Nachhaltige Schaumstoffe

Partikelschaumstoffe sind heute im Dämmstoffbereich und der Verpackungsindustrie weit verbreitet. Dabei kommt überwiegend Polystyrol zum Einsatz. Alternative nachhaltigere Lösungen entsprechen jedoch nicht den heutigen Flammschutzanforderungen. Ob es überhaupt nachhaltige Partikelschäume gibt, untersuchen CCPE-Forschende an den Fraunhofer-Instituten ICT und LBF.

Partikelschaumstoffe – eine Materialklasse, mit der wir uns in unserem Alltag meist nur wenig beschäftigen. Dabei begegnen uns die Produkte aus Partikelschaum täglich als Verpackungsmaterialien, als Dämmstoff an unseren Häuserfassaden, als Aufprallschutz in unseren Fahrzeugen und auch als Sohle in Sportschuhen. Häufig kommen dabei Kunststoffe zum Einsatz, die aus Erdöl gewonnen werden, beispielsweise Polystyrol-Partikelschaum (als „Styropor“ bekannt) oder Schäume aus Polypropylen. Die Funktionen von Partikelschäumen sind dabei klar: isolieren, dämpfen, leicht sein.

Sie erfüllen also Aufgaben, die insbesondere auch für eine nachhaltige Entwicklung unserer Gesellschaft und unseres täglichen Lebens wichtig sind. Ohne geeignete Wärmeisolierung geht viel Energie verloren. Ohne Leichtbau werden Fahrzeuge schwer und stoßen deutlich mehr CO₂ aus. Gleichzeitig spielt das Flammschutzverhalten in solchen Anwendungen eine große Rolle.

Da die eingesetzten Materialien aus nicht-erneuerbaren und CO₂-intensiven Ressourcen hergestellt sind, werden heute neue Ansätze verfolgt, in diesen Bereichen nachhaltige, möglichst bio-basierte Lösungen zu finden. Dabei bildet gerade das Flammschutzverhalten den „bottleneck“ der Entwicklung, da petro-basierte Materialien schon viel länger auf dem Markt und daher gut funktionierende Flammschutzlösungen bereits vorhanden sind.

Verschiedene PLA-Typen wurden in einem Extrusionsprozess[1] zu Partikelschäumen verarbeitet, anschließend verschweißt und die Bauteile hinsichtlich ihrer Flammschutzeigenschaften untersucht. Dabei kamen verschiedene Testmethoden zum Einsatz. Es wurden Tests nach den Standards DIN 4102-1 B2 and DIN EN ISO 4589-2 (LOI, „Limited Oxygen Test“) durchgeführt.

Die Ergebnisse zeigten überraschend, dass auch ohne beigefügte Flammschutz-Additive die meisten untersuchten PLA-Typen im Schaumbauteil die durchgeführten Flammschutz-Tests bestehen. Damit qualifizieren sie sich für einen Einsatz in vielen unterschiedlichen Anwendungen. Zwar müssen die Schäume für spezielle Anwendungen z. B. im Baubereich oder dem Automobilsektor noch spezifischen Tests unterzogen werden, es ist jedoch zu erwarten, dass sie mit geeigneten Flammschutzmitteln und möglicherweise sogar ohne zusätzliche Additive gute Testergebnisse erzielen können.

CCPE-Forschende identifizierten PLA als eine gute Alternative zu konventionellen, petro-basierten Materialien als Basis für Partikelschaumstoffe. Ihre Anwendung kann zukünftig einen wichtigen Beitrag zur Transformation zu einer nachhaltigen Circular Economy liefern.

Ansprechpersonen:

Robert Schmidt  (robert.schmidt@ict.fraunhofer.de, Tel. +49 721 4640-862)
Dr. Carl-Christoph Höhne (carl-christoph.hoehne@ict.fraunhofer.de, Tel. +49 721 4640-310)

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[1] Polymer, Treibmittel und weitere Additive werden in einem Extruder homogenisiert und durch eine Düse geschäumt.