In SOLGEL-PV werden nanoskalige Sol-Gel Schichten für den Einsatz auf Solarzellenebene erzeugt, aufgebracht und strukturiert. Diese sollen auf innovative Weise als Antireflexstruktur, die Mie-Resonanzen zur besseren Lichteinkopplung ausnutzt, als Rückseitenkontakt mit verbesserter Optik und Haftung und als leitende und klebende Verbindungsschicht in Tandemsolarzellen zur Anwendung gebracht werden. Die Schichten werden mittels durchlauffähigen Prozessen aufgebracht. Die Nanostrukturierung erfolgt mit einer Walztechnologie. Die angestrebten Arbeiten umfassen Entwicklungen, die sowohl materialwissenschaftlicher wie auch prozesstechnischer Natur sind. Dabei sollen Präkursor maßgeschneidert für verschiedene Musteranwendungen synthetisiert werden. Darüber hinaus sollen Abscheide- und Prägeprozesse auch für eine großtechnische Anwendung realisiert werden. Die entwickelten, innovativen kostengünstigen Technologien sowie der damit erzielte höhere Energieertrag werden die Kosteneffizienz der Photovoltaik weiter verbessern und den beteiligten Firmen ein Alleinstellungsmerkmal und somit einen Wettbewerbsvorteil sichern.
Hintergrund des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von innovativen Klebstoffsystemen für keilgezinkte und flächenverklebte nicht-tragende Bauteile. Im Fokus steht die Verwendung von unbehandelten und modifizierten Laubholzarten, um einem in Zukunft veränderten Rohstoffangebot durch angepasste Klebstoffsysteme begegnen zu können. Für die Umsetzung des Projektes soll ein dreigliedriges Zielsystem verfolgt werden. Erstens sollen Holzmodifizierungsverfahren die stoffliche Nutzung bisher wenig genutzter Laubholzarten fördern. Alternative Verwendungspotentiale im Zuge einer Holzmodifizierung sollen definiert werden. Die Entwicklung von materialangepassten Klebstoffsystemen nimmt eine zentrale Bedeutung für neuartige technische Lösungen ein. Die zweite Zielkategorie fokussiert daher auf einer Verbesserung der dauerhaften Beständigkeit einer geklebten Verbindung. Die umfassende Charakterisierung einer adäquaten Verklebungsleistung wird dabei um den optischen Eindruck der Klebefuge erweitert. Infolgedessen ist das Projektvorhaben in zwei Teilprojekte unterteilt, in dessen Rahmen einerseits die Beständigkeit und andererseits die Verfärbung einer Klebefuge untersucht werden sollen. Die praxisnahe Entwicklung neuartiger Produkte im Bereich von nicht-tragenden Bauteilen für die Innen- und Außenanwendung ist Inhalt der dritten Zielkategorie. Das Forschungsvorhaben soll durch eine Kompetenzbündelung aus den Fachbereichen der Holzforschung, der Klebstoffforschung und der Prozesstechnologie umgesetzt werden. Ausgangspunkt der Arbeiten sind die Problemfelder der Klebefugenbeständigkeit sowie die Klebefugenverfärbung. Zur Problemlösung ist das Projektvorhaben in zwei Teilprojekte untergliedert. Jedes Teilprojekt umfasst vier separate Arbeitspakete. An der Universität sollen zwei wissenschaftliche Mitarbeiter, eine technische Angestellte und wissenschaftliche Hilfskräfte tätig werden. Die am Projekt beteiligten Unternehmen übernehmen spezifische Entwicklungsaufgaben.
Ziel des Vorhabens ist ein schneller und effizienter Zugang zu dickem, vaskularisiertem 3D Gewebe in vitro als Alternative zu herkömmlichen Tierversuchsmodellen für die organspezifische Toxizitätsprüfung. Hierfür soll eine Plattformtechnologie etabliert werden, die auf der Kultivierung und Gewinnung von 2D Homo- oder Cokultur-Zellmonolagen mittels biokompatibler, universell einsetzbarer, thermoresponsiver Zellkulturschalen basiert. Solche Zellkulturschalen werden im Verlauf des Projekts etabliert. In Kombination mit einem bioabbaubaren, polymeren 'Zellkleber' können die fabrizierten Zellmonolagen nach dreidimensionalem Arrangement sofort verklebt werden. Dadurch werden durchfluss- und druckstabile, vaskulare Precursor zugänglich, die in das 3D Gewebe eingebaut werden. Mittels solcher Precursor erfolgt die Versorgung der Zellen in dicken Gewebekonstrukten, wobei Mikrovaskularisierung induziert werden kann. Insgesamt soll somit bislang nicht verfügbares, vaskularisiertes 3D Gewebe zugänglich werden und eine drastische kostensenkende Verkürzung der Kultivierungs- und Fabrikationszeiten erreicht werden. In der 1. Förderphase steht die Materialforschung (Zellkleber, Polymer, Oberfläche) inkl. ausführlicher physikalischer und chemischer Charakterisierung (GPC, NMR, SPR, QCM, AFM, XPS, Ellipsometrie, Kontaktwinkel) im Fokus. Daraus lässt eine Struktur-Eigenschaftsbeziehung zwischen beschichteter Oberfläche und biologischem Zellresponse zur Herstellung optimierter Zellkulturschalen ableiten. Mit Hilfe des Zellklebers werden die so dann zugänglichen konfluenten Zelllagen zu vaskularen Precursorn und 3D Geweben arrangiert und in einem vereinfachten Bioreaktorsystem ausgreift. Hierbei steht die biologische Charakterisierung (morphologisch und funktional) des Gewebes im Mittelpunkt. Innerhalb der 2. Förderphase erfolgt die Tool-Kit Etablierung sowie die Evaluierung der Konstrukte auf ihre Eignung bei der Toxizitätsprüfung.
DFWind Phase 1 dient zur Vorbereitung der forschungstechnischen Ertüchtigung der vom Nds. MWK geförderten Basisinfrastruktur. Durch die angestrebte Ausstattung sowie die multidisziplinäre Erfahrung der beteiligten Partner soll eine in dieser Kombination bislang weltweit einzigartige Basis zur ganzheitlichen Erforschung und Weiterentwicklung der Windenergiegewinnung und -nutzung geschaffen werden. Ausarbeitung der forschungstechnischen Basisinstrumentierung der Windenergieanlagen und Spezifikation der experimentellen Anlagenregelung. Entwicklung einer Datenerfassung für das Verbundprojekt. Aufbau von Messgeräten zur Erfassung von Wind, Turbulenz, Temperatur und Feuchte (niederfrequente Profil- und Windfeldmessungen, hochfrequente Punktmessungen). Aufbau von akustischer Messtechnik. Vorbereitung eines Systems zur Überwachung der Herstellung der Rotorblätter. Aufbau eines Structural Health Monitoring Systems zur Schadenserkennung an Rotorblättern und Vorbereitung zu deren aerodynamischer Vermessung. Aufbau eines Subkomponentenprüfstands zum Vorbereiten der Gesamtstrukturtests und der strukturellen Bewertung der Klebschichten in Rotorblättern.
Hotmelt-Klebstoffe für Kartonverpackungen basieren fast ausschließlich auf petrochemischen Grundstoffen. Einzelne Alternativen auf Basis nachwachsender Rohstoffe stehen zwar zur Verfügung, haben den Eintritt in den Massenmarkt bis heute jedoch nicht geschafft. Ziel des Vorhabens ist es, biobasierte Hotmelt-Klebstoffe zu entwickeln und hinsichtlich Rohstoffsituation, Kosten, Verarbeitungseigenschaften, Klebkraft, Alterung und Rezyklierbarkeit zu bewerten und zur Anwendung zu bringen. Die Vorteile der neu zu entwickelnden Klebstoffe liegen im Einsatz gut verfügbarer nachwachsender Rohstoffe (Stärke, Chitosan und weitere Polysaccharide) sowie in den zu erwartenden positiven Einflüssen auf die Rezyklierbarkeit solcher Produkte, sowohl in Bezug auf die Reduzierung klebender Verunreinigungen (Stickies) als auch hinsichtlich der Migration von unerwünschten Inhaltsstoffen in verpackte Lebensmittel. Die Vorhabenziele wollen die Institute unter Einbeziehung eines Konsortiums von Industrieunternehmen aus Stärkeindustrie, Additivhersteller, Klebstoffhersteller, Maschinen- und Anlagenbau für Klebesysteme sowie Verpackungsindustrie erreichen. Dazu werden geeignete Stärkeprodukte ausgewählt, beschafft und umfassend charakterisiert oder falls erforderlich durch geeignete Modifizierung erzeugt. Die eingesetzten Rohstoffe werden durch Extrusion mit möglichst ebenfalls biobasierten Co-Komponenten und Plastifizierungsadditiven im ersten Schritt zu Biocompounds umgesetzt. Dabei wird auf Erfahrungen aus früheren Forschungsprojekten des IPF zurückgegriffen. Aus diesen Biocompounds werden dann die eigentlichen Hotmelt-Klebstoffe entwickelt. Diese Klebstoffe werden an der PTS mittels Laborverklebungen und geeigneten Festigkeitsprüfungen bewertet und im Konsortium iterativ optimiert. Unter Federführung der PTS sollen schließlich durch die Unternehmen der Verpackungsbranche konkrete marktfähige Produkte für den Bereich der Lebensmittelverpackungen erarbeitet und zur Anwendung gebracht werden.
Nicht reaktive Hotmelt-Klebstoffe sind lösemittelfreie Klebstoffe, die in geschmolzener Form auf die zu verbindenden Teile aufgetragen werden und ihre Klebewirkung beim Erstarren entfalten. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit werden sie zunehmend, vor allem in der Verpackungs-, Holz- und Möbel- und Bauindustrie eingesetzt, das Marktvolumen im europäischen Verpackungssektor beträgt zurzeit ca. 160kt/a. Aufgrund der sehr guten Eigenschaftsprofile und des guten Preis-Leistungsverhältnisses, basieren konventionelle Hotmelt-Klebstoffe praktisch ausschließlich auf petrochemischen Komponenten (Basispolymere, Wachse, Tackifier u.a.). Aufgrund schwindender fossiler Ressourcen und dem sich wandelnden Konsumentenverhalten hin zu einer vermehrten Verwendung biobasierter Produkte steigt auch die Nachfrage nach biobasierten Hotmelt-Klebstoffen, vor allem für Papier- und Kartonverpackungen stetig. In den vergangenen 25 Jahren wurden bereits erste biobasierte Basispolymere für Hotmelt-Klebstoffe entwickelt. Diese konnten sich aufgrund mangelnder Eigenschaften, hoher Kosten und schlechter Verfügbarkeit nicht durchsetzen. Daher sollen im beantragten Projekt neue biobasierte Basispolymere für reaktive Hotmelt-Klebstoffe hergestellt und als Komponenten für die Entwicklung neuartiger Hotmelt-Klebstoffe für Papier- und Kartonverpackungen eingesetzt werden. Die biobasierten nicht reaktiven Hotmelt-Klebstoffe sollen konventionelle Hotmelt-Klebstoffe ersetzen und mit den etablierten Prozess- und Verarbeitungstechnologien kompatibel sein. Die geplanten Arbeiten umfassen die Entwicklung von biobasierten Homopolyestern, Copolyestern und Polyesterblends sowie deren klebtechnische Charakterisierung, die Formulierung von reaktiven Hotmelt-Klebstoffen und deren Prüfung unter industriellen Bedingungen. Hierbei wird auch ein bestehender Anpassungsbedarf konventioneller Verarbeitungstechnologien ermittelt.
Epoxidierte Pflanzenöle können bislang aufgrund schlechter Härtungs- und Materialeigenschaften praktisch nicht für Klebstoffe eingesetzt werden. Ziel des Vorhabens ist es, eine Basis für Klebstoffe aus epoxidierten Pflanzenölen zu schaffen, die zu mindestens 95 % aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und sich als Ersatz für synthetische Strukturklebstoffe eignen. Am Fraunhofer IFAM wurde in Vorversuchen festgestellt, dass bei der kationischen Härtung in Anwesenheit telecheler Polyesterdiole eine schnelle Härtung erfolgt und zähharte Polymerisate resultieren. Um zu einem möglichst hohen Anteil nachwachsender Rohstoffe zu kommen, wurde eine telechele Polymilchsäure synthetisiert und in einer kationischen Polymersation mit epoxidierten Ölen zu einem zähharten Polymer umgesetzt. Diese Vorversuche lassen erwarten, dass sich nunmehr Klebstoffe aus epoxidierten Pflanzenölen mit guten mechanischen Eigenschaften und schneller Härtung aus nahezu 100 % nachwachsenden Rohstoffen entwickeln lassen. Um das Ziel zu erreichen, werden zunächst epoxidierte Pflanzenöle entwickelt, die bei der Härtung eine besonders hohe Reaktivität und die Ausbildung einer definierten Morphologie des Klebstoffes erwarten lassen. Es werden telechele Polyole auf der Basis Polymilchsäure und Polyhydroxydbuttersäure als neue Rohstoffklasse (spätere Nutzung z.B. auch bei PU) auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt und dann die kationische Polymerisation erprobt. Hierbei werden Zusammenhänge zwischen chemischer Zusammensetzung und der resultierenden Morphologie sowie den mechanischen Eigenschaften erforscht. Es werden Modellklebstoffe mit einer breiten Übertragbarkeit auf verschiedenste Anwendungen entwickelt. Eine vertiefte Klebstoffentwicklung erfolgt für die prototypisch ausgewählten Anwendungsfelder 'kosmetische Klebstoffe und Gele für künstliche Fingernägel' und 'Klebstoffe für den Holzbau, insbesondere für Kantenumleimer'.
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