Das Projekt "Teilvorhaben 3: Compoundierung, Bauteilprüfung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTI Mischtechnik International GmbH durchgeführt. Stärke eignet sich als Füllstoff für thermoplastische Kunststoffe. Eine Vernetzung von getrockneter Stärke führt zu höheren mechanischen Eigenschaften. Hierzu ist aber ein weiterer Prozessschritt (Vernetzung) vor der eigentlichen Compoundierung erforderlich. Durch die Einarbeitung von vernetzter Stärke in einen biobasierten Kunststoff wie PLA kann der 'carbon footprint' verbessert werden. Die direkte Nutzung des Biopolymeres Stärke ist energieeffizienter und somit nachhaltiger als die Verwendung von Biokunststoffen wie PLA (mehr Prozessschritte). Ein Nachteil bei der Verarbeitung von Stärke ist die erforderliche Trocknung. Dies ist mit erhöhten Kosten (Energie, Personal etc.) verbunden. Aufgrund der zuvor aufgezählten Schwierigkeiten bei der Compoundierung von Stärkeblends soll das Vorhaben folgendes Ziel erreichen: Die Entwicklung einer Compoundieranlage auf Basis eines konventionellen Doppelschneckenextruders, welche die Trocknung und Vernetzung von nativer Stärke sowie das anschließende Blenden mit biobasierten Thermoplasten innerhalb eines Prozesses ermöglicht. Eine Trocknung der Stärke vor der Compoundierung führt zu höheren mechanischen Eigenschaften und verhindert die Hydrolyse des PLA. Daher soll die native Stärke prozessintegriert getrocknet werden. MTI soll ein Konzept entwickeln um eine Trocknung und Vernetzung der Stärke in einem Heiz-/Kühlmischer und anschließende zu gewährleisten. Am IfW soll die native Stärke in einem Extruder getrocknet und vernetzt werden. Anschließend soll die modifizierte Stärke mit PLA compoundiert werden. Die Aufgabe des IAP liegt vor allem in der Auswahl und Analyse von geeigneten Vernetzern/Additiven, der Modifikation der nativen Stärke sowie der Untersuchung der Compounds. Die Compounds sollen zu Probekörpern (IfW, IAP) sowie Bauteilmustern (Projektpartner) verarbeitet und untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gimpel Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Die Wiederverwertung von Alt-Kunststoffen wird oft von im Material vorhandenen Fremdstoffen (Kontaminationen, Additive, Farbmittel etc.) behindert. Das Ziel des geplanten Projektes ist die Entwicklung eines kontinuierlichen Extraktionsverfahrens zur Entfernung solcher Fremdstoffe aus Altkunststoffen. Dabei soll eine kontinuierliche Schmelzextraktion mit überkritischem Kohlendioxid eingesetzt werden, die einen Doppelschneckenextruder als Extraktionsreaktor nutzt. Nach Auswahl der Versuchsmaterialien werden in diskontinuierlich arbeitenden Mikroextraktionsanlagen Vorversuche zur Ermittlung optimaler Parameter durchgeführt. Aufbauend darauf wird dann eine kontinuierlich arbeitende Extraktionsanlage konstruiert, mit der zunächst definiert verschmutzte und dann reale Abfälle extrahiert werden. Bestimmt werden Extraktionsgüte und mechanische Materialeigenschaften. Zuletzt erfolgt der Aufbau einer Technikumsanlage (mit Optimierung), um Informationen für ein scale-up zu erhalten. Das angestrebte Verfahren ist universell für unterschiedliche Materialien einsetzbar.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Technik- und Prozessoptimierung, Koordinierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik durchgeführt. Stärke eignet sich als Füllstoff für thermoplastische Kunststoffe. Eine Vernetzung von getrockneter Stärke führt zu höheren mechanischen Eigenschaften. Hierzu ist aber ein weiterer Prozessschritt (Vernetzung) vor der eigentlichen Compoundierung erforderlich. Durch die Einarbeitung von vernetzter Stärke in einen biobasierten Kunststoff wie PLA kann der 'carbon footprint' verbessert werden. Die direkte Nutzung des Biopolymeres Stärke ist energieeffizienter und somit nachhaltiger als die Verwendung von Biokunststoffen wie PLA (mehr Prozessschritte). Ein Nachteil bei der Verarbeitung von Stärke ist die erforderliche Trocknung. Dies ist mit erhöhten Kosten (Energie, Personal etc.) verbunden. Aufgrund der zuvor aufgezählten Schwierigkeiten bei der Compoundierung von Stärkeblends soll das Vorhaben folgendes Ziel erreichen: Die Entwicklung einer Compoundieranlage auf Basis eines konventionellen Doppelschneckenextruders, welche die Trocknung und Vernetzung von nativer Stärke sowie das anschließende Blenden mit biobasierten Thermoplasten innerhalb eines Prozesses ermöglicht. Eine Trocknung der Stärke vor der Compoundierung führt zu höheren mechanischen Eigenschaften und verhindert die Hydrolyse des PLA. Daher soll die native Stärke prozessintegriert getrocknet werden. Die MTI Mischtechnik International GmbH soll ein Konzept entwickeln um eine Trocknung der Stärke in einem Heiz-/Kühlmischer und anschließende Modifizierung zu gewährleisten. Die modifizierte Stärke soll im Anschluss am IfW mit PLA geblendet werden. Des Weiteren soll am IfW die native Stärke in einem einstufigen Prozess im Doppelschneckenextruder getrocknet sowie vernetzt und anschließend mit PLA geblendet werden. Die Aufgabe des IAP liegt vor allem in der Auswahl und Analyse von geeigneten Vernetzern/Additiven, der Modifikation der nativen Stärke sowie der Untersuchung der Compounds. Die Compounds sollen zu Probekörpern (IfW, IAP) sowie Bauteilmustern (Projektpartner) verarbeitet und untersucht werden.
Das Projekt "Entwicklung einer Produktionsanlage zur Herstellung eines Compounds aus Gummimehl und Kunststoffrecyclat und dessen Verarbeitung im Extrusionsverfahren oder durch Spritzgießen zu neuen innovativen Produkten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ProCon GmbH durchgeführt. Stand der Technik war die Herstellung von Elastomeric Alloys (EA) im diskontinuierlichen Verfahren (Innenmischer). Technologische Schwierigkeiten treten in Innenmischern durch die hohen Dispersionstemperaturen gegenüber den maximal tolerierbaren Temperaturen der Vernetzungsmittel (110-120 Grad Celsius) auf. Der Vorteil der Extrusion ist die Absenkung der Massetemperatur während des Mischvorganges ist. Das kontinuierliche Einmischen flüssiger Mischungsbestandteile im Extruder ergibt, dass die Bedingungen (z.B. Ort der Zumischung, Gleichmäßigkeit der Verteilung, erforderlicher Einspritzdruck. Rückströmsicherheit) für das Einspritzen von Vernetzern entscheidend sind. Für die Realisierung des Extrusionsprozesses war die Ermittlung und Klassifizierung aller den Prozess der reaktiven Compoundierung beeinflussenden Prozessvariablen, deren Verknüpfungen und Korrelationen und die Bestimmung von Kriterien für die Optimierung des Prozesses selbst von entscheidender Bedeutung. Ausgehend von den die Prozesszielrichtung Optimierung des Prozesses selbst von entscheidender Bedeutung. Ausgehend von den die Prozesszielrichtung beeinflussenden Maschinenparametern und den technologischen Stellgrößen des Doppelschneckenextruders wurden die durch Variation dieser Prozessvariablen beeinflussbaren qualitativen und quantitativen Prozesszustände und Parameter betrachtet. Für die Herstellung von EA im Extrusionsverfahren sind die folgenden Verfahrensstufen erforderlich: - Plastifizieren des Polyolefins (PO) - Vorentgasen des PO (nur bei der Verwendung von Recyclaten) - Dispergieren des Gummimehls in die PO-Schmelze - Homogenisierung des PO/Gummimehl-Blends - Dispergieren der Reaktionskomponenten im Blend - Reaktionsprozess PO/Gummimehl - Entgasen flüchtiger Reaktionsprodukte. Je nach Prozesserfordernis können die Verfahrensstufen parallel oder nacheinander im Doppelschneckenprozessraum erfolgen. Dafür wurden fünf Prozessmodelle definiert. Es konnte der Nachweis erbracht werden, dass im kontinuierlichen Verfahren mied. die gleichen Eigenschaften bei gleichem Mischungsverhältnis der Ausgangsstoffe (Altgummimehl, PP-Granulat. Peroxid/flüssig) zu erzielen sind. Eine Wirtschaftlichkeitsabschätzung ergibt, dass eine großtechnische Umsetzung möglich ist (Vergleichsprodukt = TPE). Die größten wirtschaftlichen Effekte sind bei den Produktanwendungen zu erzielen, wo ein hoher Altgummimehlanteil Verwendung finden kann. Das erreichbare Kennwerteniveau der EA hängt stark vom eingesetzten Gummimehltyp ab. Bei Verwendung von Ganzreifenmehl ist ein deutlicher Abfall der mechanisch-physikalischen Kennwerte zu verzeichnen. Dies kann im wesentlichen auf den naturgemäß hohen Fremdstoffanteil (Stahlcord, textile Bestandteile) des Ganzreifenmehls zurückgeführt werden. Dieser Kennwerteabfall ist sowohl bei EA aus dem Innenmischer als auch bei extrudierten Compounds festzustellen und somit von der Mischtechnologie unabhängig. usw.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Prozessoptimierung, Reaktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Gesamtziel des angestrebten Vorhabens ist die Entwicklung eines Compoundierverfahrens und einer Compoundieranlage auf Basis eines konventionellen Doppelschneckenextruders, welche die Trocknung, die Vernetzung und das Blenden von nativer Stärke mit biobasierten Thermoplasten innerhalb eines Prozesses ermöglicht. Hierdurch wird es möglich, kostengünstige, vollständig biobasierte Stärkeblends in einem energieeffizienten Prozess herzustellen. Gemeinsam mit der Firma Zeppelin Systems und der Uni Kassel soll ein Konzept entwickelt werden um die native Stärke prozessintegriert zu trocknen. Mit einer Vernetzung der Stärke können wesentlich höhere mechanische Eigenschaften des Verbundes erreicht werden. Die Vernetzung soll deshalb in den einstufigen Verarbeitungsprozess integriert werden. Das IAP wird auf Grund seiner Erfahrungen aus marktgängigen Produkten geeignete Matrixmaterialien, Stärkeprodukte und Additive auswählen und beschaffen. Dann erfolgen Compoundierversuche, die hinsichtlich der Materialauswahl und der Prozessgestaltung optimiert werden. Parallel erfolgt die Spritzgussverarbeitung der Compounds zu Prüfkörpern und deren mechanische, morphologische, thermomechanische und physiko-chemische Charakterisierung. In einem eigenen Arbeitspaket werden die Untersuchung des Vernetzungsprozesses und die Entwicklung neuer Additive für Stärkeblends vorangetrieben. Die von den Verbundpartnern hergestellten Bauteile sollen im IAP geprüft und physikalisch charakterisiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 5c: Entwicklung von Dosiersystemen und Compounderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Strukturleichtbau (IST), Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung durchgeführt. Zielstellung des Teilprojekt 5 ist die Entwicklung eines neuen Dosierkonzepts für schwer dosierbare Naturfasern für die Compoundierung in einem Doppelschneckenextruder. Damit soll ein kontinuierlicher und homogener Fasereintrag, der entscheidend für einen gleich bleibende Qualität des Compounds ist, gewährleisten werden. Eine aufwendige Transformation des Faserguts in einer Zwischenstufe, die zu nachteiligen Compoundeigenschaften und hohen Kosten führt, soll vermieden werden. Folgende Arbeitsschritte sind geplant: Entwicklung einer universalen Faserdoserdosiervorichtung für verschiedene Naturfasern vom Holzmehl bis zur hoch aufgeschlossenen Langfaser; Verbesserung der Dispergierung und Homogenisierung, insbesondere der Vermeidung von Faserschädigungen durch thermische Spitzen in den Scher- und Mischbereichen und Fasereinkürzungen; Trocknung oder Entgasung der Naturfaser während der Copoundierung; Entwicklung neuer Schneckenelemente zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Naturfasercompounds; Untersuchung der Integration von flammhemmenden Stoffen und deren Wirkung im Naturfasercomound zur Erzielung bestimmter Brandschutzklassen. Das Teilprojekt bildet eine Brücke vom Kurzfaserrohstoff aus Teilprojekten2 und 3 zum Granulathalbzeug für die Verarbeitung in der Spritzgießtechnik und stellt somit einen wichtigen Prozessschritt in der Verarbeitungslinie Spritzguss dar. Mit der Dosierung, Compoundierung und weiteren Spritzgießverarbeiten soll eine Technologie entwickelt werden, einheimischen Naturfaserrohstoff für Großserienbauteile zu nutzen und deren Anwendungsgebiete durch eine geschlossenen Prozesskette sowie einer wirtschaftlichen Herstellung erheblich zu erweitern.
Das Projekt "Teilvorhaben 5a: Entwicklung von Dosiersystemen und Compounderkonfigurationen für optimierte Compoundierprozesse mit ganzpflanzenbasierten Naturfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Außenstelle Halle durchgeführt. Zielstellung des Teilprojektes 5 ist die Entwicklung eines neuen Dosierkonzepts für schwer dosierbare Naturfasern für die Compoundierung in einem Doppelschneckenextruder. Damit soll ein kontinuierlicher und homogener Fasereintrag, der entscheidend für einen gleich bleibende Qualität des Compounds ist, gewährleisten werden. Eine aufwendige Transformation des Faserguts in einer Zwischenstufe, die zu nachteiligen Compoundeigenschaften und hohen Kosten führt, soll vermieden werden.
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