Forschungsprojekte

Der globale Klimawandel führt zu spürbaren Veränderungen in unserer Umwelt. Unter anderem in Griechenland ist dies hautnah zu erleben: Hitze und Trockenheit führten in der Region um Athen immer wieder zu verheerenden Waldbränden. Von den ehemals grünen Waldgebieten der Gemeinde Kaisariani ist so nicht mehr viel übriggeblieben. Die Kommune, NGOs und freiwillige Jugendliche planen daher eine gemeinsame Aktion zur Rekultivierung. Mit Unterstützung des Forschungsfonds für nachhaltige Entwicklung beteiligt sich hieran auch die FH Aachen. Im Rahmen einer Abschlussarbeit soll die Wirkung von nachhaltigen biobasierten Hydrogelen als wasserspeichernde Bodenhilfsstoffe auf das Pflanzenwachstum vor allem im frühen Stadium der Entwicklung untersucht werden. Mit dem Ziel, den Auswirkungen des Klimawandels auch mit wissenschaftlichen Methoden zu begegnen, wird in diesem Projekt gemeinsam und über Ländergrenzen hinweg gepflanzt und gearbeitet – vor Ort und im Labor. Wissenschaftlich begleitet und unterstützt wird das Team von den externen Experten Dr. Heiner Hoogen und Dr. Oliver Bens.

Die Aufforstungsaktion fand Anfang November 2023 unter Beteiligung verschiedener Akteure in Kaisariani statt. Einen Projektbericht und Neuigkeiten finden Sie auf unserer Webseite zum Aufforstungsvorhabne.

Projektförderung Forschungsfonds für Nachhaltigkeit der FH Aachen, Spiros Alexopoulos (FH Aachen, Solar-Institut Jülich), Markus Biel, Hamid Chayeb, Jürgen Pettrak, Dominik Schmitz (FH Aachen, IAP), Heiner Hoogen (Firma Hoogen, Landwirtschaftsbetrieb), Oliver Bens (Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches Geo-Forschungszentrum)

Projekttitel: "Nachhaltige Hydrogele zur Wiederaufforstung." | 2022 - 2023 | Kontakt: Prof. Dr. S. Alexopoulos, Prof. Dr. J. Pettrak, Prof. Dr. M. Biel | gefördert durch den Nachhaltigkeitsfond der FH Aachen

In der Fès-Meknès-Region in Marokko spielt die Landwirtschaft eine große Rolle. Die Produktion von Olivenöl steht hier im Fokus, um die Nutzung und Aufbereitung von daraus anfallenden Reststoffen zu adressieren. Neben dem Einsatz von festen Rückständen zur Nutzung in Bodenadditiven werden flüssige – Polyphenol-haltige Rückstände – genutzt. Polyphenole sind als Antioxidantien und Verbindungen mit antimikrobiellen Eigenschaften wertvolle Substanzen. Die Arbeiten des IAP in diesem Teilprojekt beinhalten die Entwicklung von β-Cyclodextrin-modifizierten Materialien (Polymeren und funktionalisierte Tonminerale) zur Abtrennung von Polyphenolen aus wässrigem Medium. Neben deren Aufnahme ist auch die Rückgewinnung vom entsprechenden Material wichtig für deren weitere Nutzung.

Aufgrund von Auswirkungen des Klimawandels und Wasserknappheit in ariden Regionen – wie in diesem Fall die Fès-Meknès-Region in Marokko – sind innovative Ansätze notwendig, um landwirtschaftliche Industrie langfristig zu stärken. Außerdem soll in Hinblick auf eine Kreislaufwirtschaft eine stoffliche Verwertung von anfallenden Reststoffen aus landwirtschaftlicher Produktion erprobt werden. Im Teilprojekt „Entwicklung standortgerechter Bodenhilfsstoffe sowie neuer Materialien zur Aufbereitung kommunaler Abwässer und Rückstände aus der Landwirtschaftsproduktion“. steht u. a. die Entwicklung von Hydrogel-basierten Bodenverbesserern im Fokus. Neben Wasser- und Nährstoffspeicher ist der Einsatz von nachhaltigen biobasierten polymeren Hydrogelen eine wichtige Anforderung an die am IAP entwickelten Materialien.

Projekttitel: "I-WALAMAR - Entwicklung standortgerechter Bodenhilfsstoffe sowie neuer Materialien zur Aufbereitung kommunaler Abwässer und Rückstände aus der Landwirtschaftsproduktion." | 1.7.2019 - 30.6.2022 (Verlängerung bis 31.12.2022) | Kontakt: Prof. Dr. M. Biel, Dr. D. Schmitz | Projektpartner: Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH Aachen (FiW) e. V., Bonn International Center for Conversion (BICC), Universität Hohenheim (UHOH): Institut für Agrartechnik, Palaterra Betriebs- und Beteiligungsgesellschaft mbH, inno agri GmbH, SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG, University of Moulay Ismail (UMI), Ecole Nationale d’Agriculture (ENA), OLEA Food, IAV, RADEM | gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektträger: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) (CLIENT II-Projekt)

Ziel des Vorhabens ist die Ertüchtigung der am Markt verfügbaren, biobasierten und biologisch abbaubaren Polymilchsäure (PLA) zur breiten und kosteneffizienten Verwendung als recyclingfähiges Verpackungsmaterial für Lebensmittel. Für Verpackungen müssen biobasierte Kunststoffe charakteristische und vom Verpackungsgut abhängige Eigenschaften aufweisen - z.B. eine spezifische Barrierefunktion gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff und hinreichende mechanische und thermische Stabilität. Diese Faktoren korrelieren letztlich mit der notwendigen Materialstärke und damit mit dem Materialeinsatz bei der Herstellung. Gleichzeitig ist neben technischer Performance auch die Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen in Bezug auf die Lebensmittelverträglichkeit der verwendeten Stoffe und zunehmend auch die Recyclingfähigkeit des Produktes zu berücksichtigen. In der vorgeschlagenen Konzeptphase sollen Nanokomposite aus Polymilchsäure und Schichtsilikaten hergestellt und optimiert, ihre Eigenschaften in Bezug auf Wasser- und Sauerstoffdurchlässigkeit sowie ihre mechanische Stabilität untersucht und zur Anbahnung einer Industriekooperation an geeignete Partner bemustert werden. Schichtsilikate kommen in der Natur vor und verlängern vor allem in exfolierter, nanostrukturierter Form den Diffusionsweg kleiner Teilchen durch ein Polymer. Dies macht sich durch eine erhöhte Sperrwirkung des Polymers bemerkbar. Um dabei einer Versprödung der Polymermatrix entgegenzuwirken, sollen zusätzlich biobasierte, höhermolekulare Weichmacher mit struktureller Ähnlichkeit zum Polymer hergestellt und vor allem in Bezug auf ihre Migrationstendenz und Fähigkeit zur Stabilisierung der Nanokomposite getestet werden. Desweiteren sollen explorative Ansätze zu nachhaltigen intelligenten Verpackungen bearbeitet werden, um beispielsweise über Cyclodextrine bzw. biobasierte Hydrogele als Träger Oxidationsschutz oder Feuchtigkeitsspender einzubringen.

Projekttitel: "Barriere-PLA - Entwicklung eines nachhaltigen biobasierten und biologisch-abbaubaren Polymilchsäure (PLA)- Polymers als geeignetes Verpackungsmaterial mit optimierten Barriereeigenschaften." | 1.11.2022 - 31.10.2023 | Kontakt: Prof. Dr. M. Biel | gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Projektträger: Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR)

Ziel ist die Herstellung nachhaltiger Superabsorber zum Einsatz in Windeln bzw. als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft trockener Regionen. Hierzu soll Alginsäure aus Braunalgen durch eine neuartige Kombination biotechnologischer und chemischer Methoden vernetzt, und ein stabiles Hydrogel definierter Quellkinetik erhalten werden. Im Erfolgsfall kann der auf fossilen Rohstoffen basierende, biologisch nicht abbaubare Marktstandard Polyacrylat durch eine nachhaltige Alternative ersetzt werden.

Projekttitel: "Rohstoffe aus dem Meer - nachhaltige Superabsorber auf Basis von Alginsäure." | 2021 - 2022 | Kontakt: Prof. Dr. J. Bongaerts, Prof. Dr. P. Siegert, Prof. Dr. M. Biel | K2-Projekt der FH Aachen

Obwohl mehrere erfolgreiche Anwendungen der Benchtop-Kernresonanzspektroskopie (NMR) in der quantitativen Analyse von Gemischen existieren, bleibt die Möglichkeit der Übertragung von Kalibrierungen, insbesondere zwischen Hoch- und Niederfeld-NMR, weitgehend unerforscht. Dies ist insbesondere bei den aufwändigen multivariaten Kalibrationen relevant, da hierfür große Probensätze vermessen werden müssen. Unsere Studie untersucht zum ersten Mal die Kalibrierungsübertragung von Molekülmassenregressionen (Mw) von Lignin zwischen Hochfeld- (600 MHz) NMR und Benchtop-NMR Geräten (43 und 60 MHz). Um den Kalibrationstransfer von einem 600 MHz-NMR auf ein 43 und ein 60 MHz NMR zu untersuchen, wurde ein Satz von mehr als 60 Organosolv-Ligninproben verwendet. Für die zu übertragende Kalibration wurde das Massenmittel der Molekülmasse (Mw) der Ligninen regressiert. Für die Übertragung werden die Piecewise Direct Standardization (PDS), die Kalibrierungsübertragung basierend auf der kanonischen Korrelationsanalyse (CCA) und die Übertragung mit der Extreme Learning Machine Auto-Encoder-Method (TEAM) verwendet. Trotz des immensen Auflösungsunterschieds zwischen Hochfeld- und Niederfeld-NMR Geräten zeigen die Ergebnisse, dass der Kalibrierungstransfer von Hoch- zu Niederfeld bei der Molekulargewichtsanalyse möglich ist und Validierungsfehler nahe der ursprünglichen Kalibrierung erreicht werden können (1,2-mal höhere quadratische Mittelwertfehler (RMSE)). Diese Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für Anwendungen der Benchtop-NMR, bei denen vorhandene Kalibrierungen von teuren Hochfeldinstrumenten auf günstigere Benchtopgeräte übertragen werden können, was Kosten spart.

Projekttitel: "Kalibrationstransfer zwischen hoch- und niedrigauflösenden NMR-Spektroskopien: Bestimmung der Molekülmasse von Lignin." | 2021 | Kontakt: Prof. Dr. Y. Monakhova | K2-Projekt der FH Aachen

Aloe vera (Echte Aloe) ist eine der weltweit meistkultivierten Sukkulentenspezies, und ihre Extrakte finden breite Anwendung als Kosmetikum, Lebensmittel oder Pharmazeutikum. Kürzlich haben wir eine quantitative Methode basierend auf Protonen-Kernresonanzspektroskopie (1H NMR) entwickelt, um Mono- und Polysaccharide, organische Säuren, Konservierungsstoffe und zusätzlich einige anorganische Kationen zu bestimmen.

Moderne hochauflösende NMR-Spektrometer sind jedoch sowohl in der Anschaffung als auch in Wartung und Betrieb sehr kostenintensiv. Als Alternative bieten sich günstigere spektroskopische Methoden wie Nahinfrarot- (NIR), Infrarot (IR)- und Niederfeld-NMR-Spektroskopie an. Bei diesen Methoden ist die Signalüberlappung das Hauptproblem, welches eine breitere Anwendung zur Analyse komplexer Proben (wie Pflanzenextrakte) erschwert. Um mit diesen Herausforderungen umzugehen, können verschiedene multivariate Techniken für deskriptive/ explorative Aufgaben sowie zur Regression verwendet werden.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines alternativen analytischen Ansatzes zur ganzheitlichen Quantifizierung von Aloe vera-Extrakten, bei dem Daten aus mehreren analytischen Methoden kombiniert werden: Niederfeld-NMR (43-80 MHz), IR und NIR Spektroskopie. Die Eignung jeder einzelnen Analysemethode für die Naturproduktkontrolle von Aloe vera wird mit Hilfe multivariater Regressionstechniken (Partial Least Squares Regression, PLS) untersucht. Darüber hinaus werden fortgeschrittene Methoden wie die gemeinsamen Komponenten und spezifische Gewichtsanalyse (ComDim) für die kombinierte Modellierung von 1H-NMR-Spektroskopie, MIR-Spektroskopie und NIR-Daten eingesetzt.

Projekttitel: "Simultane Anwendung chemometrischer Analysen von verschiedenen spektroskopischen Messtechniken am Beispiel von Aloe Vera- Extrakten." | 2022 | Kontakt: Prof. Dr. Y. Monakhova | K2-Projekt der FH Aachen

Herausforderung: Recycling komplexer Kunststoffe

Die Eindämmung von Plastikabfällen erfordert eine funktionierende Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe. Während sortenreine Kunststoffe gut recycelt werden können, stellen Mehrschicht- und Verbundmaterialien, wie sie häufig in Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden, weiterhin ein großes Problem dar. Diese Abfälle landen meist in der Verbrennung, obwohl sie prinzipiell wertvolle chemische Bausteine enthalten.

Stand der Technik: Grenzen der Pyrolyse

Die Pyrolyse gilt als vielversprechende Alternative zur Verbrennung. Sie wandelt Kunststoffe in Pyrolyseöle um, die fossiles Naphtha ersetzen können. Allerdings ist der Prozess energieintensiv und wirtschaftlich wenig attraktiv, da beim vollständigen molekularen Abbau ein Großteil der ursprünglichen Wertschöpfung verloren geht. Auch katalytische Weiterentwicklungen konnten diese Schwächen bisher nicht gänzlich überwinden.

Der Ansatz von Reconomy-PA: Die Recycling-Raffinerie

Reconomy-PA entwickelt die Pyrolyse gezielt weiter: Statt nur Pyrolyseöl zu erzeugen, wird das Verfahren zu einer chemischen Recycling-Raffinerie ausgebaut. Aus heterogenen Kunststoffabfällen entstehen mehrere Produkte mit unterschiedlicher Wertigkeit. Kernidee ist die gezielte Rückgewinnung von ε-Caprolactam aus gemischten Kunststoffabfällen aus Polyamid 6 (PA6) und Polypropylen/Polyethylen. Das ε-Caprolactam ist als hochwertiges Koppelprodukt neben dem Pyrolyseöl der Baustein zur erneuten Synthese von PA6, wodurch hier ein Kreislauf geschlossen werden kann.

Hauptziele des Projekts

Ausgehend von PA6-haltigen Lebensmittelverpackungen soll in einer Pyrolyse-Pilotanlage:

• ε-Caprolactam in hoher Reinheit und Ausbeute gewonnen werden
• gleichzeitig hochwertiges Pyrolyseöl erzeugt werden

Damit verbessert Reconomy-PA die Wirtschaftlichkeit des chemischen Recyclings, schließt Stoffkreisläufe und reduziert den Energieeinsatz entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

Mehrwert

Reconomy-PA zeigt am Beispiel der Mischabfälle aus PE/PP und PA6, wie problematische Kunststoffabfälle zu wertvollen chemischen Rohstoffen werden können und liefert daher ökonomisch sowie ökologische einen Mehrwert.

Projekttitel: “Reconomy-PA - Evolution der klassischen Kunststoffpyrolyse hin zum wertschöpfenden Konzept der Recyclingraffinerie am Beispiel des rohstofflichen Recyclings von Polyamid 6 zu einem recycelten ε-Caprolactam” | Projektleitung/Kontakt: Prof. Dr. Markus Biel (bielfh-aachen.de) | Projektpartner: Ruhr-Universität Bochum, carboliq GmbH, Ingenieurbüro Anton Ledwon | Projektlaufzeit: 01.03.2025 – 28.02.2028 | Förderlinie: EFRE/JTF-Programm NRW 2021-2027, Innovationswettbewerb Industrie.IN.NRW

Der Graduiertencluster AUFBRUCH möchte junge Menschen im Rheinischen Revier befähigen, das Momentum zur Veränderung aufzugreifen und den Aufbruch in eine nachhaltige Bioökonomie mitzugestalten. Zudem verbindet es Akteure, um einen lokalen Innovationsraum zu schaffen, in dem ein systematischer Wissens- und Technologietransfer von der Wissenschaft in die Wirtschaft stattfindet. In einer engen Zusammenarbeit verschiedener Forschungseinrichtungen, Fachdisziplinen und lokaler Unternehmen schafft AUFBRUCH drei Dinge: Exzellent ausgebildete Fachkräfte, die mit und in der Region den Transformationsprozess aktiv gestalten, technologische Innovationen für eine nachhaltige Bioökonomie und zukunftsweisende Firmengründungen.

Das IAP beteiligt sich am Vorhaben im Innovationsbereich 2: Flexible Nutzung neuer Rohstoffpotenziale: Recycling von Kautschuk – Neue Wege für nachhaltige Rohstoffkreisläufe

Im Innovationsbereich 2 des Forschungsprojekts steht die flexible Nutzung neuer Rohstoffpotenziale im Fokus – am Beispiel des Recyclings von Kautschuk, insbesondere von schwefelvernetzten Materialien wie Autoreifen sollen in diesem Vorhaben neue Recyclingpotenziale eröffnet werden.

Dazu werden am IAP chemische Verfahren zur Devulkanisation von Kautschuk entwickelt. Ergänzend wird an der FH Aachen im Fachbereich 3 auch ein biotechnologisches Recycling durch enzymatische Prozesse, um die Vernetzungsstellen im Gummi aufzulösen. Projektpartner der TU Dortmund sowie der Hochschule Niederrhein setzen ergänzend zu den Arbeiten der FH Aachen auf chemische bzw. biotechnologische Depolymerisation als Recyclingstrategien.

Projektleitung | Prof. Siegert, Prof. Biel, Prof. Bongaerts und Prof. Tippkötter| Fachbereich Chemie und Biotechnologie
Förderlinie | Einzelplan 30 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) - Fördermaßnahme Modellregion
Bioökonomie im Rheinischen Revier
Forschungsschwerpunkt | Life Sciences
Projektpartner | RWTH Aachen, Cluster Industrielle Biotechnologie e.V., Forschungszentrum Jülich GmbH, TH Köln, Hochschule
Niederrhein, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, TU Dortmund
Projektlaufzeit | 01.04.2024 – 31.03.2028

Weltweit fallen jährlich etwa 13,5 Millionen Tonnen Altreifen an, die meist thermisch verwertet werden. Schlüsselschritt für die Etablierung einer nachhaltigen Kautschuk-Kreislaufwirtschaft ist die Entwicklung einer Technologie zur erneuten Verarbeitbarkeit von Gummi-Abfällen (Devulkanisation). Im aktuellen Projekt wird Kautschuk mit Hilfe bio-/chemischer Methoden devulkanisiert und dessen Recyclingfähigkeit untersucht.

Projekttitel: "Re-Tire: Kautschuk-Recycling durch gezielte Devulkanisation von Reifenabfällen mittels (bio-)chemischer-Methoden." | 2022 - 2023 | Kontakt: Prof. Dr. J. Bongaerts, Dr. D. Grefen, Prof. Dr. J. Pettrak, Prof. Dr. P. Siegert | K2-Projekt der FH Aachen

Ziel des Projektes ist es, die Eigenschaften von Hochleistungspolymeren mit denen von Elastomeren zu kombinieren, sodass Multimaterialbauteile - mittels 3D Druck - daraus hergestellt werden können. Die Modifikation der Polymere soll durch gezielte Auswahl, Additivierung & Blending erfolgen, um im Anschluss die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Als Anwendung dienen z. B. individualisierte Prothesen, deren Tragekomfort und Festigkeit durch die Werk-stoffkombination signifikant verbessert werden soll.

Projekttitel: "Entwicklung angepasster Polymere für den Multimaterialeinsatz im Additive Manufacturing." | 2022 - 2023 | Kontakt: Prof. Dr. Y. Zhang (FB3), Prof. Dr. S. Bremen (FB8) | K2-Projekt der FH Aachen

Hintergrund und Motivation

Nicht erst seit der Corona-Pandemie ist klar, wie stark Mikroorganismen unseren Alltag beeinflussen können. Antimikrobiell ausgerüstete Oberflächen helfen, das Wachstum von Bakterien und anderen Mikroben zu verlangsamen oder sie abzutöten – ein wichtiger Beitrag zu Hygiene und Sicherheit. Besonders gefragt sind solche Materialien dort, wo Elastomere oder thermoplastische Elastomere (TPEs) häufig berührt oder dauerhaft feucht werden, etwa in Dichtungen, Griffen, Arbeitsplatzmatten oder Schläuchen.

Bisher basieren antimikrobielle Ausrüstungen meist auf Silber-, Kupfer- oder Zinkverbindungen, deren Wirksamkeit auf der Freisetzung von Metallionen beruht. Diese Additive sind zwar effektiv, gelten jedoch nicht als nachhaltig: Sie können bei Herstellung, Nutzung und Entsorgung Umwelt und Gesundheit belasten, insbesondere in Form von Nanopartikeln, deren Verhalten in der Umwelt noch nicht vollständig erforscht ist.

Ziel: Schwermetallfreie, biobasierte Alternativen

Das Projekt AntiBak will hier ansetzen und nachhaltige Alternativen zu metallhaltigen Additiven entwickeln. Im Fokus stehen dabei drei umweltfreundliche Ansätze:

1. Natürliche Pflanzeninhaltsstoffe (z. B. Terpene) mit antimikrobieller Wirkung,
2. Chitosan-basierte Biopolymere, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden,
3. Asparaginsäure-basierte Biopolymere, die sich chemisch vielseitig modifizieren lassen.

Alle drei Strategien setzen auf biobasierte, biologisch abbaubare oder zumindest deutlich umweltverträglichere Materialien, die zugleich eine langzeitstabile antimikrobielle Wirkung ermöglichen sollen. Ziel ist es, Gummi- und Kunststoffprodukte zu entwickeln, die hygienisch, langlebig und ökologisch verantwortbar sind.

Kooperation mit der Industrie

Gemeinsam mit dem Firmenpartner GKT Gummi- und Kunststofftechnik Fürstenwalde GmbH werden die im Labor entwickelten Rezepturen skaliert und in Muster-Compounds umgesetzt. Diese Prototypen werden anschließend unter realen Bedingungen getestet, um ihre Wirksamkeit und Praxistauglichkeit zu überprüfen.

So verbindet AntiBak Grundlagenforschung mit industrieller Anwendung – ein wichtiger Schritt hin zu nachhaltigeren Werkstoffen in der Kunststoff- und Gummiindustrie.

Projekttitel: Entwicklung von nachhaltigen, schwermetallfreien Additiven zur antimikrobiellen Ausrüstung von Elastomeren. - Chemische Aufbereitung, Modifikation und Analytik von natürlich vorkommenden, antimikrobiell wirkenden Stoffen in Kooperation mit der Biotech., sowie Prüfung der Verarbeitbarkeit. Ziel: Rezepturentwicklung rund um das Additiv. | 01.11.2025 - 30.04.2028 | Kontakt: Prof. Dr. M. Biel, Prof. Dr. Y. Zhang | Projektpartner: GKT Gummi- und Kunststofftechnik Fürstenwalde GmbH | gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE), Projektträger: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) (ZIM-Kooperationsprojekte)

Im Rahmen des ZIM-Kooperationsprojektes wurde seitens des Projektpartners Bareiss Prüfgerätebau GmbH ein Rheometer mit geschlossenem Kammersystem entwickelt, welches als erstes Gerät weltweit die Möglichkeit bietet, vollständige und unendliche Rotationen durchzuführen. Diese Geräteentwicklung ermöglicht erstmals eine Messung der Verarbeitbarkeit von Gummimischungen. Dies wird durch die Kombination aus Rotation der unteren Kammer bei sehr hoher Motordynamik möglich. Dadurch entstehen in der Messkammer Scherraten die an die im Produktionsprozess vorherrschenden Scherraten heranreichen bzw. diese abbilden und deren Ergebnisse, die transiente Viskosität, ihrerseits wiederrum als Eingangsgröße für Simulationen herangezogen werden können.

Natürlich wurde das Gerät entsprechend entwickelt, dass alle Testmethoden herkömmlicher Rheometer durchführbar sind und die sehr hohe Abtastrate eine perfekte Grundlage für die Fouriertransformation bildet. Im Weiteren wurden seitens des IAP Referenzmaterialien aus dem Bereich der Kautschuke, Kautschukmischungen und thermoplastischen Werkstoffe zur Ermittlung der Fließeigenschaften und des Vulkanisationsverhaltens entwickelt. Mit den entwickelten Referenzmaterialien wurden die Leistungsgrenzen des Standardrheometers ermittelt. Hierzu wurden unterschiedlichste Prüfverfahren (dynamisch/statisch) erarbeitet, getestet und bewertet. Gleichzeitig wurden mit den Referenzmaterialien Prüfspezifikationen entwickelt, die die Basis für zukünftige Standardtests darstellen und den Vergleich des neuen Rheometers zum Standard-RPA ermöglichen. Darüber hinaus wurden Stoffgleichungen zur Beschreibung des Fließverhaltens der Materialien entwickelt und entsprechende Masterkurven (Zeit-Temperatur-Superposition) zur Erweiterung des Schergeschwindigkeitsbereiches hin zu verarbeitungsrelevanten Geschwindigkeiten erstellt.

Bei dem entwickelten Gerät handelt es sich um das RPA ultra.

Projekttitel: "Entwicklung von prüfsensitiven Materialien (Kautschuke, Thermoplaste), Erarbeitung von Messverfahren zur Ermittlung von Stoffgleichungen in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit, Druck, Messungen, Modellierung und Erprobung im Spritzgussprozess." | 1.11.2020 - 31.10.2022 | Kontakt: Prof. Dr. U. Pankoke, Dr. D. Grefen | Projektpartner: Bareiss Prüfgerätebau GmbH | gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Projektträger: Arbeits­gemeinschaft industrieller Forschungs­vereinigungen (AiF) (ZIM-Kooperationsprojekte)

Das Forschungsvorhaben richtet sich auf die Entwicklung und Anwendung umweltfreundlicher und REACH-konform flammgeschützter EPDM/Gewebe-Verbünde, die im Schienenverkehr für Faltenbälge als Verbindung von Wagons eingesetzt werden sollen. Da solche Verbünde einer hohen dynamischen Belastung unterliegen, werden gegenüber dem Stand der Technik (notwendige Mengen ≥50 wt%) nur minimale Mengen an Zusatzstoffen eingesetzt und so die vorteilhaften Eigenschaften von EPDM möglichst wenig beeinflusst. Für die Lösung des Problems werden Cyclophosphazen-basierte Bausteine in Kombination mit nano-SiO2 eingesetzt. Aufgrund ihrer synergistischen Wirkung werden Mengen von max. 15 wt% für einen optimalen Flammschutz hinsichtlich Brandausbreitung, Wärmefreisetzung sowie Rauchgasdichte und -toxizität angestrebt. Ein solcher Ansatz kann nur in Verbindung mit der Entwicklung geeigneter EPDM-Formulierungen erfolgen. In diese wird die Flammschutzausrüstung in Form besonders weicher Polyphosphazenteilchen (niedriger Tg) homogen, d. h., mit guter Mischbarkeit eingebracht und, mit dem Ziel hoher dynamischer Belastbarkeit und der Vermeidung von Migrationseffekten die reaktive Einbindung in das Elastomer angestrebt. Auftragung und Anbindung an die textilen Träger sowie die Prüfung der Brand- und Verbundeigenschaften vervollständigen den Lösungsansatz.Ein hohes Transferpotential der Ergebnisse ist durch die Auswahl der Bausteine für den Flammschutz sowie der Elastomer-Formulierung aus vorrangig kommerziell verfügbaren, bereits über REACH zugelassenen Bausteinen gegeben. Der Nutzen für KMU als Basisunternehmen in allen Bereichen der Wertschöpfungskette für Faltenbälge (FSM, Kautschukmischungen, EPDM/Textilverbünden) liegt in der Festigung und Erweiterung der Markposition in über den Schienenverkehr hinausgehenden Anwendungen wie flexible Personenübergänge in der Flughafentechnik, in Bussen, Straßenbahnen etc., aber auch im Maschinenbau, der Architektur oder der Fördertechnik (Transportbänder).

Projekttitel: "Neue, REACH-konform flammgeschützte EPDM/Gewebe-Verbünde mit hoher dynamischer Belastbarkeit (Flammschutz Faltenbalg)." | 1.10.2018 - 30.09.2020 (Verlängerung bis 31.3.2021) | Konatkt: Prof. Dr. U. Pankoke, Dr. D. Grefen | Projektpartner: DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien | gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Projektträger: Arbeits­gemeinschaft industrieller Forschungs­vereinigungen (AiF) (IGF – Industrielle Gemeinschafts­forschung)

Neuartige Pyrolyseprozesse liefern Füllstoffe, die im Labormaßstab mechanisch wie chemisch so aufbereitet und in ihren Eigenschaften angepasst werden, dass eine vollwertige Substitution der aus fossilen Rohstoffen gewonnene (Furnace-)Ruße möglich ist. Neben umfassender Charekterisierung werden Aufbereitungsstrategien, die den Einsatz als Verstärkerfüllstoff ermöglichen entwickelt. Darüber hinaus führen wir chemische Modifizierung an den Füllstoffen durch, was beispielsweise Einarbeitung oder Funktionalität optimiert. Nach Rezepturentwicklungen sollen daraus neue Produkte generiert werden - Gummimischungen sowie neue daraus hergestellte Produkte und Anwendungen (FDA, KTW konform), basierend auf sehr reinen, PAK-freien Füllstoffen.

Projekttitel: "Mechanische und chemische Aufbereitung und Charakterisierung des Pyrolyserußes im Labormaßstab und Rezepturentwicklung zur Substitution kommerzieller Ruße und für neue Applikationen (FDA, KTW)" | 1.02.2023 - 31.01.2025 | Kontakt: Prof. Dr. Y. Zhang, Dr. D. Grefen | Projektpartner: MOCO Maschinen- u. Apparatebau GmbH & Co. KG, K.U.K.T. GmbH | gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Projektträger: Arbeits­gemeinschaft industrieller Forschungs­vereinigungen (AiF) (ZIM-Kooperationsprojekte)