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Schematische Darstellung: Verfahren zur Herstellung eines Schaumformteils.
Dank eines neuen Verarbeitungsprozesses können schaumfähige Partikel auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu individuellen Formteilen, z. B. für den Einsatz als Verpackungsmaterial, verarbeitet werden. Die Formteile sind nach Gebrauch kompostierbar.
Partikelschäume werden aufgrund ihrer Produkteigenschaften – leicht, isolierend, passgenau – u. a. in den Bereichen Automotive, Logistik und Verpackung eingesetzt. Konventionelle Schäume aus z. B. EPS (expandiertem Polystyrol) und EPP (expandiertem Polypropylen) basieren auf fossilen Ausgangsmaterialien und werden in Formteilautomaten mithilfe von Wasserdampf und der Wirkung von Temperatur und Druck hergestellt. Fraunhofer UMSICHT hat gemeinsam mit den Projektpartnern Loick Biowertstoff GmbH, Storopack Deutschland GmbH & Co. KG sowie dem Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung ILU e. V. eine Alternative entwickelt, die im Wesentlichen aus Pflanzenstärke und Wasser besteht. Weitere Additive können die Rezeptur ergänzen.
»Unsere Vorgabe war, möglichst nachhaltige und biologisch abbaubare Stärkepartikel herzustellen, die in ihrem Eigenschaftsprofil konventionellen, petrochemisch basierten Partikeln entsprechen«, erklärt Dr. Stephan Kabasci, Leiter der Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer UMSICHT. Mit Blick auf den bestehenden Verpackungsmarkt, musste bei der Auswahl der Rezepturbestandteile zudem die Preisgestaltung berücksichtigt werden.
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Mit Wasser verklebte Schaumformteile.
Temperierte Plattenpresse
In mehreren Versuchsreihen wurden mit den neuartigen Stärkepartikeln unterschiedliche Schäumverfahren erprobt. Im direkten Vergleich lieferte eine temperierte Plattenpresse die besten Ergebnisse. Dabei werden die Stärkepartikel in ein Formwerkzeug gefüllt und zwischen zwei Platten für eine vorgegebene Zeit unter Druck fixiert. Zum Einsatz kommen sogenannte Tauchkanten- bzw. Gesenkwerkzeuge, die einen in die Negativform hineinragenden Stempel besitzen. Dadurch ist ein direkter Druckaufbau in Richtung der sich dort befindenden Partikel möglich. Der Druck ist neben der richtigen Temperierung, die für die Bildung von Wasserdampf sorgt, ausschlaggebend für die Expansionswirkung des Materials.
Dann werden der Abstand zwischen den beiden Platten in der Presse erhöht und die Abkühlung des Gesenkwerkzeugs eingeleitet. Dieser Abkühlungsprozess erfolgt unter Gegendruck, sodass die Stärkepartikel expandieren können – jedoch nicht über die gewünschte Geometrie des Formteils hinaus. »Auf diese Weise können wir kompakte Formteile mit einer geschlossenen und planen Oberfläche erzeugen«, so Dr. Kabasci. Durch Wasser- und Anpressdruck lassen sich mehrere Formteile miteinander verkleben und durch Zuschnitt weitere Geometrien realisieren. Einsatzgebiete sind z. B. der Kantenschutz beim Transport stoßempfindlicher Waren, produktschützende Abstandhalter in Verpackungen oder der Ersatz von polystyrol-basierten Gesteckschäumen.
Weitere Informationen: www.umsicht.fraunhofer.de/de/forschung/bereiche/produkte/biobasierte-kunststoffe
