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Grenzbetrachtungen Forscher verbessern biobasierte Kunststoffe

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin 1 min Lesedauer

Mischt man Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen mit anderen Polymeren, verbessern sich ihre Eigenschaften. Doch dabei kommt es auf die Grenzflächen an ...

Nachhaltige Kunststoffe sind gefragt, heißt es. Doch sie könnten gerne etwas mehr aushalten, weshalb man sie mit anderen Kunststoffen zu kombinieren versucht. Weil das aber nicht ganz so einfach ist, haben sich Forscher die Grenzflächen eines Mixes vorgenommen (Symbolbild).(Bild: F. Fischer)
Nachhaltige Kunststoffe sind gefragt, heißt es. Doch sie könnten gerne etwas mehr aushalten, weshalb man sie mit anderen Kunststoffen zu kombinieren versucht. Weil das aber nicht ganz so einfach ist, haben sich Forscher die Grenzflächen eines Mixes vorgenommen (Symbolbild).
(Bild: F. Fischer)

Biobasierte Thermoplaste gelten als umweltfreundlich. Denn sie werden nicht aus erdölbasierten Rohstoffen gewonnen, sondern aus nachwachsenden pflanzlichen Materialien, wie Forscher vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie anmerken. Sie lassen sich außerdem wie Standardthermoplaste gut recyceln. Ein thermoplastisches Basismaterial ist dabei Polymilchsäure (PLA), die aus Zuckerrohr oder Mais hergestellt werden kann. Weltweit arbeiten viele daran, die Eigenschaften von PLA-basierten Kunststoffen zu optimieren, indem man sie etwa mit anderen thermoplastischen Basismaterialien kombiniert. Doch das ist nicht so einfach, heißt es. Dennoch hat es ein Team der Technischen Universität Eindhoven geschafft, PLA erfolgreich zu optimieren.

Drastisch verbesserte mechanische Belastbarkeit

Die Niederländer entwickelten nämlich ein Verfahren, bei dem während der Herstellung bestimmte PLA-basierte Copolymere (etwa SAD) gebildet werden. Diese erleichterten die Vermischung der beiden Grundstoffe, indem sie an den Grenzflächen zwischen den verschiedenen Polymerphasen besonders stabile stereokristalline Schichten bilden (ICIC-Strategie). An Bessy II haben sie nun herausgefunden, welche Prozesse dafür sorgen, dass die mechanischen Eigenschaften des Thermoplastmixes deutlich besser sind, wie es weiter heißt. Dazu untersuchten sie an der IRIS-Beamline von Bessy II reine 50-prozentige Mischungen der Thermoplaste PLA und Polyvinylidenfluorid (PVDF) sowie Proben mit den PLA-basierten Copolymeren. Per Infrarotspektroskopie konnte nachgewiesen werden, dass sich SAD bildet. Anschließende Röntgenmessungen zeigten, wie sich die Bildung von SAD (Schichten von 200 bis 300 Nanometern) auf das Kristallisationsverhalten auswirkt. Die Stereokomplexkristalle bildeten sich demnach ausschließlich an der Grenzfläche. Sie stabilisieren das Polymer und erhöhen die Kristallisationstemperatur, wie es heißt. Das beschleunige den Kristallisationsprozess im PLA-PVDF-Mix. Die kristalline Grenzschicht macht den Blend mechanisch stabiler. Die Bruchdehnung steigt etwa um satte 250 Prozent an (also um das 3,5-fache).

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