Biopolymernetzwerk Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Schäumen

Mit dem Ziel Formteile zu erhalten, die besonders leicht sind, gute Wärme- oder Schalldämmeigenschaften oder eine gute mechanische Dämpfung aufweisen, oder schlicht um Material einzusparen, können Kunststoffe geschäumt werden.

Die Poren entstehen beim Schäumen durch physikalische, chemische oder mechanische Treibverfahren. Beim physikalischen Schäumen werden dem Kunststoff niedrig siedende Flüssigkeiten (z.B. Kohlenwasserstoffe) zugesetzt, die im Verlauf der Polymerisation verdampfen und so die typischen Gasblasen bilden. Das chemische Schäumen ähnelt dem Einsatz von Backpulver. Chemische Treibmittel sind häufig Feststoffe, die dem Kunststoff beigefügt werden und bei höheren Temperaturen unter Freisetzung von Gasen zerfallen. Und beim mechanischen Schäumen wird schließlich in die Kunststoffschmelze unter Rühren ein Gas eingeblasen.

Nun gibt es je nach Verarbeitung unterschiedliche Kunststoffschaum-Produkte. Mit einem Extruder können Tafeln oder Profile mit gleichmäßiger Zellstruktur oder solche mit einem geschäumten Kern und einer kompakten Randzone (Integralschaum) produziert werden. Extrudierte Schaumtafeln oder –folien können auch durch Thermoformen weiterverarbeitet werden. Ein Anwendungsbeispiel sind geschäumte PLA Fleischschalen.

Bei Polyurethan entsteht die Schaumstruktur durch die Abspaltung von Wasser (Dampf) bei der Reaktion von Polyol mit Isocyanat.

Ein weiteres interessantes Gebiet sind die Partikelschäume. Bekannt vom EPS (Expandiertes Polystyrol auch unter dem Markennamen Styropor (BASF) haben nun auch Partikelschäume aus PLA (E-PLA) und Polyhydroxyalkanoat (hier PHBH) Einzug in den Markt gehalten. Das Schäumen ist auch beim Einsatz von Biokunststoffen ein komplexer Vorgang. Biobasierte Kunststoffe sind generell ähnlich verschäumbar wie herkömmliche Kunststoffe und bedürfen keiner Erweiterung der Anlagentechnik. Es gibt jedoch auf diesem Gebiet immer noch zu wenig allgemein zugängliche Verarbeitungsinformationen. Erschwert wird der Verarbeitungsprozess zusätzlich durch Besonderheiten, die manche Biopolymere mit sich bringen. So lassen sich zum einen stabile Schaumstrukturen nur dann erzeugen, wenn eine Kompatibilität/Verträglichkeit zwischen dem Biokunststoff und dem jeweils wirksamen Treibmittel gegeben ist und zum anderen können Biokunststoffe, die zur Aufnahme von Feuchtigkeit neigen, durch ihr spezifisches Abbauverhalten nicht dauerhaft für Langzeitanwendungen eingesetzt werden.

Auswahl an BMEL/FNR geförderten Projekten zu diesem Thema
Forschungsverbund Biopolymere (01.06.2009 bis 31.05.2014)
  • Teilvorhaben 4A: Entwicklung von Konstruktionsschäumen auf Stärkebasis - Prozessentwicklung hydrophober Stärken für die Verarbeitung durch Mikroverschäumung (Link)
  • Teilvorhaben 4B: Entwicklung von Konstruktionsschäumen auf Stärkebasis - Stärkehydrophobierung (15.09.2011 bis 31.12.2012) (Link)
Verbundvorhaben: Innovative Verarbeitung von biobasierten Compositen durch Mikroverschäumung (01.03.2007 bis 31.08.2009)
  • Teilvorhaben 1: Prozessentwicklung biobasierter Composite für die Verarbeitung durch Mikroverschäumung (Link)
  • Teilvorhaben 2: Materialentwicklung biobasierter Composite für die Verarbeitung durch Mikroverschäumung (Link)