Durchführung von Untersuchungen zur Verbesserung des Langzeitverhaltens von biobasierten Polymeren für technische Anwendungen

Beim Einsatz von biobasierten Kunststoffen dominiert nach wie vor die Eigenschaft „Abbaubarkeit“; der größte Teil dieser Materialien wird im Verpackungsbereich verwendet. Grundsätzlich eignen sich einige dieser Polymere aber auch für hochwertige Produkte mit längerer Lebensdauer. Dort spielen jedoch andere Eigenschaften als bei Verpackungen eine Rolle, z.B. die Formstabilität, die Beständigkeit gegen Klimaschwankungen oder das Brandverhalten. Genau an dieser Stelle setzte das Projekt an: Das Ziel bestand darin, die Langzeiteigenschaften von ausgewählten Biopolymeren so zu optimieren, dass Anwendungen und Lebensdauerzyklen wie bei konventionellen Massenkunststoffen erreicht werden können. Den konkreten Aufgabenstellungen lagen Anforderungen aus der Praxis zugrunde.

Ergebnisse

Die Wärmeformbeständigkeit von PLA lässt sich über die Verstärkung mit Naturfasern und eine anschließende thermische Behandlung bei Rekristallisationstemperatur verbessern, insbesondere über eine Erhöhung der Werkzeugtemperatur bei der Bauteilherstellung.

Zur Verbesserung der Brandeigenschaften von PHA wurden verschiedene Flammschutzmittel getestet.

Das Bio-Polyamid PA11 zeichnet sich durch exzellente physikalische Eigenschaften sowie eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit aus, zeigt allerdings nur eine unzureichende Photostabilität. UV-Absorber und HALS können die Situation deutlich verbessern.

Aufgrund ihrer guten mechanischen und thermischen Eigenschaften eignen sich Celluloseester auch für technische Anwendungen. Hinsichtlich Brandeigenschaften gibt es jedoch Einschränkungen. Deshalb wurde - am Beispiel von Celluloseacetatpropionat (CAP) versucht, dieses Problem durch Compoundierung mit kommerziell verfügbaren Flammschutzmitteln zu lösen. Tatsächlich führten die Tests zur Glühdrahtfestigkeit (GWFI) zu ermutigenden Ergebnissen - die Hausgerätenorm IEC/EN 60335-1 (für unbeaufsichtigte Geräte wie Wasserkocher, Kaffeemaschinen, Toaster) wird erfüllt (Abb.).

Anwendung

Wenngleich sich nicht in allen der untersuchten Fälle der erhoffte Erfolg einstellte, so konnten für die Praxis doch interessante Ansätze aufgezeigt bzw. untersetzt werden. So kann man bei Polyamid 11 über den Einsatz von Titandioxid und/oder mit Stabilisatoren (UV-Absorber, HALS) das Problem der Vergilbung und auch der alterungsbedingten Verschlechterung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltes entgegenwirken. Die Wärmeformbeständigkeit von PLA lässt sich durch Tempervorgänge erhöhen. Beim Cellulosester kann man die Brandeigenschaften deutlich verbessern, was den Einsatz in vielen Haushaltsgeräten ermöglicht.

Versuche bei einem Industriepartner bestätigten die Umsetzbarkeit dieser Ansätze.