Bio­ba­sier­te Duroplast-Formmassen

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 zum Bei­spiel auch bei einer ther­mi­schen Ent­sor­gung kein zusätz­li­ches CO₂ frei­ge­setzt wird.

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, rie­sel­fä­hi­ge Duro­plast-Form­mas­sen auf Basis nach­wach­sen­der Roh­stof­fe zu ent­wi­ckeln. Dies gilt sowohl für das Matrix­ma­te­ri­al, die Füll­stof­fe und auch die Fasern. Die Form­mas­sen sol­len der Her­stel­lung tech­ni­scher Form­tei­le im Spritz­gieß­ver­fah­ren die­nen. Pro­du­zier­te Form­tei­le sol­len ein Eigen­schafts­ni­veau errei­chen, das den kon­ven­tio­nel­len Form­tei­len entspricht.

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 Grad Cel­si­us 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.

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 bis 120 Grad Cel­si­us 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 Grad Cel­si­us gehär­tet – eine Tem­pe­ra­tur, wie sie auch indus­tri­ell im Durom­er­spritz­guss üblich ist.

„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 und der Baum­gar­ten auto­mo­ti­ve tech­nics fun­da­men­tal, um wirk­lich pra­xis­na­he Lösun­gen zu ent­wi­ckeln, denen wir an die­ser Stel­le ganz herz­lich dan­ken möchten.“