Ziel der Entwicklung
Das Ziel des Projekts bestand in der Verbesserung der Produktqualität von sogenannten Biopolyolefinen (abbauresistenter Biokunststoff, FuE-Produkt der KuZ gGmbH). Dies betraf die Farbgebung als auch den Geruch. Die Biopolyolefine stellen heterogene Mischungen aus einem partiell hydrophobierten und somit kompatibilisierten thermoplastischem Weizenmehl sowie einem Polyolefin (Polyethylen oder -propylen) dar. Infolge der Hydrophobierung wird eine sehr gute Phasenhaftung und somit hohe Werkstoffmechanik erzielt. Jedoch wiesen die Biopolyolefine bei der Spritzgussverarbeitung (Temperaturen bis zu 180 °C) eine hohe Geruchsbelastung (intensiver Brenzgeruch) als auch starke Verfärbung (dunkelbraun) auf. Die genannten Mängel wurden durch die sogenannte Maillard-Reaktion (nicht-enzymatische Bräunungsreaktion) hervorgerufen, welche auf der Umsetzung von reduzierenden Zuckern sowie Aminen beruht. Diese qualitativen Defizite stellten sich letztendlich als Hemmnis für die Vermarktung dar. Die Blends waren daher noch stark verbesserungswürdig. Das Vorhaben zielte auf eine technische Lösung durch Ermittlung und Verwendung von chemischen Additiven (Inhibitoren), die zu einer dauerhaften und wirkungsvollen Verbesserung der Stoffenschaften führen und somit eine umfangreiche Applikation dieser innovativen Alternativwerkstoffe in der industriellen Praxis sichern.
Vorteile und Lösungen
Im Projekt wurden Inhibitoren (Reduktions-, Verkappungsmittel, Komplexbildner) ermittelt und miteinander kombiniert, welche in der Lage sind die Zucker- (Aldehyd) und Aminkomponente zu blockieren als auch die verschiedenen Teilprodukte (Amadori-Produkte, Dicarbonylverbindungen, etc.) der Bräunungsreaktion zu unterdrücken.
Im Ergebnis der Arbeit konnten inhibierte Biopolyolefinblends erzeugt werden, die eine
- hohe Thermostabilität (bis zu 13 Minuten bei 175 °C) während der Spritzgussverarbeitung,
- helle Probenfarbe (gelb bis hellgelb),
- geringe Geruchsbelastung (VDA 270, Note 2: wahrnehmbar, nicht störend),
- gegebene physiologische Unbedenklichkeit (nicht mutagen im Ames-Test) als auch eine
- sehr gute Werkstoffmechanik (hohe Dehnung, PP-ähnliche Eigenschaften) besitzen.
Die Kunststoff verarbeitende Industrie zeigt ein verstärktes Interesse an biobasierten Kunststoffen. Zum einen wird diese Entwicklung durch das Streben nach Umweltschutz und Nachhaltigkeit (CO2-Reduktion, Verbesserung des Carbon-Footprints) geprägt. Zum anderen spielt ebenso eine größere Unabhängigkeit von petrochemisch erzeugten Produkten als auch die Möglichkeit einer Kostenreduktion zum Zweck der Gewinnmargenstabilisierung oder -erhöhung durch nachwachsende Rohstoffe eine wesentliche Rolle. Hier wird der Nutzen der Materialentwicklung des KuZ für den potenziellen Anwender gesehen. So beinhalten die qualitativ verbesserten als auch leistungsfähigen Biopolyolefine eine materialseitige Kostenreduktion von rund 20 Prozent.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Überleitung der FuE-Ergebnisse soll sich zunächst auf Kunststoff verarbeitende Unternehmen der Region Mitteldeutschland konzentrieren, wobei das Hauptaugenmerk auf Materialzulieferer und Spritzgießer gerichtet wird. Die Vielfalt der Ergebnisverwertung der Thematik "Unterdrückung der Maillard-Reaktion" kann zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur schwer abgeschätzt werden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die branchenübergreifende Nutzung des erworbenen Wissens mit einem weiteren FuE-Aufwand verbunden ist.