Das SKZ arbeitet zusammen mit den Partnern von der RWTH Aachen und Peiler & Klein Kunststofftechnik GmbH, arbeiten an der Entwicklung eines industriell anwendbaren Verfahrens zur Integration von PLA-abbauenden Enzymen in Kunststoffe. Ziel des Projekts ist es, Kunststoffprodukte zu erschaffen, die einerseits eine hohe mechanische Belastbarkeit während ihrer Nutzung aufweisen und dabei nach Ablauf der Nutzungszeit unter natürlichen Umweltbedingungen schnell abgebaut werden können.
Das Projekt, das eine Laufzeit von 2,5 Jahren hat, verfolgt einen innovativen Ansatz, um PLA-abbauende Enzyme wie Proteinase K und ICCG in Kunststoffprodukte zu integrieren. Diese Enzyme werden mithilfe eines Adhäsionsvermittlerpeptids an die Oberfläche von Zeolith gebunden, einem porösen Trägermaterial, das als Träger für die Enzyme fungiert. Das enzymbeladene Zeolith wird anschließend in einem speziell entwickelten Extrusionsprozess zu einem PLA-Zeolith-Masterbatch verarbeitet. Der Enzymkomplex wird dabei in inaktivierter Form in die PLA-Matrix eingebracht. Die Aktivierung der Enzyme erfolgt erst durch eine Änderung der Umweltbedingungen, sowie durch Abrieb oder Versprödung des Materials. Hierdurch wird die Abbaurate des PLA deutlich gesteigert.
„Durch die gezielte, schaltbare Aktivierung der Enzyme möchten wir eine Lösung bieten, die es der Industrie ermöglicht, Kunststoffprodukte mit einer hohen mechanischen Stabilität zu produzieren, die jedoch nach ihrer Nutzungsphase schneller und effizienter in der Umwelt abgebaut werden“, erklärt Alexander Rusam, Scientist am SKZ und Leiter des Projektes.
Erste erfolgreiche Ergebnisse
Die ersten Tests des Projekts haben bereits bemerkenswerte Ergebnisse geliefert. Mithilfe eines Mikroextruders konnten Probekörper aus PLA und feinem Zeolith-Pulver erfolgreich hergestellt werden. Dabei zeigte das Zeolith eine gleichmäßige und homogene Verteilung im Bauteil. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Zugabe der Enzyme keine negativen Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des PLA hatte – ein wichtiger Meilenstein für die Entwicklung eines marktfähigen Produkts.
„Diese ersten Ergebnisse bestätigen die Machbarkeit des Verfahrens und eröffnen vielversprechende Perspektiven für die Entwicklung von Kunststoffen, die sowohl umweltfreundlich als auch funktional sind“, so Rusam weiter.
Das Projekt trägt dazu bei, eine nachhaltigere Zukunft für die Kunststoffindustrie zu schaffen, indem es Lösungen für die Abbaubarkeit von Kunststoffen bietet, ohne ihre Leistungsfähigkeit während der Nutzung zu beeinträchtigen. Das Projektteam plant, im weiteren Verlauf des Projektes die Technologie weiter zu optimieren und die industrialisierte Anwendung vorzubereiten.
Mehr zum Bereich Materialentwicklung
Das Projekt, das eine Laufzeit von 2,5 Jahren hat, verfolgt einen innovativen Ansatz, um PLA-abbauende Enzyme wie Proteinase K und ICCG in Kunststoffprodukte zu integrieren. Diese Enzyme werden mithilfe eines Adhäsionsvermittlerpeptids an die Oberfläche von Zeolith gebunden, einem porösen Trägermaterial, das als Träger für die Enzyme fungiert. Das enzymbeladene Zeolith wird anschließend in einem speziell entwickelten Extrusionsprozess zu einem PLA-Zeolith-Masterbatch verarbeitet. Der Enzymkomplex wird dabei in inaktivierter Form in die PLA-Matrix eingebracht. Die Aktivierung der Enzyme erfolgt erst durch eine Änderung der Umweltbedingungen, sowie durch Abrieb oder Versprödung des Materials. Hierdurch wird die Abbaurate des PLA deutlich gesteigert.
„Durch die gezielte, schaltbare Aktivierung der Enzyme möchten wir eine Lösung bieten, die es der Industrie ermöglicht, Kunststoffprodukte mit einer hohen mechanischen Stabilität zu produzieren, die jedoch nach ihrer Nutzungsphase schneller und effizienter in der Umwelt abgebaut werden“, erklärt Alexander Rusam, Scientist am SKZ und Leiter des Projektes.
Erste erfolgreiche Ergebnisse
Die ersten Tests des Projekts haben bereits bemerkenswerte Ergebnisse geliefert. Mithilfe eines Mikroextruders konnten Probekörper aus PLA und feinem Zeolith-Pulver erfolgreich hergestellt werden. Dabei zeigte das Zeolith eine gleichmäßige und homogene Verteilung im Bauteil. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Zugabe der Enzyme keine negativen Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des PLA hatte – ein wichtiger Meilenstein für die Entwicklung eines marktfähigen Produkts.
„Diese ersten Ergebnisse bestätigen die Machbarkeit des Verfahrens und eröffnen vielversprechende Perspektiven für die Entwicklung von Kunststoffen, die sowohl umweltfreundlich als auch funktional sind“, so Rusam weiter.
Das Projekt trägt dazu bei, eine nachhaltigere Zukunft für die Kunststoffindustrie zu schaffen, indem es Lösungen für die Abbaubarkeit von Kunststoffen bietet, ohne ihre Leistungsfähigkeit während der Nutzung zu beeinträchtigen. Das Projektteam plant, im weiteren Verlauf des Projektes die Technologie weiter zu optimieren und die industrialisierte Anwendung vorzubereiten.
Mehr zum Bereich Materialentwicklung
