieses Weise lassen sich stabile Schaumformteile erzeugen. Bei Gasdrücken bis 30 MPa werden für jedes Polymer in Abhängigkeit von Druck und Temperatur geeignete Schäumparameter identifiziert. Druckfestigkeitsanalysen ermitteln die mechanischen Eigenschaften der Schaumformteile.
Das PGSS-Verfahren liefert wichtige Erkenntnisse über das Verhalten der Biopolymere beim Versprühen mit Wasser. Das Direktschäumverfahren erweist sich demgegenüber als verfahrenstechnisch leichter handhabbar und liefert in einem einzigen Verfahrensschritt Schaumformteile, wie sie beispielsweise als Leichtverpackungen verwendet werden können.
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Freie Schlagwörter:
Biopolymere, Kohlendioxid, PGSS-Verfahren, Formteil, Schaum
Institut / Lehrstuhl:
Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum
Sprache:
Deutsch
Fachgutachter:
Prof. Dr.-Ing. E. Weidner (Betreuer),
rof. Dr.-Ing. M. Petermann
Erscheinungsjahr:
2011
Anbieter:
Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de
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