Biologisch abbaubarer Kunststoff aus dem 3D-Drucker

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Additive Manufacturing
Ein Forscherteam der Universität Freiburg hat einen biologisch abbaubaren Kunststoff für die Additive Fertigung entwickelt. Er eignet sich beispielsweise für den Leichtbau.

Der Kunststoff, den die Wissenschaftler um Prof. Dr. Marie-Pierre Laborie (Professur für Forstliche Biomaterialien) entwickelt haben, basiert auf Holz. Es ist eine zähe Flüssigkeit, die sich schnell verfestigt und für den 3D-Druck entsprechend gut verarbeiten lässt. Das Material besteht zu je 50 Prozent aus Lignin und Zellulose. Lignin verstärkt Pflanzenzellen und bewirkt, dass sie verholzen. Es entsteht als Abfallprodukt bei der Herstellung von Papier und wird meist verbrannt, um Bioenergie zu erzeugen. „Wir forschen daher nach alternativen Möglichkeiten, um diesen Rohstoff in Zukunft besser nutzen zu können“, sagt Laborie.

Das Material nutzt die Eigenschaften von Flüssigkristallen in Zellulose, die Festigkeit und ein gutes Fließverhalten mit sich bringen. Das Lignin kann diese Struktur verkleben, wie Robert Gleuwitz in seiner Doktorarbeit herausgefunden hat. Die Ausrichtung der Struktur kann bestimmen, wie das Material reagiert: Fest oder flexibel, je nachdem, aus welcher Richtung die Kräfte einwirken. Die Kombination von Zellulose und Lignin hatten amerikanische Forscher bereits in den 1980er Jahren untersucht. Das Team um Laborie hat die Erkenntnisse dazu jetzt weiter vertieft.

Weitere Forschungsarbeiten sind notwendig, bis das Material in der Industrie – zum Beispiel als Verbundwerkstoff im Leichtbau – angewendet werden kann. Bislang haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für ihre Untersuchungen besonders reines Lignin aus Buchen verwendet. Lignin aus anderen Pflanzen würde auch andere Flüssigkristalle und andere Materialeigenschaften mit sich bringen. Ob Lignin aus der Papierherstellung auch verwendet werden kann, müsse noch untersucht werden.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre ersten Ergebnisse in den Fachzeitschriften Applied Bio Materials und Biomacromolecules vorgestellt, die unter diesem Link abrufbar ist.
Die Ergebnisse sind aus einem Forschungsprojekt am Leistungszentrum Nachhaltigkeit der Universität Freiburg und der Fraunhofer-Gesellschaft hervorgegangen. Die Untersuchungen und 3D-Druck-Versuche fanden in Kooperation mit Prof. Dr. Dr. Christian Friedrich und Dr. Gopakumar Sivasankarapillai am Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) der Albert-Ludwigs-Universität sowie mit Dr. Gilberto Siqueira in der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in Dübendorf/Schweiz statt.
www.uni-freiburg.de