Weichmacher sind in vielen Kunststoffen enthalten und basieren auf Erdöl. Die bisher besonders häufig verwendeten Phthalate stehen jedoch nicht nur wegen ihrer umweltschädigenden Wirkung in der Kritik. Die giftigen Stoffe gefährden auch die Gesundheit. Im Projekt Biocerine wollen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) gemeinsam mit Industriepartnern einen biobasierten Weichmacher auf Basis von Rapsöl entwickeln und damit die Grundlage für eine nachhaltige Produktion von Reifen und Verpackungen schaffen. Das Projekt wird im Rahmen des Programms „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Glycerin-Derivate aus Rapsöl gewinnen

Im Mittelpunkt des Projekts stehen großtechnisch aus Rapsöl gewonnene biobasierte Glycerin-Derivate, die speziell auf die Anforderungen verschiedener Polymermaterialien abgestimmt sind und ohne Modifikationen in bestehenden Verarbeitungsmaschinen eingesetzt werden können. „Konkret wollen wir Alkohole aus diesem biobasierten Glycerin erzeugen, die dann mit speziellen Fettsäuren verestert werden. Im zweiten Schritt der Synthese werden deren Doppelbindungen epoxidiert“, sagt Patrick Hirsch, Gruppenleiter „Nachhaltige Werkstoffe und Prozesse“, der das Projekt am Fraunhofer IMWS leitet.

Einbindung in thermoplastische und elastomere Biopolymere

Wichtig ist den Projektpartnern vor allem, dass sich der neuartige Weichmacher besser in thermoplastische und elastomere Biopolymere einbauen lässt, um die Verarbeitung zu verbessern und die positiven Eigenschaften des Materials langfristig zu erhalten. Die thermoplastischen und elastomeren Biopolymere sollen künftig bei der Herstellung von Folien, Verpackungen oder Reifenmischungen zum Einsatz kommen. „Wenn das gelingt, haben wir einen sehr attraktiven Weichmacher, der viele derzeitige Lösungen ersetzen kann. Und wir schaffen in Mitteldeutschland regionale Wertschöpfungsketten vom pflanzlichen Rohstoff bis zum fertigen Biokunststoffbauteil“, sagt Hirsch.

Bis es soweit ist, müssen die Forschenden noch einige Herausforderungen meistern. Diese reichen von der Wahl des Alkohols für die Modellrezepturen über die Zusammensetzung der Fettsäuren bis hin zur Modifizierung der Doppelbindungen der Fettsäuren. „Im Kern müssen wir erreichen, dass die neuartigen Weichmacher flexibel bleiben, aber ihre Migration einschränken, damit sie nicht Umwelt oder Gesundheit beeinträchtigen. Zudem müssen sie ideal mit den von uns gewählten Biopolymeren wechselwirken. Nicht zuletzt ist die wirtschaftliche Umsetzung sehr herausfordernd“, sagt Hirsch.

Konzept für Pilotanlage in Mitteldeutschland

Im Projekt werden sich die Fraunhofer-Forschenden insbesondere mit der Eigenschaftsmodifizierung von thermoplastischen Biopolymeren beschäftigen, die für Extrusionsanwendungen wie Folien oder Spritzgussanwendungen wie Verpackungen in Frage kommen. Projektpartner wie die GLACONCHEMIE GmbH und die Polymer Service GmbH aus Merseburg werden entsprechende Produktmuster testen. In der Anlage von GLACONCHEMIE in Merseburg sollen die neuartigen Weichmacher hergestellt werden. Darüber hinaus plant das Konsortium das Upscaling in den Technikumsmaßstab zur Herstellung größerer Mengen der neuartigen Kunststoffe sowie die Erstellung eines Konzeptes für den Bau einer Pilotanlage in Mitteldeutschland.

bb