Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ohne Wasserdampf zum Kautschuk - das spart viel Energie

18.07.2007
Die Synthese von Kautschuk ist ein wichtiger Prozess: Hersteller von Gummiprodukten - ganz gleich ob Autoreifen oder Kondome - benötigen hochwertigen Kautschuk als Ausgangswerkstoff. Doch die Kautschukerzeugung ist teuer und verschlingt große Mengen an Energie. Forschern des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam ist es gemeinsam mit ihren Entwicklungspartnern LIST AG und Dow Olefinverbund GmbH gelungen, den Energiebedarf in einem wesentlichen Schritt der Kautschuksynthese um 76 Prozent zu senken.

Er rollt und rollt und rollt: der Autoreifen. Er ist der Gummiartikel schlechthin und sorgte unter anderem dafür, dass Kunststoffe als neuer Werkstoff in den letzten hundert Jahren immer beliebter wurden. Gummi begegnet uns ständig im täglichen Leben - etwa als Fahrradschlauch, Fensterdichtung, Schnuller, Gummiball oder Kondom. Seine besondere Elastizität macht ihn zum Allzweckwerkstoff. Doch bis zum fertigen Produkt ist es ein langer Weg: Bevor Gummi zum Gummi wird, stehen in der Herstellungskette viele Schritte an. Einer davon ist die Synthese von Kautschuk, dem Rohstoff, aus dem durch Vulkanisieren, also dem Zusatz von Schwefel unter einer bestimmten Temperatur, Gummi entsteht. Aber gerade die synthetische Erzeugung und Aufbereitung von Kautschuk ist ein Energie aufwändiger Prozess. Deshalb arbeitet die Kautschukindustrie mit Hochdruck daran, Technologien zu entwickeln, um die Qualität dieser synthetischen Polymere zu verbessern und den Energieverbrauch sowie die Kosten bei der Verarbeitung zu senken.

Auf dem Symposium "Synthesekautschuk", das sich den neuesten Trends und Entwicklungen auf dem Gebiet der elastomeren Werkstoffe widmet, stellten kürzlich drei Partner ihr zukunftsweisendes Konzept vor: Am Schkopauer Pilotanlagenzentrum PAZ des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm steht eine moderne Pilotanlage für Lösungskautschuk. Sie ist eine von sieben verschiedenen Polymerisationslinien. In ihr steckt nicht nur das Know-how der Fraunhofer-Forscher, sondern auch die Maschinentechnik sowie die Technologien der Schweizer Firma LIST AG und der Dow Olefinverbund GmbH. Den Polymerspezialisten ist es mit dieser Anlage gelungen, den Energiebedarf bei der Aufbereitung von Kautschuk um 76 Prozent zu senken. Die Wissenschaftler hatten dafür eine vergleichsweise simple Idee - sie sparen beim Herstellungsprozess vor allem am Wasser. Normalerweise ist beim Aufarbeitungsschritt der Lösungspolymerisation viel Wasser in Form von Dampf notwendig.

In einer chemischen Reaktion schließen sich Monomere, also die einzelnen organischen Bausteine, zu Ketten zusammen, den Polymeren, die untereinander wieder verzweigt sein können. Dieser Prozess geschieht bei der Lösungspolymerisation in einem speziellen Lösungsmittel. Die darin löslichen Monomere schwimmen nach der Polymerisation als hochviskose Kautschukpolymerketten in dem Lösungsmittel - eine zähe Masse entsteht. Nach der Reaktion muss der gewonnene Kautschuk von dem Lösungsmittel getrennt werden. Für diesen Prozess verwenden Erzeuger von Kautschuk üblicherweise reichlich Wasserdampf. Zusammen mit ihm verdampft das Lösungsmittel, und die Kautschukmasse flockt in Form von Krümeln aus, die in der Wasserphase schwimmen. Diesen Prozess bezeichnen die Chemiker als Koagulation. Doch auch das verbleibende Wasser ist noch stark mit Resten von Lösungsmitteln verunreinigt. Ebenso enthält das verdampfte Lösungsmittel nach der Koagulation noch sehr viel Wasserdampf und lässt sich erst nach einem aufwändigen Trocknungsprozess wieder für die eigentliche Polymerisation verwenden.

"Während bei dem alten Aufbereitungsprozess die Hersteller ständig mit Recyclingprozessen beschäftigt sind, die viel Energie verbrauchen, dampfen wir in unserem neuen Verfahren das Lösungsmittel direkt und ganz wasserfrei ein", erklärt Dr. Ulrich Wendler, Gruppenleiter Synthese am PAZ. "Das ist keine leichte Aufgabe, denn eigentlich sind Elastomere, also Polymere mit elastischen Eigenschaften, temperaturempfindlich." Würde man den Spaghettihaufen, wie Wendler die zähe Kautschukrohmasse nennt, einfach stark erhitzen, bis das Lösungsmittel verdampft, so würde die Polymerstruktur geschädigt und die elastischen Eigenschaften gingen verloren. Deshalb mussten sich die Ingenieure von LIST und Dow eine schonende Art der Erhitzung ausdenken: Durch Anlegen eines leichten Vakuums sind sie in der Lage, die Temperatur verhältnismäßig niedrig zu halten. Das Herzstück dieser speziellen Verdampfungskammern sind die neu entwickelten Kneter. Sie sorgen für eine besonders gute Durchmischung: zwei Knetwellen fahren gegeneinander und schieben die Polymermasse vor sich her; dabei erneuern sich ständig die Oberflächen der Polymermasse, und das Lösungsmittel kann viel besser und schneller als Gas entweichen. Nur winzige, kaum messbare Bruchteile im Millionstel-Bereich bleiben nach der Direkteindampfung, wie die Experten ihr Verfahren nennen, übrig. "Somit ist auch der Recyclingprozess des Lösungsmittels stark vereinfacht. Das Trocknen entfällt und außerdem sparen wir so die Energie für die Wasserdampferzeugung ein", sagt Wendler.

Die Umsetzung dieser neuen Technologie im industriellen Maßstab haben die Entwickler mit Hilfe der modernen Lösungspolymerisationslinie im Pilotanlagezentrum des IAP ausgiebig überprüfen und verbessern können. Die Fraunhofer-Forscher setzen zudem ein hochmodernes Prozessleitsystem ein. Mit Hilfe dieses Systems lassen sich nicht nur sämtliche Parameter wie Temperatur oder Druck während der Polymersynthese und der anschließenden Aufbereitung messen. Vielmehr ist das System in der Lage, die gemessenen Werte richtig zu interpretieren und die entsprechenden Regelkreise daraufhin anzupassen und zu steuern. Die Ingenieure arbeiten derzeit daran, die Effizienz und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Das gesamte, im Jahr 2005 eröffnete Pilotanlagenzentrum liefert mit seinen sieben verschiedenen Polymerisationslinien der chemischen und Kunststoff verarbeitenden Industrie die notwendige Unterstützung und ein gebündeltes Know-how, um zu optimalen Prozessen und Fahrweisen in der Polymerproduktion zu gelangen. Und durch die hohe Energieeinsparung bei der Aufbereitung von Kautschuk kann vielleicht bald tatsächlich von einem noch umweltfreundlicheren "grünen Reifen" die Rede sein, der rollt und rollt und rollt.

Marion Horn | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/fhg/press/pi/2007/07/Presseinformation18072007.jsp

Weitere Berichte zu: Aufbereitung Gummi Kautschuk Lösungsmittel Prozess Wasserdampf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Staubarmes Recycling wertvoller Rohstoffe aus Elektronikschrott
16.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Mikrostrukturen mit dem Laser ätzen
25.10.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

ICTM Conference 2017: Production technology for turbomachine manufacturing of the future

16.11.2016 | Event News

Innovation Day Laser Technology – Laser Additive Manufacturing

01.11.2016 | Event News

#IC2S2: When Social Science meets Computer Science - GESIS will host the IC2S2 conference 2017

14.10.2016 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops