Zeitschrift für fortgeschrittene Chemieingenieurwesen

Abstrakt

Polymermaterialien mit naturbasierten Additiven und Verstärkungen für kombinierte Funktionalitäten

Mikko Kanerva

Die gesamte Forschung im Zusammenhang mit den Begriffen „Polymere“ und „Kunststoffe“ hat eine enorme Neudefinition erfahren, nachdem der globale Recyclingbedarf, die notwendige biologische Abbaubarkeit, Mikroplastikabfälle und der Kampf um Vorräte aus nichtfossilen Quellen für diese Materialien enormen Druck aufgebaut haben. Die Universität Tampere und die finnische Kunststoff- und Verbundwerkstoffindustrie leisten ihren Beitrag bei der Entwicklung neuer Lösungen für diese Herausforderung. Dieser Vortrag umfasst die neuesten Errungenschaften unserer Forschungsgruppen und internationalen Partner in Bezug auf nano- und mikrofibrillierte Zellulose und ihre Verwendung in leitfähigen Filmen, leitfähigen Strukturmaterialien, Gasbarrieremembranen, natürlichen Zusätzen aus Kolophonium und Propolis in polymeren Multifilamentfasern, der antibakteriellen Reaktion biologisch abbaubarer Kunststoffe mit natürlichen Komponenten und Schnittstellen mit synthetischen und natürlichen Fasern in fortschrittlichen Verbundwerkstoffen. Das Potenzial für starke und widerstandsfähige Filme durch die Verwendung von Nanozellulose ist seit einiger Zeit bekannt. Die richtige Kombination aus optimaler Dispersion 1 und Tensiden mit Kohlenstoffnanoröhren ist der Schlüssel, um eine minimale Menge an Nanoadditiven zu verwenden und dennoch die weltweit höchste Leitfähigkeit zu erreichen 2. In der Realität erlauben viele der Filmherstellungsmethoden keine kommerzielle Umsetzung in Massenproduktion und für Industrieprodukte ist eine deutliche Produktionsforschung im großen Maßstab erforderlich 3. Im Falle einer Skalierung muss die Kontrolle des dickenabhängigen Verhaltens, wie z. B. der Barriereeigenschaften, verbessert werden und sie stellen den aktuellen Zukunftsaspekt dieser Filme und Teile dar. In ähnlicher Weise ist das Potenzial für medizinische Anwendungen bei der Verwendung von antibakteriellen Spezies natürlichen Ursprungs, wie Kiefernharz und Bienenpropolis, offensichtlich. Die damit verbundene mikrobielle Reaktion hängt jedoch in einer stark nichtlinearen Weise von einer Matrix von Faktoren ab, was die anwendungsbezogene Optimierung erschwert. Beispielsweise sind die Umgebung und die Art der Begegnungen zwischen Materialoberflächen und Bakterienstämmen aufgrund der komplexen Struktur natürlicher Additive nicht gut bekannt. Darüber hinaus ist die Verarbeitung gleichwertiger Produkte bei der Anwendung einer Dosis natürlicher Substanzen typischerweise schwieriger.