Das Projekt "Teilvorhaben: Oberflächenmodifizierung mineralischer Grundkörper mit thermotropen Templatstrukturen und deren Einsatz in Kunststoffsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Quarzwerke GmbH durchgeführt. Temperaturstabile Polymere wie Polycarbonat und Polymethylmethacrylat werden durch die zu entwickelnden Hochleistungsfüllstoffe mit thermotropen Eigenschaften für den Sonnenschutz in der Gebäudearchitektur einsetzbar. Die Transmission dieser Kunststoffelemente passt sich dem jeweils aktuellen Lichteinfall selbsttätig an, wobei Transmissionswerte zwischen 70 Prozent (Off) und größer5 Prozent (On) angestrebt werden. Eine Steigerung der Energieeffizienz um 20 Prozent auf dem Gebiet der Heizung/Klimatisierung von Gebäuden ist realistisch. Arbeitsschwerpunkte sind 'Auswahl und Oberflächenmodifizierung der Füllstoffe' (Quarzwerke) für die Herstellung der thermotropen Hybridfüllstoffe nach Brechungsindex und Formgestalt. Durch monomolekulare Aufbringung thermotroper Schichten auf ausgewählte Füllstoffe werden 'Wechselwirkung und Ausbildung thermotroper Hybridkomplexe' (IAP) untersucht. 'Extrusionsuntersuchungen zur Dotierung des Füllstoffs in die Polymerschmelze' (Quarzwerke/IAP) sind für die Kompoundierung mit Polycarbonat und Polymethylmethacrylat zu Masterbatches erforderlich. Die entwickelten Masterbatches sollen zu transparenten Platten und Folien mit spezifischer Schichtdicke und Schichtaufbau extrudiert und die Funktionsweise an einem Demonstrator gezeigt werden. Untersuchungen zur Maßstabsvergrößerung bei der Synthese, Aufarbeitung und Konfektionierung der neuen thermotropen Hybridfüllstoffe bilden den Abschluss. Im Ergebnis steht ein Thermotroper Hochleistungsfüllstoff für den Sonnenschutz im Labormaßstab zur Verfügung, der direkt oder als Masterbatch in der Kunststofftechnologie zur Fertigung der Endprodukte verwertet werden kann. Durch sukzessive Ansatzvergrößerung nach Projektende wird bei den Quarzwerken ab 2015 eine Pilotproduktion mit einer Kapazität von 5 t/a avisiert.
Das Projekt "Entwicklung eines validierten, rückstandsfreien und mobilen Desinfektionsverfahrens für Oberflächen in hygienisch anspruchsvollen Reinräumen auf Basis kalter Atmosphärendruckplasmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Europäische Forschungsgemeinschaft Reinigungs- und Hygienetechnologie e.V. durchgeführt. In verschiedensten Bereichen der industriellen Produktion nehmen die Anforderungen an die Qualität von Produkten und Verfahren ständig zu. Beispiele sind Elektronik-, Pharma- und Lebensmittelindustrie, Biotechnologie, der medizinische Bereich sowie Mikrosystemtechnik, Optik und Automobilindustrie. Daraus resultiert in immer stärkerem Maße die Notwendigkeit des Einsatzes von Reinräumen. Anforderungen für Reinräume resultieren neben den spezifischen Vorgaben der jeweiligen Reinraumbetreiber insbesondere aus den aktuellen Entwicklungen im Bereich der Normen und Richtlinien für Reinräume. Das ISO TC 209 hat neue Vorgaben für die physikalische (partikuläre), mikrobiologische und chemische Oberflächenreinheit erarbeitet. Insbesondere die chemische Oberflächenreinheit gewinnt gegenwärtig immer mehr an Bedeutung. Aus diesem Grunde wurden Untersuchungen zur Entwicklung eines rückstandsfreien Desinfektionsverfahrens auf der Basis kalter Atmosphärendruckplasmen durchgeführt. Im Rahmen der Forschungsarbeiten wurden zunächst reinraumspezifische Oberflächenmaterialien (z.B. Glas, Edelstahl, Eloxal, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Feinsteinzeug) mit unterschiedlichen Atmosphärendruckplasmen unter Variation von Prozessgas (Druckluft, Argon, Stickstoff, Formiergas, Kohlendioxid), Düsengeometrie (bezogen auf den Austrittswinkel des Plasmastrahls), Abstand Düse-Substrat, Vorschubgeschwindigkeit, Anzahl der Überfahrten, sowie anderer praxisrelevanter Prozessparameter (z.B. Arbeitsdruck, Pulsfrequenz bzw. Pulsdauer) behandelt. Nach Festlegung der optimalen Prozessparameter hinsichtlich thermischer und chemischer Materialbeständigkeit gegenüber der Plasmaeinwirkung wurden Testmonitore mit Bakterien (Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) und Pilzen (Aspergillus brasiliensis, Candida albicans) entwickelt. Dabei wurden diese Mikroorganismen in unterschiedliche Matrices inkludiert und in unterschiedlichen Schichtdicken auf die jeweiligen Substrate aufgetragen. Die Reduktion der Anzahl der Mikroorganismen (Reduktionsfaktor) nach Plasmabehandlung wurde bestimmt. Bei dem in Caseinpepton eingebetteten Aspergillus brasiliensis wurden die höchsten Reduktionsfaktoren bei Einsatz von Druckluftplasma bzw. Kohlendioxidplasma mit der 15° Düse erzielt. Die maximalen Oberflächentemperaturen erreichten dabei 71 bzw. 58°C. Es konnte nachgewiesen werden, dass das entwickelte Verfahren sowohl bakterizid als auch fungizid wirkt. Ein weiterer entscheidender Vorteil gegenüber praxisüblichen chemischen Desinfektionsverfahren ist, dass durch die Plasmabehandlung keinerlei Resistenzen der Mikroorganismen gegenüber dieser Anwendung entwickelt werden. Nach Behandlung mit Druckluftplasma bzw. Kohlendioxidplasma konnten weder lebende Mikroorganismen noch organische Reststoffe auf den behandelten Oberflächen detektiert werden usw
Das Projekt "Chemisches Recycling von Acrylglaesern (Polymethylmethacrylat)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Technische Chemie I durchgeführt. Polymethylmethacrylat (PMMA) zersetzt sich unter inerten Bedingungen im Bereich von ca. 250 GradC - 400 GradC mit Ausbeuten bis zu 95 Prozent zum Monomer MMA. Man spricht in diesem Falle von Depolymerisation oder der Umkehrreaktion der Polymerisation. Damit bietet sich prinzipiell ein pyrolytisches Verfahren zum Recycling gebrauchter technischer Acrylglaeser an. In der Promotionsarbeit wird die Pyrolyse von unterschiedlichsten Acrylglaesern untersucht. In einem ersten Schritt wurde mit Hilfe thermoanalytischer Messmethoden das Zersetzungsverhalten von Acrylglaesern (PMMA und Copolymere) in Abhaengigkeit vom Molekulargewicht, Farbstoffanteil, Additivzusatz und Comonomeranteil ermittelt. Dabei konnten begruendete Zersetzungsmechanismen und die dementsprechenden kinetischen Parameter bestimmt werden. Grundlage fuer das Verstaendnis der Mechanismen sind dabei tiefere Kenntnisse der Polymerchemie. Die Ermittlung kinetischer Parameter und damit die Berechnung temperaturabhaengiger Abbaugeschwindigkeiten ist eine wichtige Voraussetzung zur Modellierung eines chemischen Prozesses. Im naechsten Schritt wurde die Uebertragung der Erkenntnisse auf ein technisches Reaktorprinzip untersucht. Hier sind vor allem die pyrolytische Wirbelschicht und der Drehrohrofen zu beruecksichtigen. Als bevorzugte Reaktionstemperatur wurde fuer beide Reaktoren ca. 430 GradC ermittelt, da bei dieser Temperatur ein guter Kompromiss zwischen Monomer-Selektivitaet und ausreichender Reaktionsgeschwindigkeit gegeben ist. Im Falle des Wirbelschichtreaktors wurden N2-Volumenstrom, Sandpartikelgroesse, Sandmenge und Dosierleistung des Acrylglasgranulats variiert. Mit Hilfe der Experimente im Wirbelschichtreaktor und Drehrohrofen konnten entscheidende Auslegungskriterien fuer einen Scale-up bestimmt werden. Die Prozessmodellierung und der Anlagen-Scale-up wurde mit selbstentwickelter Software durchgefuehrt. Der Wirbelschichtreaktor konnte mit einem einfachen Ruehrkesselmodell unter Beruecksichtigung des hydrodynamischen Wirbelschichtzustandes beschrieben werden. Im Falle des Drehrohrofens mussten die instationaere Massen- und Enthalpiebilanz 2. Ordnung unter Beruecksichtigung des individuellen Vermischungs- und Transportverhaltens geloest werden. Abschliessend erfolgte die endgueltige Bewertung der unterschiedlichen Reaktorkonzepte und eine Auslegung des Pyrolyseprozesses im 15000 jato-Massstab. Dabei konnte festgestellt werden, dass ein wirtschaftlicher Betrieb bereits heute (ohne entsprechende gesetzliche Auflagen) moeglich ist. Die Arbeit entstand in enger Kooperation mit der ROEHM GmbH Chemische Fabrik Darmstadt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Thermotrope Templatstrukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Temperaturstabile Polymere wie Polycarbonat und Polymethylmethacrylat werden durch die zu entwickelnden Hochleistungsfüllstoffe mit thermotropen Eigenschaften für den Sonnenschutz in der Gebäudearchitektur einsetzbar. Die Transmission dieser Kunststoffelemente passt sich dem jeweils aktuellen Lichteinfall selbsttätig an, wobei Transmissionswerte zwischen 70 Prozent (Off) und größer5 Prozent (On) angestrebt werden. Eine Steigerung der Energieeffizienz um 20 Prozent auf dem Gebiet der Heizung/Klimatisierung von Gebäuden ist realistisch. Arbeitsschwerpunkte sind 'Auswahl und Oberflächenmodifizierung der Füllstoffe' (Quarzwerke) für die Herstellung der thermotropen Hybridfüllstoffe nach Brechungsindex und Formgestalt. Durch monomolekulare Aufbringung thermotroper Schichten auf ausgewählte Füllstoffe werden 'Wechselwirkung und Ausbildung thermotroper Hybridkomplexe' (IAP) untersucht. 'Extrusionsuntersuchungen zur Dotierung des Füllstoffs in die Polymerschmelze' (Quarzwerke/IAP) sind für die Kompoundierung mit Polycarbonat und Polymethylmethacrylat zu Masterbatches erforderlich. Die entwickelten Masterbatches sollen zu transparenten Platten und Folien mit spezifischer Schichtdicke und Schichtaufbau extrudiert und die Funktionsweise an einem Demonstrator gezeigt werden. Untersuchungen zur Maßstabsvergrößerung bei der Synthese, Aufarbeitung und Konfektionierung der neuen thermotropen Hybridfüllstoffe bilden den Abschluss. Für zukünftige FuE-Arbeiten eröffnen die Kenntnisse über die neuartigen Templatstrukturen zusätzliche Anwendungsgebiete wie: Überhitzungsschutz in Sonnenkollektoren, Licht- und Blendschutz im Flugzeugbau, steuerbare Lichtventile in elektrooptischen Modulen und lasergesteuerte Sicherheitssysteme. Bei der technologischen Umsetzung der Ergebnisse des Forschungsvorhabens wird das IAP mit seinem vorhandenen Know-how in der Kunststoffverarbeitung die Quarzwerke unterstützen. Die Aktivitäten hierzu sollen bereits in 2009/2010 begonnen werden.
Das Projekt "Nanosilberpartikel - Wirkmechanismen und Untersuchungen ihrer möglichen Interaktionen mit Geweben, Zellen und Molekülen; Definition ihres relevanten Unverträglichkeitspotentials" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von aap Biomaterials GmbH durchgeführt. Erarbeitung von Modellsubstanzen mit NanoAg, Erarbeitung von Methoden zur Quantifizierung der freigesetzten Silberspezies (Ionisch, element.), Bestimmung der antimikrob. Wirksamkeit und Zytotoxizität der Silberspezies, Methodenvergleich, Ermittlung von Resistenzen und VBNC-Zuständen, in-vivo Studien zur Effizienz und Toxizität von NanoAg-Materialien. Erarbeitung einer Datenbasis zur Abschätzung des Risikopotentials und Biokompatibilität von Nanosilberhaltigen Materialien. Erarbeitung von nanosilberhaltigen Modellmaterialien: (1) nanosilberbeschichtung von Titan in Kombination mit HA und PMMA, Charakterisierung mit REM-EDX, XPS, Ermittlung von nanosilberhaltigem Abrieb und Freisetzungsuntersuchungen, Beschichtung von Prüfkörpern für die Versuche der Kooperationspartner, mittels PEO, DIP-coating. (2) Entwicklung von NanoAg-haltigem Alginat/Kollagen zur schnellen Freisetzung, Herstellung von Prüfkörpern. Bestimmung der antiinfektiven Wirksamkeit unterschiedlicher Modellsysteme unter Verwendung von Proliferationstest und Ermittlung der MIC, Vergleich der Ergebnisse mit Testsystemen der Partner, Bestimmugn der Zytotoxizität von nanoAg- Materialien auf Zellinien, Durchführung von Tierversuchen zur Toxizität und Effizienz; Vergleich in-vitro und in-vivo
Das Projekt "Hochgeschwindigkeitsextrusion amorpher Polymere am Beispiel von Polycarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Paderborn, Fakultät IV Maschinenbau, Institut für Kunststofftechnik durchgeführt.
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