Mit den im ersten Teilvorhaben (IKT Stuttgart, FKZ 99NR109) generierten innovativen Thermoplasten werden innerhalb dieses Teilvorhabens systematische Schmelzspinnexperimente im Schnellspinnbereich (vA grösser als 3000 m/min) praktiziert. Ziel dabei ist die Ermittlung stoffspezifischer Extrusions- und Spinnparameter sowie deren Rückwirkungen auf die Vorgänge in der Fadenbildungszone, auf die zu realisierenden Filamentfeinheitsgrade, auf die Spinnstabilität sowie auf die resultierenden Filamenteigenschaften. Die sich prozeßparameterabhängig einstellenden Eigenschaften der Fäden, charakterisiert durch den strukturellen Aufbau (Ordnungs- und Orientierungszustände) und ihre textilphysikalischen Kennwerte, sind zu bestimmen und zu quantifizieren. Diese Ergebnisse fließen in die Arbeiten des Teilvorhabens 3, STFI Chemnitz; FKZ 00NR013) ein.Es wurde die Fadenbildung von PLA-Homo- und Copolymeren und PLA-Blends beim Schmelzspinnen im Schnellspinnbereich bis zu 5500 m/min analysiert. Insgesamt wurden jeweils drei kommerzielle und im TV 1 per Reaktivextrusion generierte PLA-Homopolymere detailliert untersucht. Bei den Spinnversuchen kamen 5 von 6 der untersuchten PLA-Typen zum Einsatz. Eine PLA-Provenienz war nicht spinnfähig. Von den 5 spinnfähigen PLA-Typen ließen sich 4 PLA-Provinenzen oberhalb von 3000 m/min problemlos verspinnen. Von den Blockcopolymeren aus PLA und Polyethylenglycol (PEG) war nur ein Granulat im Schellspinnbereich bei 3000 m/min schmelzspinnfähig, aber mit diesem gelang es erstmalig, Fäden herzustellen, die sich gegenüber PLA-Homopolymeren durch eine höhere Flexibilität und ein höheres Feuchtigkeitsbindevermögen auszeichnen. Blends auf Basis PLA und TPS waren nicht spinnfähig. Außerdem wurden kommerzielle biologisch abbaubare Copolyester (EastarBio, Ecoflex, Bionolle) als Blends untersucht. Dabei gelang eine in-situ Kopplung der Blendbildung mit dem Schellspinnen Die Spinnfähigkeit der Polymerblends mit einem Mischungsanteil von 10 Prozent wurde im Geschwindigkeitsbereich von 2000-4000 m/min nachgewiesen. Es wurden die stoffspezifischen Spinnparameter ermittelt, die eine Übertragung auf den Spinnvliesprozess im TV 3 ermöglichten. Dabei zeigte sich, dass die Spinnfähigkeit und die Vliesgleichmäßigkeit noch nicht ausreichend waren. Die Ergebnisse werden Interessenten aus dem Bereich der Vliesstoffe und darüber hinaus auch Anderen über Fachtagungen und Transferstellen zugänglich gemacht. In Hinblick auf die Verwertung der Ergebnisse wurden bereits Kontakte mit verschiedenen Unternehmen aufgenommen. Von den Antragstellern des Verbundvorhabens ist eine Skizze für ein Folgevorhaben eingegangen. Diese wird zur Zeit geprüft. In eine notwendige nächste FuE-Phase sollten unbedingt industrielle Partner (z. B. die Fa. Reifenhäuser, BBV Nonwovens) einbezogen werden.
Das Oberziel des beantragten Forschungsvorhabens besteht in der Erarbeitung werkstoff-, verfahrens-, anlagen- und anwendungstechnischer Grundlagen, sowie in deren Erprobung im Pilotmassstab, fuer die Herstellung biologisch abbaubarer Spinnvliesstoffe auf Basis von Polylactiden (PLA), Polylactid Copolymeren sowie von PLA-basierten Polymerblends. Derartige Spinnvliesstoffe lassen sich in vorteilhafter Weise als Geotextilien im Strassen- und Landschaftsbau, sowie auf dem Gebiet der Agrartechnik einsetzen. Ein erster Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt, zu bearbeiten durch das Institut fuer Kunststofftechnologie (IKT), ist in der Generierung von preisguenstigen homo- und copolymeren Polylactiden mit einem auf die vorgesehenen Anwendungsfaelle jeweils zugeschnittenen Eigenschaftsprofil mittels Reaktivextrusion zu sehen. Mit den im ersten Forschungsschwerpunkt generierten innovativen Thermoplasten werden innerhalb des zweiten Entwicklungsschwerpunkts, zu bearbeiten durch das Institut fuer Polymerforschung (IPF) Dresden, systematische Schmelzspinnexperimente im Schnellspinnbereich (vA groesser 3000 m/min) praktiziert. Im Rahmen des dritten Arbeitsschwerpunktes, fuer den primaer das Saechsische Textilforschungsinstitut (STFI) Chemnitz verantwortlich zeichnet, sollen experimentelle Studien auf einer Laborspinnvliesanlage durchgefuehrt werden, wobei die Grundlagenuntersuchungen des zweiten Entwicklungsschwerpunkts dazu beitragen sollen, eine Eingrenzung potentieller Versuchsvarianten zu ermoeglichen.
Im Rahmen dieses Teilvorhabens werden experimentelle Untersuchungen zur Generierung von Spinnvliesstoffen aus Polylactiden (PLA), PLA-Copolymeren und PLA-Stärke-Blends durchgeführt. Zunächst erfolgen eine Maßstabsübertragung der Ergebnisse der Spinnversuche und eine Auswahl geeigneter Versuchsvarianten aus dem zweiten Teilvorhaben des IPF Dresden (FKZ 00NR012). Dabei gilt es, eine bestmögliche Abstimmung der Variablen des Spinnvliesprozesses zu finden, um gezielt Eigenschaften der Spinnvliesstoffe beeinflussen zu können. In experimentellen Studien sind anschließend die für jeden Vliestyp geeigneten Verfestigungsverfahren und die jeweils optimalen Prozeßparameter zu ermitteln. Als Verfestigungsverfahren werden die thermische Verfestigung, das Vernadeln und die Wasserstrahlanwendung untersucht. Den Maßstab bilden die textilphysikalischen Parameter der biologisch abbaubaren Spinnvliesstoffe im Zusammenhang mit dem angestrebten Einsatzfall. Auf der Grundlage eines beschleunigten Verfahrens ist dias biologische Abbauverhalten der Spinnvliesstoffe zu untersuchen.
Untersucht wurde die Wirksamkeit der kommerziell erhaeltlichen Polymeren als Phasenvermittler in Mischungen aus PVC, PS und PET. Phasenvermittler haben vor allem den Effekt, die Phasenmorphologien zu verfeinern. Bisher wird nur von (teuren) Blockcopolymeren eine gute Phasenvermittlerwirkung erwartet. Untersuchungen im DKI haben aber bewiesen, dass mit der Blockstruktur kein einzigartiger Effekt verbunden ist. Andere Polymere, die guenstige Grenzflaechenspannungs- oder Viskositaetsverhaeltnisse schaffen, sollten aehnlich wirksam sein. Als Phasenvermittler fuer Blends PVC/PS wurden zunaechst Nitrilkautschuke (NBR) mit verschiedenem Acylnitrilgehalt (AN) getestet. Diese NBR-Typen, die sich bei niedrigen AN-Gehalten gezielt in die Phasengrenzflaechen von Blends PMMA/PS einlagern liessen, mischten sich in Blends PVC/PS einseitig mit der PVC-Phase. Dagegen wirkten styrolreiche Copolymere aus Styrol und MMA als effiziente Phasenvermittler, die die Morphologien deutlich verfeinerten. Untersucht wurden auch statistische Copolymere auf der Basis von Polybutylacrylat. Untersucht wurde die Wirksamkeit der kommerziell erhaeltlichen Polymeren als Phasenvermittler in Mischungen aus PVC, PS und PET. Phasenvermittler haben vor allem den Effekt, die Phasenmorphologien zu verfeinern. Bisher wird nur von (teuren) Blockcopolymeren eine gute Phasenvermittlerwirkung erwartet. Untersuchungen im DKI haben aber bewiesen, dass mit der Blockstruktur kein einzigartiger Effekt verbunden ist. Andere Polymere, die guenstige Grenzflaechenspannungs- oder Viskositaetsverhaeltnisse schaffen, sollten aehnlich wirksam sein. Als Phasenvermittler fuer Blends PVC/PS wurden zunaechst Nitrilkautschuke (NBR) mit verschiedenem Acylnitrilgehalt (AN) getestet. Diese NBR-Typen, die sich bei niedrigen AN-Gehalten gezielt in die Phasengrenzflaechen von Blends PMMA/PS einlagern liessen, mischten sich in Blends PVC/PS einseitig mit der PVC-Phase. Dagegen wirkten styrolreiche Copolymere aus Styrol und MMA als effiziente Phasenvermittler, die die Morphologien deutlich verfeinerten. Untersucht wurden auch statistische Copolymere auf der Basis von Polybutylacrylat.
Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen, die den Aspekt der Nachhaltigkeit beruecksichtigen, wie Gruenen- und Abfall-Biomassen zur Herstellung von Polymeren und Copolymeren auf Milchsaeure- und Aminosaeure-Basis. Zwischenergebnisse: biotechnologische Herstellung von neuen Synthesebausteinen (Aminiumlactaten) zur Synthese von Dilactid als Ausgangsmaterial fuer Polyactid und Copolymeren. Daraus ableitend: Entwicklung einer Produktlinie mit ersten wirtschaftlichen und oekobilanzierenden Betrachtungen.
In der Flockungstechnik finden heute vorwiegend synthetische Polymere und Copolymere auf der Basis von Acrylamid und Acrylsaeure Verwendung; sie sind je nach Molekuelbau nichtionogen, anionisch oder kationisch. Nachdem bereits seit laengerem Ampholyte fuer die Flotation Bedeutung erlangt haben, richtet in juengerer Zeit die Flockungsmittelchemie ihr Interesse auf Polymere mit ampholytischen Eigenschaften. Neben dem Molekulargewicht haben Ionogenitaet und Molekuelladung einen grossen Einfluss auf das Loese- und Reaktionsverhalten der Polymere. Daher ist zu erwarten, das Ampholyte diesbezueglich besondere Eigenschaften und Wirkungen hervorbringen. Insbesondere kann vermutet werden, dass sich bestimmte guenstige Eigenschaften der neutralen Polymere einerseits und der ionogenen andererseits uU bei ampholytischen Polymeren vorteilhaft ergaenzen, was vor allem im Bereich des isoelektrischen Punkts eintreten koennte. Im Vergleich zu den herkoemmlichen ionogenen Mitteln sollte sich eine geringere Empfindlichkeit gegenueber dem pH-Wert und der Ionenstaerke des Wasser sowie dem Grenzflaechenpotential der Feststoffe zeigen. Das Adsorptionsverhalten und die Flockungseigenschaften dieser Polymere sollen eingehend untersucht werden, wobei Feststoffe mit unterschiedlichen Oberflaechen- und Grenzflaecheneigenschaften zum Einsatz kommen. Es werden solche Stoffe ausgewaehlt, die in der Aufbereitungspraxis von grosser Bedeutung sind. Die Polymeradsorption soll mit Hilfe der Radiometrie untersucht werden; dazu werden die Polymere mit dem Radioisotop C-14 markiert.
Einfache Vorpruefungen fuer Kunststoffe wie Brandverhalten, Geruch und pH-Wert der Pyrolyseprodukte usw. koennen erwartungsgemaess nur begrenzt zur Identifizierung von Kunststoff-Mischungen herangezogen werden. Die meisten Kunststoff-Mischungen enthalten mindestens eine Komponente, die durch saure oder basische Hydrolyse abgebaut werden kann. Diese niedermolekularen Produkte der Hydrolyse werden durch Filtration von den Hydrolyse-Rueckstaenden getrennt und mit Hilfe der Duennschichtchromatographie identifiziert. Daraus ergeben sich Rueckschluesse auf die Struktur der Polymeren. Die nicht hydrolysierten Komponenten der Kunststoff-Mischungen werden nach den bekannten Verfahren bestimmt.
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