Schmelzspinnverfahren für biobasierte Fasern aus neuen PEU-Biopolymeren
Projektleiter: Dr. Rüdiger Strubl
Projektnummer: BMWi / ZIM, 16KN041739
Laufzeit: 01.02.2018 bis 31.10.2021
Aufgabenstellung
Ziel des Projektes war es, ein Schmelzspinnverfahren zur Herstellung von Fasern für medizinische Anwendungen aus einem neuen, biobasierten und bioabbaubaren Polymeren (PEU) zu entwickeln. Das Vorhaben wurde in Kooperation mit vier Unternehmen im Rahmen des Netzwerkes Bioplastik der Industriellen Biotechnologie Bayern GmbH bearbeitet.
Ergebnisse
Ausgehend von einem durch mikrobielle Fermentation nachhaltig gewonnenem Biopolyester Poly-3-hydroxybutyrat (P3HB) wurde durch Modifizierungen mit flexibilsierenden Strukturmerkmalen ein Polyester-Urethan-Block-Co-Polymer (PEU) entwickelt, welches günstige thermoplastische Eigenschaften für Schmelzeverformungsverfahren aufweist. Es wurde die Machbarkeit der prinzipiellen thermoplastischen Verarbeitung des neuen biogen erzeugten Biopolymers zu Fasern nachgewiesen. Damit wurde gezeigt, dass der naturgemäß schlecht zu verarbeitende Rohstoff P3HB strukturell so verändert werden kann, dass thermoplastische Verarbeitungsprozesse wie Schmelzspinnen möglich sind. Durch gezielte Anpassungen der Spinntechnologie konnten die anlagen- und verfahrenstechnischen Grundlagen zur Gewinnung von PEU-basierten Fasern durch Schmelzspinntechnologien etabliert werden. Auf der Basis spezifischer Materialeigenschaften in Kombination mit dem biobasierten Material Polybutylensuccinat (bio-PBS) als Blendkomponente wurde die Technologie optimiert, sodass multifile und monofile Fadentypen im kleintechnischen Maßstab ausgesponnen werden konnten. An Musterfilamenten wurden durch involvierte Unternehmen Tests zur Herstellung von chirurgischem Nahtmaterial durchgeführt. Darüber hinaus wurde die Biokompatibilität an Musterproben durch normgerechte Prüfung der in vitro-Zytotoxizität nachgewiesen.
Anwendung
Der biobasierte Werkstoff PEU kann durch Schmelzspinnverfahren zu Monofilen mit verschiedenen Fadendurchmessern verarbeitet werden. Die Entwicklungsprodukte eignen sich aufgrund ihrer Materialeigenschaften, insbesondere der Biobasiertheit und Biokompatibilität, für Anwendungen als chirurgische Nahtmaterialien. Das Anwendungspotential ist breit, da verschiedene Fadendurchmesser oder Fadentypen erzeugt werden können. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine extrudive Verarbeitung der neuen Werkstoffe mittels üblicher Kunststoff-verarbeitenden Anlagen möglich ist. Insofern bieten die Ergebnisse des Vorhabens das Potential, neben Fasern weitere Anwendungssegmente zu erschließen, in denen die Verwendung nachhaltig erzeugter Biomaterialien interessant sind.
Danksagung
Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Während der Laufzeit wurde das Projektkonsortium durch das Netzwerkmanagement der Industriellen Biotechnologie Bayern GmbH organisatorisch unterstützt.
