Stärkeschaumfolie

Einsatz physikalischer Treibmittel bei der Schaumextrusion stärkebasierter Thermopaste

Die Herstellung flexibler Schaumfolien aus thermoplastischer Stärke (TPS) als nachwachsendem Rohstoff ist aufgrund der geringen Schmelzefestigkeit und des engen Verarbeitungsfensters von TPS bisher kaum möglich. Im Projekt Stärkeschaumfolie wurde daher der Einsatz von Treibmittelgemischen auf Basis von CO2 zur Erweiterung des Prozessfensters und damit zur Herstellung flexibler Stärkeschaumfolien geringer Dichte untersucht. Zunächst wurden verarbeitbare Stärkeblends entwickelt, die zur Verbesserung der Schmelzefestigkeit und thermomechanischen Stabilität neben der plastifizierten Stärke auch Polybutylenadipat-Terephthalat (PBAT) enthielten. Diese Blends wurden durch Schaumextrusion mit physikalischen Treibmitteln zu Schaumsträngen sowie flächigen Schaumfolien verarbeitet und u. a. durch CT-Scans hinsichtlich ihrer Schaumstruktur analysiert.

Für CO₂-geschäumte TPS-Stränge wurde der Einfluss prozessseitiger Einstellparameter wie Düsentemperatur und Treibmittelanteil auf Expansionsgrad, Schaumdichte und Zellgröße evaluiert. Unter geeigneten Bedingungen ließen sich Expansionsgrade von mehr als 3,5 und Schaumdichte von rund 0,34 kg/m³ erreichen. Zur Durchführung der Schaumfolienversuche wurde ein Treibmittelgemisch auf Basis von CO₂ und Ethanol eingesetzt. Die Verwendung von Ethanol als Co-Treibmittel erlaubt eine Erweiterung des Verarbeitungsfensters, da die Löslichkeit des Primärtreibmittels CO₂ innerhalb der Kunststoffschmelze durch das Co-Treibmittel erhöht wird. Dadurch ist eine Verarbeitung bei geringeren Prozesstemperaturen (Düsentemperatur bei 95 °C) und die Realisierung geringerer Schaumdichten möglich. Unter Einsatz von 2,6 Gew.-% CO₂ und 1,1 Gew.-% Ethanol konnte eine flexible Schaumfolie mit einer Schaumdichte von 0,12 g/cm³ und einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,24 mm realisiert werden. Im Vorhaben konnte somit unter Einsatz von physikalischem Treibmittel erfolgreich eine flexible Schaumfolie auf Basis von thermoplastischer Stärke hergestellt werden, die industriell z. B. als nachhaltigere Schaumverpackungsfolie eingesetzt werden kann.

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