Ein im Jahr 2013 ins Leben gerufenes Verbundvorhaben soll das Potenzial von biobasierten Kunststoffen, wie Polyamide oder Polyester, f\u00fcr thermoplastische Verarbeitungstechniken ausloten, denn gerade in der Textil\u00adindustrie steigt der Bedarf an neuen Synthesefasern stetig. Ein Forschungsinstitut vergleicht daher Polyamide auf Basis von Rizinus\u00f6l mit herk\u00f6mmlichen Polyamiden. Zu den getesteten Kriterien geh\u00f6ren erzielbare textil-physikalische Eigenschafts\u00adprofile sowie die Aufnahme von Feuchtigkeit. Weitere Analysen testen die Einsatzm\u00f6glichkeiten von Polyestern auf Milchs\u00e4urebasis f\u00fcr textile und technische Anwendungen, unter anderem hinsichtlich Rei\u00dffestigkeit und Bruchdehnung. Dabei stellen die Forscher fest, dass die Rohstoffe f\u00fcr den Textilbereich geeignet sind, jedoch die thermische Best\u00e4ndigkeit f\u00fcr den technischen Bedarf zu optimieren ist.<\/p>\n
Die Nachfrage nach Synthesefasern in der Textilproduktion nimmt stetig zu. Gleichzeitig entwickeln sich die Produktionsverfahren kontinuierlich weiter, wodurch sich immer h\u00f6here Kapazit\u00e4ten von textilen und technischen Fasern erzielen lassen. Umso mehr steht die Frage nach Rohstoffen und m\u00f6glichen Alternativen im Raum. Zusammen mit einem wachsenden \u00f6kologischen Bewusstsein, f\u00fchrt dies zu einem wachsenden Interesse an bio- und teilbiobasierten Kunststoffen. Insbesondere in Kombination mit dem Schmelzspinn-Prozess er\u00f6ffnen sich M\u00f6glichkeiten. Die Anwendungsgebiete der Synthesefasern liegen in textilen und technischen Bereichen, wobei letzteres mit h\u00f6heren Anforderungen an die Fasern verbunden ist. Dabei m\u00fcssen neben gr\u00f6\u00dferen textil-physikalischen Kennwerten wie der Zugfestigkeit und dem E-Modul Eigenschaften, wie Temperatur- oder Chemikalienbest\u00e4ndigkeit ebenfalls vorhanden sein. Nur so k\u00f6nnten sich daraus erzeugte Textilien f\u00fcr Applikationen wie etwa die Hei\u00dfgasfiltration eignen.
\nDie Produktion auf Industrieanlagen mit dem Schmelzspinnprozess bietet wirtschaftliche Vorteile, bedingt durch hohe Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 8.000 m\/min und eine verbesserte Materialeffizienz. Gleichzeitig stellt der Prozess auch Anspr\u00fcche an die thermoplastischen Kunststoffe, die erheblichen Dehn- und Abk\u00fchlraten im Spinnprozess standhalten m\u00fcssen. So streckt der Vorgang beispielsweise die Filamente, die aus der D\u00fcse treten, auf das bis zu 1.000-Fache bevor die F\u00e4den aufgespult werden. Dieses spannungsbedingte Belasten des Materials im Schmelzspinn-Prozess gepaart mit den anschlie\u00dfenden allt\u00e4glichen Beanspruchungen der Synthesefasern durch mechanische, thermische oder chemische Einfl\u00fcsse zeigen, dass Materialhersteller vor einer komplexen Aufgabe stehen: Sie m\u00fcssen die Qualit\u00e4t der seit vielen Jahrzehnten ausgereiften konventionellen Kunststoffe auf (teil-)biobasierter Basis erreichen und gleichwertige Alternativen pr\u00e4sentieren.<\/p>\n
Rizinus- statt Erd\u00f6l<\/p>\n
Grunds\u00e4tzlich existieren daf\u00fcr bei den Kunststoffherstellern mehrere Herangehensweisen. Die erste ist die Drop-In-L\u00f6sung: Hierbei erzeugen die Entwickler auf nachwachsenden Rohstoffen basierende Monomere. Aus diesen werden dann mittels etablierter Syntheseverfahren biobasierte Kunststoffe als strukturelle \u00c4quivalente hergestellt. Aktuelle Beispiele sind Bio-PE und Bio-PET. Eine zum konventionellen Gegenpart identische chemische und physikalische Struktur erm\u00f6glicht dabei Verarbeitungsverhalten und -parameter, die von den erd\u00f6lbasierten \u00c4quivalenten bekannt sind.
\nNeben dem Drop-In-Verfahren besteht auch die M\u00f6glichkeit bestimmte Elemente im Polymersynthese-Prozess durch Elemente aus nachwachsenden Rohstoffen zu ersetzen, was zu (teil-)biobasierten Kunststoffen f\u00fchrt. So entstehen beispielsweise auf Basis von Sebacins\u00e4ure, die aus Rizinus\u00f6l gewonnen wird, (teil-)biobasierte Polyamide (PA), wie PA 4.10 und PA 11. Diese unterscheiden sich deutlich von der chemischen Struktur der erd\u00f6lbasierten PA 6 und 6.6. Das Besondere an PA 4.10 ist der geringe Carbon Footprint [1]. Zudem nehmen die (teil-)biobasierten Polyamide bei einer relativen Luftfeuchtigkeit (RH) von 50 Prozent weniger Feuchtigkeit auf, begr\u00fcndet durch den h\u00f6heren aliphatischen Anteil im Polymerger\u00fcst. Diese Biokunststoffe haben \u2013 wegen der abweichenden chemischen Struktur \u2013 zum Teil niedrigere Schmelz- und Glas\u00fcbergangstemperaturen im Vergleich zu PA 6 und PA 6.6.
\nIm Jahr 2013 startete das Verbundvorhaben \u201eVerarbeitung von biobasierten Kunststoffen und Errichtung eines Kompetenznetzwerks im Rahmen des Biopolymernetzwerks der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), G\u00fclzow-Pr\u00fczen\u201c. Das Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft f\u00f6rdert das Vorhaben \u00fcber die FNR als Projekttr\u00e4ger. Ziel des Projekts ist es, Know-how hin\u00ad\u00adsichtlich Verarbeitungs\u00ad\u00adparametern und -verhalten von bio- und teilbiobasierten Kunststoffen in thermoplastischen Verarbeitungstechniken zu generieren. Dabei ist innerhalb des Verbundprojekts das Fraunhofer Institut f\u00fcr angewandte Polymerforschung (IAP), Potsdam, verantwortlich f\u00fcr das Umformen von (teil-)biobasierten Polymeren zu Multifilamentgarn auf einer industrienahen Schmelzspinnanlage. Au\u00dferdem identifiziert das IAP die Verarbeitungs-Struktur-Eigenschaftskorrelationen anhand der resultierenden textil-physikalischen Kennwerte im Zusammenhang mit den supermolekularen Strukturen der Kunststoffe.<\/p>\n
Milchs\u00e4ure-Polyester als Alternative f\u00fcr den Textilbereich<\/p>\n
Im Fokus dieser Untersuchungen standen biobasierte Spinntypen, die auf Polymilchs\u00e4ure (PLA) basieren, ein aus Milchs\u00e4ure synthetisierter biobasierter Polyester. Die Forscher analysierten Kunststoffe vom Typ Ingeo 6201D und Ingeo 6400D von Nature Works, Minnetonka, USA, sowie das Polyamid PA 11 Rilsan Bmno TL der Firma Arkema, Colombes, Frankreich, und das teilbiobasierte Polyamid PA 4.10 Eco-Paxx Q170E von DSM, Heerlen, Niederlande. Bei der Verspinnbarkeit hatten die Materialien ein gutes Fadenbildungsverhalten im Temperaturbereich von 210 bis 240 \u00b0C. Zudem erm\u00f6glichen sie hohe Verstreckgrade bei gleichzeitiger Prozessstabilit\u00e4t. Mit angepassten Galettengeschwindigkeiten, Lochf\u00f6rdermengen und D\u00fcsengeometrien lie\u00dfen sich f\u00fcr weite Bereiche der Filamentfeinheit textil-physikalische Kennwerte einstellen.
\nBei Kennwerten wie Rei\u00dffestigkeit und Bruchdehnung zeigen die (teil-)biobasierten Polyamide \u00e4hnliche Werte wie die Spinntypen PA 6 und PA 6.6. Ein Einsatz im technischen Bereich, beispielsweise im Reifencord, erfordert allerdings zus\u00e4tzlich eine hohe thermische Best\u00e4ndigkeit, welche sich durch die Zugabe von Additiven erreichen l\u00e4sst [3]. Bei PLA-Fasern k\u00f6nnten Faserstrukturen, die hinsichtlich des Kristallisationsgrads und der Stereocomplex-Bildung optimiert sind, dieses Problem eventuell l\u00f6sen. Eine Additivierung wie bei (teil-)biobasierten Polyamiden ist ebenfalls m\u00f6glich. Die erzielten textil-physikalischen Kennwerte der PLA-Faser sowie der biogene Ursprung des Materials lassen optimistische Prognose im Bereich textiler Anwendungen zu.
\nWeitere Verbundpartner sind au\u00dferdem: Das Kunststoff-Zentrum, W\u00fcrzburg, die Professur Strukturleichtbau und Kunststofftechnik der TU Chemnitz und das Institut f\u00fcr Biokunststoffe und Bio\u00adverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover.<\/p>\n
Halle\/Stand 07\/SC01
\nLiteraturverzeichnis<\/p>\n
[1] http:\/\/www.dsm.com\/products\/ecopaxx\/en_US\/cases.html<\/p>\n
[2] Herstellerangaben (Evonik, DSM, Arkema)<\/p>\n
[3] Vortrag \u2013 A. Flachenecker (PHP Fiber) \u2013 1. Workshop Chemiefasern \u201eSynthesefasern nach dem Schmelzspinnverfahren\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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