Entwicklung eines neuartigen thermoplastischen Vulkanisates auf Basis nachwachsender Rohstoffe Biobasierte TPE-V

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Entwicklung eines neuartigen thermoplastischen Vulkanisates auf Basis nachwachsender Rohstoffe Biobasierte TPE-V"

Rudolf Abel
vor 7 Jahren
Abrufe

1 Entwicklung eines neuartigen thermoplastischen Vulkanisates auf Basis nachwachsender Rohstoffe Biobasierte TPE-V Dr. Bernhard Ulmer Dipl.-Geoökol. Kyra Seibert Dipl.-Ing. Stéphanie Baumann 5. Biowerkstoff-Kongress 15. März 2012

2 Überblick Ausgangssituation Zielsetzung Arbeitsprogramm Ergebnisse Zusammenfassung Ausblick 2

3 Ausgangssituation Erschöpfbarkeit, Preissteigerung bei fossilen Rohstoffen Zunehmendes Interesse der Industrie an Polymeren auf Basis nachwachsender Rohstoffe Quelle: L ORÉAL Zahlreiche Neuentwicklungen im Bereich technischer Thermoplaste bzw. als Alternativen zu PE, PP, PET, wenige im Bereich elastischer Werkstoffe 3 - TPE-E und TPE-U mit Polyether-Weichsegmenten aus biobasierten Polyolen (aus Maiszucker bzw. Sojaöl) bis zu 60 bzw. 75 % aus nachwachsenden Rohstoffen - TPE-A mit Blockpolyamiden-Hartsegmenten aus biobasiertem Polyamid (aus Rizinusöl) bis zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen Forschungsbedarf

4 Zielsetzung Entwicklung einer neuartigen Materialklasse von TPE-V, welche zu > 90 % aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen - Entwicklung geeigneter Rezepturen - Entwicklung der Verfahrenstechnik Reißfestigkeit DVR > 2,0 MPa - Untersuchung der Verarbeitbarkeit 50 % - Analyse der Ökoeffizienz Zieleigenschaften: - Härte < 60 Shore D - Druckverformungsrest 50 % - Reißfestigkeit > 2,0 MPa - Bruchdehnung 200 % Bio-TPV Härte Bruchdehnung < 60 Shore D 200 % > 90 % biobasiert 4

5 Arbeitsprogramm Auswahl der Ausgangsroh- und Zusatzstoffe - Thermoplastische Matrix aus Biopolymeren - Elastomere Phase aus nachwachsenden Rohstoffen - Vernetzungssystem - Additive (Verträglichkeitsvermittler, Weichmacher, Stabilisatoren,...) Festlegung der Verfahrensparameter - Schneckenkonfiguration - Drehzahl - Durchsatz - Vernetzer-Zugabestelle - Ein- und Zweistufenverfahren Abgrenzung der Spritzgießparameter Fertigung von Demonstratoren und Untersuchung der Lackierbarkeit Analyse der Ökoeffizienz 5

6 Ergebnisse Compoundierung Rezepturentwicklung: - Elastische Phase aus nachwachsenden Rohstoffen - Nicht alle Biopolymere als thermoplastische Matrix geeignet - Gute Homogenität - Anteil an nachwachsenden Rohstoffen > 90 % - Empfindlichkeit gegen Scherung und Temperatur Geruchsentwicklung - Alterungsprozesse beim Bewitterungstest Einsatz von Stabilisatoren notwendig! Verfahrensentwicklung: - Angepasste Verfahrenstechnik - Bessere Werte beim Zweistufenverfahren, aber höherer Aufwand 6

7 Ergebnisse Eigenschaften Erzielte Eigenschaften: - Angenehme Haptik - Einstellung der Dichte mittels Füllstoffen möglich - Breiter Härte-Bereich - Druckverformungsrest 50 % möglich - Gute mechanische Eigenschaften Zugversuche Bereich (min. - max.) Beispieltyp Dichte (g/cm 3 ) 0,950-1,083 0,998 Härte (Shore A) Druckverformungsrest (%) Reißfestigkeit längs (MPa) 1,84-7,04 4,5 Bruchdehnung quer (%)

8 Ergebnisse Spritzguß Gute Verarbeitbarkeit - Optimale Spritzgußverarbeitungsparameter: Zylindertemperatur: C Werkzeugtemperatur: 30 C Umfangsgeschwindigkeit: 150 mm/s Einspritzdruck: 1300 bar Nachdruck: 700 bar Staudruck: 50 bar Gitterschnitt, Quelle: Schleich GmbH DVR Reißfestigkeit Bruchdehnung Erhöhung Temperatur Erhöhung Umfangsgeschwindigkeit Erhöhung Einspritzdruck Erhöhung Nachdruck Erhöhung Staudruck Gute Abformqualität Gute Farbhaftung Gute Bedruckbarkeit 8

9 Zusammenfassung Eine neuartige Materialklasse von biobasierten TPE-V wurde erfolgreich entwickelt: Erzielte Eigenschaften: - Anforderungsprofil erfüllt - Dichte anpassbar - Härte über einen breiten Bereich variierbar - Gute mechanische Eigenschaften - Gute Verarbeitbarkeit im Spritzgußverfahren - Gute Lackierbarkeit - Gute Bedruckbarkeit - Gute Ökobilanz im Vergleich zu konventionellen TPV aus fossilen Ressourcen Gemeinsame Patentanmeldung 9

10 Ausblick Mögliche Anwendungsbereiche: - Spielzeuge - Soft-touch -Elemente in 2K-Anwendungen - Griffe (Zahnbürsten, Kugelschreiber) - Wegwerfartikel (Einwegrasierer) -... Anwendungstechnik, Herstellung und Vertrieb: Tecnaro GmbH 10

11 Danksagung Die Arbeiten in diesem Projekt wurden im Rahmen des Programmes KMU-Innovativ, Schwerpunktthema Ressourcen- und Energieeffizienz (Förderkennzeichen 033R038) durchgeführt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziell gefördert. Wir danken für die Unterstützung! 11

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Stéphanie Baumann Tel.: / Mail:

Ähnliche Dokumente

Bio-TPV - Entwicklung neuartiger thermoplastischer Vulkanisate auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Bio-TPV - Entwicklung neuartiger thermoplastischer Vulkanisate auf Basis nachwachsender Rohstoffe L. Ziegler, J. Pfitzer, H. Nägele; TECNARO S. Baumann, B. Ulmer, I. Radovanovic, P. Heidemeyer, M. Bastian;