Biopolymere

Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Rohstoffen wird intensiv daran gearbeitet, Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen zu gewinnen. Die weltweit nach wie vor unzureichende Recyclingquote von Kunststoffen sorgt in einer ganzen Reihe von Anwendungsfällen für großes Interesse, anstelle persistenter Materialien biologisch abbaubare Kunststoffe einzusetzen, da diese zumeist kompostierbar sind und während des Abbaus keine schädlichen oder giftigen Rückstände freisetzen.

Projekte

3D-Druck von elektronenmodifiziertem PLA

Im Rahmen einer kooperativen Promotion arbeitet Yue Qi am Thema "3D-Druck von elektronenmodifiziertem PLA". Ziel dieser Arbeit ist die Erhöhung der Wärme- und Flammbeständigkeit von PLA durch die Bildung von Stereokomplex-Kristallen und die Verwendung eines biobasierten Flammschutzmittels. Die Bildung der Kristalle wird durch elektroneninduziertes Pfropfen von PLLA und PDLA bei niedriger Energie unter Verwendung eines maßgeschneiderten Pfropfungsmittels ausgelöst.

BioMeTron

Die HTW Dresden entwickelte in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU biologisch abbaubare Funktionswerkstoffe mit elektrischen Eigenschaften, welche zukünftig Technologiemetalle wie Kupfer, Silber und Aluminium in mechatronischen Komponenten ersetzen können. Kombiniert mit biologisch abbaubaren Strukturwerkstoffen entstehen nachhaltige Einweg-Produkte, die nicht mehr rezykliert werden müssen, sondern im Sinne eines biologischen Zero-Waste-Konzeptes kompostierbar und in die natürlichen Stoffkreisläufe integrierbar sind (z.B. Verpackungen mit RFID-Tag) oder sich am Einsatzobjekt auflösen (z.B. abwaschbarer RFID-Tag an Kleidung). Durch gezielte Materialanpassung sind diese Produkte unter Einsatzbedingungen langzeitstabil und am Produktlebensende auch rezyklierbar. Unter geeigneten Bedingungen (z.B. Feuchtigkeit, Wärme, Mikroorganismen) bauen sie sich jedoch vollständig biologisch ab, so dass Kompostierung möglich und unkontrollierter Eintrag in die Umwelt unkritisch ist.
Während bisherige Arbeiten ausschließlich im Labormaßstab stattfanden, erfordert die zukünftige Überführung in die Praxis die Anpassung der Materialien und Verfahren unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten.

BioESens

Das Projekt bioESens qualifizierte im Zeitraum von 2017 bis 2020 in einer Nachwuchsforschergruppe Absolventen von Ingenieurstudiengängen fachübergreifend für Nutzung, Konzeption, Entwicklung und Recycling von Produkten aus biobasierten Kunststoffen für die Anwendungen als Feuchte- und Piezo-Sensor. Es wurden neuartige Lösungsansätze für den Einsatz biobasierter Kunststoffe im Anwendungsfeld Sensorbauelemente entwickelt, die die komplette Wertschöpfungskette vom Biomaterial über dessen werkstoffliche Modifizierung und Verarbeitung, die Applikation in Sensortechnologien und –funktionen bis hin zu Fragen der Produktionstechnik, Anwendungsprüfung, Haltbarkeit und Umweltverträglichkeit umfasst.
Dabei qualifizierten sich die Nachwuchswissenschaftler nicht nur durch die fachliche und interdisziplinäre Arbeit, zum Beispiel im Rahmen einer Promotion, sondern auch mit weiterbildenden Modulen in den Bereichen Projektmanagement und Social Skills sowie ersten Erfahrungen mit eigener Lehrtätigkeit. Gleichzeitig leistete das Projekt einen Beitrag zum Transfer aktueller Forschungsergebnisse in die Praxis, bevorzugt für regionale Unternehmen und Institutionen, erschloss neue Anwendungsfelder für biobasierte Kunststoffe und ermöglichte eine interdisziplinäre Weiterentwicklung von Lehre und Forschung in Ingenieursstudiengängen. Als Besonderheit ist der starke interdisziplinäre Ansatz zwischen den Fakultäten Landbau/Umwelt/Chemie (Prof. Harre, Prof. Schmidtke), Elektrotechnik (Prof. Bauer) und Maschinenbau (Prof. Göbel, Prof. Naumann) unter Projektleitung von Frau Prof. Harre hervorzuheben.

MeMoAthero

Im Kooperationsprojekt MeMoAthero (Mechanismus und Modell der Atherosklerose) wurde gemeinsam mit der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg und der Human Biosciences GmbH ein Medikamententestsystem für einen neuartigen Behandlungsansatz von Atherosklerose entwickelt. Da es sich beim vorliegenden MeMoAthero-Vorhaben um einen Verbund aus Biologen, Chemikern, Materialwissenschaftlern und Ingenieuren handelt, wurden sowohl rein naturwissenschaftliche als auch technische bzw. ingenieur-wissenschaftliche Arbeitsziele formuliert. Neben der Weiterentwicklung neuer Markerpeptide für die Diagnostik/Frühbehandlung und der Entwicklung eines einfachen Testsystems auf Basis einer xenogenen Tunica intima mit primären Endothelzellen im adaptierten Wound Assay Model, wurde eine artifizielle Trägermatrix (scaffold) für glatte Muskelzellen entsprechend der Tunica media entwickelt. Im Zuge des Projekts konnte ein neues, formstabiles Material aus Kollagen entwickelt werden. Das Grundmaterial ist ein preiswertes kollagenbasiertes Schichtmaterial welches sich im großtechnischen Maßstab (z.B. durch Extrusion)verarbeiten lässt und dessen technische Eigenschaften sich durch die Zugabe bestimmter Additive und Vernetzer steuern lässt. Dadurch eignet es sich als Folie oder Formteil für potenziell unterschiedliche Anwendungszwecke, z.B. Tuben. Im Hinblick auf die produktbezogene Weiterverarbeitung in der Verpackungsindustrie mittels thermischen Fügens und Ultraschallschweißverfahren werden die Hitzebeständigkeit und Wasserdampfdurchlässigkeit untersucht. Je nach Verarbeitungsmethode können 2D- und 3D-Geometrien mit variabler Schichtdicke erzeugt werden. Das Material, welches zur Gruppe der Kollagenkomposite gehört, hat eine natürliche karamellbraune Färbung, kann aber auch je nach Anwendungsbedarf eingefärbt werden. Patent: DE102017123891