Entwicklung von Bio-Werkstoffen

Der Reaktivextrusion zuschauen

Die Echtzeit NIR-Analytik soll das Herstellungsverfahren von biobasierten Polymeren für Lebensmittelverpackungen mit Hilfe eines "gläsernen Extruders" kontrollierbar machen. Hier sitzen die Entwickler sozuagen in der ersten Reihe.

Gläserner Extruder

Die molekulare Beschaffenheit sowie das resultierende Produkt beispielsweise einer Polymerisation sollen sich mit dem gläsernen Extruder besser steuern lassen, um die Qualität des Endprodukts zu verbessern. Mit Anwendung der NIR-Spektroskopie (Near Infrared Spectroscopy) in der Prozesslänge eines Doppelschneckenextruders versuchen Forscher eine hoch präzise, metallfreie Polymerisation von PLA mit alternativen Energiequellen in der Reaktivextrusion zu verwirklichen. Die vielseitigen Varianten dieses Analyseverfahrens haben Wissenschaftler des Fraunhofer ICT entwickelt.

Ein Ausgangspunkt für die Aktivitäten ist die intensive Suche nach neuen Verfahren zur optimierten Herstellung biobasierter Polymere für Lebensmittelverpackungen. Damit der hohe Bedarf, zum Beispiel an Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA), wirtschaftlicher gedeckt werden kann, haben zwölf europäische Unternehmen, Universitäten, Forschungsinstitute und ein Verband im Dezember 2012 das Innorex Projekt gestartet. Dieses Projekt mit seiner Laufzeit bis Mai 2016 finanziert das siebte Rahmenprogramm der Europäischen Kommission, es wird vom Fraunhofer ICT koordiniert.

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Damit das neue Reaktorkonzept unkompliziert in der Praxis nutzbar ist, werden übliche gleichläufige Doppelschneckenextruder als Polymerisationsrektoren verwendet. Der Einsatz von Echtzeit-Analysemöglichkeiten wie Viskometrie und NIR sorge für ein tiefes Prozessverständnis bei intensiver Qualitätssicherung.

Bereits in früheren Jahren wurde die Möglichkeit der NIR-Analytik am Extruder genutzt, zum Beispiel bei der Bestimmung von Additivgehalten. Im Rahmen des neuen Projekts wurde dieser Ansatz weiter verfolgt, um die molekulare Beschaffenheit eines Produkts im Extruder zu ermitteln. So konnte zum einen demonstriert werden, dass es möglich ist, chemische Änderungen eines Materials, zum Beispiel der Molmasse, mit einem NIR-Signal zu korrelieren und damit zu bestimmen. Ebenfalls ist es möglich, hoch qualitative Spektren innerhalb der Verfahrenszone des Extruders aufzunehmen.

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