Biowerkstoffe

Meinolf Droege,

Nachhaltige Werkstoffe für neue Anwendungen

Angekündigt ist, in Schweden die Produktion eines innovativen thermoplastischen Biowerkstoffs zu starten, der als Ersatz von Kunststoffen auf fossiler Grundlage eingesetzt werden kann. Mit Hilfe eines Doppelschnecken-Extruders soll aus Lignin ein haltbarer, recyclingfähiger Biowerkstoff werden. Gleichzeitig wurde bekannt, dass auch ein Blasfolienhersteller in Westafrika seine Produktion von Biocompounds erweitert.

Von Holz zu thermoplastischem Biowerkstoff als Ersatz für konventionell erzeugte Polymere. © Rencom

Das schwedische Unternehmen Rencom hat in eine Produktionslinie investiert, um einen Biowerkstoff unter der Marke Renol im industriellen Maßstab zu produzieren. Basis dafür waren umfassende Tests im Extrusions-Technikum von Coperion in Stuttgart. Hier wurde der Extrusionsprozess für das auf Lignin basierendem Material entwickelt. Als komplette Linie hat Coperion einen ZSK Doppelschneckenextruder, gravimetrische Dosiervorrichtungen, Stranggranuliersystem, Lignin-Sackentleerstation und eine Big-Bag-Station geliefert. Das System wurde bereits in Betrieb genommen und die Produktion planmäßig gestartet. Künftig steht laut Unternehmen eine Produktionskapazität von mehr als 1000 Tonnen Renol pro Jahr zur Verfügung.

Die patentierte Technologie von Rencom ermöglicht es, den Lignin-basierten Werkstoff mit bis zu 50 Prozent in Anwendungen wie Folien, Spritzgießartikeln und als Füllstoff für Kunstrasen-Fußballplätze zu nutzen, wobei nicht abbaubarer Gummi ersetzt wird. Der Werkstoff kann, so Remcon, direkt in vorhandener Produktionsinfrastruktur ohne Veränderungen an Maschinen oder Verfahren einzusetzen. Mit einem sehr niedrigen CO2-Fußabdruck und Wasserverbrauch sowie guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften sei das Material eine leistungsstarke Lösung, um die Verwendung von Kunststoffen auf fossiler Grundlage zu verringern oder sogar zu ersetzen.

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Herzstück der Extusionslinie zur Ligninverarbeitung ist ein ZSK Extruder. © Coperion

Die Anlage zur Produktion besteht aus einem gleichsinnig drehenden ZSK Mv Plus Doppelschneckenextruder und Zusatzausrüstung. Die Extruderbaureihe vereine aufeinander abgestimmt großes freies Schneckenvolumen mit hohen Schneckendrehzahlen und hohem spezifischen Drehmoment. Dank der tief geschnittenen Schneckengänge ist die thermische Belastung des Rohmaterials gering und die Produktverarbeitung entsprechend schonend.

Die Versuche im Technikum und die Realisierung des ersten Extrusionssystems für die Produktion von Renol seien der Auftakt zu einer Partnerschaft zwischen Rencom und Coperion gewesen. Beide Unternehmen sehen großes Potential für das auf Lignin basierende Produkt, mit dem der CO2-Fußabdruck verringert werden kann, da Kunststoffe auf fossiler Grundlage ersetzt werden können. Renom will der Kunststoffindustrie leistungsfähige Granulate liefern. Den Werkstoff haben mehrere Partner aus der Kunststoffbranche erprobt und Endprodukte, die Renol enthalten, sollen noch im Jahr 2021 auf den Markt kommen.

Blasfolien mit Biocompounds

Asahel Benin erzeugt biobasierte Compounds mit einer Compoundieranlage rund um einen STS 65 Mc11-Extruder. © Coperion

Seit 2018 untersagt es das Plastikverbot im westafrikanischen Benin, Plastiktüten und -verpackungen aus erdölbasierten Rohstoffen zu importieren, zu produzieren, zu verkaufen oder zu besitzen. Bis zu diesem Zeitpunkt hatte Blasfolienhersteller Asahel Benin für seine Folien, die vorrangig in Haushaltsprodukten und in Einkaufstüten für Supermärkte ihren Einsatz fanden, neue PE-Granulate und Rezyklate verwendet.

Um seine nachhaltige Produktion zu erweitern, hat das Unternehmen Coperion erneut mit einer Compoundieranlage speziell für die Herstellung biobasierter Compounds beauftragt. Dieses System rund um einen Doppelschneckenextruder STS 65 Mc11 mit Seitendosierung umfasst vier Coperion K-Tron Dosierer für die präzise Zugabe von Pulvern, Granulat und Flüssigkeiten sowie eine Stranggranulierung mit Wasserbad und Strangabblasung.

Das neue Compoundierequipment ergänzt eine Pilotanlage von Coperion, auf der das Unternehmen seit dem Verbot von Plastiktüten und Plastikverpackungen Biocompounds herstellt. Diese verarbeitet Asahel Benin auf seinen Blasfolienanlagen zu bioabbaubaren Tüten und Verpackungen und zählt mit dieser Unternehmensstrategie in Westafrika zu den Vorreitern unter den Herstellern umweltverträglicher, kurzlebiger Kunststoffprodukte. Die Anlage sei flexibel ausgelegt, um ein breites Werkstoffspektrum erzeugen zu können. So erlaube die Anlage dank der präzise arbeitenden Dosierer die Materialzuführung vieler verschiedener Komponenten.

Differentialdosierer sollen mit der Schüttgut-Fließhilfe Actiflow bei der Dosierung von Pulvern Materialbrücken verhindern. © Coperion K-Tron

Die vier Differentialdosierer umfassen zwei Doppelschnecken-Dosierer T35, einen Einfachschneckendosierer S60 sowie einen Flüssigkeitsdosierer. Während sich der S60 besonders für frei fließende Materialien wie Harzpellets oder Granulat eigne, seien die T35 mit der selbstreinigenden Wirkung der Doppelschnecken speziell für schwierig zu handhabende Pulver wie Stärke oder Kalziumkarbonat ausgelegt. Beide T35-Dosierer sind mit einem System gegen die Bildung von Materialbrücken im Trichter ausgerüstet. Alle vier Dosierer sind auf Plattformwaagen montiert, die mit der patentierten Smart Force Transducer (SFT) Wägetechnologie arbeiten. Diese Waagen sollen die genaue, stabile und zuverlässige digitale Gewichtsmessung unter einem breiten Spektrum von Betriebsbedingungen sicherstellen. Zusammen mit der schnellen Abtastrate der KCM-III-Dosiersteuerung führe diese Wägetechnik zu sehr hoher Kurzzeitgenauigkeit, die besonders bei kontinuierlichen Extrusionsprozessen wichtig ist.

Im Verfahrensteil des Extruders werden die bioabbaubaren Polymere aufgeschmolzen und nicht schmelzbare Komponenten wie Stärke plastifiziert. Dispergierung und Entgasung der Schmelze sind sehr intensiv. Nach Spritzkopf mit Düse am Extruderaustrag folgen ein Wasserbad zur Strangkühlung, die Trocknung der Strangoberflächen mithilfe einer Strangabblasung und eine Stranggranulierung SP 220 Treasure.

Alle produktberührenden Teile der Anlage sind verschleißgeschützt. Das erhöht die Flexibilität der Anlage weiter: Asahel Benin kann auf dem Compoundiersystem langfristig verschiedene, auch hoch korrosiv oder abrasiv wirkende Rohstoffe verarbeiten.

Die neue Gesetzgebung war für Asahel Benin eine Herausforderung und Chance zugleich. Das Unternehmen stellte seine Produktion komplett auf Biokunststoff um. Nach einer Test- und Trainingsphase im Technikum von Coperion in Stuttgart, begann Asahel Benin in seiner Heimat mithilfe einer Laboranlage Compounds auf Basis bioabbaubarer Materialien herzustellen. Diese verarbeitet das Unternehmen auf seinen Blasfolienanlagen zu bioabbaubaren Tüten und Verpackungen. Mit der Investition in eine weitere Compoundieranlage wird die Produktionskapazität deutlich steigen.

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