Das Projekt "Teilvorhaben 1: Herstellung modifizierter Stärke für die thermoplastische Verarbeitung im BIOPAR®-Verfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, modifizierte Stärken zu finden, die für die Herstellung von thermoplastischen Polymeren geeignet sind, die im Verpackungsmittelmarkt eingesetzt werden. Da native Stärke nicht thermoplastisch ist, muss sie hierfür modifiziert werden. Kommerziell verfügbare Stärken sind nicht geeignet. Um die gewünschten thermoplastischen Eigenschaften zu erreichen, werden Stärken aus unterschiedlichem Rohstoff, verschiedener Modifizierungsart und -grad zunächst im Labormaßstab sowie im Technikums- und Pilotmaßstab hergestellt und analysiert. Ziel sind hoch modifizierte, wenig hydrophile thermoplastische Stärken. Amylostärken sind der Rohstoff. Modifiziert wird als Ether und Ester. Neue Modifizierungsreagenzien und/oder Verfahren sind Bestandteil des Vorhabens. Die Übertragbarkeit in den Produktionsmaßstab ist Bestandteil der Erfolgsbeurteilung. Bekannte und neue Rohmaterialien, Reagenzien und Verfahren bilden die Grundlage und werden neuartig zusammen eingesetzt, was realistische Erfolgsaussichten erscheinen lässt aber ein hohes Forschungsrisiko beinhaltet.
Das Projekt "Teilvorhaben 4A: Entwicklung von Konstruktionsschäumen auf Stärkebasis - Prozessentwicklung hydrophober Stärken für die Verarbeitung durch Mikroverschäumung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Institut für Werkstofftechnik, Lehrgebiet Kunststoff- und Recyclingtechnik durchgeführt. Biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe gewinnen in der heutigen Zeit immer mehr an Bedeutung. Als nachwachsender Rohstoff steht Stärke nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Einsatzgebiete sind vor allem die Lebensmittel- und Papierindustrie. Stärke oder Stärkeblends können grundsätzlich auch in der Kunststofftechnik eingesetzt werden. Hier werden bisher fast ausschließlich sogenannte thermoplastische Stärken (TPS) im Verpackungsbereich eingesetzt, welche mit Hilfe von unbedenklichen Weichmachern wie beispielsweise Glycerin, Sorbitol oder Wasser hergestellt werden. Speziell für die Verarbeitung im Spritzgießprozess sind bisher keine Marktprodukte verfügbar. Ein großer Nachteil der nativen Stärke ist ihre Hydrophilie. Die Stärke nimmt sehr schnell große Mengen an Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Dies schränkt die Einsatzbereiche des Materials stark ein. Um diesen Werkstoff für weitere Anwendungsgebiete attraktiv zu machen bedarf es einer Entwicklung von neuen bzw. Anpassung der konventionellen Kunststoffverarbeitungsverfahren. Hierbei kommen vor allem zwei Lösungsansätze in Betracht. Zum einen eine optimale Anbindung der nativen Stärke an eine thermoplastische Matrix. Zum anderen eine Destrukturierung und Vernetzung der Stärke bei der Verarbeitung im Doppelschneckenextruder. Die so hergestellten Stärkeblends können anschließend im Spritzgießprozess zu geschäumten Bauteilen verarbeitet werden. Durch die Verschäumung der Stärkecompounds kann eine Dichtereduktion erzielt werden. Dadurch kann Material eingespart werden, was wiederum zu einer Kostenreduktion führt. Neben diesem wirtschaftlichen Aspekt spricht für die Verwendung von nativer Stärke der heutzutage nicht zu unterschätzende Faktor Bio'.
Das Projekt "Skalierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von one.five GmbH durchgeführt. Auf dem globalen Kunststoffmarkt werden jährlich mehrere Milliarden Euro umgesetzt. Nachhaltige, aus Biopolymeren hergestellte Kunststoffe spielen dabei bislang nur eine untergeordnete Rolle. Die Gründe dafür liegen u.a. in Preis- und Qualitätsdefiziten. Ziel des Projektes ist es, ein innovatives Verfahren zu entwickeln, welches zur extraktionsfreien Plastifizierung von stärkereichen Algen mithilfe ionischer Weichmacher geeignet ist. Dadurch kann ein besonders nachhaltiger Biokunststoff in Form von algenbasierter thermoplastischer Stärke (TPS) geschaffen werden, mit dem eine Vielzahl an nachhaltigen Verpackungslösungen produziert werden kann. Durch den neuartigen Ansatz in Verbindung mit der im Projekt durchzuführenden Prozessskalierung können Preis und Energieverbrauch für algenbasiertes TPS deutlich gesenkt werden, sodass dieses Material auf dem Kunststoffmarkt wettbewerbsfähig wird. Die neuartig hergestellten Kunststoffe sind in der Lage, konventionelle, auf Erdöl basierende Kunststoffe zu ersetzen und somit auch die Plastikvermüllung der Meere zu vermindern. Zudem werden durch den Einsatz von Algen enorme Mengen an CO2 gebunden. Das gegenständliche Teilvorhaben beinhaltet die Umsetzung der Skalierung des Prozesses in einer Demonstrationsanlage.
Das Projekt "Innovationsberatungsdienste" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von one.five GmbH durchgeführt. Auf dem globalen Kunststoffmarkt werden jährlich mehrere Milliarden Euro umgesetzt. Nachhaltige, aus Biopolymeren hergestellte Kunststoffe spielen dabei bislang nur eine untergeordnete Rolle. Die Gründe dafür liegen u.a. in Preis- und Qualitätsdefiziten. Ziel des Projektes ist es, ein innovatives Verfahren zu entwickeln, welches zur extraktionsfreien Plastifizierung von stärkereichen Algen mithilfe ionischer Weichmacher geeignet ist. Dadurch kann ein besonders nachhaltiger Biokunststoff in Form von algenbasierter thermoplastischer Stärke (TPS) geschaffen werden, mit dem eine Vielzahl an nachhaltigen Verpackungslösungen produziert werden kann. Durch den neuartigen Ansatz in Verbindung mit der im Projekt durchzuführenden Prozessskalierung können Preis und Energieverbrauch für algenbasiertes TPS deutlich gesenkt werden, sodass dieses Material auf dem Kunststoffmarkt wettbewerbsfähig wird. Die neuartig hergestellten Kunststoffe sind in der Lage, konventionelle, auf Erdöl basierende Kunststoffe zu ersetzen und somit auch die Plastikvermüllung der Meere zu vermindern. Zudem werden durch den Einsatz von Algen enorme Mengen an CO2 gebunden. Das gegenständliche Teilvorhaben beinhaltet Innovationsberatungsdienste für die vorgesehene Prozessskalierung.
Das Projekt "Teilvorhaben 06.1: PLA-Stärke-Blends für technische Büroausstattungen und Spielzeug - Versuchsstand für künstliche Alterung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kassel, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Kunststofftechnik durchgeführt. Polylactid (PLA) gilt bei Anwendern als einer der wirtschaftlich bedeutendsten Biokunststoffe mit hohem Wachstumspotential. Allerdings verhindert der im Vergleich zu Polyolefinen (PE, PP) höhere Preis, sowie der Mangel an verlässlichen Daten zur Beständigkeit, einen deutlich häufigeren Einsatz dieses Werkstoffes. Als Möglichkeiten zur Verringerung des Preises bieten sich die Zugabe von Füllstoffen und eine Verschäumung des Materials an. Stärke als Füllstoff konnte in der Vergangenheit bereits für verschiedene thermoplastische Kunststoffe eingesetzt werden. Die Verarbeitung von Stärke in PLA-Blends verbessert dabei zusätzlich deren Carbon Footprint, da die Gewinnung der Stärke im Vergleich zur PLA-Synthese deutlich weniger CO2 verursacht. PLA-Stärkeblends sind demnach -verglichen mit ungefülltem PLA- kostengünstiger und weisen darüber hinaus eine bessere Ökobilanz auf. Bisher ist allerdings nicht bekannt, welche Beständigkeiten die Blends gegenüber Umwelt- und Medieneinflüssen in verschiedenen Einsatzumgebungen aufweisen. Durch diese fehlenden Informationen nehmen bislang noch viele potenzielle Anwender Abstand vom Einsatz dieses biobasierten Materials. Um die Skepsis gegenüber dem Material und vorhandene Unzulänglichkeiten zu beseitigen, soll die Additivierung von PLA-Stärkeblends zur Verbesserung der Beständigkeit innerhalb dieses Vorhabens fokussiert werden und damit deren Einsatzfähigkeit in verschiedenen Alltags- und Gebrauchsgegenständen vorangetrieben werden. Der Nachweis der Beständigkeit gegen Umwelt- und Medieneinflüsse der Blend-Rezepturen würde das Interesse der verarbeitenden Firmen signifikant erhöhen. Da bei der Additivierung und Modifizierung auf den Einsatz von möglichst biobasierten Varianten geachtet werden soll, wäre erstmals eine kostengünstige Herstellung von im Idealfall vollständig biobasierten Bauteilen aus PLA-Stärkeblends möglich. Zusätzlich wären die je nach Anwendung geforderten Eigenschaften der Bauteile über die Lebensdauer garantiert.
Das Projekt "Entwicklung kationischer Polymere für kosmetische Anwendungen auf Basis nachwachsender Rohstoffe und mit verbesserter biologischer Abbaubarkeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gräfe Chemie GmbH durchgeführt. Zielsetzung und Anlass: Vollsynthetische, wasserlösliche Polymere finden sich als Rohstoffe in vielen Haarpflegeprodukten. Ihre Funktion besteht darin, für einen besseren Glanz und eine bessere Kämmbarkeit und Frisierbarkeit des Haares zu sorgen. Um solche Fähigkeiten zu erlangen, bedarf es chemischer Modifikationen am Rückgrat des Polymers, welche diesem eine positive Ladung verleihen. Beim Waschen der Haare gelangen diese Polymere größtenteils in das Abwasser. Wieviel davon am Ende in den Kläranlagen tatsächlich herausgefiltert werden kann und wieviel in die Umwelt gelangt, ist in Zahlen bisher nicht bekannt. Mikroplastik und in dem Zusammenhang auch flüssiges Plastik werden jedoch immer mehr als Problem erkannt und sollen nach dem Vorsorgeprinzip kontinuierlich weiter eingeschränkt werden, um möglichen Schaden von Mensch und Umwelt abzuwenden. Ein großes Problem besteht vor allem in der schlechten biologischen Abbaubarkeit vieler zur Haarpflege eingesetzter Polymere. Einmal in die Umwelt gelangt, benötigen solche synthetischen Polymere oft Jahrzehnte, um abgebaut zu werden. Daher besteht zum einen durch vermehrte regulatorische Maßnahmen aber auch aufgrund einer wachsenden Nachfrage durch immer umweltbewusstere Verbraucher ein Druck zur Entwicklung biologisch abbaubarer, ökologischer Rohstoffalternativen. Zwar existieren bereits einige Alternativen, auf Basis natürlicher Polymere (Stärke), diese büßen jedoch durch die chemischen Modifikationen, die notwendig sind, um die Haarpflegeeigenschaften zu erhalten, ihre eigentlich gute biologische Abbaubarkeit zu einem erheblichen Teil wieder ein. Ziel dieses Projektes ist es daher, ein auf natürlichen Bausteinen basierendes, kationisches Polymer zu entwickeln, welches an die gleichen Haarpflege-Eigenschaften, die ein vollsynthetisches Polymer mitbringt, heranreicht. Gleichzeitig soll es aber eine gute biologische Abbaubarkeit von mehr als 60 % in 28 Tagen aufweisen. Zu diesem Zweck sollen kationische Substituenten auf alternative Art und Weise an natürliche, stärkebasierte Polymere geknüpft werden. Unter den Anwendungsbedingungen von Haarpflegeprodukten soll deren Bindung an das Polymer stabil sein. Nach dem Abspülen und der Einleitung ins Abwasser sollen diese Substituenten jedoch von den in Klärschlämmen vorkommenden Mikroorganismen leicht gespalten und das Polymer damit insgesamt leicht abgebaut werden können. Als Polymerbasis sollen verschiedene Stärken oder abgebaute Stärken Verwendung finden. Damit sollen neben dem Verhältnis von Amylose und Amylopektin auch der Einfluss verschiedener Molekülgrößen auf die Haarpflege-Eigenschaften der hergestellten Polymere untersucht werden. Ein weiterer Aspekt des Projektes liegt in der Entwicklung und Optimierung von Verfahren zur Bindung alternativer kationischer Substituenten an Stärkepolymere. Auf andere Polysaccharid-Polymere übertragen, könnten solche Verfahren auch über Haarpflegeprodukte hinaus einen Zugang zu anderen Pflegeprodukten oder Textilpflegeprodukten eröffnen und so weitere im Markt befindliche synthetische Polymere substituieren.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Compoundierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TECNARO Gesellschaft zur industriellen Anwendung nachwachsender Rohstoffe mbH durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von stärkebasierten Textilien (z.B. Geotextilien, medizinische Textilien und gestrickte Pullover). Das Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der chemischen und physikalischen Modifikation von Stärke mittels reaktiver Extrusion und der Herstellung von Stärke-Biopolymer Blends, die zu Filamenten versponnen und zu Textilstrukturen weiterverarbeitet werden können. Diese werden sich aufgrund ihres verbesserten Eigenschaftsprofils in mehreren Gebieten, wie z.B. Vliesstoffen als Geo- und Agrartextilien oder Textilien im Medizinbereich, bei welchen der Aspekt der biologischen Abbaubarkeit bzw. der Resorbierbarkeit eine wichtige Rolle spielt, einsetzten lassen. Außerdem können sie für die Herstellung von Strickwaren, wie z.B. für Bekleidung genutzt werden. Das Projekt umfasst folgende Arbeitspakete (AP), die in der Vorhabensbeschreibung detailliert beschrieben sind: AP1: Beschaffung von Rohstoffen und Materialien (Fraunhofer ICT und Tecnaro GmbH) AP2: Chemische Modifizierung von Stärke im Labor- und im technischen Maßstab (Fraunhofer ICT) AP3: Compoundierung der thermoplastifizierten Stärke mit Lignin und weiteren Biopolymeren und Untersuchung ihrer Eigenschaften an den im Spritzgussverfahren hergestellten Prüf-körpern (Tecnaro GmbH) AP4: Herstellung von Filamenten im Schmelzspinnprozess aus der modifizierten Stärke und aus den aus der modifizierten Stärke hergestellten Compounds (ITA,RWTH, Aachen) AP5: Vliesstoffherstellung (ITA,RWTH, Aachen) AP6: Gestrick Herstellung (WarmX GmbH).
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 1: Entwicklung von Biokunststofffilmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Südzucker AG durchgeführt. Das gegenständliche Vorhaben umfasst die Entwicklung einer neuartigen, nachhaltigen Alternative zu Polyethylen-Schrumpffolien, welche im Lebensmittelbereich (z.B. als Primärverpackung für Tiefkühlkost) zum Einsatz kommen sollen. Ziel ist es dabei eine Verpackung mit einem erneuerbaren Rohstoffursprung (biobasierter Anteil) von mindestens 50 Masseprozent zu entwickeln, wobei der nachhaltige Anteil durch den Zusatz thermoplastischer Stärke (TPS) in Kombination mit Biopolymeren (z.B. Polymilchsäure, Polybutylensuccinat) im Compound möglichst auf 100 Prozent gesteigert werden soll. Die mechanische Stabilität des Compounds im Zuge der Lagerung unter Gefrierbedingungen, sowie die Migrationsstabilität in Kontakt mit Lebensmitteln (im speziellen Tiefkühlpizza) sind für die Applikation entscheidend und gilt es somit im Zuge der Entwicklung sicherzustellen. Für den Einsatz als Stretch-Folie ist es desweitern notwendig, eine möglichst hohe Verstreckbarkeit zu erzielen, um das Schrumpfverhalten an die Anforderungen in großtechnischer Produktion anzupassen. Ziel ist es, durch die Entwicklung und den Einsatz funktionalisierter TPS bzw. durch Entwicklung von Compoundformulierungen auf TPS-Basis, die Verstreckbarkeit von Folienwerkstoffen soweit zu adaptieren, dass die Verarbeitung im Schrumpffolienverfahren möglich wird. Die Optimierung der mechanischen Werkstoffeigenschaften (Dehnung, Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul), sowie der Barrierewirkung (Migration, Wasserdampf- und Sauerstoffdurchlässigkeit) sind dabei essenzieller Bestandteil des Vorhabens. Im Zuge eines neuartigen Optimierungskonzeptes erfolgt die Untersuchung der Applizierbarkeit von Mehrschichtsystemen, sowie von Beschichtungen. Zusätzlich behandelt das geplante Vorhaben die grundsätzliche Rezyklierbarkeit stärkebasierter Kunststoffe und adressiert somit die Möglichkeit einer Ressourceneffizienzsteigerung durch Schließung des Verpackungskreislaufes.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Entwicklung und Produktion von Biokunststofffolien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freiberger Lebensmittel GmbH durchgeführt. Kunststofffolien aus Polyethylen kommen bei Tiefkühlprodukten der Firma Freiberger in drei Verpackungsstufen zum Einsatz: - als 12-15 Mikrometer LDPE-Schrumpffolie im direkten Produktkontakt (Primärverpackung) - als 20 Mikrometer LDPE-Schrumpffolie in Form einer Gebindefolie (Sekundärverpackung) - als LLDPE-Stretchfolie in Form einer Palettenwickelfolie (Tertiärverpackung) Fokus der vorliegenden Projektidee ist die Substitution der direkt mit der Pizza in Kontakt stehenden Primärverpackung mittels einer nachhaltigen Alternative auf Stärkebasis. Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz eines möglichst hohen Anteils an nachwachsenden Rohstoffen (biobasierter Anteil). Durch den Einsatz thermoplastischer Stärke soll die Abbaubarkeit betreffender Verpackung erhöht werden, wobei außerdem die Betrachtung der Recyclingfähigkeit als Entsorgungsszenario erfolgt. Ziel ist die Entwicklung aus dem Teilvorhaben 1 betreffend deren groß-industrieller Anwendbarkeit zu prüfen. Zum Einsatz kommen dabei kommerziell verwendete Folienanlagen sowie Verpackungsmaschinen, welche bei Freiberger bzw. bei Folienproduzenten zur Verfügung stehen. Das Vorhaben umfasst sowohl die anwendungstechnischen Tests als auch die Bewertung der erzielbaren Folieneigenschaften in punkto Verstreckbarkeit, Werkstoffeigenschaften, Schweißbarkeit, Schrumpfverhalten, Barriere und Migrationsstabilität (in Kontakt mit Tiefkühlpizza). Eine Lagerung bis idealerweise -20 Grad Celsius muss gewährleistet sein, ohne dass das Material spröde oder brüchig wird. Des Weiteren gilt es im Zuge des Up Scalings das Prozessfenster für Stärke-basierte Materialien zur Herstellung qualitativ hochwertiger Folien und Schrumpfverpackungen neu zu definieren. Die Bewertung des Einsatzes von Rezyklat im großtechnischen Prozess ist essenzieller Bestandteil des Vorhabens und soll von Grund auf evaluiert werden. Als alternative Entsorgungsvariante mit praktischem Zusatznutzen wird die Abbaubarkeit des hergestellten Folienmaterials unter Heimkompostbedingungen untersuchen.
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