Das IKT Stuttgart erforscht das Verhalten modifizierter PLA-PHA-Blends

Das Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart, erforscht gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe, Bayreuth, das Verhalten modifizierter PLA–PHA-Blends insbesondere im Schäumprozess. Diese sollen als biobasierte Alternativen zu lange etablierten erdölbasierten Partikelschäumen entwickelt werden.

„Biokunststoffe wie Polylactide (PLA) weisen im Vergleich zu konventionellen erdölbasierten Polymeren einen geringeren CO2-Fußabdruck auf und können somit zur Defossilisierung der Kunststoffbranche beitragen“, erläutert IKT-Mitarbeiter Frederik Gutbrod. „Ihre Verarbeitung, insbesondere im Bereich der Schaumstoffherstellung, gestaltet sich aufgrund der niedrigen Schmelzefestigkeit von PLA jedoch als schwierig. Aus diesem Grund wollen wir in unserem Forschungsvorhaben untersuchen, wie sich die Eigenschaften dieses Biokunststoffs durch Blenden mit weiteren Biopolymeren wie Polyhydroxyalkanoaten (PHA) verbessern lassen“.

Die Morphologie von geschäumtem Polylactid (PLA, links) und PLA mit 20 M.-% PHBV aus der Gruppe der Polyhydroxyalkanoate (PHA, rechts). Ersichtlich ist der Einfluss des Blendpartners PHBV auf die Dichte und die Zellstruktur des Schaumstoffs, ohne dass weitere Modifikationen vorgenommen wurden (Abbildungen: IKT)

Geplant ist außerdem, die Mischungen durch reaktive Extrusion mit grenzflächenaktiven Additiven weiter zu modifizieren. Dadurch sollen sie speziell für die Weiterverarbeitung zu Partikelschäumen optimiert werden, um eine geeignete Schaumstruktur mit niedriger Dichte und kleinen Zellgrößen zu erzeugen.

„PHA sind gut biologisch abbaubar, wohingegen PLA deutlich kostengünstiger sind. Durch das physikalische Mischen dieser Blendpartner dürfen sich die spezifischen Vorteile der einzelnen Werkstoffe jedoch in einem Material vereinen lassen. Neben der Erfüllung des Nachhaltigkeitsgedankens bietet dieser Ansatz auch einen praktischen Nutzen für die Industrie: So sind zum Beispiel Blends mit unterschiedlichen Erweichungsbereichen sehr vorteilhaft für den Schäumprozess“, betont Gutbrod.

„Allerdings beeinflussen zahlreiche Prozess- und Werkstoffparameter die Schaumherstellung und damit die Eigenschaften der Schaumstoffe“, so der Wissenschaftler. Diese komplexen Zusammenhänge sollen im Forschungsvorhaben durch ein Werkstoffmodell beschrieben werden, das durch maschinelles Lernen stetig erweitert wird. Dabei werden die Kompetenzen der Biopolymerverarbeitung und -modifizierung des IKT-Leiters Prof. Dr.-Ing. Bonten mit denen der Schaumverarbeitung und Digitalisierung von Prof. Dr.-Ing. Ruckdäschel, dem Leiter des Lehrstuhls für Polymere Werkstoffe, komplementär zusammengeführt. „Langfristig wollen wir auf dieser Grundlage nachhaltige Partikelschäume entwickeln, die herkömmliche Materialien wie expandiertes Polystyrol ersetzen können“, so IKT-Leiter Bonten.