Alte Rohstoffe in neuem Design

Der schlechte Ruf, der Plastik weithin nachgesagt wird, könnte bald der Vergangenheit angehören: Eine Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Rolf Mülhaupt entwickelt derzeit am Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) der Albert-Ludwigs-Universität so genannte sortenreine Verbundwerkstoffe, die sowohl aus fossilen als auch aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt und später rückstandsfrei recycelt werden können.  Zeitgleich arbeiten Forscherinnen und Forscher am FMF daran, aus Abfallprodukten wie Orangenschalen und Altpapier neue Materialien herzustellen, die für den 3D-Druck von Nutzen sind. Bei der K, der weltweit größten Handelsmesse für Kunststoffe und Gummi, die vom 16. bis 23. Oktober 2019 in Düsseldorf stattfindet, präsentieren die Freiburger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre neuen Werkstoffe.

Das Besondere an den sortenreinen Verbundwerkstoffen ist, dass sie auf Basis von Kohlenwasserstoffmaterialien erzeugt werden, die sich ohne Zugabe von Fremdstoffen selbst verstärken und sich durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeit auszeichnen. „Sie lassen sich als Rohstoff- und Energiequellen nutzen und eignen sich auch für den 3D-Druck“, sagt Timo Hees. Sein Kollege Carl Schirmeister ergänzt: „Die Verbundwerkstoffe können künftig im nachhaltigen Leichtbau, bei der Herstellung orthopädischer Hilfsmittel wie Orthesen sowie bei Kunststoffgetrieben nützlich sein.“

Quasi im Labor nebenan stellen Anne Asmacher und Benjamin Stolz aus Abfallprodukten wie Altpapier und Orangenschalen ebenfalls Materialien her, die für den 3D-Druck geeignet sind. Dazu wird das chemisch unbehandelte Altpapier zunächst zerkleinert und mit Stärke versetzt, sodass eine Paste entsteht, die 3D-Drucker verarbeiten können. „Durch die Mineralisierung mit einem Silikat können die mechanischen Eigenschaften gesteigert und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Entflammbarkeit erhöht werden“, sagt Benjamin Stolz. Aufgrund der außergewöhnlich niedrigen Dichte sei das Material insbesondere für Anwendungen im Leichtbau geeignet. Durch die Gewichtsersparnis könne beispielsweise im Transportsektor oder der Luftfahrt- und Automobilindustrie Treibstoff eingespart werden, was sich neben der Verwendung des Abfallprodukts Altpapier zusätzlich positiv auf die Nachhaltigkeit auswirke.

Darüber hinaus haben die Forscher mit Limonen, einem Stoff, der aus Orangenschalen gewonnen wird, Verbindungen hergestellt, die sich durch eine niedrige Zähflüssigkeit, auch Viskosität genannt, auszeichnen. „Von Vorteil ist dabei, dass sie zusätzlich an Steifigkeit und Temperaturstabilität gewinnen und sich deshalb unter anderem für den additiven Werkzeugbau wie Spritzgussformen eignen“, sagt Anne Asmacher.

Video: Innovative Materialsysteme für 3D-Druck – FMF