Anlage zur Miniaturisierung von Materialsynthese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch die Inbetriebnahme der Bestandteile des Großgeräteantrags, im Detail ein Parallelreaktorsystem für Polymersynthesen, eine Schneidmühle für die Zerkleinerung von Kunststoffen, einen Compoundierer und eine Spritzgussanlage für Kleinstmengen, wurde die Zusammenarbeit des Lehrstuhls Coatings, Materials & Polymers (CMP) mit dem Lehrstuhl Kunststofftechnik Paderborn (KTP) erheblich vereinfacht. Durch die Miniaturisierung der Verarbeitungswerkzeuge und die Automatisierung der Synthesetechnik können gemeinsame Forschungsvorhaben nun effizient und mit erheblich verringerten Zeitaufwand realisiert werden. Es ist nun möglich in kürzerer Zeit verschiedene thermoplastische Polymere herzustellen und für die Analyse ihrer Eigenschaften zu verarbeiten. Durch die Beschaffung des Geräts ist erstmals ein schnelles und effizientes Compoundieren geringerer Mengen möglich. Gerade in Forschungsprojekten, welche eine Rezepturentwicklung beinhalten, erleichtert die Miniaturisierung der Materialsynthese den gesamten Forschungsablauf. In der Vergangenheit wurden mithilfe dieses Gerätes die Projekte „Entwicklung von WPC-Masterbatches auf der Basis von Rindervollblutmehl und Holzpartikeln“ und „Entwicklung innovativer Flammschutzmittel für Polyolefine bei materialschonen-der Compoundierung“ erfolgreich zum Abschluss gebracht, wobei Zeit und Materialkosten gespart wurden, da die zur Untersuchung benötigten Komponenten der Rezepturen (bestehend zumeist aus hochpreisigen Additiven) in kurzer Zeit hergestellt werden konnten, und schon eine geringe Menge compoundiertes Material in der Mini-Spritzgussanlage verarbeitet und anschließend getestet werden konnten. In Forschungsprojekten, in welchen Filamente oder sehr dünne Kunststoffstränge im Fokus des Interesses stehen, wurden Komponenten der Anlage zur Miniaturisierung der Materialsynthese mit Erfolg eingesetzt: So konnte im Projekt „Materialentwicklung von unverstärkten und faserverstärkten Kunststoffen für strangablegende 3D-Druckverfahren“ eine Rezepturentwicklung erfolgen: Die Stränge, welche nachfolgend im 3D-Druck verarbeitet wurden, konnten direkt in der Mini-Doppelschnecke hergestellt und danach zu Testzwecken weiterverarbeitet werden. Hier erfolgte die Rezepturentwicklung ebenfalls schnell und kostengünstig, da wenig Material verbraucht werden musste, um eine Rezeptur in ausreichender Menge herstellen zu können. Weiterhin konnte im Mini-Doppelschneckenextruder durch die aufklappbaren Zylinder neue Erkenntnisse über den Compoundierprozess gewonnen werden, da der Prozess kurzfristig unterbrochen werden kann und die Materialverteilung sowie Feststoff- und Schmelzeanteile entlang der Schmelze bestimmt werden können. Durch einen flexiblen Aufbau der Schneckenmodule sind auch Untersuchungen und Analysen mit verschiedenen Schneckenkonfigurationen möglich. Somit konnten entscheidende Erkenntnisse im Forschungsprojekt „Wirtschaftlich Compoundieren“ gewonnen werden, sowie experimentelle Daten zur Verifikation der Simulationssoftware SIGMA generiert werden. Durch die Möglichkeit das Parallelreaktorsystem automatisiert und teilautonom betreiben zu können und durch seine Kapazität (4 Reaktoren) lassen sich insbesondere zeitaufwändige Polymersysnthesen wie Polykondensationen um ein Vielfaches beschleunigen. So konnte z.B. im Projekt „Biogene Nebenprodukte aus Palmfettsäure-Destillat als Synthesebausteine für Beschichtungsstoffe (BIOPHOB)“ die Rezepturentwicklung von wässrigen Dispersionen und nicht-wässrigen Alkydharzsystemen erheblich beschleunigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Influence Of The Layer Time On The Resulting Part Properties In The Fused Deposition Modeling Process”. ANTEC Journal 2018
Frederick Knoop, Volker Schöppner
