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Neues Technikum für die Extrusionsforschung

(v.l.) Benjamin Redlingshöfer, Direktor des TITK, Wolfgang Tiefensee, Wirtschaftsminister von Thüringen, und Anton Fürst, Geschäftsführer der Leistritz Extrusionstechnik GmbH, bei der Inbetriebnahme des neuen Technikums am Rudolstädter Forschungsinstitut. Foto: TITK/Steffen Beikirch

Das TITK hat Ende 2020 ein neues Technikum für die Extrusionsforschung in Betrieb genommen.

Im Beisein von Wirtschaftsminister Wolfgang Tiefensee nahm das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) Ende 2020 sein neues Technikum in Betrieb, das sich bei der Extrusionsforschung vor allem mit Hochleistungskunststoffen für die Medizintechnik, bioabbaubaren Klebstoffen und Schäumen sowie Polyurethanen ohne gesundheitsschädliche Isocyanate beschäftigen wird.

Herzstück der Versuchsanlage sind drei Doppelschnecken-Extruder der Leistritz Extrusionstechnik GmbH – einer davon als Dauerleihgabe des Nürnberger Unternehmens.

Mit den Anlagen sollen insbesondere Hochleistungskunststoffe für die Medizintechnik sowie bioabbaubare Klebstoffe und Schäume entwickelt werden. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Herstellung und Verarbeitung von Polyurethanen ohne das gesundheitsschädliche Isocyanat.

„Die Herstellung dieser Nicht-Isocyanat-Polyurethane – der sogenannten NIPUs – ist bislang nur unter Laborbedingungen gelungen“, erläutert TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer. Hier wolle das Institut nun bei der Entwicklung und Produktion im größeren Maßstab vorangehen, um einen Beitrag zum Verzicht auf Isocyanate zu leisten.

Diese flüchtigen, hochreaktiven und toxisch wirkenden Verbindungen werden häufig in industriellen Herstellungsprozessen eingesetzt. „Wir treiben jetzt die Forschung an nachhaltigen und sicheren Polyurethanen voran“, sagt Redlingshöfer.

Extrusionsforschung weiter ausgebaut

Das neue Extrusionstechnikum schafft dafür die Voraussetzung. „Mit der Investition baut das TITIK als größte wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung Thüringens seine Kompetenzen im Bereich der Kunststoff-Forschung weiter aus“, sagte Wirtschaftsminister Wolfgang Tiefensee. In der Anlage können aktuelle Forschungsergebnisse schnell in neue Materialien und Bauteile für konkrete Industrieanwendungen überführt werden.

Das Wirtschaftsministerium hat das insgesamt rund 1,5 Mio. EUR teure Vorhaben deshalb mit rund 1 Mio. EUR unterstützt. Der Förderantrag für das Extrusionstechnikum hatte zuvor im Wettbewerbsaufruf zur Förderung forschungsbezogener Geräteinfrastruktur den Zuschlag erhalten. Darüber hinaus hat das Wirtschaftsministerium dem TITK seit 2014 weitere rund 3,3 Mio. EUR für Geräteausstattungen, Bauvorhaben und Forschergruppen bereitgestellt.

Das neue Technikums erlaubt Scale-up auf Industriemaßstab

Aktuell arbeitet das TITK in der Polyurethanforschung unter anderem an Leichtbauschäumen und Beschichtungslösungen. Auch beim selbst entwickelten Bio-Schmelzklebstoff Caremelt kann dank des neuen Kunststoff-Technikums nun das Scale-up auf den Industriemaßstab angepeilt werden. Möglich machen dies zwei spezielle Extruder mit Nebenapparaturen, wie etwa einer Vakuum-Entgasung und einer Schmelze-Rückführung.

In einer der Maschinen lässt sich die Polymermasse im Kreislauf führen. „Damit gelingt es, die Polyurethane über eine längere Zeit thermisch und mechanisch zu bearbeiten. Das ist nötig, um hohe Molekularmassen aufzubauen“, sagt Dr. Frank Meister, Leiter der Abteilung Native Polymere und Chemische Forschung am TITK.

Mit dem zweiten Extruder können der geschmolzenen Polymermasse Gase zugeführt werden. So lassen sich etwa bioabbaubare Schäume auf Stärke-Basis produzieren. „Sie können für so genannte Verpackungschips, schüttfähige Polstermaterialien und vieles mehr Verwendung finden“, so Meister.

Herstellung von Hochleistungskunststoffen wie PEEK möglich

Von den neuen Möglichkeiten ist auch sein Kollege Dr. Stefan Reinemann angetan. Seine Abteilung Kunststoff-Forschung profitiert vor allem vom dritten, noch leistungsfähigeren Extruder. „Er ist mit einem besonders langen Verfahrensteil ausgestattet und kann sehr hohe Temperaturen realisieren“, sagt Reinemann. Dies erlaube auch chemische Reaktionen.

„Mit dem integrierten Rheometer können wir zudem die Viskosität des Materials während des Extrusionsprozesses messen und bei Bedarf nachjustieren. Das gestattet uns, Hochleistungskunststoffe zu erzeugen, die unter anderem in der Medizintechnik als Implantate oder als hochfeste Operationsnägel zum Einsatz kommen“, so Reinemann. Das Material dafür: Polyetheretherketon (PEEK), dem bei Temperaturen von über 400°C Kohlefasern beigemischt werden.

Großer Doppelschneckenextruder als Dauerleihgabe von Leistritz

TITK-Techniker Mario Willing (li) und Industriemeister Florian Sorge arbeiten im Rahmen der Extrusionsforschung an PCM-Verbundmaterial für den Transport temperatursensibler Güter – zum Beispiel Insulin, Blutkonserven oder Impfstoffe bei einer Temperatur von 5°C. Die Plattenanlage ist mit dem großen Extruder verbunden, den die Firma Leistritz als Dauerleihgabe am TITK platziert hat. Foto: TITK/Steffen Beikirch

Neben der Landesförderung stellte die Leistritz Extrusionstechnik GmbH aus Nürnberg dem Institut die dritte und zugleich größte Anlage als Dauerleihgabe zur Verfügung. Für dieses großzügige Engagement bedankt sich TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer im Namen seiner Forscherteams. „Wenn einer der weltweit führenden Anbieter von Extrusionstechnik sein exzellentes Anlagen-Know-how bei uns in Thüringen platziert, dann spricht das nicht nur für das große Vertrauen in unsere Polymer-Kompetenz, sondern auch für den Freistaat insgesamt als Wirtschaftsstandort“, betont Redlingshöfer.

Innovationskraft von kleinen und mittleren Unternehmen stärken

Zugleich zeige dies eindrucksvoll, wie die wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen – unterstützt durch die Förderpolitik des Landes – ihre Transferaufgabe wahrnehmen und dadurch die Innovationskraft gerade von kleinen und mittleren Unternehmen nachhaltig stärken können.

Anton Fürst, Geschäftsführer der Leistritz Extrusionstechnik GmbH, Nürnberg, bekräftigte bei der Inbetriebnahme, dass Leistritz eine sehr lebendige Kooperation mit dem TITK anstrebt. „Unsere Extrusionsanlagen stehen in zahlreichen Instituten und Forschungseinrichtungen weltweit. Es ist für uns wichtig, teil daran zu haben, wenn Materialien der Zukunft entwickelt und erarbeitet werden“, so Fürst.

„Für Rezepturentwicklungen, Grundlagenforschung und Kleinmengenproduktion bieten die hier eingesetzten Extruder eine ausgezeichnete Maschinenbasis sowie skalierbare Betriebsbedingungen. Einen großen Vorteil, den wir in dieser Zusammenarbeit sehen, ist vor allem aber, dass wir das TITK als eine Art ausgelagertes Technikum nutzen können. Wir werden mit wichtigen Industriekunden nach Rudolstadt kommen, um gemeinsam mit dem TITK deren Problemstellungen zu lösen“, erklärte Anton Fürst.

gk