{"id":121357,"date":"2023-01-25T07:20:00","date_gmt":"2023-01-25T06:20:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=121357"},"modified":"2023-01-20T15:13:38","modified_gmt":"2023-01-20T14:13:38","slug":"biobasierte-flammschutzmittel-fur-biokunststoffe-in-der-elektrotechnik-und-elektronik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biobasierte-flammschutzmittel-fur-biokunststoffe-in-der-elektrotechnik-und-elektronik\/","title":{"rendered":"Biobasierte Flammschutzmittel f\u00fcr Biokunststoffe in der Elektrotechnik und Elektronik"},"content":{"rendered":"\n

<\/h2>\n\n\n\n\n\n
\"Im<\/a>
Im Projekt konnte beim Industriepartner Hager Electro unter anderem ein Tunnelschieber aus flammgesch\u00fctztem Polybutylensuccinat (PBS) als Technologie-Demonstrator hergestellt werden. \u00a9 Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Forschenden des Fraunhofer WKI und des Fraunhofer IAP sind mit Industriepartnern erste Erfolge in der Entwicklung von biobasierten Flammschutzmitteln in Biokunststoffen gelungen. Damit k\u00f6nnten k\u00fcnftig Kunststoffe in der Elektronik und Elektrotechnik eingesetzt werden, die zu 100 Prozent aus biobasierten Materialien bestehen. Die Verarbeitung wurde im Rahmen des Forschungsprojekts mittels Compoundierung, Spritzguss und additiver Fertigung getestet. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Damit Biokunststoffe auch im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik eingesetzt werden k\u00f6nnen, m\u00fcssen sie, wie herk\u00f6mmliche Kunststoffe, hohe Flammschutzvorgaben erf\u00fcllen. Bisher gibt es noch keine biobasierten Flammschutzmittel, die f\u00fcr die Herstellung von Biokunststoffen verwendet werden. Hier setzte ein Forschungsprojekt der Fraunhofer-Institute WKI und IAP gemeinsam mit Industriepartnern an. Ein Fokus lag darauf, ein halogenfreies Flammschutzmittel zu entwickeln, das m\u00f6glichst in geringer Einsatzmenge und daher mit geringen Kosten eingesetzt werden kann. Au\u00dferdem wurde der Einsatz von bereits verf\u00fcgbaren Flammschutzmitteln in der Compoundierung mit unverst\u00e4rkten und mit Holzpartikeln verst\u00e4rkten Biopolymeren getestet.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbUm unser Ziel zu erreichen, Bio-Verbundwerkstoffe f\u00fcr die Elektrotechnik und Elektronik zu entwickeln, die m\u00f6glichst zu 100 Prozent biobasiert sind, mussten wir unseren Fokus zun\u00e4chst auf die Entwicklung von neuen, biobasierten Flammschutzmitteln legen. Es wurden Synthesen halogenfreier Flammschutzmittel auf Basis von biobasierten Alkoholen und phosphorhaltigen Verbindungen durchgef\u00fchrt. Anschlie\u00dfend haben wir zahlreiche Versuche zur Compoundierung mit Polymilchs\u00e4ure (PLA) als Matrixpolymer durchgef\u00fchrt\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Arne Schirp, Projektleiter am Fraunhofer WKI<\/strong>, das Vorgehen.\u00a0<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

\"Flammgesch\u00fctzter
Flammgesch\u00fctzter Biokunststoff k\u00f6nnte zu Bauteilen f\u00fcr Elektrotechnik und Elektronik verarbeitet werden, z.B. mittels Spritzguss (Bio-Granulat) und additiver Fertigung (Bio-Filamente). \u00a9 Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Neu getestet: Elektronenstrahlvernetzung bindet Flammschutzmittel an PLA <\/h3>\n\n\n\n

F\u00fcr einen optimalen Flammschutz ist die homogene Verteilung der Flammschutzmittel in der Biopolymermatrix aus PLA notwendig. Die Kopplung mit der Biopolymermatrix sollte durch die speziell entwickelten, reaktiven Flammschutzmittel erreicht werden. Als neues Verfahren f\u00fcr die Anbindung der Flammschutzmittel an die Matrix wurde die Elektronenstrahlvernetzung eingesetzt. Dies ist ein nicht-thermischer Prozess, der zur Behandlung von Kunststoffen vielfach genutzt wird, f\u00fcr Biokunststoffe bisher jedoch noch wenig Anwendung findet. Die Eigenschaften der Polymere werden hier modifiziert, indem \u00fcber die Strahlendosis kontrollierbare Vernetzungs- und Kopplungsreaktionen angesto\u00dfen werden. In den Versuchen, auch beim Industriepartner BGS Beta Gamma Service, erwies sich ein Additiv als wirkungsvoll, bei dem nachweislich die Vernetzungsreaktion des PLA den Abbau durch den Elektronenstrahl \u00fcberwiegt. Auch weitere Additive wurden umfangreich getestet. Die Ergebnisse verbessern den Kenntnisstand \u00fcber die zum Teil erstmalig eingesetzten Additive sowie die Prozesse in der Kunststoffverarbeitung und die Auswirkungen der Bestrahlung.<\/p>\n\n\n\n

Bei der Synthese halogenfreier, neuartiger Flammschutzmittel auf Basis von biobasierten Alkoholen und phosphorhaltigen Verbindungen erwies sich der Fokus auf die Herstellung vollveresterter Phosphate als vielversprechend. Nach Optimierungsversuchen konnte eine Compoundierung mit PLA realisiert werden, aus der eine Rezeptur zur Herstellung von flammgesch\u00fctzten PLA-Compounds entwickelt wurde. Entflammbarkeitstests gem\u00e4\u00df UL94 ergaben eine sehr gute Klassifizierung (V-0) bei einer Pr\u00fcfk\u00f6rperdicke von 1,6 mm. <\/p>\n\n\n\n

Erprobung herk\u00f6mmlicher Flammschutzmittel: Compoundierung mit PLA und PBS<\/h3>\n\n\n\n

Die Forschenden am Fraunhofer WKI und Fraunhofer IAP f\u00fchrten des Weiteren Versuche zur Compoundierung unverst\u00e4rkter und mit Holzpartikeln verst\u00e4rkter Biopolymere mit halogenfreien, aktuell verf\u00fcgbaren Flammschutzmitteln durch. Sie konnten feststellen, dass diese f\u00fcr PLA und biobasiertes Polybutylensuccinat (PBS) als Basispolymere verfahrenstechnisch gut einsetzbar sind. In der Verarbeitung von PLA ist die Verwendung eines beheizbaren Werkzeugs erforderlich, um hohe Kristallinit\u00e4ten und somit hohe W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeiten in den Bauteilen zu erreichen. Neben einer guten Flammschutzwirkung ist die W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeit ein wichtiges Kriterium f\u00fcr die Anwendung. Es gelang dem Team, Formulierungen f\u00fcr PLA und PBS zu entwickeln, die die Anforderungen an den Flammschutz in den Zielanwendungen weitgehend erf\u00fcllen und im Spritzguss sowie mit additiver Fertigung verarbeitet werden k\u00f6nnen. Dies wurde mit verschiedenen Tests nachgewiesen, darunter UL94, Gl\u00fchdrahttest und Pr\u00fcfung der Kriechstromfestigkeit.<\/p>\n\n\n\n

Die Verarbeitungsergebnisse im Spritzgussverfahren bei den beteiligten Industriepartnern stimmen sehr optimistisch. Technische, flammgesch\u00fctzte Komponenten und Bauteile wie Tunnelschieber f\u00fcr Schaltk\u00e4sten und Aufbewahrungsboxen aus dem Logistikbereich konnten unter produktionsnahen Bedingungen hergestellt werden. F\u00fcr die PBS-basierten Materialien liegen die Zykluszeiten in einem vergleichbaren Bereich zu den heute eingesetzten petrobasierten Kunststoffen. <\/p>\n\n\n\n

Bei den Versuchen mit einer Zugabe von Holzpartikeln konnten die Forschenden au\u00dferdem zeigen, dass diese einen positiven Einfluss auf die Flammschutz-Performance aufweisen. Die W\u00e4rmefreisetzungsraten wurden durch Holzzugabe deutlich reduziert. Gleichzeitig kam es jedoch zu einer Verk\u00fcrzung der Entz\u00fcndungszeitpunkte. F\u00fcr holzfaserverst\u00e4rkte, flammgesch\u00fctzte und auskristallisierte PLA-Compounds konnte eine maximale W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeit von 140 \u00b0C bis 160 \u00b0C nachgewiesen werden. <\/p>\n\n\n\n

Erprobung von Flammschutzmitteln in der Compoundierung mit Bio-PA<\/h3>\n\n\n\n

Dar\u00fcber hinaus entwickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler flammgesch\u00fctzte Formulierungen auf Basis von Bio-Polyamiden (PA) f\u00fcr den Spritzguss. Die Formulierungen erf\u00fcllten die Klassifizierung V-0 (1,6 mm Dicke) im UL94-Test und im Vergleich zu Referenzmaterialien weitgehend die Anforderungen hinsichtlich des Gl\u00fchdrahttests und f\u00fcr die Kriechstromfestigkeit (CTI). Die Vernetzbarkeit von drei flammgesch\u00fctzten Bio-PA-Typen wurde erstmals in der Elektronenbestrahlung untersucht. Es zeigte sich, dass der Bio-PA-Typ PA6.10 am besten vernetzbar ist und der Bio-PA-Typ PA11 am wenigsten. Die Forschenden konnten auch hier nachweisen, dass die Zugabe von Holzpartikeln einen positiven Einfluss auf die Flammschutz-Performance ergibt. Wie bei den Versuchen mit PLA und PBS waren die W\u00e4rmefreisetzungsraten durch Holzzugabe reduziert, bei einer gleichzeitigen Verk\u00fcrzung der Entz\u00fcndungszeitpunkte. Die Bestrahlung bewirkte bei fast allen PA-basierten Formulierungen eine Erh\u00f6hung der Zugfestigkeit und des Zug-E-Moduls sowie eine Reduzierung der Kerbschlagz\u00e4higkeit.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbDie Formulierungen auf Basis von Bio-PA wurden bisher nur im Kleinma\u00dfstab im Messkneter und Minispritzguss verarbeitet. Es besteht also weiterer Forschungsbedarf, um herauszufinden, wie die Verarbeitung auf Doppelschneckenextrudern und im Spritzguss gelingt. Auch sollte eine Optimierung der flammgesch\u00fctzten, PA-basierten Compounds im Hinblick auf die gesamte Bandbreite an Anforderungen aus dem Bereich Elektrotechnik und Elektronik erfolgen\u00ab, res\u00fcmiert Schirp<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

F\u00f6rderung<\/h3>\n\n\n\n

Das Projekt wurde vom Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft (BMEL) \u00fcber den Projekttr\u00e4ger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gef\u00f6rdert. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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