Herstellung von dreidimensionalen Formteilen aus Popcorn mittels innovativer Formpressung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Formteile, die aus Popcorn hergestellt sind sowie auf einen neuen Herstellungsprozess. Dadurch sind in kürzerer Zeit als bisher sehr leichte, flexible und wasserabweisende Formteile herstellbar. Insbesondere bestehen die Formteile aus nachwachsenden Rohstoffen. Einsatzgebiete sind z.B. für Schallabsorber, Dämmstoffe, Verpackungen, Fahrzeugbau, Freizeit- und Sportartikel oder in der Konsumgüterindustrie.

Problemstellung

Heutzutage werden Formteile z.B. Verpackungen hauptsächlich aus Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polystyrol hergestellt. Diese Formteile haben neben positiven Eigenschaften wie niedrige Dichte, hydrophobe Oberflächen, eine gute Verarbeitbarkeit und niedrige Wärmeleitfähigkeit auch zahlreiche negative Eigenschaften. So ist das Material oftmals spröde, besitzt nur eine sehr geringe chemische Beständigkeit und eine sehr niedrige Schmelztemperatur. Zudem werden diese Kunststoffe aus endlichen fossilen Rohstoffen hergestellt, die teilweise schwer wiederverwendbar sind. Die Zunahme von Plastikmüll auf dem Land und insbesondere in den Weltmeeren wird zu einem immer größeren ökologischen Problem mit globaler Bedeutung. Aufgrund dieser Probleme werden alternative Lösungen dringend gesucht.

Quelle: C. Pertsch

Unsere Lösung

Das für die Herstellung der dreidimensionalen Formteile benutzte Popcorn wird nach der Expansion mit einem Polymer überzogen (Coating). Durch dieses Hydrophobieren ist das Popcorn vor der weiteren Verarbeitung als schüttfähiges Granulat sehr gut lagerbar. Das neue Herstellungsverfahren nutzt die Radiowellentechnologie und ist deswegen schneller und effizienter und somit kostengünstiger. Die hergestellten Formteile besitzen verbesserte gute bis exzellente Eigenschaften wie z.B. eine verbesserte Biegsamkeit und wasserabweisende (hydrophobe) Eigenschaften. Insbesondere können sie zum überwiegenden Teil aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden.

Zur Herstellung des Formteils wurden die zwei Techniken Formpressen und die Verwendung von Formteilautomaten weiterentwickelt. Je nach Anwendung kann die Formteiloberfläche anschließend noch beschichtet oder kaschiert werden.

Formpressen (Quelle: DE102018132738A1):


Das von Polymer umgebene Popcorn wird in eine Kavität eingebracht, welche unter Druck und konduktiver Wärmeübertragung aufgeheizt wird. Durch den Druck erlangt die Formmasse die vom Werkzeug vorgegebene Form.

Verwendung von Formteilautomaten (Quelle: DE102020105205.7):


Bei dieser Technik werden Formteilautomaten benutzt, welche höhere Drücke und/oder Temperaturen ermöglichen. Der erste Prozessschritt besteht im pneumatischen Komprimieren der Formmasse (d. h. das polymerüberzogene Popcorn) und das Befüllen mit der komprimierten Formmasse. Mit Hilfe von Temperatur und Druck wird die Formmasse erhitzt. Der Einsatz der Radiowellentechnologie (hν) ermöglicht einen wesentlich schnelleren und effizienteren Formgebungsprozess. Nachdem die Popcornpartikel miteinander verbunden sind, wird in dem letzten Prozessschritt das Formteil aus dem Werkzeugteil entnommen.

Vorteile

  • Formteile aus nachwachsenden Rohstoffen
  • Herstellung von hydrophoben, sehr leichten und flexiblen Formteilen
  • Sehr gute Lagerbarkeit und Schüttfähigkeit des nachwachsenden Granulats
  • Schnelleres und effizienteres Formpressverfahren

Anwendungsbereiche

  • Verpackungsmaterialien (z. B. Kühlboxen, Schutzverpackung für Elektrogeräte);
  • Automobilteile (z. B. Kopfstützen, Sonnenblenden, Kindersitzschalen, Dämmmatten);
  • Dämmmaterialien (z. B. Elektrogeräte);
  • Sportartikel (z. B. Yoga-Rollen, Nackenrollen);
  • Spielzeug (z. B. Würfel, Bretter für Gesellschaftsspiele, Puzzle);
  • Haushaltsgegenstände (z. B. Gewürzdosen, Geschirr, Körbe, Bilderrahmen).

Entwicklungsstand

Verschiedene Formteile (Prototypen) wurden erfolgreich hergestellt und getestet.

Patentsituation

Es wurden deutsche und internationale Patentanmeldungen eingereicht (Anmelder: Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts).

Weiterführende Informationen

DE102018132738A1
WO2020126665A1
DE102020105205.7

MDR-YouTube-Kanal:
https://www.youtube.com/watch?v=VtKibTvBVYE

Homepage der Arbeitsgruppe CVV:
http://www.uni-goettingen.de/de/72110.html

RTL Nord:
http://www.rtlnord.de/nachrichten/moebel-aus-popcorn-aus-goettingen.html

Kontakt

Dr. Stefan Uhle
Patentmanager Life Science
E-Mail: suhle(at)sciencebridge.de
Tel: +49 551 30724 154
Referenz: BioC-2138+2232-SUG

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