Chinesische Gastwissenschaftlerin forscht an neuen Kunststoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Die chinesische Professorin Dr. Xinyan Shi ist derzeit zu Gast auf dem Campus. (Foto: Sebastian Kamerling/Ce)

Die chinesische Professorin Dr. Xinyan Shi von der Qingdao University of Science and Technology (QUST) ist derzeit zu Gast an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe beschäftigt sich die Forscherin mit dem 3D-Druck von Kunststoffen. Das Besondere: Es kommt der nachwachsende Rohstoff Cellulose zum Einsatz, der die Eigenschaften der gedruckten Bauteile verbessern soll. Shi ist im Rahmen eines Forschungsvorhabens an der TUK, das der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) unterstützt.

Mithilfe von 3D-Drucktechniken lassen sich beispielsweise komplexe Bauteile aus Kunststoff einfach herstellen. Auch das Team um Professor Dr. Alois Schlarb am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe arbeitet mit dieser Technologie. Gemeinsam mit Professorin Shi untersuchen die Forscher beispielsweise, wie Zellulose bei solchen Kunststoffen Verwendung finden kann. Dies ist das Spezialgebiet der Gastwissenschaftlerin und ihrer Arbeitsgruppe. Cellulose ist ein langkettiges Zuckermolekül. Es macht den Hauptbestanteil von pflanzlichen Zellwänden aus und fällt etwa bei der Holzverarbeitung an.

Das Kaiserslauterer Forscherteam arbeitet daran, sogenannte nanokristalline Cellulose (CNC) in ihre Kunststoffe einzuarbeiten. Sie besitzt besonders gute mechanische Eigenschaften sowie eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, was auch dem fertigen Druckteil zugutekommt. Bei dem Verfahren ist es wichtig, dass sich die Cellulose-Partikel gleichmäßig in den Kunststoffschichten verteilen und gut an diese anbinden. Die Wissenschaftler setzen bei dieser Arbeit auf einen Bio-Kunststoff, eine sogenannte polymerisierte Milchsäure, kurz PLA, die vollständig abbaubar ist.

Ziel des Vorhabens ist es, dass beim 3D-Druck sogenannte hybride Werkstoffe Verwendung finden können. Darunter verstehen Fachleute eine Kombination aus unterschiedlichen Materialien auf mehreren Größenskalen, wie zum Beispiel nanometergroße Cellulose-Partikel und weitere Zusatzstoffe in anderen Größen. Auf diese Weise ist es etwa möglich, Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften auszustatten, die auf die jeweilige Anwendung maßgeschneidert sind.

Solche Werkstoffe und das 3D-Druckverfahren sind für verschiedene Bereiche von Interesse, etwa für die Automobilindustrie oder die Medizintechnik.

Professorin Shi ist für rund vier Wochen am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe. Im Rahmen des zweijährigen Projektes „Biomass-based intrinsic polymer hybrid composites manufactured by 3D printing“ sind noch weitere Aufenthalte geplant.