{"id":21065,"date":"2020-06-05T09:19:35","date_gmt":"2020-06-05T07:19:35","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=21065"},"modified":"2020-06-03T09:25:04","modified_gmt":"2020-06-03T07:25:04","slug":"biokunststoff-polylactid-mehr-zaehigkeit-durch-zugabe-von-gluten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=21065","title":{"rendered":"Biokunststoff Polylactid \u2013 Mehr Z\u00e4higkeit durch Zugabe von Gluten"},"content":{"rendered":"
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Polylactid (PLA) ist ein Polyester, der \u00fcber einen mehrstufigen Prozess aus Zucker hergestellt wird. Dabei wird Zucker zu Milchs\u00e4ure fermentiert und im Anschluss zu PLA polymerisiert. Der biobasierte sowie bioabbaubare Kunststoff PLA besitzt zwar eine sehr hohe Festigkeit von bis zu 70 MPa als auch eine extrem hohe Steifigkeit von bis zu 6 GPa, ist jedoch ohne entsprechende Additivierung spr\u00f6de, was die m\u00f6glichen Anwendungen stark limitiert. Gegenw\u00e4rtige Ma\u00dfnahmen zur Erh\u00f6hung der plastischen Verformbarkeit und somit Z\u00e4higkeit betreffen haupts\u00e4chlich das Blenden von PLA mit elastischen abbauresistenten Polymeren auf Basis petrochemischer Rohstoffe, wie z. B. thermoplastische Polyurethane oder Ethylencopolymere.<\/p>\n

Im Rahmen des vom BMWi gef\u00f6rderten Verbundprojektes GLUPLAST ist es dem KUZ gemeinsam mit dem Industriepartner CompraXX GmbH gelungen, mit Hilfe des Naturstoffes Weizengluten eine Schlagz\u00e4hmodifizierung des Biokunststoffes PLA zu realisieren. Im Vorhaben sollte die Vernetzungsneigung des Glutens bei W\u00e4rmebehandlung f\u00fcr die Erzeugung einer vernetzten Elastomerphase genutzt werden, welche im Ergebnis der Blendaufbereitung mittels Zweischneckenextruder feinverteilt in der PLA-Matrix vorliegt und bei gegebener Haftung zu einer deutlichen Erh\u00f6hung der Z\u00e4higkeit des Grundwerkstoffes PLA f\u00fchrt.<\/p>\n

Beeinflussung der Glutenvernetzung<\/h4>\n

Die Glutenvernetzung setzt bereits bei einer Temperatur von ca. 80 \u00b0C ein. Glutenhaltige PLA-Blends, deren Aufbereitung bei 160 \u00b0C erfolgte, zeigten zun\u00e4chst einen unzureichenden Zerteilungsgrad der Glutenphase, demzufolge die intensive sowie rasche temperaturbedingte Vernetzung einer signifikanten Reduktion des Phasendurchmessers und somit feinen Verteilung entgegenstand. Hier lag die Bruchdehnung (rd.\u00a01.4\u00a0%) und Kerbschlagz\u00e4higkeit (ca. 1.5\u00a0kJ\/m\u00b2) deutlich unter dem PLA-Niveau.<\/p>\n

Zur Erzielung einer feineren Verteilung der Glutenphase in der PLA-Matrix wurden vom KUZ zwei L\u00f6sungsans\u00e4tze verfolgt:<\/p>\n

1. Tempor\u00e4re Unterdr\u00fcckung der Vernetzung durch Zugabe chemischer Additive,
\n2. Abschw\u00e4chung der Vernetzung durch Verd\u00fcnnen des Weizenglutens mit -mehl.<\/p>\n

Materialien f\u00fcr die Generierung von glutenhaltigen Polymerblends<\/h4>\n

Verwendete Materialien:
\n1. Biokunststoffe:
\nPLA Ingeo 6202D, PLA Ingeo 3001D, PLA-Blend Bioflex 6514 (Referenz),
\n2. Glutenhaltige Naturstoffe (GN):
\nWeizengluten (Proteingehalt von rd. 85 ma%, GN_85), Weizenmehl (GN_10), Gluten-Mehl-Mischung (GN_40),
\n3. Weichmacher:
\nGlyzerin (GL),
\n4. Haftvermittler (und Viskosit\u00e4tsreduzierer):
\nOxals\u00e4ure (OA),
\n5. Reduktionsmittel, Antioxidanz, Trappingreagenz (RAT):
\nNatriumhydrogensulfit (NHS), Acetylsalicyls\u00e4ure (ASS), L-Cystein (LC).<\/p>\n

Positive Beeinflussung der Werkstoffmechanik<\/h4>\n

Die im Projekt GLUPLAST angestrebte Schlagz\u00e4hmodifizierung von Polylactid (PLA) mittels glutenhaltiger Naturstoffe (GN) konnte realisiert werden. F\u00fcr die Modifizierung wurde PLA mit einer Bruchdehnung von ca. 3.5\u00a0% und Kerbschlagz\u00e4higkeit von rd. 2 kJ\/m\u00b2 ausgew\u00e4hlt. Durch die Zugabe des GN zum PLA konnte die Dehnung (hier bis zu 30 %) und Kerbschlagz\u00e4higkeit (4\u00a0kJ\/m\u00b2) positiv beeinflusst werden. Die Werte lagen hier deutlich \u00fcber dem PLA-Niveau. Ebenso zeigt die Blendmechanik eine starke Abh\u00e4ngigkeit vom Proteingehalt der GN-Phase (Abbildung 1).<\/p>\n

Eine feinere Verteilung des GN in der PLA-Matrix wurde zum einen durch die Absenkung des Proteingehaltes des GN und zum anderen durch die Zugabe von chemischen Additiven (RAT), wie Natriumhydrogensulfit, L-Cystein und Acetylsalicyls\u00e4ure, erreicht. Eine deutliche Verbesserung der Phasenhaftung und somit PLA-Blendmechanik konnte durch die Zugabe von Oxals\u00e4ure zum GN realisiert werden. Der Glutenanteil im Blend betrug vorzugsweise 40\u00a0ma%. Die im Projekt erzielte Werkstoffmechanik wird von den Partnern positiv bewertet.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Abb. 1: Spannungs-Dehnungsdiagramme f\u00fcr PLA_6202-Blends mit 40 ma% GN_10, GN_40 und GN_85;
\nlinks: mit 4.5 ma% RAT, rechts: mit 4.5\u00a0ma% RAT als auch OA<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Erfolgreiche Materialtestung im Spritzgie\u00dfprozess<\/h4>\n

Die Glutenblends k\u00f6nnen problemlos im Spritzguss verarbeitet werden, siehe Abbildung 2. Die durch die Maillardreaktion bedingte Br\u00e4unung des Materials, welche mit steigendem Proteingehalt der Naturstoffphase zunimmt, l\u00e4sst sich durch die Zugabe von Farbbatch kaschieren.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Abb. 2: Spritzgegossene Garnspulen (gelb eingef\u00e4rbt) aus PLA_6202\/GN_40 (60\/40 w\/w)<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Die Vermarktung der Forschungsergebnisse ist durch den Industriepartner CompraXX GmbH angestrebt. Die Compraxx GmbH konnte im Projekt einen erfolgreichen Ergebnistransfer vom Labor- in den Technikumsma\u00dfstab realisieren. Die Kombination von PLA mit Weizengluten ergibt interessante Materialeigenschaften, welche z. B. im Bereich der Haushalts- und B\u00fcroartikel spannende Anwendungen erm\u00f6glichen.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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