Aufklärung des Degradationsverhaltens in Polypropylen-Modellrezepturen anhand einer korrelativen experimentell-theoretischen Untersuchungsmethodik zur Entwicklung nachhaltiger Kunststoff-Rezyklate (PolyCycle)

Polypropylen, Kunststoffadditive, Antioxidantien, Kunststoffstabilisierung, Degradation, Analytik, Simulation, Rezyklate, Workflow, Digitalisierung

Hochschule Bielefeld

Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik
Interaktion 1
33619 Bielefeld

Projektbeteiligung

Hochschule Hamm-Lippstadt
Miele & Cie. KG

Laufzeit

01.04.2024 – 31.03.2027

Projektförderung

im Rahmen der Förderlinie FH-Kooperativ   

Kurzbeschreibung

Der weltweite Bedarf an Polymeren ist enorm und steigt jährlich. Polypropylen (PP) ist der am meisten verwendete Polymerwerkstoff mit einem Anteil von über 25% an allen Kunststoffen. Ressourcenknappheit, steigende Rohstoffpreise und Emissionsauflagen zwingen Wirtschaft und Gesellschaft jetzt zum Handeln. Aus Nachhaltigkeitsgründen muss es das Ziel sein, die Kunststoffneuproduktion signifikant zu senken. Dies erfordert zum einen die Entwicklung hochqualitativer und langlebiger Kunststoffe und zum anderen die Steigerung der Recyclingrate von Produkten aus dieser Werkstoffklasse. Entscheidend für ersteres sind genaue Kenntnisse des Degradationsverhaltens von Kunststoffen sowie der Wirkungsweise von stabilisierenden Additiven in der Kunststoffmatrix. Für letzteres müssen zudem die Effekte von Fremdrückständen beim Rezyklieren von Kunststoffprodukten verstanden werden. Wirtschaftlich von großer Bedeutung sind Anwendungen, in denen PP in Kontakt mit wässrigen Lösungen kommt wie z.B. bei vielen Hausgeräten. Im Wasser enthaltene Chemikalien verursachen oxidative Angriffe auf das Polymer, die bislang weitgehend unverstanden und nicht systematisch erforscht worden sind. Ziel des Projekts ist es, gemeinsam mit der Hochschule Hamm-Lippstadt und dem Industriepartner Miele Cie. & KG am Beispiel des isotaktischen PPs eine korrelative experimentell-theoretische Untersuchungsmethodik als Workflow zu implementieren, um auf der Basis von Modell-Rezepturen das Degradationsverhalten von PP systematisch aufzuklären. Es werden hierzu gezielt PP-Compounds mit nach ihrer molekularen Zusammensetzung selektierten Additiven (Modellrezepturen) sowie PP-Rezyklate als Modellsysteme hergestellt, künstlich gealtert und experimentell charakterisiert, um die Additiv- bzw. Verunreinigungskonzentrationen im Tiefenprofil zu ermitteln. Auf Basis dieser Daten werden auf atomistischer Ebene Simulationen auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen durchgeführt, um Migration, Diffusion, Sorption sowie die Angriffs- und Zersetzungskinetik aufzuklären. Ein besonderer Mehrwert ist dabei die Konservierung aller Vorgehensweisen, Entscheidungen und Erkenntnisse im Rahmen der Untersuchungsmethodik in einem digitalen Workflow. Damit werden einerseits entscheidende Voraussetzungen für einen weiteren systematischen und effizienten Knowhow-Aufbau geschaffen, andererseits wird damit ein wichtiger Beitrag zur Digitalisierung der Materialforschung im Rahmen der BMBF-Initiative MaterialDigital geleistet.