Nachwachsende Rohstoffe: Wie Duroplastmaterialien nachhaltiger werden können

Duroplaste werden, aufgrund verschiedener, vorteilhafter Eigenschaften für viele Spritzgussprodukte verwendet. Die vernetzten Kunststoffe zeichnen sich unter anderem durch hohe Lebensdauer, Hitzebeständigkeit, Dimensionsstabilität, gute Brandeigenschaften und hervorragende elektrische Isolationseigenschaften aus. Im Gegensatz zu Thermoplasten ist die Recyclingfähig aufgrund der Vernetzung allerdings eingeschränkt. Dies ist vor dem Hintergrund des aktuellen Trends zu nachhaltigeren Kunststoffprodukten ein Nachteil. Deshalb ist der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen für diese Materialklasse besonders wichtig, sodass z. B. auch bei einer thermischen Entsorgung kein zusätzliches CO₂ freigesetzt wird.

Entwicklung rieselfähiger Duroplast-Formmassen auf Basis nachwachsender Rohstoffe
Ein Forschungsprojekt des Kunststoff-Zentrums SKZ aus Würzburg will deshalb Duroplaste ökologischer werden lassen und setzt bereits bei den Materialien an. Das Projekt mit dem Namen BioDurInject hat das Ziel, rieselfähigen Duroplast-Formmassen auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln. Dies gilt sowohl für das Matrixmaterial, die Füllstoffe und auch die Fasern. Die neuen Formmassen sollen der Herstellung technischer Formteile im Spritzgießverfahren dienen. Produzierte Formteile sollen ein Eigenschaftsniveau erreichen, das den konventionellen Formteilen entspricht.

Synthetisierung von bisher sieben verschiedenen biobasierten ungesättigten Polyestern (UP)
Am SKZ wurden im Rahmen dieses Vorhabens auf Basis nachwachsender Rohstoffe bisher sieben verschiedene biobasierte ungesättigte Polyester (UP) im Labormaßstab durch Polykondensation synthetisiert. Dafür wurde eigens eine Kondensationsapparatur im Chemielabor aufgebaut und eine geeignete experimentelle Methodik erarbeitet. Als Kondensationsprodukt erhielten die Forscher des Instituts so jeweils eine bei 190 °C viskose, gelbliche Flüssigkeit, die bei Raumtemperatur vollständig kristallisiert. Diese wurde bereits mittels DSC analytisch charakterisiert. Die Neigung zur Rekristallisation wurde im Trockenschrank durch Aufschmelzen und anschließendes Unterkühlen untersucht.

Industrielle Anwendbarkeit für die Industrie
Nachdem die Grundeigenschaften entsprechend geklärt waren, konnten die Wissenschaftler bereits in erste Versuche hinsichtlich praktischer Anwendung einstiegen. Am SKZ ist man bestrebt die reale, industrielle Anwendbarkeit für die Industrie stets im Hinterkopf zu behalten. So wurden die neuen UP-Harze mit nachwachsenden Füllstoffen und Fasern sowie einem thermischen Initiator bei 100 °C bis 120 °C im Messkneter compoundiert, um das Benetzungsverhalten der Schmelzen und das thermische Verarbeitungsfenster zu untersuchen. Gleichzeitig werden aktuell Richtrezepturen für die Compounds erarbeitet. Drei der ersten elf Compounds wurden inzwischen bereits mittels Plattenpresse bei 155 °C gehärtet – eine Temperatur, wie sie auch industriell im Duromerspritzguss üblich ist.

Erste Ergebnisse stimmen zuversichtlich
„Wir hoffen nachweisen zu können, dass die biobasierten Duroplaste als echte Alternative zu den konventionellen eingesetzt werden können. Die aktuellen Ergebnisse stimmen uns hier sehr zuversichtlich für eine künftige Anwendbarkeit im industriellen Maßstab“, erklärt Johannes Rudloff, Bereichsleiter Materialen, Compoundieren und Extrudieren am SKZ. „Auch in diesem Projekt ist die aktive Teilnahme und Unterstützung von Industriepartnern wie der Süd-West-Chemie GmbH und der Baumgarten automotive technics GmbH fundamental, um wirklich praxisnahe Lösungen zu entwickeln, denen wir an dieser Stelle ganz herzlich danken möchten.“

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Das SKZ ist ein Klimaschutzunternehmen und Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.