Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Substitution von Kunststoffen durch umweltfreundliche, biologisch abbaubare Materialien erfolgt nur sehr z\u00f6gernd, da z. B. Produkte auf St\u00e4rkebasis u. a. eine geringe Feuchtigkeitsstabilit\u00e4t besitzen. Durch gezielte Hydrophobierungsma\u00dfnahmen soll dieser Mangel behoben werden, wobei jedoch die Kompostierbarkeit bzw. biologische Abbaubarkeit gew\u00e4hrleistet bleiben mu\u00df. Somit sollte eine schadstofffreie R\u00fcckf\u00fchrung der nicht mehr ben\u00f6tigten Produkte in den nat\u00fcrlichen Stoffkreislauf m\u00f6glich sein.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenSt\u00e4rke l\u00e4\u00dft sich druckthermisch zwischen erhitzen Platten zu Formk\u00f6rpern f\u00fcr Verpackungszwecke verfestigen (Waffelbacktechnik). Zur Ver\u00e4nderung der Produkteigenschaften mit dem Ziel der Hydrophobierung m\u00fcssen verschiedene M\u00f6glichkeiten untersucht und \u00fcberpr\u00fcft werden.
\nHierzu werden von der UCT in Absprache mit der TUD entsprechende Zusatz- und Oberfl\u00e4chenbehandlungsstoffe ausgew\u00e4hlt und vorbereitet. Die TUD wird die Verarbeitbarkeit dieser Stoffe sowie die Festigkeitseigenschaften und das Wasseraufnahmeverhalten hergestellter Produkte \u00fcberpr\u00fcfen. Parallel dazu laufen Untersuchungen zur biologischen Abbaubarkeit. Nach entsprechender R\u00fcckkopplung sind die verschiedenen Zus\u00e4tze und Verfahren einzugrenzen und zu optimieren.
\nZur Beschreibung des druckthermischen Formgebungsprozesses werden die thermodynamischen und rechentechnischen Erfahrungen der TUP zur Proze\u00dfberechnung und -auslegung genutzt. Experimentelle Untersuchungen werden an der TUP nicht durchgef\u00fchrt. In Absprache mit der TUP stellt die TUD Me\u00dfdaten zur Verf\u00fcgung. Mathematische Ergebnisse und experimentelle Daten m\u00fcssen laufend \u00fcberpr\u00fcft und korrigiert werden.
\nTUD und IBN entwickeln gemeinsam eine Technologie zur Herstellung von Formk\u00f6rpern in Umsetzung der ermittelten L\u00f6sungswege. Durch das IBN wird f\u00fcr die praktische \u00dcberf\u00fchrung das optimale technologische Verfahren bestimmt und die Kooperation zu Industriepartnern aufgebaut.
\nIm Ergebnis der Untersuchungen sind f\u00fcr Verpackungsprodukte L\u00f6sungen zu finden, die eine hinreichende Feuchtigkeitsstabilit\u00e4t bei noch akzeptabler biologischer Abbaubarkeit besitzen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zur Erh\u00f6hung der Feuchte- und Wasserbest\u00e4ndigkeit der Formk\u00f6rper sind grunds\u00e4tzlich zwei Wege m\u00f6glich:
\n1. Hydrophobierung von innen, d. h. Zusatz von hydrophoben bzw. reaktiven Stoffen,
\n2. Hydrophobierung von au\u00dfen, d. h. Aufbringen einer weitgehend wasserundurchl\u00e4ssigen Barriereschicht.
\nZun\u00e4chst wurde versucht, die Feuchte- und Wasserstabilit\u00e4t durch Zugabe von hydrophoben und reaktiven Stoffkomponenten zu erh\u00f6hen. Zahlreiche Stoffe wurden durch die TUD und das IBN getestet. Es zeigte sich, da\u00df die Wirkung der verwendeten Stoffe begrenzt ist. Mit ausgew\u00e4hlten Stoffen kann eine geringe Hydrophobierungswirkung erzielt werden, die f\u00fcr begrenzte Anforderungen, z. B. kurzzeitigen Wasserkontakt, ausreichend ist. Jedoch sind die Einsatzmengen an hydrophoben bzw. reaktiven Ma-terialien, mit denen noch eine gute Produktqualit\u00e4t erzielt werden kann, so limitiert, da\u00df das Anl\u00f6sen der Formk\u00f6rperoberfl\u00e4che bei Wasserkontakt nicht verhindert werden kann. Die Verwendung dieser Stoffe f\u00fchrte teilweise schon bei geringen Konzentrationen zu einer schlechteren Produktqualit\u00e4t. Der Einsatz von reaktiven Stoffen ergab, da\u00df der notwendige Reaktionsablauf unter den gegebenen Proze\u00dfbedingungen nicht m\u00f6glich ist.
\nDurch eine geeignete Beschichtung k\u00f6nnen hingegen die Wasser- und Feuchtebest\u00e4ndigkeit deutlich verbessert werden. Eine g\u00fcnstige M\u00f6glichkeit zum Beschichten bietet dabei die Verwendung einer L\u00f6sung oder Dispersion. Durch die Art und Konzentration des film-bildenden Stoffs k\u00f6nnen die Auftragsmenge bemessen und die Produkteigenschaften variiert werden. Die Beschichtung mit einem Copolyamid, welches an der UCT hergestellt wurde, lieferte positive Ergebnisse. Bereits bei einer sehr geringen Beschichtungsmenge ist eine sehr gute Wasserresistenz erzielbar.
\nDie Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit erfolgte mittels Screening-Tests. Demnach sind die St\u00e4rkeformk\u00f6rper gut biologisch abbaubar. F\u00fcr das Copolyamid, welches sich als schwer abbaubar erwies, ist noch zu kl\u00e4ren, ob die biologische Abbaubarkeit dieses Materials der g\u00fcltigen DIN-Norm ent-spricht.
\nIm Rahmen des Projektes wurde weiterhin ein thermophysikalisches Modell zur mathematischen Beschreibung des Prozesses der druckthermischen Verfestigung und Formgebung erarbeitet. Dieses Modell und zahlreiche Messungen zum Proze\u00dfablauf erm\u00f6glichen, bestimmte Proze\u00dfparameter im voraus zu bestimmen. Dies ist besonders f\u00fcr die praktische Proze\u00dfgestaltung von Bedeutung.
\nF\u00fcr die Einf\u00fchrung der erforderlichen Technologie in die Praxis und die Vermarktung dieser Produkte wurden Kontakte mit Interessenten aus verschiedenen Bereichen gekn\u00fcpft, die auch nach Projektabschlu\u00df fortgef\u00fchrt und pr\u00e4zisiert werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Publikationen (in Vorbereitung)
\n– M\u00f6glichkeiten der Hydrophobierung von Formk\u00f6rpern auf St\u00e4rkebasis.
\n– Bewertung der funktionellen Eigenschaften von Formk\u00f6rpern auf St\u00e4rkebasis.
\n– Untersuchungen zum Proze\u00df der druckthermischen Verfestigung zur Herstellung von St\u00e4rkeformk\u00f6rpern.
\nVortr\u00e4ge
\n– Verfahren zur Herstellung por\u00f6ser Formk\u00f6rper auf St\u00e4rkebasis Arbeitssitzung des GVC-Fachausschusses Lebensmittelverfahrenstechnik in Z\u00fcrich, M\u00e4rz 1999
\n– in Vorbereitung: Thermal Pressure Forming of Starch Based Packaging Materials 2nd European Congress of Chemical Engineering ECCE-2 in Montpellier, Frankreich, Oktober 1999
\nPoster
\n– II. Internationale Fachkonferenz des Forschungsverbundes Mittel- und Osteuropa in Dresden, September 1998
\n– TERRATEC in Leipzig, M\u00e4rz 1999
\n– Tagung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt in Dresden, Juli 1999
\n– Pressemitteilung und Ver\u00f6ffentlichungen in Tageszeitungen, Rundfunk- und Fernsehsendern<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit den Projektergebnissen k\u00f6nnen neue Einsatzfelder f\u00fcr Formk\u00f6rper auf St\u00e4rkebasis abgesteckt werden. So ist sowohl ein Einsatz im Lebensmittelbereich z. B. als Verpackungsschale oder Geschirr f\u00fcr den Catering-Bereich als auch die Verwendung als Transportschutz im technischen Bereich m\u00f6glich. Jedoch ist bei einer Produktionseinf\u00fchrung eine gezielte Optimierung der Produkteigenschaften bezogen auf den speziellen Anwendungsfall erforderlich. Aufgaben, die sich bei der \u00dcberf\u00fchrung in den technischen Ma\u00dfstab ergeben, sind entsprechend der anzuwendenden Verfahren noch zu l\u00f6sen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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