WIR! - BioZ - Erforschung des Einsatzes von biobasierten Glycerinderivaten als Weichmacher in polymeren Werkstoffen; TP2: Erforschung des Einsatzes von biobasierten Glycerinderivaten als Weichmacher in Elastomerwerkstoffen

Abstract

Das allgemeine Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung von biobasierten Weichmachern, die gegenüber dem aktuellen Stand der Technik eine vollständig regenerative Rohstoffquelle und ein verbessertes Migrationsverhalten in elastomeren Biopolymeren aufweisen. Dadurch sollen insbesondere die Verarbeitbarkeit und die Dauergebrauchseigenschaften dieser Werkstoffe signifikant verbessert werden. Ein zentrales Ziel des Teilprojekts bestand darin, die Einsatzmöglichkeiten von nachwachsenden und regenerativen Mischungskomponenten zu verifizieren und kritisch zu erforschen. Eine abnehmende Verfügbarkeit und die Klassifizierung mineralölbasierter Weichmacher als karzinogen erhöhen das Bestreben, diese durch alternative nichttoxische Weichmacher zu ersetzen. Die Studien zeigten, dass die in den herstellten Kautschukmischungen eingesetzten biobasierten Weichmacher im Vergleich zu mineralölbasierten Produkten zu ähnlichen oder teilweise zu verbesserten Eigenschaften führen. So wurden im Vergleich zur Referenz höhere Bruchdehnungswerte (verbesserte Verformbarkeit) und eine höhere Weiterreißfestigkeit ermittelt. Weiterhin wurde festgestellt, dass das Abriebverhalten verbessert ist. Bei den Mischungen, hergestellt im Innenmischer mit einem Volumen von 350 ml, wurde festgestellt, dass das Migrationsverhalten im Vergleich zur mineralölbasierten Referenz etwas höher sein kann. Entscheidend scheint die chemische Struktur der Weichmacher zu sein, die die Wechselwirkung zwischen den Mischungskomponenten und somit die Wechselwirkung des Weichmachers beeinflusst. Das zeigte sich auch für die Mischungen hergestellt in einem 4,5 l Innenmischer. Um effizient das Migrationsverhalten untersuchen zu können, wurde eine methodische Weiterentwicklung vorgenommen. Über den Einsatz der thermogravimetrischen Analyse (TGA) konnte eine Korrelation mit dem zeit- und materialintensiven Standard-Migrationstest nachgewiesen werden. Somit wurde die TGA in die Untersuchungen zum Migrationsverhalten integriert, was wesentliche Vorteile mit sich bringt: deutlich weniger Probenmaterial ist erforderlich und eine deutliche Zeitersparnis wird erzielt. Die im Vorhaben erzielten Ergebnisse zeigen, dass biobasierte Weichmacher als Substituent für mineralölbasierte Weichmacher einsetzbar sind. Das Verständnis bezüglich Wechselwirkung und chemischer Weichmacherkonstitution muss noch weiter erforscht werden, mit dem Ziel eine für das Kautschuk-Füllstoffsystem abgestimmte optimale Wechselwirkung zu erreichen.