Neue biologisch abbaubare Kunststoffe aus Holz für den 3-D-Druck entwickelt
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Marie-Pierre Laborie an der Professur für Forstliche Biomaterialien der Universität Freiburg hat einen Durchbruch in der Entwicklung biologisch abbaubarer Kunststoffe erzielt. Der neu entwickelte Biokunststoff basiert auf Holzbestandteilen wie Lignin und Zellulose und zeigt vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten im 3-D-Druck-Verfahren, insbesondere im Leichtbau.
Lignin, ein natürlicher Bestandteil der Zellwände von Pflanzen, wird normalerweise in der Papierherstellung als Abfallprodukt betrachtet und häufig zur Energiegewinnung verbrannt. Die Forschungsgruppe um Laborie sieht jedoch ein großes Potenzial in der Wiederverwendung dieses Materials. Durch die Kombination von Lignin mit Zellulose-basierten Flüssigkristallen entwickelten sie eine Biopaste, die sich durch ihre zähflüssige Konsistenz ideal für den 3-D-Druck eignet. Diese Paste verfestigt sich schnell und ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen.
Die mikrostrukturelle Ausrichtung des Lignins innerhalb des Kunststoffs spielt eine entscheidende Rolle für dessen Eigenschaften. Je nach Ausrichtung kann der Biokunststoff unterschiedlich auf Krafteinwirkungen reagieren – mal steifer, mal flexibler. Diese Variabilität macht ihn besonders interessant für technische Anwendungen wie den Leichtbau.
Die Forschungsergebnisse wurden bereits in renommierten Fachzeitschriften wie Applied Bio Materials und Biomacromolecules präsentiert und zeigen die vielfältigen Möglichkeiten der Materialveränderungen auf. So untersucht beispielsweise Doktorandin Lisa Ebers in ihrer Arbeit, wie sich die Eigenschaften des Kunststoffs durch chemische Modifikation der Bausteine beeinflussen lassen. Die bisherigen Tests wurden mit Lignin aus Buchen durchgeführt, jedoch könnten unterschiedliche Pflanzenquellen die Materialeigenschaften weiter diversifizieren.
Noch stehen weitere Forschungsarbeiten aus, insbesondere die Prüfung der Verarbeitungsmöglichkeiten von Lignin aus der Papierindustrie und die Untersuchung weiterer Anwendungen, wie die Bodenqualitätsanalyse durch Abbaubarkeitstests verschiedener Bodentypen. Diese Forschungen sind Teil eines größeren Projekts am Leistungszentrum Nachhaltigkeit der Universität Freiburg und der Fraunhofer-Gesellschaft. Die praktischen 3D-Druck-Versuche erfolgten in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Dr. Christian Friedrich und Dr. Gopakumar Sivasankarapillai am Freiburger Materialforschungszentrum sowie mit Dr. Gilberto Siqueira an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt in der Schweiz.
Die Entwicklung dieser neuen Biokunststoffe stellt einen wichtigen Schritt in der Nutzung nachhaltiger Materialien dar und könnte langfristig zu einer Reduzierung von Umweltbelastungen durch herkömmliche Kunststoffe führen.
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