Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

BioFilter - Biogene Filtermedien auf Basis thermoplastischer Polymere und

Fasern

In der Luftfiltration werden Medien aus Synthese- oder Glasfasern eingesetzt. Trotz der guten Eigenschaften aktueller Filtermedien wird in vielen Anwendungsgebieten zunehmend der Ersatz durch biogene Fasern gefordert.

Eine viel versprechende Alternative wird in Fasern aus Polymilchsäure (PLA) gesehen. PLA weist vergleichbare mechanische Eigenschaften wie Polyester auf, vor allem aber eine für Filtermedien vorteilhafte Hydrophobie und geringe Wasseraufnahme. Nachteilig ist dagegen die Hydrolyseempfindlichkeit, die die Produktstandzeit im Filtrationseinsatz beeinträchtigt. Die Literatur beschreibt chemische Modifikationen des Polymers, Blending oder Nachvernetzung, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern bzw. die Polymereigenschaften zu kontrollieren. Die beschriebenen Ansätze laufen allerdings den Anforderungen eines Einsatzes von PLA als Filtermaterial entgegen.

Das beantragte Forschungsvorhaben zielt daher konkret auf Bulkmodifikationen des PLA ab, die die Hydrolyseempfindlichkeit minimieren und die thermischen/mechanischen Eigenschaften auf die Einsatzbedingungen von Filtermedien abstimmen. Hier ist insbesondere an das Blending z.B. mit den bioabbaubaren Polymeren PBAT oder PBS bei der Vliesherstellung gedacht. Wesentlich für die geplanten Untersuchungen ist die Bewertung der erzielten Werkstoffinnovation durch anwendungsspezifische Untersuchungen der Langzeitstabilität und von filtrationstypischen Schädigungsphänomenen zur Lebensdauervorhersage. Hierin wird eine wesentliche Ergänzung des bestehenden Wissens über Eigenschaften und Abbau des modifizierten PLA gesehen.

Die Projektergebnisse versetzen KMU aus den Bereichen Medienherstellung in die Lage, umweltverträgliche Produkte in den wichtigen Markt der Filtration einzuführen mit folgendem Nutzen für den Bau von Filteranlagen und –komponenten. Da sich die Entwicklung auf vorhandene Technologien stützt, kann das neue Filtermaterial – ggfs. unterstützt durch Folgeprojekte - zeitnah etabliert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Der Bedarf an hoher Luftqualität in Innenräumen wird durch den kontinuierlich wachsenden Einsatz geeigneter Filtermedien gedeckt. Da diese technischen Textilen heute noch zum überwiegenden Teil aus fossilen Werkstoffen hergestellt werden, befasst sich das Forschungsprojekt BioFilter mit textil-technischer Prozessierung und Funktionalisierung von biobasierten und biologisch abbaubaren Polylactid (PLA)-Fasern und Vliesstoffen sowie mit derer ausführlichen Charakterisierung im Hinblick auf das Einsatzpotenzial der biogenen Filtermedien für die Luftfiltration. Dabei standen die Reduzierung der Hydrolyseempfindlichkeit und die Optimierung der thermischen/mechanischen Eigenschaften im Fokus des Vorhabens. Zum Erreichen dieser Ziele wurden Versuchsmedien (Spinn- und Meltblownvliesstoffen) an der FE 2 unter Variation von Prozessparametern, sowie des PLA-Grades und deren Mischungen großflächig angefertigt. An der FE2 wurde eine Kombination der Untersuchungsmethoden zur Evaluierung der durablen Eigenschaften der abbaubaren Materialen, inklusive Lebensdauervorhersagen Modellen, ausgearbeitet. Die Projektergebnisse zeigen, dass der starke Einfluss der Herstellungsparameter (z.B. Temperatur und Streckungsgrad) genutzt werden kann, um die Eigenschaften der Spinnfasern gezielt zu steuern. Durch einen hohen Streckungsgrad konnte, trotz reduzierter Molmasse des Polymers, eine hohe Hydrolysebeständigkeit erreicht werden. Der innovative Kern des Projekts bestand deshalb darin, die Möglichkeiten und Einsatzgrenzen von PLA-Vliesstoffen als Filtermedien mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften und Langzeitstabilität zu bewerten. Die Etablierung des Einsatzes von dem biobasierten Polymeren in der Produktion von anwendungsspezifischen Bio-Filtermedien würde für deutsche Textilunternehmen sowie Filterhersteller eine Chance darstellen, ihr Produktportfolio auf biobasierte Ressourcen umzustellen und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu leisten.