Freitag, 19. Januar 2018
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Vom Baum zum Strukturschaum

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Spitzenforschungscluster entwickelt nachhaltigen Kunststoff aus Biomaterialien für Bodenbeläge

05.01.2018

Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS wurden in einem Verbundforschungsprojekt des Spitzenclusters BioEconomy Kunststoffe aus Biomasse entwickelt. Entstanden sind nachhaltige Biopolymere auf Basis von Tallöl, die als Bodenbeläge und Strukturschaumstoffe im Haus- und Möbelbau genutzt werden können.

 - Im Projekt haben Forscher Proben aus Kunststoff hergestellt, der auf Tallöl basiert, und dabei verschiedene Härter getestet.
© Fraunhofer IMWS
Im Projekt haben Forscher Proben aus Kunststoff hergestellt, der auf Tallöl basiert, und dabei verschiedene Härter getestet.

Unzählige Produkte des täglichen Lebens werden aus Erdöl hergestellt. Doch der Rohstoff ist eine endliche Ressource. Um den industriellen Bedarf langfristig zu decken und das Klima zu schonen, müssen Alternativen auf Basis nachwachsender Rohstoffe gefunden werden, die fossile Rohstoffe in der Zukunft ersetzen.

Im gerade abgeschlossenen Forschungsvorhaben „Effimat“ haben sechs Projektpartner gemeinsam an einer solchen Lösung gearbeitet: das Fraunhofer IMWS, das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP sowie verschiedene Industriepartner. Ziel war, Biopolymere für Bodenbeläge und Schaumstoffe und darauf abgestimmte Verarbeitungstechnologien zu entwickeln. Solche Produkte werden bisher auf Erdöl-Basis produziert. Im Projekt gelang es, sie aus Tallöl herzustellen, das als Nebenprodukt bei der Herstellung von Zellstoff aus Holz anfällt.

Der Ansatz des Clusterprojektes bestand in der ganzheitlichen Nutzung des Rohstoffs Holz. So wollten die beteiligten Unternehmen und Forschungseinrichtungen neue Spielräume für innovative Substitutionswerkstoffe schaffen, die mit vergleichbaren oder vollkommen neuen Eigenschaften konventionelle Werkstoffe ersetzen. Ausgangspunkt für diese Bemühungen war das Stoffgemisch Tallöl, auf dessen Basis sich mittels verschiedener synthetischer Aufbereitungsstufen hochwertige Reaktivharzsysteme herstellen lassen. Zusammen mit einer Vernetzerkomponente können diese zu äußerst festen Kunststoffmaterialien ausgehärtet werden, die sich beispielsweise für den Einsatz im Bauwesen eignen.

Die Kombination von Tallöl mit einem kalthärtenden Vernetzer war hierbei ein völlig neuer Ansatzpunkt auf dem Gebiet der biobasierten Kunststoffe. Mit der Rückführung des Nebenproduktes Tallöl in den Produktionskreislauf konnte entlang der Nutzungskaskade von Holz ein weiterer stofflicher Nutzungsschritt etabliert und das Wertschöpfungspotenzial erhöht werden.

Bioharzgebundene Bodenbeläge

Für die Herstellung tallölbasierter Schaumstoffhalbzeuge im industriellen Maßstab haben die Projektpartner außerdem ein besonderes Hochdruckverschäumungsverfahren erprobt, bei dem das Harzgemisch mit einem speziellen Mischkopf in eine entsprechende Werkzeugform gefüllt und unter Expansion eines Treibgases aufgeschäumt wird. Dazu mussten zunächst hochwertige Harzgemische gewonnen und ein geeigneter Anhydrid-Härter entwickelt werden. Bei den anschließenden Materialtests wurden zahlreiche Stoff- und Härterkombinationen auf ihre Eigenschaften hin charakterisiert sowie verschiedene Formmassen und Strukturschäume im Labormaßstab gefertigt. Auf Basis dieser Testergebnisse konnten das Aufschäumen der Harzgemische im industriellen Maßstab und der konkrete Einsatz in Form von bioharzgebundenen Bodenbelägen erprobt werden. Das Fraunhofer IMWS hat dabei Formmassen und Schäume für den industriellen Werkstoff­einsatz hergestellt und diese mechanisch, thermomechanisch und morphologisch charakterisiert.

Besser verträglich

Im Projekt sind hochwertige Kunstharzsysteme entstanden, die je nach Anforderung und Verarbeitung modifiziert werden können. „Die Vorteile der neuartigen Kunstharzsysteme liegen nicht nur im biogenen Ursprung der verwendeten Ausgangsstoffe, sondern auch in einem insgesamt energieeffizienteren Herstellungsverfahren, da in der Verarbeitung pflanzenölbasierte Strukturschaumstoffe bei niedrigeren Temperaturen schneller aushärten“, sagt Nicole Eversmann, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS. Und bei der gesundheitlichen Verträglichkeit punkten Kunstharzsysteme auch noch.