Extrusion 8-2023

47 Extrusion 8/2023 plastischer Stärke auf Basis von Weizenstärke und PBAT als Blendpartner (Mischungsverhältnis von thermoplastischer Stärke zu PBAT liegt bei ca. 1,5 : 1) sowie eines Kompatibilisators, er- folgt beim Fraunhofer-Institut (UMSICHT). Untersuchung der Schäumbarkeit des TPS-Blends Zur Charakterisierung der Verarbeitungsfähigkeit und der Schäumbarkeit finden Extrusionsversuche mit dem entwickelten TPS-Blend auf einer kleinen Laboranlage, ausgestattet mit einer 3-Zonen-Schnecke (d = 19 mm, L/D = 25), unter Einsatz chemi- scher Treibmittel statt. Auf Basis dieser Schaumversuche sind erste Verarbeitungserfahrungen sowie geeignete Verfahrens- einstellungen ableitbar, mit dem Ziel im späteren Projektverlauf die Schaumherstellung im größeren Maßstab unter Einsatz phy- sikalischer Treibmittel durchzuführen. Als chemisches Treibmittel ist das TRACEL IM 7201 P der Firma Tramaco GmbH, Tornesch, wegen seiner geringen Aktivierungstemperatur von 135 °C im Einsatz, um bereits bei geringen Verarbeitungstemperaturen der Stärke eine möglichst hohe Gasausbeute zu erzielen. Die Versuche sind bei eingestellten Zylindertemperaturen von 170 bis 185 °C und bei Werkzeugtemperaturen von 130 bis 145 °C durchgeführt worden. In Bild 2 sind die Auflichtmikroskopie-Auf- nahmen der resultierenden Schaumstrukturen im Querschnitt dargestellt. Deutlich wird, dass bei einem Treibmittelmaster- batch-Anteil von 1 Gew. % die Folie überwiegend kompakt ver- bleibt, während bei einem Anteil von 2 Gew. % vereinzelte, große Zellen entstehen. Bei einem Anteil von 5 Gew. % ist eine wesentlich höhere Zelldichte und feinere Zellstrukturen zu be- obachten. Die vorliegenden Untersuchungen belegen, dass mit dem getesteten Stärkecompound die Extrusion flexibler Stärke- schaumfolien möglich ist. Fazit Mit der werkstofflichen Materialentwicklung und prozessseiti- gen Optimierung zur Herstellung einer innovativen, flexiblen Schaumfolie auf Stärkebasis sollen wichtige ökologische Her- ausforderungen wie die begrenzte Ressourcenverfügbarkeit oder die Verwertungsproblematik fossilbasierter Verpackungen an- gegangen werden. Durch den Einsatz eines bioabbaubareren Blendpartners wie PBAT können die einschränkenden Verarbei- tungseigenschaften der thermoplastischen Stärke verbessert werden, um flexible Schaumfolien herzustellen. Erste Schaum- versuche mit chemischen Treibmitteln bestätigen, dass das Ma- terial extrudier- sowie schaumfähig ist. Allerdings sind weitere Materialrezepturen sowie unterschiedliche Prozessparameter er- gänzend zu untersuchen, mit dem Ziel bei möglichst hohem Stärkeanteil flexible Schaumfolien feiner Schaumstrukturen her- zustellen. Zudem sind ausstehende Prüfungen zur Bioabbau- barkeit durchzuführen, um mögliche End-Of-Life-Szenarien klären zu können. Danksagung Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wird mit Mit- teln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 2220NR291C gefördert. Dem BMEL und der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gilt unser Dank. Weiterhin bedanken wir uns bei unseren Projektpartnern Fraun- hofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen, Loick Biowertstoff GmbH, Teterow, und SHS plus GmbH, Dinslaken, sowie Gefinex GmbH, Pritzwalk für den konstruktiven Austausch und die gute Zusammenarbeit. Des Weiteren bedanken wir uns noch bei der Firma Tramaco GmbH, Tornesch, für die Bereitstellung des Treibmittels. Die Autoren Tien Viet Anh Vu, M.Sc. ist Leiter der Arbeitsgruppe Schaumextrusion am IKV. Lisa Leuchtenberger, M.Sc. ist Leiterin der Abteilung Extrusion und Kautschuktechnolo- gie am IKV. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann ist Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung und Leiter des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen. Tatiana Andreiko, M.Sc. ist wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der Fraunhofer UMSICHT. Literatur [ACM04] A RAOÚJO , M. A.; C UNHA , A.; M OTA , M.: Enzymatic degradation of starch-based thermoplastic compounds used in prostheses: Identification of the degradation products in solution. Biomaterials 25 (2004) 13, S. 2687-2693 [CR98] C HANDRA , R.; R USTGI . R.: Biodegradable polymers. Progressive Polymer Science 23 (1998) 7, S. 1273-1335 [ES09] E NDRES , H. J., S IEBERT -R ATHS , A.: Technische Biopolymere. München: Hanser, 2009 [GOI+14] G LENN , G. M.; O RTS , W.; I MAM , S.; B OR -S EN , C.; W OOD , D. F.: Starch Plastic Packaging and Agriculture Applications. In: Halley, P. J.; Avérous, L.: Starch Polymers. Amsterdam: Elsevier, 2014 [MHFL07] M IHAI , M.; H UNEAULT , M. A.; F AVIS , B. D.; L I , H.: Extrusion foaming of semi-crystalline PLA and PLA/thermoplastic starch blends. Macromolecular bioscience 7 (2007) 7, S.: 907-920 [Mit12] M ITRUS M.: Starch protective loose-fill foams. In: El-Sonbati, A. Z.: Thermoplastic elastomers. Rijeka, Croatia: InTech, 2012 [MPSF02] M YLLÄRINEN , P. P ARTANEN , R.; S EPPÄLÄ , J.; F ORSSELL , P.: Effect of glycerol on behavior of amylose and amylopectin films. Carbohydrate Polymers 50 (2002) 4, S. 355-361 [NN23] N.N.: European Bioplastics Association, nova-Institute: Bioplastics market data, 2023 [SH92] S CHROETER , J.; H OBELSBERGER , M.: On the Mechanical Properties of Native Starch Granules. Starch/Stärke 44 (1992) 7, S.: 247-252 [VBG+17] V ILLAR , M. A.; B ARBOS , S. E., G ARCÍA , M. A., C ASTILLO , L. A., L ÓPEZ . O. V.: Starch-Based Materials in food packaging: processing, characterization and. Cambridge: Academic Press, 2017 ➠ Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen Viet Anh Vu, vietanh.vu@ikv.rwth-aachen.de Seffenter Weg 201, 52074 Aachen, Deutschland, www.ikv-aachen.de