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 hat sich dabei als geeigneter Kandidat erwiesen.
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 entsteht, wirksam verringern; zweitens können Kohlendioxidemissionen reduziert werden; drittens wird dabei der gesamte Lebenszyklus des Materials berücksichtigt.
„Polymilchsäure hat nicht nur Vorteile im Hinblick auf Nachhaltigkeit, sondern auch sehr gute optische Eigenschaften und kann im sichtbaren Spektrum elektromagnetischer Wellen eingesetzt werden“, sagt Dr. Klaus Huber, Professor an der Universität Paderborn in Deutschland.
Eine der Herausforderungen, vor denen Wissenschaftler derzeit stehen, ist die Anwendung von Polymilchsäure (PLA) in LED-Bereichen. 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. Daher müssen extrem widerstandsfähige Materialien eingesetzt werden. Das Problem: PLA wird bei etwa 60 Grad Celsius weich. LED-Lampen können im Betrieb jedoch Temperaturen von bis zu 80 Grad Celsius erreichen.
Eine weitere Herausforderung stellt die Kristallisation von Polymilchsäure dar. Bei etwa 60 Grad Celsius bildet Polymilchsäure Kristallite, die das Material trüben. Die Wissenschaftler suchten nach einer Möglichkeit, diese Kristallisation zu vermeiden oder den Kristallisationsprozess besser zu kontrollieren, sodass die Größe der entstehenden Kristallite das Licht nicht beeinträchtigt.
Im Paderborner Labor bestimmten die Wissenschaftler zunächst die molekularen Eigenschaften von Polymilchsäure, um die Materialeigenschaften, insbesondere den Schmelzzustand und die Kristallisation, zu verändern. Huber untersucht, inwieweit Additive oder Strahlungsenergie die Materialeigenschaften verbessern können. „Wir haben eigens dafür ein Kleinwinkel-Lichtstreusystem entwickelt, um Kristallbildungs- und Schmelzprozesse zu untersuchen – Prozesse, die einen erheblichen Einfluss auf die optischen Eigenschaften haben“, so Huber.
Neben wissenschaftlichem und technischem Wissen könnte das Projekt nach seiner Umsetzung auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. Das Team rechnet damit, die ersten Ergebnisse bis Ende 2022 vorzulegen.
Veröffentlichungsdatum: 09.11.2022