Motorradreifen mit grünem Abdruck : Datum:
Die Chemie- und Kunststoffindustrie in Mitteldeutschland will fossile Rohstoffe durch nachwachsende aus der Region ersetzen. Hier setzt das Forschungsbündnis Biocerine an und baut eine Wertschöpfungskette zur Herstellung biobasierter Weichmacher für den Einsatz in Reifen und Folien auf.
Katja Oßwald ist Kunststoffingenieurin bei der Polymer Service Merseburg GmbH. Sie schneidet ein Stück aus einem Motorradreifen heraus. Unter großem Druck lässt es sich ein wenig biegen. „Das ist wichtig für die Fahreigenschaft des Reifens“, sagt sie und erklärt, dass Weichmacher eingesetzt werden, um die Beschaffenheit von Kautschuk derart zu verändern, dass er zu Auto- oder Motorradreifen verarbeitet werden kann. Ohne Weichmacher könnten aus verschiedenen, materialbedingten Gründen sehr viele Produkte auf Kautschukbasis gar nicht hergestellt werden. Bislang werden solche Weichmacher auf Erdölbasis hergestellt. „Aber wer auf sich hält, wird grün“, verweist Katja Oßwald auf das Reifenwerk Heidenau. Es gehört zu den Vorreitern, die weniger erdölbasierte Rohstoffe einsetzen wollen, und ist deshalb an einem biobasierten Weichmacher interessiert. „Wir entwickeln und testen die Rezepturen dafür“, sagt die promovierte Ingenieurin. Die Polymer Service GmbH Merseburg (PSM) hat langjährige Forschungserfahrungen auf dem Gebiet der Elastomere, also der elastischen Kunststoffe. PSM ist Partner im WIR!-Bündnis „BioZ – Biobasierte Innovationen aus Zeitz und Mitteldeutschland“, das vom Bundesforschungsministerium gefördert wird. Für die Region Mitteldeutschland, wo traditionell die Chemie- und Kunststoffindustrie zu Hause ist, bedeutet Strukturwandel auch die Umstellung von fossilen Rohstoffen auf biobasierte aus der Region.
Rezepte ausdenken
PSM hat einen aktiven Part im Teilprojekt Biocerine, das eine regionale Wertschöpfungskette vom pflanzlichen Rohstoff bis zum biologischen Weichmacher für Kunststoff aufbaut. „Zur Herstellung von Weichmachern wird Glyzerin benötigt. Wir testen die Glyzerin-Derivate, die unser Projektpartner Glaconchemie GmbH auf Basis von Rapsöl herstellt. Bei dem verwendeten Rapsöl handelt es sich um einen Reststoff aus der regionalen Biodiesel-Herstellung“, erklärt Katja Oßwald. „Allerdings ist es nicht so einfach, die alte erdölbasierte Zutat gegen eine andere auszutauschen. Das ist wie beim Kuchenbacken. Veränderte Zutaten beeinflussen die gewohnten Wechselwirkungen untereinander und damit auch das Ergebnis.“ Im konkreten Anwendungsfall des Auto-, bzw. Motorradreifens müsse auch der biobasierte Weichmacher in der Lage sein, in den Gummimischungen verschiedenste Verbindungen einzugehen. Er müsse sich zum Beispiel mit Zusatzstoffen wie dem Alterungsschutzmittel oder dem Ozonschutzmittel vertragen, damit deren Funktion nicht gestört wird. „Ich finde heraus, wo es in der Reaktionskette Anknüpfungspunkte gibt, und prüfe erst einmal am Rechner, ob und wie die neuen Zutaten in meinen Rezeptmischungen funktionieren. Das spart Material und Zeit“, sagt die Kunststoffingenieurin.
Wissenschaftliche Materialbeschreibung
Jetzt, kurz vor Abschluss des Biocine-Projektes, kann Polymer Service GmbH Merseburg am Beispiel des Motorradreifens wissenschaftlich beschreiben, was in dem Reifengummi unter Einsatz vom biobasierten Weichmacher passiert – immer im Vergleich zum erdölbasierten. Katja Oßwald zeigt am herausgeschnittenen Stück Reifen, warum das nicht zur Vergleichsprüfung herangezogen werden kann. Denn ein Reifen besteht aus einem Materialmix aus Gummi, Textil und Stahl. Die Materialforschung betrifft das Gummi. Also werden im Labor die Rohmassen für Prüfplatten aus Gummi hergestellt – unter Verwendung von Erdöl und von Bioöl. Damit werden an jeweiligen Prüfmaschinen Tests durchgeführt. Der Zugversuch etwa soll Erkenntnisse darüber liefern, welche Kraft benötigt wird, um das Material auseinanderzuziehen und wie weit es sich auseinanderziehen lässt, bis es reißt. An einer anderen Vorrichtung rotieren die Proben in Summe 40 Meter über einen Schleifpapier-Zylinder, um den Abrieb auf dieser exakten Strecke zu ermitteln. Am nächsten Prüfgerät wird die Materialoberfläche mit einer Stahlnadel einem Härtetest unterzogen.
Markttaugliche Weichmacher
„Im Vergleich zur Referenzprobe mit erdölbasiertem Weichmacher muss der neue Werkstoff in den Tests gleich gut oder besser abschneiden“, betont Katja Oßwald. Schließlich hätten die biobasierten Weichmacher sonst keine Chance bei potenziellen Kunden. Weichmacher lassen sich nicht nur in der Reifenherstellung finden, sondern auch in der Verpackungsindustrie. Zu den Biocerine-Bündnispartnern gehören das Folienwerk Wolfen und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen in Halle (Saale). Das IMWS mischt die rapsölbasierten Glyzerine in Thermoplaste ein. Solche Kunststoffe, die sich bei Erwärmung gezielt verformen lassen und bei Abkühlung in dieser Form verbleiben, werden bei der Folienherstellung eingesetzt.