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Damit Fliegen ein bisschen „grüner“ wird – Innovatives schonendes Aramidfaser-Recycling

Ausgangs- und Problemsituation

Die Rohstoffknappheit ist ein globales Problem und verlangt einen verantwortungsvollen und nachhaltigeren Umgang mit den verbliebenen Ressourcen. Das Etablieren neuer Stoff- und Materialkreisläufe ist ein wichtiger Schritt um zukünftig den Ressourcenverbrauch zu minimieren. Dazu werden, insbesondere im Bereich der Leichtbauwerkstoffe, innovative Recyclingtechnologien benötigt. Gegenwärtig ist das Recycling dieser Materialien unattraktiv, da die Rückgewinnung sehr kostenintensiv ist und das Leistungsvermögen der Materialien bzw daraus hergestellter Produkte nicht an das Niveau der Neumaterialien heranreicht. Recyclingkonzepte scheitern oft auch am fehlenden Vertrauen in die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften dieser Materialien, der Absatzmenge, dem Kosten-Nutzen-Verhältnis der aus Sekundärmaterialien hergestellten Produkte oder der begrenzten Verfügbarkeit dieser Materialien. In einigen Industriezweigen ist der Handlungsdruck jedoch relativ hoch, da es einen steigenden Jahresbedarf, aber begrenzte Möglichkeiten zur Erweiterung der Kapazitäten gibt.

Projekttitel: » „SEpARAte“– Selektive Rückgewinnung von Aramidfasern zur Herstellung nachhaltiger papierabgeleiteter Werkstoffe

Laufzeit: » 01.07.2020 - 30.06.2022

Projektart/träger: » IGF-Vorgaben 21150

Forschungsstellen: » Papiertechnische Stiftung (PTS), Dr. Stefan Knohl und Benjamin Büttner

» TH Wildau, Professur Faserverbund-Materialtechnologien, Prof. Dr. Christian Dreyer

» Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO, Dr. Theresa Förster

Projektziel und Lösungsansatz

In SEpARAte, einem AiF-IGF-Projekt der Papiertechnischen Stiftung, des Fraunhofer IAP, Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO und der TH Wildau, Arbeitsgruppe Faserverbund-Materialtechnologien, wird das schonende Recycling von Aramidwaben untersucht. Diese Leichtbaumaterialien werden z.B. als flammfeste Kernmaterialien in Flugzeugkabinen eingesetzt. Das Forschungsvorhaben wird von der Idee getragen, durch das Recycling dieser phenolharzhaltigen Faserverbunde die Verfügbarkeit von Aramidfasern zu verbessern und somit die Entwicklung innovativer Aramidprodukte zu unterstützen. Ein wesentliches Ziel des Projektes ist die Aramidfasern effizient und möglichst ohne Faserlängeneinkürzung aus Altmaterialien (z B Papier, Wabenstücke oder Verschnitte) zurückzugewinnen und anschließend wieder in ein Papier zu überführen (Abb 1). Zur Rückgewinnung wird ein solvolysebasierter Recyclingprozess erarbeitet und durch papiertechnologische Aufbereitungsund Fraktionierungsverfahren ergänzt. Es werden verschiedene Reagenzien untersucht und in Kombination mit Mikrowellenstrahlung getestet. Ist das polymere Netzwerk, das die Faser umgibt, chemisch ausreichend zersetzt, können die Aramidfasern aus dem Stoffgemisch abgetrennt, angereichert, nach Faserlängen sortiert und für die Papierherstellung aufbereitet werden. Entscheidend ist das erreichte Eigenschaftsprofil: Sind die Aramidfasern nach der Solvolyse zu stark geschädigt? Können reproduzierbare Fasereigenschaften gewährleistet werden? Wie groß ist die Leistungslücke zu etablierten Fasertypen? Diese Fragen sollen im Laufe des Projektes aufgeklärt werden. Erste Versuche zeigen, dass die Phenolharzbeschichtung der Wabe mit geeigneten Reagenzien nahezu komplett abgebaut werden kann (Abb 2). Im kommenden Jahr soll dieser Prozess im Konsortium optimiert werden, um Aramidfasern ohne Harzanhaftungen und Einbußen der morphologischen Eigenschaften zeit- und kosteneffizient zu rezyklieren.

Nutzen für Hersteller, Verarbeiter und Anwender

Durch die Entwicklung eines Aramidwaben-Recyclingverfahrens stehen der Papierindustrie perspektivisch neben den etablierten Primärfasern weitere Faserklassen mit spezifi schen Eigenschaften als Roh- oder Hilfsstoffe zur Verfügung. Dies kann dazu beitragen den konsolidierten Aramidfasermarkt für KMU zu öffnen und neue Schnittstellen zwischen Papierwirtschaft, Luftfahrt, Leichtbau und Recylingwirtschaft schaffen KMU aus dem Bereich Recycling und Herstellung aber auch aus den diversen Anwendungssektoren können neue Produktlinien aufbauen und einen bestehenden aber auch neuen Kundenkreis durch eine Steigerung der Wertschöpfung erreichen.

Die PTS steht als Koordinator des Projektes für Anfragen, Beratung oder Dienstleistungen in diesem Gebiet zur Verfügung.  Der Forschungsbereich Polymermaterialien und Composite PYCO des Fraunhofer IAP bringt Expertenwissen zum chemischen Recycling und zur Materialcharakterisierung in das Projekt ein. Ein Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe FaserverbundMaterialtechnologien an der TH-Wildau, geleitet durch Herrn Prof Dr Christian Dreyer, ist der Einsatz neuer Technologien zur ressourceneffi zienteren Fertigung von Leichtbaumaterialien. In SEpARAte wird daher das Potenzial der Mikrowellenstrahlung zur Prozessverkürzung evaluiert.

Dr. Stefan Knohl,

stefan.knohl@ptspaper.de

Benjamin Büttner,

benjamin.buettner(at)ptspaper.de