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#Forschung #Verarbeitung

16.10.2026

Polyurethan ohne Isocyanat

Polyurethan ohne giftige Isocyanate: Im Projekt CO2NIPU ist es vier Fraunhofer-Instituten nach eigenen Angaben erstmals gelungen, PU auf Basis von Dicarbamaten herzustellen – gewonnen aus CO₂, Methanol und Diaminen. Die Molekülstruktur gleicht laut Fraunhofer der von klassischem PU. Erste Anwendung: biokompatible Katheterschläuche. Als Nächstes soll die Produktion im Pilotmaßstab folgen.

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18.08.2026

Zirkuläre Textilwirtschaft: Studie zeigt, wie Textilabfälle zu Biokunststoff werden

TexPHB-Studie untersucht einen neuen Recyclingweg für polyesterhaltige Textilabfälle 18.08.2026 Polyesterhaltige Textilien gelten häufig als schwer recycelbar und werden am Ende ihres Lebenszyklus verbrannt. Die Machbarkeitsstudie „TexPHB“ zeigt einen anderen Weg: Forschende und Industriepartner haben untersucht, wie sich solche Textilabfälle in den biologisch abbaubaren Biokunststoff Polyhydroxybutyrat (PHB) umwandeln lassen. Das Verfahren könnte neue Kreisläufe zwischen Textilwirtschaft, Recycling und Kunststoffproduktion ermöglichen. Neuer Verwertungsweg für polyesterhaltige Textilabfälle Textilabfälle stellen die Kreislaufwirtschaft vor große Herausforderungen. Allein in der Europäischen Union fielen 2020 rund 6,95 Millionen Tonnen Textilabfälle an. Besonders schwierig zu verwerten sind gemischte, polyesterhaltige Abfälle, beispielsweise aus Fast Fashion, Arbeitsbekleidung oder industriellen Reinigungstextilien. Wie sich solche Reststoffe dennoch als Rohstoff nutzen lassen, untersuchte die Machbarkeits- und Potenzialstudie „Anwendungen für das Biopolymer Polyhydroxybutyrat (PHB) aus Textilabfällen“, kurz TexPHB. Beteiligt waren das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, das Beneficial Design Institute und die matterr GmbH, ehemals RITTEC 8.0 Umwelttechnik. Das Projekt wurde vom Land Brandenburg gefördert. Das Ergebnis: Selbst Textilien aus der niedrigsten Abfallkategorie lassen sich grundsätzlich als Ausgangsmaterial für die Herstellung von PHB nutzen. Alle 18 im Rahmen der Studie getesteten Textilabfalltypen konnten depolymerisiert werden. Damit konnte die grundsätzliche technische Machbarkeit des Ansatzes nachgewiesen werden. Vom Polyester zum Biopolymer PHB Im Mittelpunkt steht eine Kombination aus chemischem Recycling und Biotechnologie. Zunächst werden die polyesterhaltigen Textilien ausgewählt und aufbereitet. Durch Hydrolyse wird das enthaltene Polyethylenterephthalat (PET) zerlegt. Dabei werden die PET-Grundbausteine Terephthalsäure und Ethylenglykol zurückgewonnen. Anschließend kommt die Biotechnologie ins Spiel: Forschende des Fraunhofer IAP nutzen das zurückgewonnene Ethylenglykol als Ausgangsstoff für die bakterielle Fermentation. Die Mikroorganismen wandeln es in Polyhydroxybutyrat (PHB) um. Der so gewonnene thermoplastische Biokunststoff ist biologisch abbaubar und biokompatibel. Welche Anwendungen kommen für PHB infrage? Neben der technischen Machbarkeit untersuchte das Projekt auch mögliche Einsatzgebiete für PHB aus Textilabfällen. Aufgrund seiner Materialeigenschaften kommt der Biokunststoff für unterschiedliche Verarbeitungsverfahren infrage, darunter Spritzguss und 3D-Druck. Potenzial sehen die Studienverantwortlichen unter anderem in der Landwirtschaft, bei Geotextilien, in der Medizintechnik, im Gewässerschutz sowie bei Beschichtungen und Textilien. Denkbar sind beispielsweise Baumschutzprodukte, Erosionsschutzsysteme oder medizinische Anwendungen. Dabei spielt die biologische Abbaubarkeit insbesondere dort eine Rolle, wo Produkte nach ihrer Nutzung in der Umwelt oder im menschlichen Körper verbleiben können. Für andere Anwendungen wären dagegen Rücknahme- und Verwertungssysteme erforderlich. Bis zur praktischen Anwendung sind jedoch weitere Entwicklungsschritte notwendig. Bei Geotextilien etwa muss die Verarbeitung von PHB zu Filamenten weiterentwickelt werden. Zudem müssen daraus hergestellte Produkte die jeweiligen technischen Anforderungen erfüllen, beispielsweise hinsichtlich Zugfestigkeit, UV-Stabilität und Permeabilität. Vom Machbarkeitsnachweis zur industriellen Anwendung TexPHB weist zunächst die grundsätzliche technische Machbarkeit nach. Eine industrielle Umsetzung im großen Maßstab ist damit noch nicht erreicht. Die Ergebnisse bilden vielmehr eine Grundlage für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Ein möglicher nächster Schritt ist die Entwicklung regionaler Textil-Bioraffinerien, in denen Hydrolyse und Fermentation miteinander verbunden werden. Darüber hinaus empfehlen die Projektverantwortlichen weitere Forschungs- und Entwicklungsprogramme, den Aufbau von Kompetenzen für die textile Kreislaufwirtschaft und eine bessere digitale Erfassung von Materialströmen entlang der textilen Wertschöpfungskette. Der Ansatz zeigt damit, wie sich Textilrecycling und Kunststoffproduktion miteinander verbinden lassen: Schwer verwertbare Textilien dienen als Rohstoffquelle, aus der mithilfe chemischer und biotechnologischer Verfahren ein neuer Kunststoff entsteht. Ob sich daraus ein wirtschaftlich tragfähiger Kreislauf im industriellen Maßstab entwickeln lässt, müssen weitere Prozessentwicklung und Skalierung zeigen. Weitere Informationen und die vollständigen Studienergebnisse finden Sie im Policy Paper "Kreislaufschließung in der Textilwirtschaft" (PDF). Auf einen Blick: Aus schwer recycelbaren Textilabfällen kann biologisch abbaubares PHB entstehen und so ein neuer Rohstoff für die Circular Economy gewonnen werden. Mehr rund um Science

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13.04.2026

Flexibler Polymer-Elektrolyt verbessert Feststoffbatterien

Neues Silikonmaterial ermöglicht sichere, leistungsfähige und potenziell flexible Akkus Der elastische Polymer-Elektrolyt kompensiert Volumenveränderungen und verbessert die Stabilität von Feststoffbatterien. Copyright: Empa 13.04.2026 Feststoffbatterien gelten als vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus. Forschende der Empa haben nun einen flexiblen Polymer-Elektrolyten entwickelt, der zentrale Herausforderungen adressiert. Das Material kombiniert mechanische Elastizität mit guter Ionenleitfähigkeit und könnte die Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Einsatzmöglichkeiten von Batterien deutlich erweitern. Forschende modifizieren Silikonpolymere, um Ionenleitfähigkeit und Elastizität gezielt zu kombinieren. Copyright: Empa Elastischer Elektrolyt für stabile Batterien Feststoffbatterien ersetzen brennbare Flüssigelektrolyte durch feste Materialien und gelten daher als sicherer. Gleichzeitig ermöglichen sie den Einsatz von Lithiummetall-Anoden , was höhere Energiedichten verspricht. Ein zentrales Problem bleibt jedoch bestehen: Volumenveränderungen während der Ladezyklen führen zu Hohlräumen und Kontaktverlusten im Inneren der Batterie. Der neu entwickelte Polymer-Elektrolyt auf Silikonbasis setzt genau hier an. Seine besondere Eigenschaft: Er ist fest genug, um das Wachstum von Dendriten zu verhindern, und gleichzeitig elastisch genug, um entstehende Hohlräume auszugleichen. Funktionalisierte Polymere als Ionenleiter Das Ausgangsmaterial ist ein Polysiloxan (Silikon), das durch funktionale Gruppen gezielt modifiziert wurde. Dadurch entsteht ein leitfähiges Polymer , das Ionen transportieren kann, ohne seine Flexibilität zu verlieren. Diese Kombination ist entscheidend: Elastizität sorgt für mechanische Stabilität im Betrieb Ionenleitfähigkeit ermöglicht effiziente Lade- und Entladeprozesse Materialdesign eröffnet neue Ansätze für Batteriearchitekturen Die Forschenden zeigen damit, wie sich klassische Materialeigenschaften gezielt anpassen lassen, um bestehende Grenzen in der Batterietechnologie zu überwinden. Potenzial für flexible und sichere Anwendungen Neben der verbesserten Leistungsfähigkeit eröffnet das Material neue Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere flexible Batterien könnten künftig realisiert werden, etwa für medizinische Implantate. Aktuelle Systeme sind häufig starr und schränken den Tragekomfort ein. Der neue Elektrolyt könnte hier eine Alternative bieten, da er sich mit unterschiedlichen Kathodenmaterialien kombinieren lässt und gleichzeitig als Bindematerial dienen kann. Der Elektrolyt wird bereits in Batterie-Prototypen getestet und könnte künftig flexible Anwendungen ermöglichen. Copyright: Empa Skalierbarkeit und industrielle Perspektiven Ein weiterer Vorteil liegt in der Verarbeitung: Der Elektrolyt kann zu Dünnschichten im Mikrometerbereich verarbeitet werden und ist grundsätzlich skalierbar. Damit erfüllt das Material wichtige Voraussetzungen für die industrielle Produktion. Perspektivisch könnten sich dadurch auch Kostenvorteile gegenüber bestehenden festen Elektrolyten ergeben. Die nächsten Schritte konzentrieren sich auf die weitere Verbesserung der Ionenleitfähigkeit sowie die Zusammenarbeit mit Industriepartnern zur Markteinführung. Originalpublikation F Okur, Y Sheima, C Zimmerli, H Zhang, P Helbling, A Fäh, I Mihail, J Tschudin, DM Opris, MV Kovalenko, KV Kravchyk: Nitrile-functionalized Poly(siloxane) as Electrolytes for High-Energy-Density Solid-State Li Batteries; ChemSusChem (2024); doi: 10.1002/cssc.202301285 Quelle Empa Auf einen Blick Der elastische Polymer-Elektrolyt gleicht Volumenänderungen aus und erhöht die Stabilität von Feststoffbatterien . Er ermöglicht höhere Energiedichten und reduziert Risiken wie Dendritenbildung. Das Material eröffnet Perspektiven für flexible Batterien in Medizintechnik und mobilen Anwendungen . Mehr rund um Science

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09.01.2026

Chemisches Recycling in Deutschland: BKV-Studie analysiert Status quo und Perspektiven bis 2035

Neue Studie zeigt Potenziale und Herausforderungen für Pyrolyse, Solvolyse und Gasifizierung als Ergänzung zum mechanischen Recycling Die neue Studie der BKV bietet eine umfassende Analyse des chemischen Recyclings in Deutschland. 09.01.2026 Das chemische Recycling gilt als wichtige Ergänzung zum mechanischen Recycling, insbesondere für gemischte oder stark verschmutzte Kunststoffabfälle. Eine neue Studie der BKV GmbH analysiert den aktuellen Stand der Technologien in Deutschland und gibt einen Ausblick auf mögliche Kapazitätsentwicklungen bis 2030 und 2035. Die Karte gibt einen Überblick über Standorte und Technologien chemischer und physikalischer Recyclinganlagen in Deutschland im Jahr 2024 und verdeutlicht den derzeitigen Pilot- und Demonstrationscharakter vieler Projekte. Copyright: Conversio Chemisches Recycling: Aktueller Stand in Deutschland Die Studie " Chemisches Recycling in Deutschland – Ist-Situation 2024 und Ausblick bis 2030/2035" , erstellt von der Conversio Market & Strategy GmbH im Auftrag der BKV GmbH , bietet eine umfassende Markt- und Technologieanalyse. Unterstützt wurde die Untersuchung von Plastics Europe Deutschland , dem Verband der Chemischen Industrie (VCI) sowie der IK Industrievereinigung Kunststoffverpackungen . Chemisches Recycling beschreibt Verfahren, bei denen Kunststoffabfälle durch Änderung ihrer chemischen Struktur in Monomere, Öle oder Grundchemikalien umgewandelt werden. Zu den zentralen Technologien zählen Pyrolyse/Verölung , Solvolyse und Gasifizierung . Geringe Kapazitäten, hohes Entwicklungspotenzial Laut Studie befand sich das chemische Recycling 2024 in Deutschland noch nicht im großindustriellen Maßstab. Die Input-Kapazität lag bei rund 30,2 Kilotonnen pro Jahr , während das mechanische Recycling mit etwa 2,44 Millionen Tonnen pro Jahr den mit Abstand größten Anteil der stofflichen Verwertung ausmacht. Mit 29,7 Kilotonnen pro Jahr ist die Pyrolyse aktuell die technologisch und mengenmäßig bedeutendste Form des chemischen Recyclings. Solvolyse (0,5 Kilotonnen) und Gasifizierung (<0,1 Kilotonnen) spielen bislang nur eine untergeordnete Rolle. Als wichtigste Inputmaterialien dienen Altreifen (66%) sowie Verpackungsabfälle aus der LVP-Sammlung (32%) . Die Grafik zeigt, dass das mechanische Recycling 2023 den mit Abstand größten Anteil an der stofflichen Verwertung von Post-Consumer-Kunststoffabfällen in Deutschland hatte, während chemisches und physikalisches Recycling bislang nur geringe Mengen erreichten. Copyright: Conversio Chemisches Recycling: Szenarien bis 2030 und 2035 Für den Ausblick auf die kommenden Jahre entwickelt die Studie drei Szenarien: Konservativ: Berücksichtigt nur Anlagen im Bau Realistisch: Bezieht zusätzlich wahrscheinliche Projektumsetzungen ein Progressiv: Geht von der Realisierung aller angekündigten Anlagen aus Je nach Szenario könnte die Input-Kapazität des chemischen Recyclings bis 2035 auf 0,1 bis 0,8 Megatonnen pro Jahr steigen. Besonders die Pyrolyse dürfte dabei weiter an Bedeutung gewinnen. Großprojekte, wie eine von BP geplante Anlage mit bis zu 360 Kilotonnen Jahreskapazität , könnten die Entwicklung maßgeblich beeinflussen. Politische und technologische Rahmenbedingungen entscheidend Die Studie weist auch auf zentrale Herausforderungen hin: schwankende Inputqualitäten , hoher Energiebedarf sowie regulatorische Unsicherheiten bremsen derzeit Investitionen. Branchenverbände fordern daher klare politische Vorgaben, insbesondere zur Anrechnung chemischen Recyclings auf Recyclingquoten und zur Massenbilanzierung . Eine kostenfreie Kurzfassung der Studie steht auf der Website der BKV GmbH zum Download bereit. Die ausführliche Langfassung kann dort ebenfalls bestellt werden. Aussteller und Produkte rund ums Recycling Recyclinganlagen Separier- & Sortiersysteme für Abfälle Zerkleinerungsmaschinen (Brecher, Zerfaserer, Mahlanlagen) Aufbereitungsanlagen Rezyklate Quelle BKV GmbH Auf einen Blick Chemisches Recycling spielt in Deutschland bislang nur eine Nebenrolle, bietet aber großes Potenzial für Kunststoffabfälle, die mechanisch kaum verwertbar sind. Die BKV-Studie zeigt: Pyrolyse ist technologisch am weitesten entwickelt, doch klare politische Rahmenbedingungen sind entscheidend, damit Investitionen und Kapazitätsaufbau bis 2035 tatsächlich gelingen. Mehr rund um Science

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25.07.2023

Kunststoffbauteile mit längerer Lebenszeit - Mikrokapseln ermöglichen selbstschmierende Kunststoffe

Selbstschmierende Kunststoffe sollen künftig den Verschleiß von Bauteilen drastisch reduzieren. Bild: Shutterstock/asharkyu 10.05.2021 23 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs können auf Reibungsverluste zurückgeführt werden. Bauteile mit reduzierter Reibung stellen daher einen wichtigen Beitrag dar, um Ressourcen zu schonen und Klimaschutzziele zu erreichen. Bei Kunststoffen kann geringere Reibung auch Mikroplastik in der Umwelt reduzieren. Mit der Entwicklung schmierstoffgefüllter Mikrokapseln für Kunststoffe unterstützen das Potsdamer Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP und das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg diese Ziele. Ihre selbstschmierenden Kunststoffe erzielen bis zu 85 Prozent weniger Verschleiß. Seit März 2021 wird das erfolgreiche Forschungsvorhaben für zwei Jahre fortgeführt. Ob bei Schiebetüren, Laminat , Zahnrädern aus Kunststoff oder anderen beweglichen Bauteilen – es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen Materialien Reibung ausgesetzt sind. Kunststoffhersteller integrieren daher manchmal feste Schmierstoffe in Kunststoffe, um den Verschleiß von Bauteilen zu verringern. Jedoch gibt es nur eine relativ geringe Anzahl an festen Schmierstoffen, die für die Kunststoffverarbeitung geeignet sind. Bei flüssigen Schmierstoffen gibt es hingegen eine deutlich größere Bandbreite, teilweise mit höherer Effektivität. In einer Kooperation ist es den beiden Forschungseinrichtungen gelungen, flüssige Schmierstoffe so zu verkapseln, dass sie als Funktionsstoffe in Polymere eingebracht werden und später im Bauteil alle Vorteile einer Flüssig-Schmierwirkung entfalten können. 85 Prozent weniger Verschleiß "Wir haben es geschafft, mit flüssigem Schmierstoff gefüllte Mikrokapseln des Fraunhofer IAP über einen Doppelschneckenextruder in Thermoplaste einzuarbeiten. Die Herausforderung dabei war, dass die Wände der Kapseln bei der Verarbeitung hohe Temperaturen überstehen müssen, ohne sich zu öffnen. Erst wenn bei dem späteren Bauteil Reibung entsteht, dürfen die Kapseln aufbrechen und den Schmierstoff freisetzen. Das Bauteil schmiert sich dann sozusagen selber", erklärt Moritz Grünewald, Forscher in der Gruppe Materialentwicklung am Kunststoff-Zentrum SKZ. "Unsere Reib- und Verschleißuntersuchungen zeigten an Kunststoff-Stahl-Paarungen einen Rückgang des Verschleißes von bis zu 85 Prozent. Bauteile halten somit deutlich länger und erzeugen weniger Mikroplastik." Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird das Materialsystem für mögliche Anwendungen weiter optimiert. Der Fokus der Entwicklung liegt nun auf verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften der selbstschmierenden Kunststoffe. Verstärkung selbstschmierender Kunststoffe Durch den zusätzlichen Einsatz von Verstärkungsstoffen wie Fasern, sollen die selbstschmierenden Kunststoffe mechanisch belastbarer werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens untersuchen die Forscherinnen und Forscher, welcher Fasertyp sich dazu am besten eignet und wie die Mikrokapseln optimal an die Kunststoffmatrix angebunden werden können. Außerdem sollen die Kapseln auch in höher schmelzende Kunststoffe eingebracht werden, um die technischen Einsatzmöglichkeiten weiter zu steigern. Dazu werden in enger Zusammenarbeit der Projektpartner noch stabilere Kapselwandmaterialien entwickelt. "Die Herausforderung besteht vor allem darin, dass die Kapseln erst beim Reibkontakt in der finalen Anwendung aufbrechen dürfen. Bringen wir aber zusätzlich Fasern ein und erhöhen die Temperaturen, steigen die Belastungen auf die Kapseln schon während des Mischprozesses", so Dr. Alexandra Latnikova, Spezialistin für Mikroverkapselung am Fraunhofer IAP. Ihr Team am Fraunhofer IAP entwickelt die Kapselsysteme. Großes Interesse der Kunststoffindustrie Zahlreiche Anfragen aus der Industrie verdeutlichen den Bedarf an neuartigen Kunststoffen, die mit optimierten Reib- und Verschleißeigenschaften ausgestattet sind. Die Mikroverkapselungstechnologie hat dabei große Vorteile für die Firmen: die große Bandbreite an flüssigen und hochentwickelten Schmierstoffen können nun als sich selbst freisetzende, interne Schmiermittel genutzt werden. Begleitet wird das Projekt von einem Ausschuss, in dem Firmen aus allen Bereichen der Kunststoffindustrie, Schmierstoffhersteller und Mikroverkapseler vertreten sind. Das Projekt ist für weitere Partner offen. Quelle Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP Mehr Science

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25.07.2023

Umweltfreundliche Kunststoffprodukte aus Bioabfällen

Bioabfälle aus der Lebensmittelindustrie sollen einer natürlichen Wiederverwendung zugeführt werden. Foto: PantherMedia / stokkete (YAYMicro) 01.04.2021 Gibt es im Supermarkt bald Verpackungen mit Bioabfällen oder Landwirtschaftsfolien mit Kaffeesatz? Am Institut für angewandte Biopolymerforschung der Hochschule Hof (ibp) möchte eine Nachwuchsforschergruppe den Einfluss natürlicher Strahlung und biogener Reststoffe auf die Eigenschaften und Struktur von Biopolymeren erforschen. Damit könnten diese Biokunststoffe in Zukunft für eine nachhaltige Produktwirtschaft interessant werden. Unter anderem sollen Bioabfälle aus der Lebensmittelindustrie und Forstwirtschaft in die Biokunststoffmischungen eingesetzt und so einer natürlichen Wiederverwendung zugeführt werden. Am Anfang steht eine ernüchternde Zahl: Lediglich 0,4% der weltweiten Kunststoffprodukte bestehen aus Biokunststoffen, d.h. Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Der Grund hierfür liegt in der noch teilweise komplexen Produktion, den gering-verfügbaren Mengen und dadurch vergleichsweise höheren Preisen. Zudem verhindern derzeit auch die technischen Eigenschaften der Biopolymere ihren flächendeckenden Einsatz in der Industrie. Das nachhaltig zu ändern, hat sich nun eine fünfköpfige Nachwuchsforschergruppe um den Forschungsgruppenleiter Dr. Mirko Rennert vorgenommen. Ab März 2021 beginnt unter dem Namen "EISBiR" ("Einfluss von ionisierender Strahlung auf die Eigenschaften und Verarbeitung von Biokunststoffen sowie biogener Roh- und Reststoffen als funktionale Füll- und Verstärkerstoffe ") ein Projekt, das auf seinem Feld echte Grundlagenforschung betreiben möchte: "Die Nutzung biogener Ressourcen anstelle fossiler Rohstoffe zur Herstellung stabiler Biokunststoffprodukte ist eine zentrale Herausforderung der Bioökonomie. Wir möchten die Eigenschaften der nachwachsenden Rohstoffe so verändern, dass auf unnötige Chemikalien verzichtet werden kann und Produkte, unabhängig Ihrer Lebensdauer wieder einer Kreislaufwirtschaft zugeführt werden können. Dafür nehmen wir uns natürliche Vorbilder, wie die Schalen von Obst und Gemüse, die mit nur wenigen Inhaltsstoffen effektive Wirkungen und Produktschutz ermöglichen", so Dr. Mirko Rennert. Dabei setzt man auf zwei unterschiedliche Wege: Die Wissenschaftler möchten einerseits den bereits vielfältig genutzten Einfluss von ionisierender Strahlung untersuchen, um so die innere Struktur der Biokunststoffe zu verändern: "Ionisierende Strahlung kann gezielt auf die innere Vernetzung oder Abbau der Kunststoffketten wirken. Diese Vernetzung entscheidet zum Beispiel darüber, wie biegsam oder wie hart ein Kunststoff ist. Wir möchten im Rahmen umfangreicher Versuchsreihen herausfinden, wie stark diese Eigenschaften durch Bestrahlung modifizierbar sind, um sie für technische Anwendungen nutzen zu können. Auch UV-Licht gehört dazu und wird untersucht, damit Anwendungen im Freien durch Sonneneinstrahlung nicht vorzeitig versagen", ergänzt der stellvertretende Forschergruppenleiter David Krieg. Der Vorteil einer solchen Technik läge auf der Hand: Die Eigenschaften eines Biokunststoffes aus demselben Rohstoff könnten gezielt für verschiedene Anwendungen eingestellt werden. Dadurch ließe sich der Einsatz unnötiger Füllstoffe verhindern und die Biokunststoffe könnten einer natürlichen Wiederverwendung im Sinne der Kreislaufwirtschaft zugeführt werden. Ein zweiter Schwerpunkt des beginnenden Forschungsvorhabens ist die Untersuchung biogener Reststoffe als natürliche Additive: "Ziel ist es die Änderung der Eigenschaften auch durch eine pflanzenbasierte Ergänzung der Biokunststoffe zu erreichen. Die Inhaltsstoffe aus Rindenmulch stellen nicht nur eine guten Winterschutz für Böden dar, sondern können auch die Lebensdauer von Biokunststoffen verlängern, so wie die Rinde den Baum vor Witterung schützt", sagt Dr. Mirko Rennert. Der biologische Kreislauf wäre damit geschlossen und auch hier ergäben sich positive Effekte für den Preis der umweltfreundlichen Biokunststoffe: "Biologische Reststoffe fallen als günstiger Abfallstoff an oder müssen sogar kostenpflichtig entsorgt werden. Diese sinnvoll Biokunstoffen zuzufügen, könnte den Preis der aktuell noch teuren Biopolymere reduzieren und einen Einsatz in der Industrie attraktiver machen." Das Projekt "EISBiR" findet unter der Trägerschaft der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) statt. Das Projekt wird zunächst für 3 Jahre vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert und bei einer erfolgreichen Evaluation um zwei weitere Jahre verlängert. Die mögliche Gesamtfördersumme beläuft sich auf ca. 2 Mio. EUR. Quelle Hochschule Hof Mehr Science

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25.07.2023

Von Medizintechnik bis zum Sportartikel – biokompatible und nachhaltige Kunststoffe

Schläuche für die Medizintechnik sind eines von vielzähligen Anwendungsgebieten für Polyurethane. Foto: Fraunhofer IAP 15.11.2021 Polyurethan ist ein Tausendsassa: Diese Kunststoffklasse wird als Schaumstoff für Matratzen genutzt wie auch als Verpackungsmaterial, als elastisches Material für Sportartikel, als Dichtungsmaterial, Lack, Klebstoff, Bauschaum und noch viel mehr. Selbst in der Medizintechnik findet das Material Einsatz – etwa in Form von Schläuchen für intravenöse Katheter. Forscherinnen und Forscher aus den Fraunhofer-Instituten für Angewandte Polymerforschung IAP, für Chemische Technologien ICT, für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT gehen nun neue Wege, um diese Kunststoffklasse nachhaltig und ohne Verwendung toxischer Materialien herzustellen. Üblicherweise verwendet man für die Herstellung von Polyurethanen ein Baukastensystem aus drei Komponenten: Isocyanate, Kettenverlängerer und Polyole. Die Produkteigenschaften lassen sich über Rezeptur und Prozessparameter sehr genau steuern. Das Produkt entsteht innerhalb weniger Minuten – dies ist auf die hohe Reaktivität der Isocyanate zurückzuführen. Das Manko: Isocyanate sind toxisch und sensibilisierend, können also Allergien und Asthma auslösen. Die Europäische Chemikalienagentur EChA hat daher eine Beschränkung beschlossen: Ab 2023 dürfen nur noch speziell dafür geschulte Personen mit Formulierungen arbeiten, die mehr als 0,1 Prozent Isocyanat enthalten. Aussteller und Produkte rund um Rohstoffe und Hilfsstoffe: Thermoplaste Thermoplastische Elastomere Zusatzstoffe Verstärkungsfasern, Verstärkungsstoffe Ausgangsstoffe, Vorprodukte "Mit unserer neuen Synthese können wir auf die toxischen Isocyanate verzichten und somit sichere Produktionsprozesse ermöglichen. Auch ist das so produzierte Polyurethan als biokompatibel zertifizierbar", fasst Dr. Christoph Herfurth, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP und Koordinator des Projekts, zusammen. Dazu haben die Forschenden die Isocyanate durch Dicarbamat ersetzt. Das Ziel: Der Prozess soll effizient und industriell umsetzbar sein. Auch arbeiten die Forscherteams derzeit an nachhaltigeren Treibmitteln für das Aufschäumen der Polyurethane. "Statt fossile Energieträger wie Erdöl oder Erdgas als Kohlenstoffquelle für die Polyurethane zu verwenden, nutzen wir Kohlenstoffdioxid und Polyurethan-Rezyklate", erläutert Herfurth. "Auf diese Weise führen wir den Kohlenstoff im Kreislauf und sorgen dafür, dass weniger klimaschädliches CO2 in die Atmosphäre gelangt." Generell funktioniert dieser Prozess bereits – nötig sind Druck sowie erhöhte Temperaturen. Die Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Institute arbeiten derzeit daran, die Abläufe zu optimieren. Im Projekt werden zunächst Bausteine für die Polyurethan-Herstellung entwickelt. Auch wird das Forscherteam Beziehungen zwischen den Prozessparametern und Struktureigenschaften untersuchen: Wie erzielt man die Eigenschaften, die konventionelle Polyurethane so vielseitig machen? Drei verschiedene Demonstratoren sollen die verschiedenen Einsatzgebiete des neuen Polyurethans veranschaulichen: Der erste Demonstrator besteht in nachhaltigen Schläuchen für die Medizintechnik – hier werden nur vergleichsweise geringe Mengen an Polyurethanen benötigt. Das erleichtert die Einführung eines neuen Produkts. In einem zweiten Fall werden am Fraunhofer IFAM Klebstoffe entsprechend dem Baukastensystem entwickelt, um Kanülen an den medizinischen Schlauch kleben zu können, beispielsweise für Katheter. Als dritter Demonstrator stehen Schaumstoffe auf der Agenda und damit auch Verarbeitungstechnologien für Massenprodukte. Quelle Fraunhofer-Gesellschaft Mehr Science

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25.07.2023

Umwandlung von Plastikabfällen in Nahrung

Ting Lu und Stephen Techtmann erhalten mit 1 Mio. € dotierten Future Insight Prize 2021 Quelle: Unsplash 11.10.2021 Merck hat die Gewinner seines Future Insight Prize 2021 bekannt gegeben. Der mit 1 Mio. € dotierte Preis in der diesjährigen Kategorie "Food Generation" wurde im Rahmen der Future Insight Days in Darmstadt an Ting Lu, Professor für Bioengineering an der University of Illinois Urbana-Champaign, USA, sowie Stephen Techtmann, Associate Professor für Biowissenschaften an der Michigan Technological University, USA, vergeben. Die beiden Wissenschaftler zersetzen in ihrem Projekt Plastikabfall mithilfe von Mikroorganismen und erzeugen anschließend aus den Abbauprodukten Protein als Nahrungsbausteine. Anlässlich der Future Insight Days 2021 wurde am Vortag der Verleihung des Future Insight Prize zudem der mit 30.000 € dotierte Spinoff Prize an das Start-up HighT-Tech mit Sitz im US-Bundesstaat Maryland vergeben. "Die Gewinner des diesjährigen Future Insight Prize haben eine bahnbrechende Technologie entwickelt, mit der zukünftig sichere Nahrungsmittel auf nachhaltige Weise erzeugt und gleichzeitig die durch Plastikabfall und konventionelle Landwirtschaft verursachten Umweltbelastungen reduziert werden könnten", sagte Belén Garijo, Vorsitzende der Geschäftsleitung von Merck. "Wir gratulieren Ting Lu und Stephen Techtmann zu ihrer vielversprechenden Forschung und hoffen, dass der Future Insight Prize ihre Arbeit weiter voranbringen wird." Aussteller und Produkte rund um Recycling: Compounds/Rezyklate Zerkleinerungsmaschinen (Brecher, Zerfaserer, Mahlanlagen) Extrusionsanlagen zum Aufbereiten (Compoundieren) Recyclinganlagen "Der Schwerpunkt meines Labors liegt auf der synthetischen Mikrobiologie, bei der die Funktionen mikrobieller Zellen mithilfe von speziell entwickelten genetischen Schaltkreisen programmiert werden, um biologische Designprinzipien aufzudecken und biotechnologische Anwendungen voranzutreiben", sagte Ting Lu. "Die in unserer Umwelt vorkommenden Mikroorganismen sind in der Lage, als Katalysatoren für eine ganze Reihe an chemischen Reaktionen zu fungieren, von denen viele für industrielle Anwendungen relevant sein könnten. Mein Labor untersucht, wie komplexe mikrobielle Gemeinschaften kooperieren können, um Funktionen zu erfüllen, die für die Industrie von Interesse sind", sagte Stephen Techtmann. Beide Preisträger bedankten sich auf der Veranstaltung bei Merck für die gemeinsame Auszeichnung und das damit verbundene Preisgeld von 1 Mio. €, mit dem sie ihre Forschung vorantreiben können: "Mit unserer gemeinsamen Forschung wollen wir den in aller Welt erzeugten Plastikmüll in etwas Wertvolles umwandeln: Nahrung und Treibstoff." Der Name ihres gemeinsamen Forschungsprojekts lautet "From Waste to Food: A Generator of Future Food". Erforscht wird in diesem Zusammenhang eine effiziente, wirtschaftliche und vielseitig einsetzbare Technologie zur Umwandlung von Abfallprodukten z. B. aus Plastik in Nahrungsmittel, die alle benötigten Nährstoffe enthalten, ungiftig sowie förderlich für die Gesundheit sind und sich zudem je nach Bedarf modifizieren lassen. Die Technologie verfügt somit über das Potenzial, Abfallprodukte in ernährungsphysiologisch wertvolle Inhaltsstoffe umzuwandeln und damit zwei Probleme auf einen Schlag zu lösen: die Nahrungsmittelknappheit angesichts der wachsenden Weltbevölkerung und die Entsorgung von Plastikmüll. Die in Entwicklung befindliche Technologie setzt auf synthetische mikrobielle Gemeinschaften – eine Kombination aus natürlichen und gezielt gentechnisch veränderten Mikroorganismen – zur effizienten Umwandlung von Abfällen in Nahrung. Mit dem Forschungsprojekt sind vier Ziele verknüpft: Proof-of-Concept für die direkte Umwandlung von Polyethylenterephthalat (PET) in Proteinpulver (Ziel 1), Erhöhung der Biosicherheit für die erzeugten Nahrungsmittel und die Umwelt (Ziel 2), Integration von Nährstoffen und gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen (Ziel 3) sowie Ausweitung der Technologie auf andere Kunststoff- oder Abfallarten (Ziel 4). Die Forschungsarbeit wird als bahnbrechende Innovation den Grundstein für die Erzeugung von Nahrungsmitteln legen. Erstmals ausgelobt wurde der Future Insight Prize von Merck im Jahr 2018. Der mit bis zu 1 Mio. € dotierte Wissenschaftspreis wird seit 2019 jährlich für wegweisende Forschung zur Realisierung von vier visionären sogenannten "Dream Products" vergeben: 2019: Pandemic Protector – schnellerer Schutz vor neu auftretenden Krankheitserregern (Bereich Gesundheit) 2020: Multi-Drug Resistance Breaker – Lösung des Problems der antibakteriellen Resistenz gegen zahlreiche Antibiotika (Bereich Gesundheit) 2021: Food Generation – Technologie, die einen Beitrag zur Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung leistet (Bereich Ernährung), indem sie die Umwandlung jeglicher nicht essbarer Biomasse in ohne weitere Verarbeitung verzehrbare, nährstoffreiche Nahrung ermöglicht 2022: CO 2 -to-Fuel Converter – Treibstofferzeugung durch photokatalytische Umwandlung von atmosphärischem CO 2 (Bereich Energie). Bewerbungen für diese Kategorie können noch bis 31. Dezember 2021 hier eingereicht werden. Die Gewinner des Future Insight Prize 2019 und damit die ersten Preisträger überhaupt waren die Forscherin Pardis Sabeti von der Harvard University und dem Broad Institute of MIT and Harvard (Cambridge, Massachusetts, USA) sowie James Crowe vom Vanderbilt University Medical Center (Nashville, Tennessee, USA). Die beiden Wissenschaftler wurden für ihre Forschung ausgezeichnet, die den Grundstein für die spätere Realisierung eines "Pandemic Protector" zum Schutz vor Pandemien legen könnte. Den Future Insight Prize 2020 in der Kategorie "Multi-Drug Resistance Breaker" vergab Merck an Stephan Sieber von der Technischen Universität München für dessen wissenschaftliche Forschung zur Überwindung von Antibiotikaresistenzen. Im Rahmen der Future Insight Days 2021 erfolgte die Vergabe des Spinoff Prize. Der Spinoff Prize wird vom Wissenschaftsverlag Nature Research gemeinsam mit Merck ausgelobt, um weltweit herausragende Leistungen bei der Kommerzialisierung akademischer Forschung durch Unternehmensausgründungen, sogenannte "Spin-offs", zu würdigen. Verliehen wurde er in diesem Jahr an das Start-up HighT-Tech mit Sitz in College Park im US-Bundesstaat Maryland. Das 2019 als Ausgründung der University of Maryland und der Johns Hopkins University hervorgegangene Unternehmen ist auf disruptive Materialwissenschaft spezialisiert. Überreicht wurde die mit einem Preisgeld von 30.000 € versehene Auszeichnung von Magdalena Skipper, Chefredakteurin von Nature. Als weitere Finalisten vertreten waren gestern die britischen Start-ups Cambridge Photon Technology, ein Anbieter von Fotovoltaik-Modulen mit Sitz in Cambridge, Großbritannien; das ebenfalls in Cambridge ansässige Spin-off Bilitech mit Schwerpunkt auf Lösungen für die regenerative Medizin sowie Neuronostics aus Bristol, Großbritannien, das auf Medizintechnik spezialisiert ist. Quelle Merck Mehr Science

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25.07.2023

Nachhaltige Schaumstoffe: Hochschule Kaiserslautern forscht in internationalem EU-Projekt

Polyurethane kommen in vielen alltäglichen Anwendungen aufgrund ihrer hervorragenden Materialeigenschaften vor, BIOMAT hat als Ziel diese nachhaltig herzustellen. Quelle: HS Kaiserslautern 14.06.2021 Acht Nationen forschen im Projekt BIOMAT gemeinsam an der Entwicklung nachhaltiger Schaumstoffe und Verbundwerkstoffe mit einem hohen Anteil nachwachsender Rohstoffe. Die Hochschule Kaiserslautern bringt hier die Expertise von drei Forschenden vom Campus Pirmasens ein. Acht Nationen forschen im Projekt BIOMAT gemeinsam an der Entwicklung nachhaltiger Schaumstoffe und Verbundwerkstoffe mit einem hohen Anteil nachwachsender Rohstoffe. Die Hochschule Kaiserslautern bringt hier die Expertise von drei Forschenden vom Campus Pirmasens ein. Neben Deutschland sind in diesem Projekt aus dem EU-Förderprogramm für Forschung und Innovation Horizon 2020 Frankreich, Großbritannien, Israel, Italien, Lettland, Portugal und Spanien beteiligt. Aussteller und Produkte rund um Schaumstoffe: Grundprodukte PU Ethylen/Vinylacetat-Schaumstoffe (EVA) Polyethylen-Schaumstoffe (PE) Polypropylen-Schaumstoff (EPP) Polyurethan Gießharze (PUR) Polyurethan Hart-Schaumstoff-Systeme Polyurethan Halbhart-Schaumstoff-Systeme Polyurethan Weich-Schaumstoff-Systeme Die Menge der, bei der Herstellung von Schaumstoffen erzeugten, Treibhausgase um 30 – 50 Prozent zu senken und mehr als die Hälfte des verwendeten Materials durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen, ist Ziel des Projekts. Dass dabei Nanofüllstoffe auf der Basis von Abfallstoffen aus der Agrarindustrie, wie z.B. Reisspelzen, die ansonsten keine weitere Verwendung hätten, genutzt werden, verbessert die Nachhaltigkeitsbilanz zusätzlich. Als weiterer Nachhaltigkeitsaspekt sollen gleichzeitig Materialeigenschaften wie Haltbarkeit verbessert werden. Um hierbei und bei der Entwicklung weiterer Verbundwerkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen erfolgreich zu sein, bringt das ebenfalls international besetzte Team vom Fachbereich Angewandte Logistik- und Polymerwissenschaften am Hochschul-Campus Pirmasens seine je eigene Forschung ein. Prof. Dr. Luisa Medina aus Spanien forscht im Bereich der Faserverbundwerkstoffe an der Hybridisierung von pflanzlichen Naturfasern mit Hochleistungs-Naturfasern. Sie kombiniert Pflanzenfasern wie Flachs, Hanf und Kenaf, die ein großes Potential als Verstärkung aufweisen, jedoch begrenzte mechanische Eigenschaften haben, mit anorganischen Hochleistungs-Naturfasern aus Basalt. Mit diesen mineralischen Naturfasern aus basaltischen Naturgesteinen ist es möglich, einen Verbund mit einem hohen Eigenschaftsprofil herzustellen, ohne dabei den Anteil an nachwachsenden Rohstoffen zu verringern. Prof. Dr. Gregor Grun beschäftigt sich in seinem Forschungsgebiet mit der Frage, wie polymere Werkstoffe nachhaltiger gestaltet werden können, um den Einfluss auf die Umwelt wie z.B. ihren CO2-Fußabdruck zu verringern. Eine wichtige Werkstoffklasse, die in unserem täglichen Leben allgegenwärtig ist, ist die Werkstoffklasse der Polyurethane, die z.B. in verschleißfesten Oberflächen im Automobil, in Hochleistungs-Klebstoffen oder auch in Schaumstoffen für Matratzen eingesetzt werden. Hier möglichst hohe Anteile nachwachsender Rohstoffe einzusetzen und gleichzeitig die Materialeigenschaften durch Nanofüllstoffe zu verbessern, ist das Ziel der Untersuchungen. Der Polymerchemiker, Prof. PhD Sergiy Grishchuk aus der Ukraine leitet das Projekt auf Seite der Hochschule und freut sich nicht nur über die rund 1,3 Mio. € Projektmittel, die eingeworben werden konnten, sondern auch über den gesamten Mehrwert für die Hochschule: "Die Möglichkeit des interdisziplinären Austauschs in einem solchen internationalen Forschungsteam, steigert das Innovations- und Forschungspotential an der Hochschule, wovon auch die Qualität in der Lehre profitiert." In seiner Umsetzung an der Hochschule Kaiserslautern unterstützt wird das Projekt von Dr. Jessica Weyer aus dem Referat Forschung und Projektkoordination der Hochschule. Sie begleitet in ihrer Funktion als EU-Referentin für Forschung internationale Forschungsprojekte. Als Teil des internationalen Gesamtprojekts, bei dem insgesamt 12 Servicestellen bei unterschiedlichen Projektpartnern etabliert werden, um einen sichtbaren Beitrag zur Umsetzung der europäischen Nachhaltigkeitsstrategie zu leisten, wird am Campus Pirmasens der Hochschule Kaiserslautern eine Service-Stelle für die Entwicklung von neuen biobasierten Weichschaumstoffen für Matratzen und Polstermöbel aufgebaut. Dafür wird eine spezielle Verarbeitungsanlage installiert. Ein spezifisches Design der Anlage wird eine sparsame und effektive Entwicklung von neuen Schaumstoff-Formulierungen sowie Testung von neuen Biopolyolen und Additiven ermöglichen. Außerdem werden die Dosierlinien so ausgelegt, dass nicht nur die Entwicklung von weichen Schäumen, sondern auch von Hartschäumen und nicht aufgeschäumten Polyurethanformulierungen ermöglicht wird, um ein breiteres Servicespektrum für mehrere Industriebranchen anbieten zu können. Ein weiterer Vorteil der Anlage ist, dass die Verarbeitungsparameter nahezu identisch zu solchen an den industriellen Herstellungsanlagen realisierbar sind, was einen einfachen Technologietransfer und ein unkompliziertes Hochskalieren auf das Industrie-Niveau ermöglicht. Außerdem wird die Anlage für die Lernzwecke und Ausbildung von qualifiziertem Personal zur Verfügung stehen. Quelle Hochschule Kaiserslautern Mehr Science

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25.07.2023

Antivirale Beschichtungen für Kunststoffe

Die Keimzahl auf häufig berührten Oberflächen kann durch eine antimikrobielle und antivirale Beschichtung deutlich reduziert werden. Quelle: PantherMedia / psodaz (YAYMicro) 01.06.2021 Am Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe an der Montanuniversität Leoben wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Luxinergy GmbH ein Verfahren entwickelt, mit dem eine biozide Schicht auf bestimmte Kunststoffe – sogenannte Photopolymere – aufgebracht werden kann. Auf alltagsüblichen Gegenständen wie Türgriffen, Handläufen oder auch am Kinderspielzeug tummeln sich eine Vielzahl von krankheitserregenden Mikroorganismen wie Viren oder Bakterien, die Ursache für Infektionen werden können. Die Keimzahl auf solch häufig berührten Oberflächen kann aber durch eine antimikrobielle und antivirale Beschichtung deutlich reduziert werden, und es können Bakterien und Viren sogar gänzlich deaktiviert werden. In Kooperation mit der Medizinischen Universität Graz konnte die Wirkung der Beschichtung jetzt nachgewiesen werden: Für ausgewählte Bakteriophagen (das sind Modellviren u. a. für SARS-2- und Influenza-Viren) wurde gezeigt, dass eine nahezu vollständige Deaktivierung aufgrund der Beschichtung innerhalb von 30 Minuten erfolgt. Ein Team aus Wissenschaftlern der Montanuniversität Leoben rund um Univ.-Prof. Thomas Grießer und Romana Schwarz, MSc vom Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe, hat bereits im März 2020 während des ersten Corona-Lockdowns mit einer Sondergenehmigung an einer solchen Beschichtung geforscht. Einfaches Verfahren – zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten Photopolymere werden durch UV induzierte Polymerisation – also durch die Bestrahlung mit (UV-) Licht – hergestellt bzw. ausgehärtet. Neben klassischen Einsatzgebieten wie UV-härtenden Tintensystemen oder Lacken und Beschichtungen für Möbel und Fußböden, werden sie mittlerweile auch in der additiven Fertigung eingesetzt. Mittels Stereolithographie, einem auf Flüssigharz basiertem 3-D-Druck-Verfahren, können die Photopolymere zu hochwertigen, maßgeschneiderten Produkten zum Beispiel für Luftfahrt, Automobilbau oder Medizintechnik verarbeitet werden. "In unseren Versuchen zeigte sich, dass eine Beschichtung aus Kupfer-Nanopartikeln eine starke antivirale Wirksamkeit aufweist. Innerhalb kürzester Zeit wurden die untersuchten Viren abgetötet", erläutert Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.Thomas Grießer. Es wurde bereits in vielen Studien nachgewiesen, dass das Metall Kupfer eine starke antivirale Aktivität aufweist – es kann Viren, die unter anderem Bronchitis, Polio, Herpes-Simplex oder auch Influenza und Masern auslösen, innerhalb von Minuten töten. "Wir haben uns bei der Beschichtung die besondere Oberflächenbeschaffenheit von Photopolymeren zu Nutze gemacht. Es werden antiviral wirksame Nanopartikel durch eine einfache chemische Reaktion an die Oberfläche gebunden, und bleiben dort fest verankert", erklärt Romana Schwarz, MSc, Doktorandin bei Prof. Grießer. Die Aufbringung dieser antiviralen Schicht gestaltet sich sehr einfach. Das Photopolymer wird hierzu in eine wässrige Lösung von Kupfer-Nanopartikel eingelegt. Bereits nach kurzer Zeit binden sich die Nanopartikel an die Oberfläche des Kunststoffs. Bei Labortests erfolgreich Die Wirkung der Beschichtung wurde nun an der Medizinischen Universität Graz getestet. Dabei wurden die Testflächen zwei verschiedenen Modellviren ausgesetzt und anschließend überprüft, ob nach der Einwirkzeit auf der Testfläche noch infektiöse Viren vorhanden sind. "Mit Testviren, die Corona-Viren in ihrem Verhalten sehr ähneln, haben wir bei uns am D & F Institut für Hygiene, Mikrobiologie und Umweltmedizin die entwickelte Beschichtung ausgiebig getestet. Wir kamen zu dem Ergebnis, dass innerhalb von 30 Minuten die Viruslast deutlich verringert war bzw. die Viren ganz deaktiviert wurden", unterstreicht Priv. Doz. Mag. Dr. Clemens Kittinger, vom Diagnostik- & Forschungszentrum für Molekulare BioMedizin, Medizinische Universität Graz. Dieses Verfahren wurde kürzlich zum Patent eingereicht. Derzeit wird die Wirkung der Kupfer-Nanopartikel auf unterschiedliche Bakterienstämme untersucht. Parallel dazu testet die Firma Luxinergy GmbH dieses Verfahren für die Beschichtung von 3-D-gedruckten Medizinprodukten Quelle Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Mehr Science

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25.07.2023

Brandsichere und biobasierte Faserverbundwerkstoffe für den strukturellen Leichtbau in Schiffen

Ausgangsmaterialien für die Entwicklung von feuerfesten und biobasierten Faserverbundwerkstoffen für den strukturellen Leichtbau in Schiffen. Bild: Fraunhofer IFAM 01.06.2021 Faserverstärkte Kunststoffe haben als Leichtbaumaterial das Potenzial, die Ökobilanz von Schiffen zu verbessern. Basieren Fasern und Kunststoffmatrix auf nachwachsenden Rohstoffen, kann der ökologische Fußabdruck weiter reduziert werden. Eine Integration dieser Werkstoffe als strukturelle Komponenten ist nicht Stand der Technik und erfordert neue Konzepte im Schiffbau. Insbesondere für Passagierschiffe gelten zudem strenge Sicherheitsbestimmungen und Brandschutzanforderungen. Ziel des Forschungsprojektes "GreenLight" ist die Entwicklung biobasierter Faserverbundwerkstoffe mit intrinsischer Brandsicherheit zum Einsatz für tragende Strukturen inklusive Fertigungs- und Recyclingkonzepten. Aufgrund des Leichtbaupotenzials werden Faserverbundkunststoffe (FVK) insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und mit steigendem Anteil auch im Schienenfahrzeug- und Bootsbau eingesetzt. Als Leichtbauwerkstoff sind glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) kostengünstig, korrosionsbeständig und es lassen sich daraus komplexe, mehrfach gekrümmte Bauteile herstellen. Beim Bau von Passagierschiffen sieht es derzeit anders aus: Dort dominieren immer noch Stahl und ein geringer Anteil an Aluminium, weil die notwendige Freigabe für den Einsatz in sog. SOLAS-Schiffen (International Convention for the Safety of Life on Sea) für lastragende Faserverbundkunststoffe noch nicht erteilt wurde. Aus gutem Grund gelten auf Passagierschiffen strengere Sicherheitsbestimmungen, die von der Internationalen Schifffahrtsorganisation "International Maritime Organisation (IMO)" der Vereinten Nationen durch weltweite Standards für die Sicherheit und den Betrieb von beispielsweise Kreuzfahrtschiffen vorgegeben werden. Die Richtlinie "Interim Guidelines for use of fibre reinforced plastic (FRP) elements within ship structures: fire safety issues" ist die Grundvoraussetzung für den Einsatz von FVK in SOLAS-Schiffen. Laut der "Interim Guidelines" können derzeit integrierte Strukturen oder nicht strukturelle Teile, die nicht zur Festigkeit des Schiffes beitragen, durch FVK ersetzt werden. Hier setzt das Projekt "GreenLight" an: Für lasttragende Komponenten sollen biobasierte Faserverbundwerkstoffe entwickelt werden, die zugleich die hohen Brandsicherheitsstandards erfüllen. Unter der Federführung des Fraunhofer IFAM bringen die Projektpartner MEYER WERFT GmbH & Co.KG und INVENT GmbH ihre Expertise zu Materialentwicklung, Fertigungsprozessen und Schiffbau ein. Begleitet wird das Vorhaben von vier weiteren assoziierten Partnern mit ihrer Erfahrung zu Materialien und Halbzeugen sowie deren Nachhaltigkeit, Zulassung und Betriebssicherheit. Aufgrund der Langlebigkeit der Materialien werden weitere Aspekt wie die Demontage sowie Bauteil- und Werkstoffkreisläufe bereits in der Konstruktions- und Werkstoffentwicklungsphase berücksichtigt. Brandsichere Faserverbundkunststoffe mit Potenzial für strukturelle Anwendungen In FVK-Bauteilen sind die Temperaturbeständigkeit und das Brandverhalten in hohem Maße von der organischen Polymermatrix abhängig. Unter Wärmebeaufschlagung tritt eine thermische Zersetzung des Polymers durch Pyrolysevorgänge auf, wobei die Zersetzungstemperatur, die entstehenden Gase, deren Brennbarkeit und Toxizität von der chemischen Struktur der verwendeten Polymere entscheidend beeinflusst werden. Um die Freigabe dieses Materials für SOLAS Schiffe zu erhalten, müssen insbesondere die hohen Brandschutzanforderungen erfüllt werden. Das "GreenLight"-Projektvorhaben setzt mit polybenzoxazinbasierten Verbundwerkstoffen an dieser Stelle an. Polybenzoxazine zeigen bzgl. des präventiven Brandschutzes vielversprechende Eigenschaften und zeichnen sich im Brandfall durch geringere Wärmefreisetzungsraten, eine geringere Rauchgasdichte und -toxizität aus. Sie zeigen auch ohne Verwendung von halogenierten Flammschutzmitteln ein großes Potenzial, den Anforderungen an den Brandschutz in verschiedenen Anwendungsbereichen gerecht zu werden. Mit diesem materialintrinsischen Lösungsansatz kann das Brandverhalten der FVKs den Anforderungen auch nach einer mechanischen Verformung der Komponenten durch beispielsweise Zusammenstöße oder Unfälle gerecht werden. Mit diesem Ansatz werden schwerpunktmäßig strukturelle Komponenten in einer Schiffsstruktur für einen Anwendungsbereich betrachtet, die über den Stand der Technik hinausgehen. So lassen sich zukünftig weitere Leichtbaupotenziale erschließen. Verbesserung der Ökobilanz durch biobasierte und sensorierte Materialien Vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung und dem Bestreben, die Rohstoffproduktivität zu steigern, spielen Rohstoffe, Fertigungsprozesse und die spätere Verwertung der Werkstoffe eine essenzielle Rolle. FVK, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, zeichnen sich gegenüber konventionellen, erdölbasierten Werkstoffen in der Regel durch einen über den gesamten Produktlebenszyklus betrachtet geringeren CO2-Fußabdruck aus. Auf Basis von Benzoxazinen sind chemisch, mechanisch und thermisch stabile und sogar biobasierte Polymere zugänglich. Für die Benzoxazin-Synthese sind phenolische Komponenten, Amine und Formaldehyde notwendig, wobei diese Komponenten aus konventionellen Erdölprodukten, aber auch aus nachwachsenden Rohstoffen, wie z. B. der Maisspindel oder Sesamsamen gewonnen werden können. Im Projekt "GreenLight" wird die Erforschung nachhaltiger benzoxazinbasierter Verbundwerkstoffe im Sinne einer nachhaltigen Chemie erfolgen. Dabei wird bei der Auswahl der Rohstoffe (Herkunft, Gewinnung etc.) ein besonderes Augenmerk auf die ökologischen und sozialen Faktoren im Rahmen einer Nachhaltigkeitsanalyse gelegt. Um den CO2-Fußabdruck weiter zu reduzieren, besteht zudem die Aufgabe für diese Materialien eine möglichst lange Lebens- und Betriebszeit zu erreichen. Für dieses Ziel, werden die Faserverbundkunststoffe mit Sensoren ausgestattet, die eine Zustandsüberwachung der Materialien im Betrieb erlauben. Mit dieser Sicherheit lässt sich die Auslegung der Werkstoffe in der Fertigung verbessern und die Anzahl der Wartungszyklen und der Wartungsaufwand reduzieren. Die Integration der Sensoren kann durch das Einbringen von folienbasierten oder gedruckten Sensoren in Form von Pasten erfolgen. Im Rahmen des "GreenLight"-Projektes werden diese Ansätze auf biobasierte Polybenzoxazine mit Basaltfaserverstärkung übertragen und Konzepte, mit denen die Daten aus den Sensoren für Structural Health Monitoring (SHM) genutzt werden können, entwickelt. Diese Daten bilden auch die Grundlage für einen digitalen Zwilling, welcher das Material über den gesamten Lebenszyklus (Design, Erstellung, Betrieb und Wiederverwertung) abbildet und für die Bewertung der Langzeiteigenschaften verwendet werden kann. Insbesondere die Hochleistungskunststoffe, wie die hier zu erforschenden benzoxazinbasierten Materialien, besitzen ein hohes Wertschöpfungspotenzial und sollen im Sinne einer stofflichen Aufwertung in alternativen Anwendungen wiederverwertet werden. Eine Wiederverwertung vorhandener Werkstoffe oder sogar Bauteile reduziert die Verwendung von Rohstoffen. Das setzt allerdings voraus, dass die Bauteile in werkstoffreine Komponenten zur weiteren werkstofflichen Nutzung demontiert werden können. Vor diesem Hintergrund ist das Thema der recyclinggerechten Konstruktionskonzepte zur Demontage von Werkstoffverbünden am Lebensende oder für eine notwendige Reparatur während der Betriebsdauer von Bedeutung. Quelle Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Mehr Science

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25.07.2023

Metallische Leitfähigkeit aus Kunststoff: neuer 2D-Polyanilin-Kristall setzt Maßstäbe in der organischen Elektronik

Forschungsteam entwickelt leitfähiges Polymer mit einzigartigem Ladungstransport – Potenzial für Elektrochemie, Sensorik und Elektronik Die Synthese des neuen leitfähigen Polymers erfolgt kontrolliert an der Wasseroberfläche. Copyright: Peng Zhang 21.04.2025 Ein internationales Forschungsteam hat einen zweidimensionalen Polyanilin-Kristall (2DPANI) entwickelt, der Strom ähnlich wie Metalle leitet – auch senkrecht zu seinen Schichten. Die neue Materialstruktur könnte die Entwicklung leistungsfähigerer organischer Elektronik und innovativer Anwendungen in der Energie- und Sensortechnik entscheidend vorantreiben. Durchbruch in der Polymerforschung: 3D-Leitfähigkeit mit 2DPANI Leitfähige Polymere wie Polyanilin sind seit Langem für ihre elektrischen Eigenschaften bekannt. Doch bisher war deren Leitfähigkeit auf die Ebene der Polymerketten beschränkt. Ein Forschungsteam der TU Dresden und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik Halle hat nun mit internationalen Partnern ein neues Material vorgestellt, das eine metallische Leitfähigkeit auch senkrecht zur Molekülebene zeigt – eine bahnbrechende Eigenschaft in der Welt der Kunststoffe. Geordnete Kristallstruktur für bessere elektrische Leistung Das sogenannte 2DPANI (zweidimensionales Polyanilin) basiert auf einer präzise angeordneten Kristallstruktur , die eine außergewöhnlich hohe Ladungsträgermobilität ermöglicht. Während herkömmliche leitfähige Polymere vor allem innerhalb ihrer Molekülketten Strom transportieren, erlaubt 2DPANI zusätzlich einen effektiven Ladungstransport zwischen den Schichten – ein Verhalten, das bisher nur von metallischen Materialien bekannt war. Die Forschenden sprechen von einem "out-of-plane" Ladungstransport , der durch die besondere Struktur des Polymers möglich wird. Simulation und Synthese in enger Zusammenarbeit Die theoretische Grundlage für das neue Material lieferte ein Team um Prof. Thomas Heine von der TU Dresden. Mithilfe von Simulationen am Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) in Görlitz konnte der metallische Charakter des Kristalls vorhergesagt werden. Die Synthese des Polymers übernahmen Xinliang Feng und sein Team am Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) sowie am Max-Planck-Institut. Die Materialanalyse ergab eine anisotrope Leitfähigkeit von 16 S/cm in der Ebene und 7 S/cm senkrecht zur Ebene – das entspricht einer Verbesserung um das Tausendfache gegenüber konventionellen Polymeren . Bei weiteren Messungen, unter anderem am CIC nanoGUNE in Spanien, wurde sogar eine Gleichstromleitfähigkeit von etwa 200 S/cm festgestellt. Perspektiven für Elektronik, Sensorik und Energieanwendungen Die Entdeckung hat großes Potenzial für Anwendungen in der organischen Elektronik , etwa in Sensoren, flexiblen Displays oder der elektromagnetischen Abschirmung. Besonders interessant ist auch die Möglichkeit, das Material als funktionelle Elektrode in elektro- und photoelektrochemischen Systemen einzusetzen – beispielsweise zur Wasserstoffproduktion. Da das Material aus nichtmetallischen Komponenten besteht, eröffnet es neue Wege zu umweltfreundlicheren, leichteren und kostengünstigeren Elektroniklösungen . Quelle Technische Universität Dresden Mehr rund um Science

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