Dr. Boris Marx bei der Herstellung von PLA-Blend mit Stereokomplex-Kristallstruktur im Faserinstitut Bremen.
Foto: Faserinstitut Bremen
Dr. Boris Marx bei der Herstellung von PLA-Blend mit Stereokomplex-Kristallstruktur im Faserinstitut Bremen.

Biowerkstoffe

Seile aus Biopolymer mit hoher Festigkeit

Wissenschaftlern des Faserinstituts Bremen ist es gelungen, technisch industrielle Garne aus PLA-Biopolymeren mit erhöhten Festigkeiten zu entwickeln.

Technische Fasern machen die Seile von Kinderschaukeln sicher oder sind bei medizinischen Operationen unverzichtbar. Der Grundstoff für diese Fasern sind häufig auf Erdölbasis hergestellte Polymere. In Anbetracht der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Rohstoffe und der Kunststoffproblematik forschte Dr. Boris Marx vom Faserinstitut Bremen e.V. nach Alternativen mit Biopolymeren und gehört zu den Nominierten für den mit 10.000 EUR dotierten Otto von Guericke-Preis 2022 für besondere Innovationsleistungen auf dem Gebiet der vorwettbewerblichen Industriellen Gemeinschaftsforschung.

Bio-Werkstoffe als Alternative zum Erdöl

Biopolymere wie zum Beispiel Polylactid (PLA) bestehen aus biobasierten, nachwachsenden Rohstoffen und sind – im Gegensatz zu den üblichen Polymeren aus Erdöl – biologisch abbaubar. PLA wird durch chemische Synthese auf Milchsäurebasis hergestellt. Kommerziell verfügbares PLA wird zu Garnen verarbeitet, die derzeit zum Beispiel für Heimtextilen genutzt werden können. Leider sind die Festigkeiten für technische Anwendungen bisher nicht ausreichend.

Forscher erreichen höhere Festigkeit mit PLA

„Im Rahmen des IGF-Projektes ‚Hochleistungs-PLA-Biko-Fasern‘ ist es erstmals gelungen, ein PLA-Blend mit Stereokomplex-Kristallstruktur im Technikumsmaßstab herzustellen. Dabei wurden zwei PLA-Ausgangsmaterialien im Compoundierprozess vermischt. Die Besonderheit liegt dabei in der Prozessführung bei der Temperatur. Das Ergebnis ist ein PLA-Blend in Pulverform mit Stereokomplex-Kristallstruktur, sodass die Entwicklung von Garnen mit höheren Festig- und Steifigkeiten ermöglicht und herkömmliche Kunststoffe somit substituiert werden können“, erklärt Dr. Boris Marx.

Einsatzbereich industrieller PLA-Garne ausgeweitet

Wie die Wissenschaftler betonen, erlaubt die einfache Überführung in den Industriemaßstab eine ausreichende Materialverfügbarkeit. Dadurch wurde das Potenzial geschaffen, technisch industrielle PLA-Garne mit erhöhten Festigkeiten zu entwickeln. Damit können die Einsatzgebiete dieser biotechnologischen Fasern deutlich ausgeweitet, herkömmliche Kunststoffe weiter ersetzt sowie Ressourcen und Umwelt entsprechend geschont werden.

Anwendung von Medizintechnik bis Raumfahrt

„Für die Medizintechnik und speziell für uns als Entwickler und Produzent von innovativen textilen Implantaten sind die im Projekt erzielten Forschungsergebnisse von hoher Bedeutung. Denn bislang gibt es auf dem Markt keine Produkte auf PLA-Basis in stereokomplexer Form. Der jetzt verfügbare PLA-Blend ermöglicht die Entwicklung neuer und innovativer Produkte wie zum Beispiel verbesserte Osteosyntheseplatten zur Behandlung von Frakturen. Wir erhoffen uns dadurch einen Ausbau unseres Produktportfolios und die Erschließung neuer Märkte“, beschreibt Dr. Sven Oberhoffner von der ITV Denkendorf Produktservice GmbH mittelständische Interessen in Zusammenhang mit dem IGF-Projekt.

Innovativer, sehr nachhaltiger Werkstoff

„Ergebnis dieses IGF-Projektes ist ein innovativer, sehr nachhaltiger Werkstoff, der für Hochtechnologiebranchen wie die Luft- und Raumfahrtechnik, die Medizintechnik oder für den Automobilbau vorgesehen ist. Da der Werkstoff auf einer industrienahen Technikumsanlage entwickelt worden ist, sind die Parameter, die erforscht wurden, sehr leicht in die Industrie übertragbar. Das geschieht derzeit mit dem Projektbegleitenden Ausschuss gemeinsam mit kleinen und mittelständischen Unternehmen und dem AiF-Mitglied Forschungsvereinigung Werkstoffe aus nachhaltigen Rohstoffen e.V. – WNR“, fasst Professor Axel S. Herrmann, Institutsleiter des Faserinstituts Bremen e.V. abschließend zusammen. gk