Kunststoff Nachhaltige Entwicklungen für die Kunststoffbranche

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Von Circular Design und Monomaterialen bis hin zu biobasierten Folien und Polyamiden aus verschiedenen Produktionsreststoffen – elf Fraunhofer-Institute stellen vom 8. bis 15. Oktober auf der internationalen Leitmesse der Kunststoff- und Kautschukindustrie K in Düsseldorf ihre Innovationen vor.

Regulatorische Anforderungen und technologische Innovationen verändern die Kunststoffindustrie. Gefragt sind vor allem kreislauffähige Lösungen. Spiel und Wissenschaft vereint die interaktive Miniaturlandschaft des Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE. Hier werden unterschiedliche Stoffströme in einer ganzheitlichen Kreislaufwirtschaft im Maßstab 1:87 anschaulich dargestellt. So können Besucher zum Beispiel Partikelschäume von ihrem Einsatz als Dämmmaterial über ihre chemische Zerlegung in einzelne Bestandteile bis hin zum Neudesign und zur nachhaltigen Weiterverwendung verfolgen. Nachhaltige Logistiklösungen sind in diesem Modell genauso mitgedacht wie Circular Design. Eine Recyclingkaskade zeigt, welche Recyclingpfade sich für verschiedene Abfallströme eignen. Darüber hinaus können Unternehmen mit dem Circular Readiness Level (CRL) Online-Tool ihre Produkte auf Kreislauffähigkeit testen und so beurteilen, welche ihrer Produktionsprozesse optimierbar sind.

Der Frage, wie sich Materialkreisläufe schließen lassen, widmet sich auch der vom Fraunhofer CCPE moderierte Thementag „Circular Thursday“ am 9. Oktober im Rahmen der Sonderschau „Plastics Shape the Future“ in Kooperation mit Plastics Europe Deutschland in Halle 6, Stand C40., erklärt: »«

Modularer Kindersitz entsteht nach Circular-Design-Ansatz

Einer der Schwerpunkte sowohl im Modell als auch in der realen Kreislaufwirtschaft ist der Circular-Design-Ansatz, der immer mehr eine Schlüsselrolle bei der Produktentwicklung einnimmt. Denn es geht nicht nur darum, Stoffkreisläufe zu schließen, sondern auch, sie zu verlangsamen – das gelingt, indem Produkte so gestaltet werden, dass sie weniger Material benötigen, intensiver genutzt und ihre einzelnen Komponenten einfacher modular ausgetauscht werden können. Nach diesem Circular-Design-Prinzip wurde im Fraunhofer CCPE gemeinsam mit Partnern ein innovativer und modularer Kindersitz entwickelt. Der völlig neu designte Prototyp mit wiederverwendbaren Bauteilen ist reparierbar und aus biobasiertem Werkstoff auf Basis von Biopolymermatrix sowie Naturfaserverstärkung (Bio-NFK) erstellt. Somit adressiert er einen weiteren Nachhaltigkeitstrend der Kunststoffbranche: Monomaterialien.

Demonstratoren aus Leichtbau-Monomaterialien

Neben dem Kindersitzprototypen aus recyclingfähigen Monomaterialien stellen Fraunhofer-Forschende auf der K drei weitere Demonstratoren für Leichtbau-Monomaterialien vor. Ein neuartiger Fahrradhelm – entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT – besteht vollständig aus dem biobasierten und kreislauffähigen Kunststoff Polylactid (PLA). Sein Aufbau aus nur einem einzigen Material ermöglicht ein werkstoffliches Recycling, das mit dem bisherigen Materialverbund nicht möglich war. Im Vergleich zu herkömmlichen, meist in Asien aus Erdöl-basierten Materialien gefertigten Helmen spart der PLA-Helm damit zwei Drittel der CO₂-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus hinweg ein – ohne Abstriche bei Schutzwirkung oder Funktionalität. Die Herstellung ist im selben großserienfähigen Prozess wie bei herkömmlichen Helmen möglich, was eine wettbewerbsfähige Markteinführung erlaubt. Die für den Helm entwickelten Materialien und Fertigungsverfahren lassen sich auf andere Produkte wie Surfbretter, Rucksäcke, Protektoren oder Faszienrollen übertragen.

Mit einer modular konzipierten Transportbox für Urban Air Mobility und einer Autositzlehne mit Sandwichstrukturen, einem dreischichtigen Materialverbund aus recyceltem Polyethylenterephthalat (PET), stellen die -Forschenden vom Fraunhofer ICT weitere Monomaterialien vor.

Biologisch abbaubare Folien aus Apfeltrester

Ein weiterer Schwerpunkt am Fraunhofer-Stand liegt auf biobasierten Materialien. Hier werden gleich mehrere Innovationen vorgestellt: Im Rahmen des Kooperationsprojektes „A Matter of Fruit“ hat Verena Brom, Gründerin des gleichnamigen Startups, gemeinsam mit dem Fraunhofer Umsicht biologisch abbaubare Folien auf Basis von Produktionsrückständen aus der Saftherstellung weiterentwickelt. Die Kooperation ermöglichte den Transfer zu einer kontinuierlich hergestellten Folie beispielsweise als Lederersatz.

Im Leitprojekt SUBI2MA (Nachhaltige biobasierte und biohybride Materialien), an dem sechs Fraunhofer-Institute beteiligt sind, steht die Nutzung biobasierter Materialbausteine aufgrund ihrer exklusiven molekularen Funktionalitäten im Fokus. Durch die Integration solcher biologischen Komponenten lassen sich zukünftig völlig neue Materialien entwickeln und herstellen.

Eine Alternative zu Polyethylen stellen das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP mit den von ihnen entwickelten 20 neuen Typen des Biokunststoffs Polybutylensuccinat (PBS) vor. Die recyclingfähigen Materialen lassen sich auf gängiger Technik zuverlässig verarbeiten – ob Spritzguss, Blasformen oder Spinnen. Sie sind hitzebeständig über 200 Grad Celsius und zeigen hervorragende mechanische Eigenschaften. Praktische Anwendung haben sie bereits etwa in Sporttrinkflaschen gefunden.

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