Ziel der Entwicklung

Das Ziel des Vorhabens besteht in der Reduzierung bzw. Vermeidung von Emissionen, insbesondere von Verbindungen mit P, Cl, SO2 und NOx beim Verbrennen von Werkstoffen zum Erzielen einer Porung in technischen Keramiken. Die Anwendungen für die zu entwickelnden Porenbildner sind keramisch gebundene Schleifmittel. Die genannten Emissionen treten insbesondere bei der Verbrennung von Biopolymeren in einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre auf. In dem Vorhaben werden Möglichkeiten aufgezeigt, porenbildende Werkstoffe zu entwickeln, die beim Verbrennen keine bzw. nur zugelassenen Mengen der o.g. Emissionen freisetzen.

Vorteile und Lösungen

Naphthalin war bislang das einzige Produkt, das als Porenbildner im gesamten Größenspektrum der Schleifkörper industriell eingesetzt wurde. Der Vorteil von Naphthalin bestand darin, dass das Material sublimiert, das heißt, es geht in einem Temperaturbereich in den gasförmigen Zustand über, der zu keiner Beeinträchtigung der Form und der Stabilität des Grünlings führt. Nachteilig bei der Verarbeitung dieser Chemikalie ist die Freisetzung von Schadstoffen und die erheblichen Geruchsbelästigungen, insbesondere bei der Sublimierung im Trocknungsprozess und bei der Verbrennung sowie der Entsorgung von Reststoffen. Naphthalin ist als krebsauslösend bekannt. Aus diesen und den daraus resultierenden umweltpolitischen Gründen wird versucht, Naphthalin aus dem Prozess der Schleifmittelherstellung zu eliminieren. Das scheitert bisher daran, dass noch kein geeigneter Ersatzstoff für die Porenbildung erfolgreich entwickelt und eingesetzt werden konnte.
Entsprechend der Zielstellung ist es gelungen, einen Mehrkomponenten-Porenbildner aus einer Kombination von Getreide- und Faserprodukten mit u.a. folgenden Eigenschaften zu entwickeln:
– nicht hydrophob, geringes Wasserbindevermögen
– geringes bis mäßiges Auffedern nach Formgebung des Grünlings
– kein plötzliches Schmelzen, definiertes Abbrennen bis maximal 550°C über die Zeit
– Erhalt der Struktur und Form des Schleifkörpers beim Ausbrennen (abgestufter Abbrand des Porenbildners)
– geringe Emissionswertlast

Zielgruppe und Zielmarkt

Die technische Umsetzung der Erkenntnisse des Projekts basiert auf den Eignungsprüfungen der potenziellen Anwender. So führt die Firma Saint Gobain Bemusterungen mit den entwickelten Porenbildnern durch. Auf Basis des Produktsortiments (mehrere zehntausend verschiedene Schleifmittel) und dem Bestreben, dass bei Einführung des Produkts im Unternehmen dieses möglichst umfassend für den Großteil der Produkte erfolgen muss, ist die Prüfung äußerst umfangreich und zeitaufwändig. Diese Untersuchungen waren bis zum Zeitpunkt der Berichtslegung noch nicht abgeschlossen. Da das Unternehmen weltweit agiert, bedeutet eine mögliche Nutzung der Entwicklung auch mengenmäßig eine weit größere Anwendung, als für das deutsche Zweigunternehmen avisiert ist. Andere Anwender (z.B. LUKAS-ERZETT GmbH & Co. K) prüfen ebenfalls einem umfassenden Einsatz im gesamten Produktportfolio (Anteil bisher ~10%). Reale Aussichten können für den Einsatz als Brennhilfsstoff zur Herstellung von ingenieurtechnischen keramischen Artikeln avisiert werden. Die mit Nussschalenadditiven in Kornklassen unter 105 Mikrometern nicht herstellbaren Varianten können durch das neue Material bereits vollständig ersetzt werden. Hier liegt auch das Entwicklungspotenzial der emissionsreduzierten biopolymer basierten Brenhilfsstoffe. Durch die hohe Feinheit bedingt, müssen Entwicklungsarbeiten zum Erhalt der Hydrophobität getroffen werden.
Die wirtschaftliche Verwertung der Porenbildnervarianten erfolgt im Auftrag des ILU e. V. durch die gewerblich aktive IGV GmbH (Lizenzeinahmen von ~ 50.000,- €/a). Die Kapazität dieser Fertigung beträgt in der ersten Ausbaustufe ~ 500 t/a (Umsatzvolumina ~ 1,65 Mio. €/a). Mit einer Fertigung von beispielsweise 100 t/a (~350.000,- €/a) kann ein Warenwert bei den Anwendern von etwa 105 bis122 Mio. € jährlich erreicht werden.
Der ILU e. V. nutzt die Erkenntnisse zum Ausbau von Beratungsleistungen in der gesamten keramischen Industrie und für die Entwicklung von technologischen Erfordernissen bei der Verarbeitung von biopolymeren Hilfsstoffen in der Branche. Ein spezielles Anliegen ist die Nutzbarmachung von Koppel- und Nebenprodukten aus agrartechnischen oder lebensmittel-technischen Prozessen für die Entwicklung neuer funktioneller Keramiken, beispielsweise Papierkeramik und zellulosebasierte Dünnschichtkeramiken.