Entwicklung von nachhaltigen Elastomeren durch den Einsatz von Lignin
Aufruf zur Teilnahme an einem AiF/IGF-Projekt
Ausgangssituation
In die Zukunft schauend ist die Entwicklung von nachhaltigen Elastomeren zwingend erforderlich (s. z. B. REACH, EU-Richtlinien 1222/2009, - 510/2011, - 443/2009). Der Einsatz von natürlichen, nachwachsenden und umweltschonenden Rohstoffen ist hierbei von weitreichender Bedeutung. Im Bereich der Elastomere betrifft dies u. a. den Einsatz von Additiven wie Füllstoffe, Alterungs- und/oder Flammschutzmittel, Weichmacheröle, Verarbeitungshilfsmittel und Vulkanisationschemikalien. Diese sind aktuell weitestgehend erdölbasiert mit den unter ökologischen Aspekten entsprechenden Nachteilen. Der Einsatz von Lignin als verstärkender Füllstoff bietet hier ein hohes Potential. Lignin ist ein wesentlicher Bestandteil in pflanzlichem Gewebe und nach Cellulose die häufigste organische Verbindung der Erde. Lignin ist damit ein natürlicher, nachwachsender und gesundheitlich unbedenklicher Rohstoff und zudem kostengünstig, Chemisch ist Lignin ein Polymer auf Basis der Monomere Cumarylalkohol, Coniferylalkohol und Sinapylalkohol, welche ein 3-dimensionales polymeres Netzwerk mit einem hohen Anteil an phenolischen Strukturen und hoher Molmasse bilden.
Bisherige Forschungsarbeiten zeigen, dass in Elastomere eingebrachtes Lignin nicht nur ein verstärkendes Potential aufweist, sondern auch zum Alterungsschutz und Flammschutz beitragen kann. Zudem besitzt Lignin eine vergleichsweise geringe Dichte von ca. 1,3 g/cm3 (Ruß 1,8 g/cm3¸ Silica 2,0 g/cm3), so dass bei entsprechender verstärkender Wirkung in Elastomeren ein effektiver Beitrag zur Gewichtseinsparungen von Elastomerprodukten und folglich eine Emissionseinsparung und Schadstoffreduktion in mobilitätsbezogenen Anwendungen zu erwarten ist.
Ziel des Projektes
Ziel des geplanten Projektes ist vorrangig, nachhaltige Elastomere mit vergleichsweise geringer Dichte (Leichtbau) zu entwickeln.Um den Einsatz von Lignin als Komponente mit guter Verstärkungswirkung (aktiver Füllstoff) zu erreichen, ist es ein weiteres Ziel, geeignete Einarbeitungsverfahren zu entwickeln. Die Herausforderung besteht dabei darin, der Agglomeration von Lignin sowie der mangelnden Kompatibilität zwischen Polymer und Lignin auf Grund von Polaritätsunterschieden durch geeignete Strategien entgegen zu wirken, um eine adäquate Dispersion zu erreichen. Daneben ist es erforderlich, eine gute Anbindung des Füllstoffes an die elastomere Matrix zu gewährleisten, um hohe mechanische Festigkeiten zu erreichen.
Lösungsweg
Um die Übertragbarkeit des Compoundings auf industrielle Verfahren sowie eine wirtschaftliche Herstellung von Lignin-Elastomerkompositen zu gewährleisten, soll auf aufwändige chemische Aufschluss- und Aufarbeitungsschritte des Lignins nach Möglichkeit verzichtet werden. Insgesamt sollen verschiedene Lignin-Varianten, auch Kombinationen von Lignin mit Ruß und Silica zur Herstellung von Hybridsystemen untersucht werden. Als elastomere Matrix ist vorzugsweise im Sinne der Nachhaltigkeit Naturkautschuk (NR) sowie zusätzlich NBR als eher polarer Kautschuk vorgesehen.
Einer optimalen Dispersion und guten Polymer-Füllstoffanbindung soll einerseits durch den Einsatz und Entwicklung eines speziellen Latex-Compoundings (statisch, dynamisch) in Verbindung mit einer Co-Coagulation erreicht werden. Die hergestellten Komposite können sowohl direkt als auch als Masterbatch für nachgeschaltete Schmelzmischverfahren zur Herstellung von Ruß-Lignin bzw. Ruß-Silica-Compounds genutzt werden. Andererseits wird ein Schmelzmischverfahren verwendet, für das das Lignin zuvor chemisch mit unterschiedlichen Methoden modifiziert wird. Letztlich werden alle Komposite unvulkanisiert/vulkanisiert ausführlich physikalisch und chemisch charakterisiert.
Forschungseinrichtung(en), Projektleitung und Projektorganisation:
Das Projekt ist mit Förderung über die AiF als IGF Vorhaben in Kooperation mit der Mitgliedsvereinigung „Deutsche Kautschukgesellschaft e. V.“ geplant.
Bei Interesse zur Teilnahme am projektbegleitenden Ausschuss sowie für detaillierte Informationen wenden Sie sich bitte per Kontaktformular an uns!
Wir freuen uns auf Ihre Beteiligung!
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