Wissenschaftler aus Deutschland und den Niederlanden erforschen neue umweltfreundlichePLAMaterialien. Ziel ist die Entwicklung nachhaltiger Materialien für optische Anwendungen wie Autoscheinwerfer, Linsen, reflektierende Kunststoffe oder Lichtleiter. Derzeit werden diese Produkte in der Regel aus Polycarbonat oder PMMA hergestellt.
Wissenschaftler suchen nach einem biobasierten Kunststoff für die Herstellung von Autoscheinwerfern. Polymilchsäure ist dafür ein geeigneter Werkstoff.
Mit dieser Methode haben Wissenschaftler mehrere Probleme gelöst, mit denen herkömmliche Kunststoffe konfrontiert sind: Erstens kann die Hinwendung zu erneuerbaren Ressourcen den Druck, der durch Rohöl auf die Kunststoffindustrie ausgeübt wird, wirksam verringern; zweitens kann sie den Kohlendioxidausstoß reduzieren; und drittens erfordert dies die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus des Materials.
„Polymilchsäure bietet nicht nur Vorteile in puncto Nachhaltigkeit, sie verfügt auch über sehr gute optische Eigenschaften und kann im sichtbaren Spektrum elektromagnetischer Wellen eingesetzt werden“, sagt Dr. Klaus Huber, Professor an der Universität Paderborn.
Eine der Herausforderungen, die Wissenschaftler derzeit bewältigen müssen, ist der Einsatz von Polymilchsäure im LED-Bereich. LEDs gelten als effiziente und umweltfreundliche Lichtquelle. „Insbesondere die extrem lange Lebensdauer und die sichtbare Strahlung, wie beispielsweise das blaue Licht von LED-Lampen, stellen hohe Anforderungen an die optischen Materialien“, erklärt Huber. Deshalb müssen extrem widerstandsfähige Materialien zum Einsatz kommen. Das Problem: PLA wird bei etwa 60 Grad weich. LED-Lampen können im Betrieb jedoch bis zu 80 Grad heiß werden.
Eine weitere Herausforderung ist die Kristallisation von Polymilchsäure. Bei etwa 60 Grad Celsius bildet Polymilchsäure Kristallite, die das Material unscharf machen. Die Wissenschaftler wollten einen Weg finden, diese Kristallisation zu verhindern oder den Kristallisationsprozess besser kontrollierbar zu machen – so dass die Größe der gebildeten Kristallite keinen Einfluss auf das Licht hat.
Im Paderborner Labor untersuchten die Wissenschaftler zunächst die molekularen Eigenschaften der Polymilchsäure, um die Materialeigenschaften, insbesondere den Schmelzzustand und die Kristallisation, zu verändern. Huber untersucht dabei, inwieweit Additive oder Strahlungsenergie die Materialeigenschaften verbessern können. „Wir haben hierfür eigens eine Kleinwinkel-Lichtstreuanlage gebaut, um Kristallbildungs- oder Schmelzprozesse zu untersuchen, die einen wesentlichen Einfluss auf die optische Funktion haben“, so Huber.
Neben wissenschaftlichen und technischen Erkenntnissen könnte das Projekt nach der Umsetzung auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. Das Team geht davon aus, seinen ersten Antwortbogen bis Ende 2022 übergeben zu können.
Beitragszeit: 09.11.2022