Herstellung von Platten und Formteilen aus Popcorngranulat
Neu entwickelte Verfahren zur Herstellung von Platten und Formteilen aus Popcorngranulat. Sie ermöglichen die Herstellung von Platten oder Formteilen aus nachwachsenden Rohstoffen mit verbesserter Wasserbeständigkeit und Biegefestigkeit. Die Platten und Formteile eignen sich insbesondere für Verpackungen, Möbel, den Automobilbereich (inkl. Wohnmobile) und den Hausbau.
Quelle: C. Pertsch
Problemstellung
In den Bereichen Verpackung, Automobilbau und Hausbau werden nach wie vor Formteile aus konventionellen Kunststoffen hergestellt. Diese verfügen über einige positive Eigenschaften wie niedrige Dichte, hydrophobe Oberflächen oder niedrige Wärmeleitfähigkeiten. Allerdings weisen sie auch zahlreiche negative Eigenschaften auf, zu denen u. a. geringere Steifigkeit und Festigkeit im Vergleich zu einigen traditionellen Materialien zählen. Darüber hinaus stellen die langen Abbauzeiten und das Problem des Mikroplastiks große gesellschaftliche Herausforderungen dar. Zudem werden diese Kunststoffe aus endlichen fossilen Rohstoffen hergestellt.Aufgrund dieser technischen und gesellschaftlichen Probleme werden dringend alternative Lösungen gesucht, insbesondere aus nachwachsenden Rohstoffen.
Unsere Lösung
Zur Lösung der Probleme entwickelten die Wissenschaftler neue Verfahren zur Herstellung von Platten und Formteilen aus expandiertem Popcorngranulat. Das für die Herstellung der Platten oder Formteile verwendete Granulat kann beispielsweise vor dem Verpressen mit einem Polymer beschichtet werden. Dadurch wird es zum einen vor der Weiterverarbeitung als rieselfähiges Granulat sehr gut lagerfähig. Zum anderen wird die Wasseraufnahme des Produktes reduziert. Nun wurde ein weiteres innovatives Verfahren entwickelt, mit dem die Wasseraufnahme noch weiter reduziert werden kann. Dabei wird der Kristallisationsgrad der im Popcorngranulat enthaltenen Stärke durch erhöhte Temperatur und Luftfeuchtigkeit gezielt gesteigert (Retrogradation). Ein weiteres, für den speziellen nachwachsenden Rohstoff optimiertes Herstellungsverfahren nutzt die Radiowellentechnologie und ist damit schneller, effizienter und damit kostengünstiger.
Produktionsverfahren mit Radiowellentechnik (hν): Die Formmasse (polymerbeschichtetes oder retrogradiertes Popcorngranulat) wird pneumatisch vorverdichtet und in die Form gefüllt. Durch Temperatur und Druck wird die Formmasse erwärmt. Der Einsatz der Radiowellentechnologie ermöglicht einen schnelleren und effizienteren Formprozess. Nach erfolgreichem Binden der Popcornpartikel erfolgt im letzten Schritt die Entnahme des Bauteils aus der Form.
Vorteile
- Herstellung von Platten und Formteile aus nachwachsenden Rohstoffen,
- erhöhte Feuchtigkeitsbeständigkeit,
- verbesserte Querzugfestigkeit,
- verbesserte Druckfestigkeit,
- erhöhte Biegefestigkeit,
- gute Lagerbarkeit und Schüttfähigkeit des Granulats,
- schnelles und effizientes Formpressverfahren.
Für die Herstellung biegesteifer Sandwichplatten bietet die Retragradierung die Möglichkeit, sehr druckfeste Kernschichten herzustellen, die es erlauben, das Potential sehr biegesteifer Deckschichten aus z.B. HDF, HPL etc. in Sandwichplatten zu nutzen. Hier ist es auch möglich, Sandwichplatten mit einer Deckschicht aus Faser- oder Spanplatten in einem Schritt zu pressen.
Querzugfestigkeit (QZ) der Probekörper vor und nach der Klimatisierung. Es ist hierbei ein Anstieg der Querzugfestigkeit um das fast vierfache (Bindemittel: Hämoglobin) bzw. neunfache (Bindemittel: UF-Harz) zu beobachten. Zum Vergleich: Eine Spanplatte mit einer vergleichbaren Rohdichte von ca. 650 kg/m³ erreicht nach EN 312 eine Mindestquerzugfestigkeit von 0,35 N/mm².
Anwendungsbereiche
- Verpackungsmaterialien (z. B. Kühlboxen, Schutzverpackungen, Lebensmittelverpackungen, Kochboxen, Teller etc.),
- Automobilteile (inkl. Teile für Wohnmobile),
- Bauwesen: Dämmmaterialien (Schall- oder Wärmedämmung), Trockenbauwände, Trennwände (inkl. Messestände), nachhaltiges Bauen.
Entwicklungsstand
Verschiedene Platten und Formteile (Prototypen) wurden erfolgreich hergestellt und getestet.
Patentsituation
Es existiert ein breites IP-Portfolio (Anmelder: Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts).
Weiterführende Informationen
EP2961580B1
EP3897196B1
US12070912B1
WO2021170676A1
DE102024129183.4
Kontakt
- Dr. Stefan Uhle
- Patent & Innovation Manager Life Science
- suhle@sciencebridge.de
- +49 551 30724 154
- BioC-2138+2232+2543-SUG
