Aus der Branche

Ein Novum in der Geschichte des BIOPOLYMER Innovation Awards: 2023 machen drei Innovationen aus Deutschland das Rennen um die international begehrten Trophäen unter sich aus! Ob der Hauptpreis nach Rheinland-Pfalz, Thüringen oder Hessen geht, wird traditionsgemäß erst auf dem Kongress „BIOPOLYMER – Processing & Moulding“ bekannt gegeben, der am 13. Juni in Halle (Saale) stattfindet. Preisverleihung und Tagung können wie in den letzten Jahren per Videostream kostenfrei in Echtzeit verfolgt werden.

Ist Deutschland noch innovativ genug, um in der Weltspitze ganz vorn mitzuhalten? „Wenn es darum geht, Kunststoffe und Kunststoffanwendungen auf biologischer Basis und für nichtfossile Kreisläufe zu entwickeln, lautet die Antwort: ja!“, ist Jury-Vorsitzender Peter Putsch nach den diesjährigen Nominierungen für den BIOPOLYMER Innovation Award überzeugt: „Mehrere deutsche Beiträge setzten in diesem Jahr die Benchmarks im Wettbewerb.“

Gingen Preise in den letzten nach Finnland, Italien, Belgien oder Brasilien, so nominierte die Jury in diesem Jahr erstmals ausschließlich deutsche Bewerber für den mit 2.000 Euro dotierten Hauptpreis.

Die Green Elephant GmbH aus Gießen macht sich für ihr Produkt CellScrew® unter anderem eine Eigenschaft des Biokunststoffs und klassischen 3D-Druck-Materials PLA (Polymilchsäure) zunutze, die bislang wenig Beachtung fand: seine hohe Biokompatibilität. Das Start-up stellt aus vollständig biobasiertem PLA in additiver Fertigung neuartige Zellkulturflaschen her, in denen Gewebezellen beispielsweise für Gen- und Zelltherapien oder für die Erforschung von Kosmetika und Medikamenten auf neue, komfortablere Weise vermehrt werden können. Forschung, Entwicklung und Industrie produzieren damit bedeutend effizienter und umweltfreundlicher als bisher. Eine archimedische Schraube sowie konzentrisch angeordnete Zylinder im Flascheninneren sorgen für eine riesige Oberfläche zur Anheftung der Zellen und für die automatische Benetzung der inneren Oberflächen mit Kulturmedium bei rollender Lagerung. Eine CellScrew® ersetzt bis zu 400 herkömmliche Zellkulturflaschen aus fossilen Kunststoffen. Selbst wenn das biobasierte PLA nach der Einmalverwendung aus Sterilitätsgründen nicht kompostiert, sondern verbrannt wird, entsteht dabei nur so viel CO2, wie zuvor in den Bioorganismen, aus denen der Werkstoff entstand, gebunden war.

Die SoBiCo GmbH aus Bad Sobernheim (Rheinland-Pfalz) verfolgt seit mehreren Jahren einen innovativen Ansatz, um das von Natur aus recht begrenzte Einsatzspektrum von PLA (Polymilchsäure) systematisch zu erweitern. „Die geringe Reißdehnung von reinem PLA ist zum Beispiel ein entscheidender Grund dafür, dass der Biokunststoff kaum als Verpackungsmaterial genutzt wird“, erklärt SoBiCo-Geschäftsführer Johannes Fuchs. Klassische Modifikationsversuche scheiterten meist am komplexen Migrations- und Kristallisationsverhalten von Weichmachern und anderen Additiven. Fuchs‘ Team fand mit dem Potsdamer Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) eine eigene Lösung und taufte sie auf den Namen Plactid®. Hinter der Marke verbirgt sich eine PLA-Copolymer-Familie, die in einem neuartigen Verfahren – der reaktiven Compoundierung – hergestellt wird. Neben Lactid, das stets biobasiert ist, kommen dabei verschiedene Polyole zum Einsatz, die je nach Anwendungsfall aus biologischen oder fossilen Quellen stammen können. Die PLA-Copolymere lassen sich auf diese Weise gezielt von hart/ spröde bis weich/ duktil einstellen. So werden zum Beispiel weiche Folien von hoher Kristallinität möglich. Aber auch Spritzgusstypen mit einer deutlich höheren Kristallisationsgeschwindigkeit und Schlagzähigkeit als Standard-PLA können erzeugt werden. Darüber hinaus eignen sich die PLA-Copolymere auch als Additive zur Modifizierung von Standard-PLA.

Das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) hat sich eines bislang ungelösten Problems angenommen, von dem jeder Mensch im Alltag umgeben ist: Klebstoffen. Sie stecken in fast jedem Produkt, enthalten zum allergrößten Teil Polymere, sind typische Einmalprodukte, in Recyclingprozessen kaum separierbar und enden so allzu oft als Mikroplastik in der Umwelt. Die Antwort der Thüringer Forscher auf diese Herausforderung heißt Caremelt® und ist ein biobasierter und bioabbaubarer Schmelzklebstoff, dessen Endeigenschaften und Anwendungsprofil mit denen etablierter Schmelzkleber vergleichbar sind. Die Formulierung aus Biopolymeren wie Polymilchsäure (PLA), Polybernsteinsäure (PBS), Terpen- und Kolophoniumharzen, natürlichen Wachsen und Zitronensäure-Derivaten ist nicht nur für kurzlebige Produkte wie Einkaufstüten, Windeln oder Kartonagen geeignet. Auch Schuhe, Textilien, Möbelteile, Fahrzeuginterieur oder Bücher lassen sich damit zuverlässig und dauerhaft zusammenfügen, wie Praxistests zeigten. Das Herstellungsverfahren wurde bereits so optimiert, dass die Formulierungen in einem kontrollierten Prozess reproduziert werden können.

• Gold und Silber auf Internationaler Erfindermesse iENA

Die antibakteriell und antiviral wirkende Cellulose-Faser „Cell Solution® BIOACTIVE“ und der vollständig biobasierte und bioabbaubare Schmelzklebstoff Caremelt® sind auf der Internationalen Erfindermesse iENA in Nürnberg mit einer Gold- und einer Silbermedaille ausgezeichnet worden. Die beiden besonders nachhaltigen Materialien waren zwei von vier Neuheiten, die das TITK – Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. Ende Oktober präsentierte.

Die mit Gold ausgezeichnete natürliche Cellulosefaser „Cell Solution® BIOACTIVE“ überzeugte durch ihre antimikrobiellen Eigenschaften. So wehrt sie zuverlässig schädliche Bakterien und Keime ab. Gefährliche Viren, wie z.B. Influenza oder Covid-19, sind 30 Sekunden nach Kontakt abgetötet. Die patentierte Faser ist waschpermanent, so bleiben diese Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer des Textilprodukts erhalten. Als positiver Nebeneffekt werden auch unangenehme Körpergerüche beseitigt.

Textilien mit Cell Solution® BIOACTIVE können vor allem in der Medizintechnik eingesetzt werden. Wegen ihrer feuchtigkeits- und temperaturregulierenden Wirkung sind Cell Solution®-Fasern generell sanft zur Haut, was die Listung bei OekoTex® bestätigt. Durch die blockierende Wirkung auf das Bakterienwachstum beschleunigt die bioaktive Version der Faser auch den Heilungsprozess, insbesondere von offenen Wunden und Neurodermitis.

Mit einer Silber-Medaille würdigte die iENA-Jury den vollständig biobasierten und bioabbaubaren Schmelzklebstoff Caremelt®. Er kommt als erster Schmelzklebstoff vollständig ohne fossile Ressourcen aus. Caremelt® bietet der Industrie damit die Möglichkeit, Produkte, die wegen ihren Klebeverbindungen bislang noch nicht komplett bioabbaubar waren, vollständig nachhaltig zu gestalten.

Nachwachsende Rohstoffe wie Pflanzenstärke vom Mais oder der Kartoffel, Baumharze und Pflanzenwachse bilden die Ausgangsmaterialien – hier in Form von kommerziell verfügbaren biobasierten Kunststoffen, wie zum Beispiel Polylactide (PLA) und weiteren Additiven, wie etwa biobasierte und unbedenkliche Zitronensäure. Die Herausforderung dabei war, hierfür die richtige Rezeptur zu entwickeln, damit Caremelt® das Niveau konventioneller Schmelzklebstoffe erreichen kann. Dies ist dem TITK durch die richtige Auswahl der Rohstoffe sowie durch eine zusätzliche Modifizierung der Biopolymere gelungen.

Die potenziellen Anwendungsgebiete von Caremelt® sind vielfältig. Sie reichen von der Verpackungs- und Möbelbranche über die Textilindustrie bis hin zum Automobilsektor. Der Einsatz von Biopolymeren bietet einerseits den Vorteil der CO₂-Neutralität und andererseits eine rückstandslose Bioabbaubarkeit des Schmelzklebstoffs. Gerade dort, wo ein Recycling weder technologisch möglich noch wirtschaftlich sinnvoll ist, wird diese Eigenschaft zu einem entscheidenden Faktor, um den Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt zu reduzieren.

Über 200 Vertreter*innen aus der Faserverbundbranche, dem Bauwesen und der Wissenschaft nahmen im Januar 2022 am Abschlussforum des BMBF-Innovationsforums „FiberBuild – Faserverbundindustrie erschließt Bauwesen“ teil, um das Potenzial von faserverstärkten Werkstoffen für Bauanwendungen zu diskutieren, neue Geschäftsfelder zu analysieren und sich branchenübergreifend zu vernetzen. Zu dem zweitägigen Online-Event hatte der Projektinitiator, das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e V., eingeladen.
 
Über 200 Interessenten waren der Einladung gefolgt und erhielten Einblicke in die Welt der Faserverbundwerkstoffe. Neben einer Studie zum Marktpotenzial dieser Materialien im Bauwesen sowie dem Konzept einer Ideen-TransferPlattform stellten Referenten aus dem gesamten DACH-Raum ihre bisherigen Erfahrungen mit Produkten aus faserverstärkten Werkstoffen für bspw. Brückenbauten und -sanierungen, Türme und Masten, Leichtbaudächer oder -fassaden vor.

Diese Werkstoffe zeichnen sich insbesondere durch überzeugende strukturelle Eigenschaften bei vergleichsweise niedrigem Materialeinsatz aus und bieten somit ökologische Vorteile. Durch die höhere Lebensdauer, reduzierte Wartungsaufwände, einfache Handhabung und geringere Transportlasten bieten sie gleichzeitig auch ökonomische Vorzüge. Sie erlauben ebenfalls eine besondere Designfreiheit und die Integration von erweiterten Funktionalitäten, wie etwa die Schadensüberwachung durch integrierte Sensoren.

Am zweiten Veranstaltungstag lag der Fokus auf der Bauindustrie, die sich aktuell mit der Forderung nach klimaschonenden und nachhaltigen Werkstoffen und Technologien konfrontiert sieht. Benötigt werden material- und energieeffiziente Lösungen zur Reduktion von CO2-Emissionen. Faserverbundverstärkte Baustoffe können hier Lösungen aufzeigen.

Außerdem setzen die stagnierende Produktivität sowie der andauernde Fachkräftemangel bei steigenden Personalkosten die Baubranche zusätzlich unter Druck. Hier bieten sich Ansatzpunkte über digitales, vollautomatisiertes Bauen sowie Produktionssysteme mit mehr Standardisierung bzw. einer Vorfertigung in der Fabrik. Leichtbauweisen mit Faserverbunden verfügen über einen hohen Vorfertigungsgrad, durch additive Fertigungsverfahren (z. B. 3D-Druck) können Planungsdaten zeit- und kosteneffizient direkt vor Ort in die Ausführung übertragen werden.

Die größte Hürde für den flächendeckenden Einsatz von faserverstärkten Bauprodukten ist aber das Baurecht. Im Gegensatz zu bekannten, herkömmlichen Baumaterialien fehlen für faserverstärkte Werkstoffe grundlegende Normenwerke und bauaufsichtliche Regelungen. Daraus entsteht für jedes Projekt die Notwendigkeit einer Zustimmung im Einzelfall, einer gutachterlichen Stellungnahme sowie von experimentellen Untersuchungen. Dies ist mit zusätzlichen Kosten und Zeitaufwand verbunden, was einen Einsatz von neuen Werkstoffen natürlich erschwert. Die Schwierigkeiten bei der Zusammenfassung in einer Norm entstehen auch durch die Werkstoffvielfalt und die unterschiedlichen Herstellungsprozesse. So sind verschiedene, kombinierbare Harz- und Fasersysteme am Markt, unterschiedliche Fertigungstechnologien sind ausschlaggebend für Toleranzen im Material. Die ersten normativen Grundlagen entstehen aktuell auf Bemühungen des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb).  

„Wir haben an beiden Eventtagen gesehen, wie die Zukunft der Baubranche aussehen kann“, resümierte Roy Thyroff, Geschäftsführer des CU Bau. „Für den Einsatz von nichtmetallischen Bewehrungen sind umfassende Kenntnisse zu Material- und Tragverhalten notwendige Voraussetzung. In anderen Industrien, wie der Luftfahrt oder dem Automobilbau, werden Faserverbund-Bauteile schon in Serie gefertigt, da Forschung und Testing dort schon viel weiter vorangeschritten sind. Das Fachnetzwerk CU Bau ist die richtige Plattform um diese Lücke auch für den Bausektor zu schließen. Wir werden branchenübergreifend und werkstoffneutral Wissenschaft und Praxis miteinander verbinden.“  
 
Weitere Informationen zum Projekt online: https://composites-united.com/projects/fiberbuild/