Recyclingfähige Verbundwerkstoffe aus Polymilchsäure - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

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06.05.2021

Recyclingfähige Verbundwerkstoffe aus Polymilchsäure

Kurz & Knapp
  • Polymilchsäure (PLA) ist ein vielversprechender Werkstoff zu Herstellung biobasierte Kunststoffe und längst etabliert. Auch in mechanisch belastbaren Kunststoffen wird PLA zur Faserverstärkung als Matrix genutzt.
  • Forschende vom Fraunhofer IAP wollen nun ein Verbundmaterial weiterentwickeln, das vollständig aus biobasierter Polymilchsäure besteht und damit besser recycelt werden kann als herkömmliche Faserverbundwerkstoffe.
  • Die neuen PLA-Fasern und -Folien sollen thermisch stabiler sein und so neue Einsatzbereiche erobern.

Thermisch stabiles Material aus PLA-Fasern

Biobasierte Kunststoffe aus Polymilchsäure werden für Verpackungen, Folien aber auch belastbare Verbundwerkstoffe eingesetzt. Das Recycling ist jedoch problematisch. Forschende vom Fraunhofer IAP wollen in den kommenden Jahren daher ein Verbundmaterial entwickeln, das vollständig aus biobasierter PLA besteht und damit besser recycelt werden kann.

Ob Plastikflaschen, Joghurtbecher oder Folien: Biobasierte Kunststoffe aus Polymilchsäure – kurz PLA – sind in unseren Alltag längst etabliert. Auch in mechanisch belastbaren Kunststoffen wird das Biopolymer zur Faserverstärkung genutzt. Doch gerade bei Faserverbundwerkstoffen ist das Recycling noch problematisch.

Forschende am Fraunhofer IAP wollen das ändern. In einem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) geförderten Projekt will das Team ein Verbundmaterial entwickeln, das vollständig aus biobasierter PLA besteht und damit besser als herkömmliches Verbundmaterial recycelt werden kann. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie wollen die Forschenden bis Ende 2023 das Material für industrielle Anwendungen fit machen.

Faserverstärkung durch thermisch stabile PLA

Der neue Werkstoff soll zu 100% aus Polymilchsäure bestehen. Das heißt, nicht nur zur Herstellung von Fasern wird PLA genutzt, sondern auch als Matrix zur Faserverstärkung im Kunststoff. „Diese Fasern eignen sich hervorragend zur Verstärkung von PLA-Kunststoffen. Der so entstehende, sich selbst verstärkende Einkomponenten-Verbundwerkstoff verspricht große Vorteile beim Recycling. Da die Faser und die Matrix aus PLA chemisch identisch sind, sind aufwendige Trennschritte nicht nötig“, erklärt André Lehmann, Experte für Fasertechnologie am Fraunhofer IAP.

Ein weiterer Vorteil der neuen PLA-Fasern: sie haben eine höhere Temperaturbeständigkeit, da zur Faserherstellung thermisch stabilere sogenannte Stereokomplex-PLA (sc-PLA) verwendet werden, die einen um 40 bis 50 Grad Celsius höheren Schmelzpunkt haben und sich damit besser in die Matrix einarbeiten lassen. 


Werkstoff mit hohen Einsatzpotenzial

Im Rahmen des kürzlich gestarteten Projekts wollen die Forschenden gemeinsam mit ihren Partnern aus der Wirtschaft nun die technischen Voraussetzungen für den Einsatz des neuen selbstverstärkten PLA-Werkstoffes schaffen. Im Fokus steht die Entwicklung und Optimierung eines Schmelzspinnprozesses für diese sc-PLA-Filamentgarne für den industriellen Einsatz.

Auch die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für sc-PLA-verstärkte Flachfolien ist geplant. Die Forschenden sind überzeugt, dass der faserverstärkte und recycelbare PLA-Verbundwerkstoff viele neue Anwendungsgebiete eröffnen wird. Interessenten aus der Textil- und Autoindustrie gibt es bereits.