Das Projekt "Komplextechnologie fuer Formkoerper aus Faserstoffen und Staerke" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurbüro für Nahrungsgütertechnik Dresden durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung von Verpackungs- und Formkörpern, die mit möglichst kurzer Prozeßzeit und minimiertem Energieaufwand formdefinierte Produkte mit bestimmten Eigenschaftsforderungen realisiert. Konzipiert ist das Konzept einer Kurztechnologie, bei der geeignete Stärke-Faser-Rezepturen eigenschaftsspezifisch vorbehandelt werden und anschließend einem kombinierten Extrudervorgang und druckthermischen Prozeß (Backvorgang) unterworfen werden. Dabei wird erwartet, daß der energetische Aufwand besonders für den Entfeuchtungsprozeß erheblich gesenkt und der Prozeßzyklus zeitlich stark gestrafft werden können. Weiterhin soll die Herstellung von geschäumten Formkörpern auf Stärkebasis herkömmlichen Methoden der konventionellen Thermoplastverarbeitung durch Extrusion und Spritzguß in ökonomisch sinnvoller Weise angepaßt werden. Dies hat den Vorteil, daß vorhandene Methoden und Technologien der Kunststoffverarbeitung nach entsprechender Modifizierung weitgehend übernommen werden kann.Der wissenschaftlich-technische Erfolg ist durch die Entwicklung effizienter Verfahren zur Herstellung geschäumter formdefinierter und formstabiler Stärkeformkörper durch Extrusions- und Spritzgusstechniken gekennzeichnet. Grundlage dafür sind die Ergebnisse zur produkt- und verfahrensspezifischen Modifikation der Stärke und die Rezepturentwicklung bzw. -kompaktierung. Damit ist es möglich, Formkörper mit dünnen und dicken Wandstärken (ca. 1 bis 60 mm), mit dicken und lockeren Schaumstrukturen sowie mit geringen und hohen Faseranteilen (ca. 5 bis 60 Prozent) bei einer deutlichen Reduzierung der Prozessdauer (bis zu 50 Prozent, abhängig vom Faseranteil und den geometrischen Abmessungen des Produktes) herzustellen. Einsatzschwerpunkte dieses Verfahrens sind die Extrusion (insbesondere für faserreiche Massen bzw. Werkstoffe mit Wandstärken bis ca. 10 mm bzw. größer 10 mm bei geringen Faseranteilen) sowie das Spritzgießen (ausschließlich für Massen mit geringen Faseranteilen kleiner 10 Prozent bezogen auf die Stärke für Werkstoffe mit ausgeprägten Dämmeigenschaften und Wandstärken bis 60 mm). Der Entwicklung dieses Verfahrens liegen Ergebnisse und Erfahrungen zugrunde, die im Rahmen des Vorhabens gewonnen wurden. Diese Ergebnisse betreffen auch und insbesondere konstruktive Fragestellungen. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren wird eine höhere Wirtschaftlichkeit erreicht, so dass auch geringere Stückzahlen von betriebswirtschaftlichem Interesse sind (z. B. geringere Kosten für Werkzeuge und Umrüstzeiten aufgrund der geringeren Taktzeit). Das Produktfenster kann erweitert werden. Darüber hinaus können Teilergebnisse auch für die konventionellen Verfahren genutzt werden (z. B. Intensivierung der Wasserdampfexpansion durch stoffliche und verfahrenstechnische Maßnahmen).
Das Projekt "Entwicklung von neuen, modifizierten, frei formbaren Faserstoffen zur Herstellung biogener Komponenten bei sehr kurzen Prozesszeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Bereich Ingenieurwissenschaften, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik durchgeführt. Die gegenwärtigen globalen Trends wie Bevölkerungswachstum, Ressourcenverknappung und Klimawandel stellen die Welt in Zukunft vor enorme Herausforderungen. Die Wirtschaftsform Bioökonomie bietet Chancen diesen Herausforderungen zu begegnen und sie zu lösen. Dabei ist ein zunehmender Einsatz biologischer Ressourcen und energieeffizienter Prozesse unabdingbar, um bei der Herstellung von Produkten für verschiedenste Anwendungsfelder eine Brücke zwischen Technologie, Ökologie und effizienter Wirtschaft zu schlagen.
Die Natur liefert eine Fülle nachwachsender Rohstoffe - wie z. B. Cellulose, die industriell genutzt werden können. Die Etablierung von Cellulose als nachhaltigen, umweltkompatiblen und in großen Mengen vorhandenen Werkstoff, dessen Anwendung weit über die Papier- und Kartonherstellung hinausgeht, ist im Sinne der Bioökonomie und eine konsequente Reaktion auf das steigende Umweltbewusstsein der Verbraucher. Formen mittels Urformen zu erzeugen ist momentan nur im Faserguss möglich, wo jedoch eine aufwendige und teure Formenherstellung nur größere Produktionsmengen rechtfertigt und die Formgebung zudem limitiert ist. Dies ist insbesondere dem Umstand geschuldet, dass ebenso wie bei der Papierherstellung der Ausgangsstoff eine stark verdünnte wässrige Faserstoffsuspension darstellt, welche aufgrund der geringen Viskosität für die Urformung Stützelemente benötigt.
Innerhalb des Projektes soll ein innovativer Faserstoff entwickelt werden, der es möglich macht Naturfasern - vorrangig Holzfasern - frei zu Formen und somit einen erheblichen Fortschritt in Bezug auf die Formenvielfalt und die Formgebungsprozesse zu generieren.
Um einen Faserstoff zu entwickeln, der durch die Kombination von Fließfähigkeit und hinreichender initialer Nassfestigkeit ein pseudoplastisches Verhalten aufweist, d. h. frei formbar ist, sollen hochgemahlene Faserstoffe mit trocken aufbereiteten Cellulosefasern versetzt und diese jeweils modifiziert werden. Durch die spezielle Modifikation werden beide Faserstoffe kompatibel und können ihr jeweiliges Eigenschaftspotenzial gezielt einbringen. Um die Projektziele zu erreichen bedarf es einer speziellen Aufbereitung beider zu kombinierenden Faserstoffe. Die Modifizierung der Fasern mithilfe geeigneter Enzyme oder anderen oberflächenmodifizierende Additive ist Grundvoraussetzung für den zielgerichteten Einsatz von Wasser im Faserstoff. Das Wasser, welches die Funktionen der Hydratisierung der Faser und die Unterstützung bei der Festigkeitsentwicklung einnimmt, soll dabei gezielt auf der Oberfläche spreizen und nicht ins Lumen oder in die Wand der Faser diffundieren.
Durch die angestrebte Faserstoffentwicklung entsteht ein Material mit pseudoplastischem Materialverhalten, welches in gewissen Grenzen selbst- bzw. freitragend geformt werden kann. Eine Freiformung sowie der Einsatz in generativen Fertigungsverfahren werden dadurch möglich, wodurch völlig neue Anwendungen für Cellulose geschaffen werden. (Text gekürzt)