Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung e.V. durchgeführt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Partikelschaumes auf Basis natürlicher Polymere (Polysaccharide, Polypeptide) zur Herstellung von Formteilen. Die Idee ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem in einer ersten Stufe ein expandierbares Granulat hergestellt wird, das in der zweiten Stufe mittels eines Aufschäumprozesses in einem Formwerkzeug zu einem Schaumformteil verarbeitet wird. Auf Basis natürlicher Polymere wird ein treibmittelgefülltes Granulat für den anschließenden Verschäumungsprozess entwickelt. Um eine Expansion herbei zu führen ist ein Treibmittel erforderlich, welches im Granulat gebunden bzw. enthalten sein muss. Im vorliegenden Vorhaben soll vorrangig Wasser als Treibmittel wirken, welches durch weiteren Energieeintrag verdampft und die Partikel auftreibt. Diese Verfahren sollen an die technische Anwendung als Verpackung angepasst und optimiert werden. Dem Antragsteller obliegt innerhalb des Projektverbundes die Aufgabe der Entwicklung des expandierbaren Granulates sowie des zu dessen Herstellung geeigneten Verfahrens. Hierzu erfolgt in erster Instanz eine Auswahl an Rohstoffen und Additiven die in ersten Versuchen zu einer Basisrezeptur und somit einer ersten Eingrenzung der geeigneten Rohstoffe führen. Das angewendete Verfahren ist die Extrusion. In den weiteren Schritten erfolgt die Optimierung von Rezeptur und Verfahren. Hauptrohstoffe sind Stärken und stärkehaltige Produkte. Wesentliches Treibmittel ist Wasser.
Das Projekt "Teilvorhaben 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Loick Biowertstoff GmbH durchgeführt. Das Ziel ist die Entwicklung eines Partikelschaumes zur Herstellung von Formteilen. Die Rohstoffbasis hierfür bilden natürliche Polymere ( Polysaccaride, Polypeptide), welche als komplexes, trockentechnisch gewonnenes Gemisch(Mehl) vorliegen. Hierzu muss ein geeignetes, expandierbares Granulat entwickelt werden, welches in einem Aufschäumprozess, in einem Formwerkzeug zu einem Schaumformteil verarbeitet wird. Das Verfahren zur Formteilproduktion soll die Herstellung von dreidimensionalen Teilen komplexer Geometrie ermöglichen. Die Partikel müssen maximal expandieren und zu einem kompakten Formteil verschweißt werden. Die Entwicklungsarbeiten können in die Entwicklung des Materials bzw. des expandierbaren Granulats und die Entwicklung des Verfahrens zur Verschäumung und Formgebung unterteilt werden. Auf Basis natürlicher Polymere wird ein treibmittelgefülltes Granulat für den anschließenden Verschäumungsprozess entwickelt. Im vorliegenden Vorhaben soll vorrangig Wasser als Treibmittel wirken, welches durch weiteren Energieeintrag verdampft und die Partikel auftreibt. Hinsichtlich des Aufschäum- und Formgebungsprozesses ist ein Verfahren zu entwickeln, welches eine maximale Expansion bei gleichmäßiger Formfüllung ermöglicht.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Verfahrens- und Formteilentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Partikelschaumes auf Basis natürlicher Polymere (Polysaccharide, Polypeptide) zur Herstellung von Formteilen. Die Idee ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem in einer ersten Stufe ein expandierbares Granulat hergestellt wird, das in der zweiten Stufe mittels eines Aufschäumprozesses in einem Formwerkzeug zu einem Schaumformteil verarbeitet wird. Auf Basis natürlicher Polymere wird ein treibmittelgefülltes Granulat für den anschließenden Verschäumungsprozess entwickelt. Um eine Expansion herbei zu führen ist ein Treibmittel erforderlich, welches im Granulat gebunden bzw. enthalten sein muss. Im vorliegenden Vorhaben soll vorrangig Wasser als Treibmittel wirken, welches durch weiteren Energieeintrag verdampft und die Partikel auftreibt. Diese Verfahren sollen an die technische Anwendung als Verpackung angepasst und optimiert werden. Weitere Rezepturbestandteile können Fließhilfsmittel, Feuchthaltemittel, Nukleierungsmittel und synthetische bzw. halbsynthetische Biopolymere sein. Des Weiteren ist der Einfluss der Lagerung zu prüfen. Hinsichtlich des Aufschäum- und Formgebungsprozesses ist ein Verfahren zu entwickeln, welches eine maximale Expansion bei gleichmäßiger Formfüllung ermöglicht. Hinsichtlich der Energieübertragung zur Einleitung der Expansion stehen unterschiedliche Medien zur Auswahl (Dampf, Heißluft), deren Eignung, Vor- und Nachteile auszuwerten sind.
Das Projekt "Zyklisch-dynamische Eigenschaften von Partikelschäumen (HYSTERESIS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die experimentelle und numerische Untersuchung des mechanischen Verhaltens von Partikelschäumen unter quasi-statischer sowie zyklischer Belastung im Druckbereich. Mit Hilfe eines im Vorhaben zu entwickelnden Prüfstandes zur Durchführung von umgebungsdruckabhängigen Stauchungsversuchen sowie der Anwendung röntgentomografischer Analysen sollen die Wechselwirkungen zwischen Zellgas, Zellstruktur und Grundpolymer einerseits und den zeitabhängigen mechanischen Eigenschaften des Partikelschaums andererseits analysiert werden. Im Mittelpunkt stehen dabei die viskoelastischen Eigenschaften und das Kriechverhalten des Partikelschaums sowie die globalen und lokalen Spannungs-Stauchungs-Verläufe bei wiederholter Be- und Entlastung. Die Analyse der Zellmorphologie bildet die Grundlage für die numerische Simulation der Partikelschäume, wobei zunächst einzelne Be- und Entlastungsschritte unter Berücksichtigung der Zellstruktur, des Zellglases und der Viskoelastizität simuliert werden. Hierdurch sollen insbesondere inelastische Effekte und Instabilitäten auf lokaler Ebene detektiert und deren Auswirkung auf das globale Verhalten identifiziert werden. Die Arbeiten schaffen damit wichtige Grundlagen für ein verbessertes Materialverständnis, das für eine ressourceneffizientere und verlässlichere Auslegung von langzeitbeanspruchten Partikelschaumstrukturen notwendig ist.