FUNBIOMAT

Das Ziel des Cornet-Projekts FUNBIOMAT ist die Entwicklung innovativer Funktionalisierungs-methoden zur optimalen Verteilung biobasierter Additive aus Cellulose-Nanofasern (CNF) in Biopolyestern. Diese Maßnahmen sollen die thermomechanischen Eigenschaften, die Barrierefunktion gegen Gase und die Bioabbaubarkeit der Materialien erheblich verbessern.

Die Motivation: Die Herausforderungen der globalen Erwärmung, des Ressourcenmangels, der Kunststoffabfälle und der Mikroplastikverschmutzung verdeutlichen die Dringlichkeit, biobasierte und biologisch abbaubare Materialien als Alternativen zu konventionellen Kunststoffen zu entwickeln. Biobasierte Polyester, wie z. B. PLA, PBS, PBAT und PHB, bieten vielversprechende Ansätze, jedoch weisen sie oft unzureichende thermische, mechanische und Barriereeigenschaften auf. Dies schränkt ihren Einsatz in anspruchsvollen Anwendungen, wie Verpackungen, Konsumgütern, Automobilen und im Bauwesen, stark ein. Zur Verbesserung der Eigenschaften werden häufig Zusatzstoffe eingesetzt, die entweder nicht biobasiert sind oder nur ineffizient in der Polyestermatrix dispergiert werden können, was bisher nur zu unzureichenden Verbesserungen geführt hat. In den letzten zehn Jahren hat die Verwendung von biobasierten Füllstoffen beispielsweise aus Cellulose oder Lignin in nanometrischer Form großes Potenzial gezeigt. Cellulose-Nanofasern (CNF) gelten als vielversprechendes Additiv zur Verbesserung der Eigenschaften von Polyestern. Bisher konnten jedoch die Erwartungen nicht erfüllt werden, da die Prozesse nicht industriell umsetzbar waren oder die Nanopartikel ineffizient in der Matrix verteilt wurden.

Die Lösung: Ein zentrales Ziel des FUNBIOMAT-Projekts besteht darin, neuartige Funktionalisierungsmethoden für CNF zu entwickeln, um deren Verteilung innerhalb der Biopolyester zu optimieren. Dies ermöglicht signifikante Verbesserungen der Schlüssel-Eigenschaften, die neue spezifische Anwendungen eröffnen. Im Rahmen des Projekts wird ein innovativer wässriger Prozess zur Herstellung hochgefüllter und leicht dispergierbarer Masterbatches entwickelt, die CNF und Biopolyester enthalten. Diese Masterbatches werden zur Herstellung von Cellulose-Biopolyester-Nanokompositen verwendet. Durch Extrusion werden sie in Biopolyester eingearbeitet, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, oder als Beschichtung auf die Oberfläche eines Biopolyester-Films aufgetragen, um die Barriereeigenschaften zu optimieren. Die entwickelten Materialien werden durch die Herstellung von Beutelverpackungen für Käse oder trockene Lebensmittel, tiefgezogenen Schalen für Käse, Fleisch oder Fisch und spritzgegossenen Kaffeekapseln erprobt. Zudem wird die Recyclierbarkeit und die Bioabbaubarkeit der verschiedenen Verpackungssysteme untersucht sowie eine ökologische und wirtschaftliche Bewertung durchgeführt.

Die Projektpartner: Das Projekt wird von zwei belgischen (CELABOR, MATERIA NOVA) und zwei deutschen RTOs (Fraunhofer IVV, Fraunhofer UMSICHT) durchgeführt. Diese Partner bringen komplementäre Fachkenntnisse in der biobasierten Füllstoffproduktion und -modifikation, Compoundierung, Polymerverarbeitung und Bioabbaubarkeit sowie Lebenszyklus- und Kostenbewertung ein.

Der Ausblick: Die Entwicklung der Masterbatchtechnologie wird das Marktpotenzial biobasierter Produkte erhöhen und bietet Herstellern und Verarbeitern von Biopolyestern erhebliche Vorteile. Verpackungsunternehmen können insbesondere im Lebensmittelbereich ihren Marktanteil durch nachhaltige Biokunststofflösungen (100 % biobasiert, recycelbar und biologisch abbaubar) steigern. Diese Fortschritte ermöglichen es Lebensmittelunternehmen, sich durch nachhaltigere Verpackungen von Wettbewerbern abzuheben und umweltbewusste Kunden zu gewinnen. Zudem könnten durch die verbesserten Eigenschaften der Biopolyester neue Anwendungen in Sektoren wie Automobil und Landwirtschaft erschlossen werden.