Machbarkeitsstudie zur Optimierung der Materialeigenschaften von Biopolymeren durch Faserverstärkung mit biotechnologisch gewonnenen Nanocellulose-Fasern

Die technische Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen zur Verstärkung in Polymermatrices be-schränkt sich derzeit vorwiegend auf die Herstellung von Verbundwerkstoffen auf Basis von Thermoplas-ten, gefüllt mit Holzmehl oder aufgeschlossenen Naturfasern. Für anspruchsvollere Anwendungen ge-winnen jedoch Faser-Polymer-Komposite im Entwicklungsbereich leichter Materialien immer mehr an Bedeutung. Im Rahmen des Kooperationsprojektes sollen nun erstmals neuartige, durch Bakterien aus Zuckerlösung synthetisierte Nanocellulose-Fasern (BNC) beispielhaft in Biopolymere (PLA) eingebracht und bezüglich ihrer Verstärkungswirkung untersucht werden.
Die als Matrixpolymer vorrangig eingesetzten Biopolymere haben in den meisten Fällen eine bessere Treibhausbilanz als ihre petrochemisch-basierten Alternativen, verringern den Bedarf an Erdöl und ver-mindern somit auch die Abhängigkeit von diesem fossilen Rohstoff nachhaltig. BNC-faserverstärktes PLA wäre ein Verbundwerkstoff, der zu 100% aus nachwachsenden Ressourcen besteht.

Um Fasern aus BNC in Verbundwerkstoffen zu verwenden, müssen geeignete Faserqualitäten erzeugt und Compoundierverfahren für thermoplastische Matrixpolymere entwickelt werden. Anschließend erfolgen die Verarbeitung im Spritzgussverfahren und die Ermittlung der (Werkstoff-) Eigenschaften. Das ITUC der Uni-versität Jena ist gegenwärtig als einziger Partner weltweit in der Lage, BNC-Fasern definierter Länge in der für eine Compoundierung geeigneten Menge zur Verfügung zu stellen. Polymet Jena e.V. stellt dagegen BNC-Faseraggregate durch Desintegration von BNC in flächiger Form dar. Auch diese Form der Herstel-lung weist Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Herstellungsprozess von Cellulose-Nanofasern auf. Jenpolymer Materials Ltd. & Co. KG wird die Oberflächen der BNC-Fasern mit Haftvermittlern funktionali-sieren, um eine bessere Einbettung der Fasern in die Polymermatrix zu erreichen. Diese Faservarianten werden durch die HS Magdeburg-Stendal auf Verarbeitbarkeit und Performance getestet, zu Komposit-werkstoffen verarbeitet und dies hinsichtlich der anwendungstechnischen Eigenschaften geprüft.