Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projektes war die Entwicklung von kosteng\u00fcnstigen thermoplastischen Getreidemehlen mit akzeptablen mechanischen Eigenschaften sowie geringen Wasseraufnahmen. Diese Zielstellung sollte durch die Verwendung nanoskaliger Teilchen mit hoher H2O-Sperrwirkung sowie derivatisierter Getreidemehle zur Strukturfestigkeitssteigerung erreicht werden. Diese nanof\u00fcllstoffhaltigen sowie derivatisierten thermoplastischen Getreidemehle sollen in Fortf\u00fchrung der F&E-Arbeiten als Basiskomponente f\u00fcr die Generierung von Biokunststoffen dienen, die bez\u00fcglich Werkstoffmechanik sowie H2O-Aufnahme ei-ne echte Alternative zu kostenintensiven erd\u00f6lbasierten Kunststoffen in ausgew\u00e4hlten Anwendungen darstellen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Projekt wurden Weizenmehle vom Typ 550 sowie Roggenmehle vom Typ 997 mit einem Derivatisierungsgrad von 0, 0.0005 sowie 0.01 ausgew\u00e4hlt. Als Nanof\u00fcllstoff verwendeten wir die unmodifizierten Bentonittypen Nanofil\u00ae 588 und Nanofil\u00ae 116 sowie die modifizierten Typen Nanofil\u00ae 5 und Nanofil\u00ae 32. Die Mehlderivatisierung realisierte der Kooperationspartner Ceresan Erfurt GmbH in einem trockenchemischen Direktmodifizierungsverfahren. Die Erzeugung von spritzgussf\u00e4higen thermoplastischen Getrei-demehlen wurde vom KuZ in Analogie zur Gewinnung thermoplastischer St\u00e4rken vorgenommen. Die Aufbereitung der nanof\u00fcllstoffhaltigen thermoplastischen Getreidemehle erfolgte mit Hilfe eines Zweischneckenextruder ZE25A-UT bei einer Temperatur von 125 \u00b0C sowie einer Extruderdrehzahl von 100 bis 150\/min. Mehl, Nanof\u00fcllstoff sowie Weichmacher wurden im Vorfeld der Aufbereitung mittels Mi-scher LUK III vorgemischt. Als Weichmacher verwendeten wir ein Glyzerin\/Sorbitol-Gemisch. Die Weichmacherzugabe erfolgte vorzugsweise mit 25 ma%. Der Nanof\u00fcllstoffgehalt betrug bis zu 10 ma%. Im Ergebnis der Aufbereitung erhielten wir spritzgussf\u00e4hige thermoplastische Getreidemehle mit variierenden Nanof\u00fcllstoffgehalten sowie -typen (= Composite). An spritzgegossenen Probek\u00f6rpern wurden mechanische Kennwerte im Zug- sowie Kerbschlagbiegeversuch ermittelt sowie deren Wasseraufnahme bestimmt. Die Untersuchungen wurden in Abh\u00e4ngigkeit von den wichtigen Einflussgr\u00f6\u00dfen Weichmachergehalt, Nanof\u00fcllstoffgehalt, -typ, Getreidemehlderivatisierungsgrad und -typ durchgef\u00fchrt. Eine Auswahl an thermoplastischen Getreidemehlen wurde mit Polyestern geblendet (Tests f\u00fcr Nachfolgeprojekt). Ziel des Blendens war eine H2O-Aufnahmereduktion und Optimierung der Werkstoffmechanik.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Compositechanik weist eine starke Abh\u00e4ngigkeit vom verwendeten Nanofil\u00ae-Typ sowie Getreidemehlderivatisierungsgrad auf.
\nFall 1: Die Zugabe der modifizierten NF-Typen Nanofil\u00ae 5 und Nanofil\u00ae 32 zum unmodifizierten thermoplastsichen Getreidemehl f\u00fchrt tendenziell zu einer Composit-Festigkeits- und Steifigkeitsreduktion sowie zu einer Dehnbarkeits- und Z\u00e4higkeitszunahme. Hingegen bewirkt der Nanofil\u00ae 588- sowie Nanofil\u00ae 116-Zusatz zum Getreidemehl eine Composit-Festigkeits- und Steifigkeitszunahme sowie eine Dehnbahrkeits- und Z\u00e4higkeitsabnahme. Eine Compositverst\u00e4rkung infolge der Nanofil\u00ae-Zugabe wurde hier nicht realisiert. Eine Optimierung der Werkstoffmechanik durch eine Verbesserung der Nanof\u00fcllstoffdispergierung mittels Dispergierhilfsmitteln blieb erfolglos.
\nFall 2: F\u00fcr derivatisierte thermoplastische Getreidemehle wurde festgestellt, dass die Festigkeit und Steifigkeit zunimmt sowie die Dehnbarkeit mit einem steigenden DG abnimmt. Demzufolge bewirkt die Getreidemehlvernetzung die erw\u00fcnschte Strukturfestigkeitserh\u00f6hung. Die Zugabe der modifizierten NF-Typen Nanofil\u00ae 5 und Nanofil\u00ae 32 zum derivatisierten Getreidemehl f\u00fchrt tendenziell zu einer Steigerung der Composit-Festigkeit, -Steifigkeit sowie -Z\u00e4higkeit, die Dehnbarkeit nimmt geringf\u00fcgig ab. Es liegt ein Verst\u00e4rkungseffekt vor.
\nDie h\u00f6chsten Compositeigenschafts\u00e4nderungen registrierten wir gr\u00f6\u00dftenteils bei 2.5 und 5 ma% NF, was als Indiz f\u00fcr eine optimale NF-Dispergierung bei den entsprechenden NF-Gehalten gewertet wird.
\nRheologische Untersuchungen zeigten, dass die Compositschmelzen in jedem Fall ein strukturviskoses Flie\u00dfverhalten aufweisen sowie bei einer Scherrate von 100\/s eine Viskosit\u00e4t von < 500 Pa\u00b7s besitzen. Die Spritzgussverarbeitung der Composite ist somit unproblematisch. \nDie besten Resultate hinsichtlich einer H2O-Sperrwirkung wurden f\u00fcr Nanofil\u00ae 5-haltige thermoplastische Getreidemehle erzielt. Hingegen zeigen Nanofil\u00ae 116- sowie Nanofil\u00ae 588-haltige thermoplastische Getreidemehle bei einer Steigerung des Nanof\u00fcllstoffgehaltes eine unerw\u00fcnschte Steigerung der Wasseraufnahme. \nDie bis dato generierten Composite k\u00f6nnen auf Grund ihres Eigenschaftsprofils, wie ausgepr\u00e4gte Hydropholie, geringe Festigkeit und Steifigkeit, nicht als eigenst\u00e4ndige Werkstoffgruppe betrachtet werden. Das Nanof\u00fcllstoffpotenzial hinsichtlich H2O-Sperrwirkung sowie Werkstoffverst\u00e4rkung wird bei Weitem nicht ausgesch\u00f6pft. \nHinsichtlich einer weiteren Reduzierung der Wasseraufnahme sowie Werkstoffmechanikoptimierung, dies betrifft insbesondere das Festigkeit\/Z\u00e4higkeit-Verh\u00e4ltnis, ist die geplante Generierung von Bioblends, bestehend aus nanof\u00fcllstoffhaltigen sowie derivatisierten thermoplastischen Getreidemehl und synthetischen Polymer, vorzugsweise Polyester, sehr erfolgversprechend. Vorversuche hierzu stellen sich positiv dar. \nDer angestrebte Compositpreis von 1 Euro pro Kilogramm wurde nicht erreicht, jedoch ber\u00fccksichtigen die von uns \u00fcberschl\u00e4gig kalkulierten 1.30 Euro pro Kilogramm Mindermengenzuschl\u00e4ge f\u00fcr Weichma-cher und Vernetzer.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nGeplant ist die Ver\u00f6ffentlichung der Projektergebnisse im Rahmen von Fachtagungen, wie NAROSSA\u00ae und NAROTECH\u00ae, und Messen, wie K\u00ae und FAKUMA\u00ae.\n\n\nFazit\n\nDie besten Resultate hinsichtlich der Werkstoffmechanik zeigten Composite mit derivatisiertem Getreidemehl und modifiziertem Nanof\u00fcllstoff. In Hinblick auf die H2O-Aufnahme waren es Composite mit modifiziertem Nanof\u00fcllstoff, der Mehlderivatisierungsgrad spielte hier keine Rolle. Die bis dato generierten Composite sind nicht f\u00fcr eine kommerzielle Nutzung im Bereich der Spritzgussartikel vorgesehen. Sie dienen vielmehr als Basiskomponente f\u00fcr die Erzeugung alternativer Bioblends, bestehend aus Composit und Polyester, die kunststoff\u00e4hnliche Eigenschaften besitzen\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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