Aus unserem Alltag sind glasfaserverst\u00e4rkte Kunststoffe nicht mehr wegzudenken: Ob in Autos, Spielplatzrutschen, Schwimmbecken oder Fassaden \u2013 \u00fcberall, wo verl\u00e4ssliche Stabilit\u00e4t gefragt ist, kommen solche Verbundwerkstoffe heutzutage zum Einsatz. Leider sind sowohl Produktion als auch Entsorgung alles andere als nachhaltig. Wissenschaftler der Deutschen Institute f\u00fcr Textil- und Faserforschung Denkendorf haben nun einen neuartigen Werkstoff aus reiner Cellulose entwickelt, der praktisch die gleichen mechanischen Grundeigenschaften erf\u00fcllt, einfach und ungiftig hergestellt werden kann und auch noch vollst\u00e4ndig recyclingf\u00e4hig ist.<\/p>\n
Glasfaserverst\u00e4rkter Kunststoff (GFK), auch Fiberglas genannt, ist seit Jahrzehnten einer der am h\u00e4ufigsten eingesetzte Verbundwerkstoff f\u00fcr zahlreiche Konstruktionen und Bauteile \u2013 vor allem in Bereichen, wo Stabilit\u00e4t und Festigkeit gefragt sind, wie etwa im Fahrzeug- oder Br\u00fcckenbau. Der Bedarf an solchen Werkstoffen ist mit einer Produktionsmenge von \u00fcber einer Million Tonnen alleine in Europa riesengro\u00df*. Allerdings bereiten GFK in verschiedenen Bereichen Probleme: Bei der Herstellung kann es zu giftigen D\u00e4mpfen kommen und w\u00e4hrend der Weiterbearbeitung k\u00f6nnen problematische Feinst\u00e4ube in erheblichen Mengen entstehen. Zudem kann man die Werkstoffe praktisch nicht recyceln; sie werden entweder auf Halden gelagert oder verbrannt. Da diese Vorgehensweise nicht mehr der EU-Verordnung entspricht, die vorsieht, dass zum Beispiel Fahrzeuge zu 95 Prozent recyclingf\u00e4hig sein m\u00fcssen, wird dringend nach Alternativen gesucht.<\/p>\n
An den Deutschen Instituten f\u00fcr Textil- und Faserforschung Denkendorf DITF wurde nun eine solche m\u00f6gliche Alternative entwickelt: der neuartige Werkstoff \u201ePURCELL\u201c, der aus reiner Cellulose besteht. In dem Einkomponentenmaterial besteht sowohl die Verst\u00e4rkungsfaser als auch die Matrix, in welche die Verst\u00e4rkungsfasern eingebettet sind, aus diesem Naturstoff. \u201eCellulose ist eines der h\u00e4ufigsten Biopolymere, die es auf der Welt gibt; sie kann leicht aus Holz gewonnen werden und ist deshalb ein nachwachsender, nachhaltiger Rohstoff, der uns in nahezu unbegrenzter Menge zur Verf\u00fcgung steht\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Frank Hermanutz, der die Forschungsarbeiten an den DITF leitet.<\/p>\n
Cellulosewerkstoff komplett recyclingf\u00e4hig und kompostierbar<\/p>\n
Schon seit Jahren arbeiten die Chemiker um Hermanutz an Verfahren zur umweltfreundlichen Herstellung von Cellulosefasern mithilfe fl\u00fcssiger Salze. \u201eDiese ionischen Fl\u00fcssigkeiten k\u00f6nnen Cellulose l\u00f6sen und sind dabei v\u00f6llig ungiftig, unter anderem, weil sie keinen Dampfdruck erzeugen und man dann auch keine Abluftprobleme hat\u201c, berichtet Hermanutz. \u201eSie sind zudem bei Raumtemperatur an der Luft stabil, und man kann sie gut einsetzen, um Fasern mithilfe dieser L\u00f6sungen in eine Matrix einzubetten. Man w\u00e4scht sie anschlie\u00dfend aus und trocknet das Material \u2013 das ist auch schon der ganze Trick.\u201c Mit diesem etablierten Verfahren bewarben sich die Forscher im Projekt \u201eRessourceneffizienz\u201c des Landes Baden-W\u00fcrttemberg um F\u00f6rderung, bekamen den Zuschlag und arbeiten seit 2015 an der Entwicklung von PURCELL \u2013 mit Erfolg. \u201ePURCELL erf\u00fcllt mittlerweile die mechanischen Grundeigenschaften, die wir uns vorgenommen haben\u201c, sagt der Chemiker. \u201eDer Werkstoff wird zwar nicht alles an GFK ersetzen k\u00f6nnen, aber sehr vieles.\u201c<\/p>\n
Ein weiterer Vorteil ist, dass man den an den DITF entwickelten Werkstoff problemlos recyceln kann. \u201eMan hackt das Material einfach klein, gibt es nochmals in die Salzl\u00f6sung und kann es anschlie\u00dfend wieder als Matrix einsetzen\u201c, erkl\u00e4rt Hermanutz. \u201eDas kann man sogar mehrere Male machen \u2013 unsere Verbundplatten sind mittlerweile in der vierten Generation, ohne dass die Cellulose gesch\u00e4digt wurde oder sich die Eigenschaften ver\u00e4ndert h\u00e4tten. Verwendet in Autoteilen w\u00fcrde das eine Lebensdauer von etwa 40 Jahren bedeuten. M\u00f6chte man das nicht, ist PURCELL aber auch sogar kompostierbar \u2013 und das Problem, dass Mikropolymere die Gew\u00e4sser verunreinigen, hat man damit auch nicht. Im Gegenteil \u2013 man kann es zerkleinert sogar als Fischfutter verwenden. Man hat also keine End-of-Life-Abf\u00e4lle wie mit den GFK.\u201c Wegen seiner herausragenden Eigenschaften ist PURCELL k\u00fcrzlich auf der internationalen Fachmesse Techtextil mit dem \u201eInnovation Award New Materials 2017\u201c ausgezeichnet worden.<\/p>\n
Im Prinzip ist der neuartige Verbundwerkstoff schon jetzt fertig entwickelt. Er wurde bisher in Form von kleinen, etwa DIN-A4-gro\u00dfen Mustern in Z-Form, sogenannten Profilen, produziert. F\u00fcr die Herstellung k\u00f6nnen die g\u00e4ngigen, in der Industrie vorhandenen Werkzeuge verwendet werden \u2013 es sind keine Spezialmaschinen erforderlich. Als Verst\u00e4rkungsfasern wurden auf dem Markt erh\u00e4ltliche Reifencordfasern eingesetzt. Es k\u00f6nnen allerdings auch andere Fasern, beispielsweise aus Hanf, Flachs oder Baumwolle, verwendet werden. \u201eDie Faser bestimmt die Festigkeit\u201c, erkl\u00e4rt der Chemiker. \u201eDa ist man sehr flexibel \u2013 je nachdem, f\u00fcr welche Anwendung der Werkstoff sein soll.\u201c<\/p>\n
M\u00f6gliche Anwendungen im Test<\/p>\n
Nun steht f\u00fcr die Wissenschaftler aus Denkendorf an zu pr\u00fcfen, wie man PURCELL weiterverarbeiten kann: \u201eUnsere mechanischen Zielgr\u00f6\u00dfen hat das Material erf\u00fcllt, nun werden wir m\u00f6gliche Anwendungen testen\u201c, so Hermanutz. \u201eWir gehen jetzt die spezifischen Probleme an und werden uns konkrete Bauteile vornehmen \u2013 also zum Beispiel untersuchen, wie man den Werkstoff f\u00fcr einen Handschuhkasten einsetzen, oder in welcher Weise man PURCELL beschichten kann.\u201c Zudem stehen das Upscaling des Herstellungsprozesses und die nachfolgende Automatisierung auf dem Programm der Textiltechniker; allerdings wird dies nicht in Hermanutz\u00b4 Arbeitsgruppe erarbeitet werden, sondern vom Verbundwerkstoffbereich am Institut, das den Werkstoff auch mitentwickelt hat. In einer Pilotfabrik ist die Auflage einer Kleinserie geplant. Im gro\u00dfen Stil produziert wird PURCELL an den DITF allerdings mit Sicherheit nicht: \u201eWir sind ein reiner Forschungsbetrieb\u201c, sagt Hermanutz. \u201eDas werden die Kunden dann \u00fcbernehmen.\u201c<\/p>\n
Interessenten f\u00fcr den innovativen Werkstoff gibt es schon einige, so der Chemiker: \u201eAuf der Messe Techtextil gab es viele, die Interesse an PURCELL gezeigt haben. Es gibt auch schon Gespr\u00e4che, und man muss sehen, wie es l\u00e4uft \u2013 aber die technische Umsetzung ist definitiv schon auf dem Weg. Wie die k\u00fcnftigen Anwendungen konkret aussehen werden, wird sich zeigen: Der Cellulose-Werkstoff ist zwar nicht so hart wie GFK, das hei\u00dft, hoch feste Konstruktionsteile wie A- oder B-S\u00e4ule im Auto wird es aus PURCELL nicht geben. Daf\u00fcr hat das Material aber beispielsweise eine h\u00f6here Schlagz\u00e4higkeit \u2013 w\u00e4re also f\u00fcr Fahrzeuginnenteile gut geeignet.\u201c<\/p>\n
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* Quelle: AVK Industrievereinigung Verst\u00e4rkte Kunststoffe e.V. Frankfurt: Composites Marktbericht 2016.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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