Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reduzierung der Verarbeitungstemperatur und Verbesserung der Fließfähigkeit von biodegradierbaren Kunststoffen bei der Verarbeitung im Mikrospritzgießen

 

Limitierender Faktor bei der Funktionalisierung und Verbesserung von komplexen Implantaten aus resorbierbaren Kunststoffen sind die beim großserientauglichen Spritzgießen auftretenden hohen Temperaturen. Sie verhindern die Verstärkung mit resorbierbaren Fasern und die Integration von temperatursensiblen Wirkstoffen.

Eine Möglichkeit, die Schmelzetemperatur von Kunststoffen beim Spritzgießen zu verringern, besteht darin, die Kunststoffschmelze mit Inertgasen (CO2, N2) anzureichern. Die Gase werden bislang als Treibmittel auf Standard-Spritzgießmaschinen zum Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG) eingesetzt. Aufgrund hoher Preise medizinischer resorbierbarer Kunststoffe und der eingesetzten Wirkstoffe eignen sich insbesondere Kleinstspritzgießmaschinen zur Verarbeitung resorbierbarer Kunststoffe. Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll das für Standardspritzgießmaschinen umgesetzte TSG-Verfahren ProFoam auf eine Kleinstspritzgießmaschine übertragen werden. Das Granulat wird dabei mittels eines mit Treibmittel beaufschlagten Druckbehälters der modifizierten Maschine zugeführt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Absenkung der Verarbeitungstemperatur zur Integration von temperatursensiblen Wirkstoffen und die Erhöhung der Fließfähigkeit zur Verarbeitung von resorbierbaren Endlosfaserhalbzeugen zu determinieren. Dabei sollen wesentliche Erkenntnisse zur Prozessführung von treibmittelbeladenen Schmelzen im Mikrospritzgießen erarbeitet sowie die Eigenschaften von geschäumten, ungeschäumten und faserverstärkten Mikrobauteilen betrachtet werden.Die Ergebnisse können insbesondere KMU der hochinnovativen Medizintechnikbranche zur Erweiterung ihres Produktportfolios im Bereich resorbierbarer Implantate durch Wirkstoff- oder Faserintegration verhelfen. Der Einsatz von Treibmitteln ermöglicht zudem die Verbesserung der Fließfähigkeit und eine Verzugsminimierung für Mikrostrukturen in der Mikrosystemtechnik für alle kunststoffverarbeitenden Branchen.

Ergebniszusammenfassung:

In dem durchgeführten Forschungsvorhaben wurde die Beeinflussung der Verarbeitungseigenschaften von biodegradierbaren Thermoplasten durch physikalische Treibmittel im Mikrospritzgießen untersucht. In der entwickelten Pilotanlage können Kunststoffe im Feststoff sowie in Schmelze mit den Treibfluiden Kohlenstoffdioxid und Stickstoff bei Drücken bis zu 75 bar beladen und zu miniaturisierten Prüfkörpern und Formteilen verarbeitet werden. In Spritzgießversuchen wurde eine signifikante Verbesserung der Fließeigenschaften bioresorbierbarer Polylactide festgestellt durch den Einsatz einer Gasbeladung festgestellt. In Dünnwandigen Prüfkörpern (0,7 mm Dicke) wurde durch diese Prozessführung der erreichbare Fließweg von teilkristallinen und amorphen resorbierbaren Polylactiden im Vergleich zur Referenz mehr als verdoppelt. Durch die Gasbeladung konnte bei der Verarbeitung von amorphen resorbierbaren Polylactiden eine signifikante Verringerung der Temperaturbelastung bei der Verarbeitung erreicht werden. Durch eine Absenkung des Zylinderwandtemperaturprofils konnte eine Verringerung der Schmelzetemperatur um 26 °C gegenüber konventioneller Prozessführung erreicht werden. Dadurch konnte der molekulare Materialabbau in Folge der Wärmebelastung während der Verarbeitung signifikant verringert werden. Die Ergebnisse spiegeln das Potenzial der untersuchten Werkstoff- und Verfahrenskombination wider, im Bereich medizinischer Implantate Verbesserungen im Herstellungsprozess und in der Anwendung, beispielsweise durch eine Wirkstoffbeladung von resorbierbaren Implantaten zu ermöglichen.