Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Jahresbericht 2017
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Nachhaltige Entwicklung von Polymeren aus Biogenen Reststoffen

Spritzgusswerkzeug für die Replikation der Probe­körper im Forschungsprojekt PhabioApp

Wissenschaftlern des Fraunhofer IPK ist die Bioproduktion von Kunststoff mit einem vollständig biotechnologischen Syntheseprozess gelungen. Dabei werden biogene Reststoffe, z. B. Abfallfette, durch molekulargenetisch modifizierte Mikroorganismen als Biokatalysatoren in technisch nutzbare Polyester umgesetzt. Mithilfe chemischer Reinigungsprozesse und einer umfangreichen Werkstoffoptimierung wurde so eine neuartige Werkstofffamilie entwickelt, die den Anforderungen an technische Kunststoffe entspricht. Zusätzlich zur vollständigen Substitution von erdölbasierten Synthesebestandteilen war das Ziel der Forscher, einen umweltverträglichen Recyclingprozess zu ermöglichen. Das heißt: Die neuartigen Kunststoffe werden nicht nur durch Mikroorganismen vollständig synthetisiert, sie können auch durch natürlich vorkommende Mikroorganismen abgebaut werden und sind dabei nicht an spezifische Abbaubedingungen in industriellen Kompostanlagen gebunden. Damit kann ein signifikanter Beitrag zur Reduktion und Vermeidung von Kunststoff­abfällen, insbesondere im Hinblick auf Produkte mit geringer Lebensdauer geleistet werden. 

Die auf der Basis von Polyhydroxyalkanoaten entwickelten Biopolymere sind zudem nicht auf die Anwendung als Verpackungsmaterial beschränkt. Auch technische und hochwertige Kunststoffprodukte mit definiertem Lebenszyklus können damit hergestellt werden. Unter Beachtung der qualitativen Ansprüche an solche Produkte sind zur Einhaltung der Anforderungen an Form- und Lagetoleranzen, an die Oberflächenqualität oder die Reproduzierbarkeit hochspezialisierte Replikationsprozesse notwendig. Hierfür mussten Plastifizierungs- und Verarbeitungsparameter angepasst werden, um den Werkstoffeigenschaften zum Beispiel hinsichtlich der Duktilität gerecht zu werden. 

Darüber hinaus werden am Fraunhofer IPK Werkzeug- und Prozesstechnologien entwickelt, welche aktuelle Verarbeitungstrends wie Variothermspritzgießen oder Spritzprägen für neuartige Biopolymere adaptieren. Die hierfür notwendige Präzision der eingesetzten Maschinentechnik unterscheidet sich deutlich von handelsüblichen Spritzgusssystemen und verzichtet nahezu vollständig auf die sonst übliche elektrische Beheizung der Maschinenkomponenten. Im Gegenzug konnten die Werkstoffeigenschaften durch Compoundierung mit spezifischen Kettenverlängerern weiter modifiziert werden, um eine industrielle Nutzung der Werkstoffe zu ermöglichen.

Ansprechpartner

Christoph Hein

Tel. +49 30 39006-405

christoph.hein(at)ipk.fraunhofer.de