TY - THES

T1 - Untersuchung der mechanischen Rezyklierbarkeit von technischen Biokunststoffen

AU - Blees, Eva Christina

N1 - gesperrt bis null

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Als nachhaltige Polymerwerkstoffe mit großer werkstofflicher Leistungsfähigkeit halten technische Biokunststoffe mittlerweile verstärkt Einzug in unterschiedlichsten Applikationen. Die Verwertung und Verwertbarkeit von Abfällen aus Biokunststoffen ist bislang jedoch noch nicht umfangreich und systematisch untersucht. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Untersuchung der prinzipiellen mechanischen Rezyklierbarkeit der technischen Biokunststoffe Polyamid 6.10 (PA6.10), Polybutylensuccinat (PBS) und Polytrimethylenterephthalat (PTT), Celluloseactatbutyrat (CAB) sowie eines Blends aus Polyhydroxybutyrat-covalerat mit Polybutylenadipat-terephthalat (PHBV/PBAT). Die Simulation eines bis zu siebenfachen mechanischen Recyclings umfasste die Trocknung des jeweiligen Materials gefolgt von Extrusion und anschließender Granulierung. Die Analyse der Auswirkungen einer oftmaligen Aufbereitung auf das Eigenschaftsprofil erfolgte mittels spektroskopischer Methoden, dynamischer Differenzkalorimetrie, dynamisch-mechanischer Analyse und Zugversuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanisches Recycling von technischen Biokunststoffen nicht nur weitestgehend möglich, sondern auch außerordentlich sinnvoll ist. Grundvoraussetzung dafür ist jedoch eine entsprechende Prozessführung bei der Verarbeitung. Bei PA6.10 zeigte sich bereits nach einem Recyclingzyklus eine geänderte Morphologie sowie eine mit zunehmender Zahl der Wiederaufbereitung stärkere Vergilbung. Die mechanischen Performance-Eigenschaften änderten sich durch diese chemischen und physikalischen Strukturänderungen jedoch nur geringfügig. PBS zeigte bereits ab dem ersten Recyclingzyklus eine verringerte Molmasse sowie eine veränderte kristalline Morphologie. Wiederum wirkten sich diese Strukturänderungen bis zum letzten betrachteten Recyclingzyklus aber nicht signifikant auf die mechanischen Performance-Eigenschaften aus. Bei PTT wurde nach vier Recyclingzyklen ein beginnender hydrolytischer Abbau festgestellt. Die mechanischen Performance-Eigenschaften waren dadurch jedoch nicht oder nur in vernachlässigbarem Ausmaß beeinflusst. Die mehrfache Verarbeitung von CAB führte zu einer kontinuierlichen Verringerung der Molmasse aufgrund des hydolytischen Abbaus der Estergruppen. Damit verbunden war eine sukzessive Verringerung der Steifigkeit und einer Zunahme der Bruchdehnung. Bei PHBV/PBAT kam es bereits ab dem ersten Recyclingzyklus zu einem signifikanten Abbau der Molmasse verbunden mit einer Verschlechterung der mechanischen Performance-Eigenschaften und einer Versprödung, welche mit der Anzahl der Wiederholungszyklen kontinuierlich fortschritt.

AB - Als nachhaltige Polymerwerkstoffe mit großer werkstofflicher Leistungsfähigkeit halten technische Biokunststoffe mittlerweile verstärkt Einzug in unterschiedlichsten Applikationen. Die Verwertung und Verwertbarkeit von Abfällen aus Biokunststoffen ist bislang jedoch noch nicht umfangreich und systematisch untersucht. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Untersuchung der prinzipiellen mechanischen Rezyklierbarkeit der technischen Biokunststoffe Polyamid 6.10 (PA6.10), Polybutylensuccinat (PBS) und Polytrimethylenterephthalat (PTT), Celluloseactatbutyrat (CAB) sowie eines Blends aus Polyhydroxybutyrat-covalerat mit Polybutylenadipat-terephthalat (PHBV/PBAT). Die Simulation eines bis zu siebenfachen mechanischen Recyclings umfasste die Trocknung des jeweiligen Materials gefolgt von Extrusion und anschließender Granulierung. Die Analyse der Auswirkungen einer oftmaligen Aufbereitung auf das Eigenschaftsprofil erfolgte mittels spektroskopischer Methoden, dynamischer Differenzkalorimetrie, dynamisch-mechanischer Analyse und Zugversuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass mechanisches Recycling von technischen Biokunststoffen nicht nur weitestgehend möglich, sondern auch außerordentlich sinnvoll ist. Grundvoraussetzung dafür ist jedoch eine entsprechende Prozessführung bei der Verarbeitung. Bei PA6.10 zeigte sich bereits nach einem Recyclingzyklus eine geänderte Morphologie sowie eine mit zunehmender Zahl der Wiederaufbereitung stärkere Vergilbung. Die mechanischen Performance-Eigenschaften änderten sich durch diese chemischen und physikalischen Strukturänderungen jedoch nur geringfügig. PBS zeigte bereits ab dem ersten Recyclingzyklus eine verringerte Molmasse sowie eine veränderte kristalline Morphologie. Wiederum wirkten sich diese Strukturänderungen bis zum letzten betrachteten Recyclingzyklus aber nicht signifikant auf die mechanischen Performance-Eigenschaften aus. Bei PTT wurde nach vier Recyclingzyklen ein beginnender hydrolytischer Abbau festgestellt. Die mechanischen Performance-Eigenschaften waren dadurch jedoch nicht oder nur in vernachlässigbarem Ausmaß beeinflusst. Die mehrfache Verarbeitung von CAB führte zu einer kontinuierlichen Verringerung der Molmasse aufgrund des hydolytischen Abbaus der Estergruppen. Damit verbunden war eine sukzessive Verringerung der Steifigkeit und einer Zunahme der Bruchdehnung. Bei PHBV/PBAT kam es bereits ab dem ersten Recyclingzyklus zu einem signifikanten Abbau der Molmasse verbunden mit einer Verschlechterung der mechanischen Performance-Eigenschaften und einer Versprödung, welche mit der Anzahl der Wiederholungszyklen kontinuierlich fortschritt.

KW - Biokunststoffe

KW - Biopolymere

KW - Kunststoffrecycling

KW - Wiederverwertung

KW - mechanisches Recycling

KW - Mehrfachextrusion

KW - verarbeitungsbedingte Alterung

KW - biopolymers

KW - bioplastics

KW - recycling

KW - multiple processing

KW - processing-related degradation

M3 - Masterarbeit

ER -