Erneuerbare Füllstoffe auf Cellulose-Basis

Es ist eine Herausforderung, mikrofibrillierte Cellulose (MFC) mit hydrophoben, d.h. wasserabweisenden, Kautschuken zu mischen.
Empa / Daetwyler Schweiz AG

Die Substitution von petrochemischen Materialien durch solche aus nachwachsenden Rohstoffen ist ein wichtiger Schritt zu mehr Nachhaltigkeit.

In nur zwei Jahren intensiver und offener Zusammenarbeit zwischen der Empa und der Dätwyler Schweiz AG im Rahmen eines Innosuisse-Projekts ist es gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das die Welten von Cellulose und Kautschuk zusammenbringt.

Die Substitution von petrochemischen Materialien durch solche, die aus erneuerbaren Rohstoffen gewonnen werden, ist ein wichtiger Schritt zur Steigerung der Nachhaltigkeit. Aus pflanzlicher Cellulose gewonnene Materialien sind vielversprechende Kandidaten für diesen Anwendungsbereich. Sie sind erneuerbar, reichlich vorhanden und weisen eine geringe Umweltbelastung auf. In der Gummiindustrie erhält mikrofibrillierte Cellulose (MFC) aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, der Morphologie ihrer Fibrillen, ihrer geringen Dichte und ihrer mechanischen Eigenschaften viel Aufmerksamkeit. Sie hat damit ein hohes Potential, die Eigenschaften von Kautschuk-Compounds zu verbessern.

Es ist jedoch eine Herausforderung, MFC mit hydrophoben, d. h. wasserabweisenden, Kautschuken zu mischen. Zusammen mit dem Entwicklungspartner Empa hat Dätwyler ein industrielles Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von MFC entwickelt, um diese Herausforderung zu lösen. Erste Versuche sahen den Ersatz von petrochemischen Aramidfasern durch modifizierte MFCs vor.

Die Ergebnisse zeigen eine gute Kompatibilität zwischen dem MFC-Füllstoff und der Kautschuk-Matrix mit starker Verstärkungswirkung, die sogar besser ist als die, die mit herkömmlichen erdölbasierten Aramidfasern erreicht wird. Die Entwicklung dieser neuartigen Füllstoffe wird ein wichtiger Schritt zur Steigerung der Nachhaltigkeit von Gummiprodukten wie zum Beispiel Pumpenmembranen sein.

Zwei Jahre von der Forschung bis zur Umsetzung in der Industrie

In nur zwei Jahren intensiver und offener Zusammenarbeit zwischen der Empa und der Dätwyler Schweiz AG ist es im Rahmen eines Innosuisse-Projekts gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, das die Welten von Zellulose und Kautschuk zusammenführt. In dieser kurzen Zeit konnte der gesamte Bogen von der Forschung bis zur industriellen Umsetzung gespannt werden. Das Verfahren ist inzwischen patentiert.

„Dieses Projekt ist ein sehr gutes Beispiel dafür, wie wertvoll die Unterstützung von Innosuisse für solche erfolgreichen Innovationsprojekte ist, die durch neuartige Produkte und Verfahren nicht nur die Unternehmen selbst, sondern letztlich auch den ganzen Standort Schweiz stärken und wirtschaftlich voranbringen“, sagt Empa-Forscher Thomas Geiger.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Thomas Geiger
Empa, Cellulose & Wood Materials
phone: +41 58 765 4723
thomas.geiger@empa.ch

Dr. Mattia Alberto Lucchini
Datwyler Schweiz AG, Head of Wearable Sensors Development
mattia.lucchini@datwyler.com
phone: +41 41 875 13 14

Originalpublikation:

Liu, M.; Hoffmann, K. G.; Geiger, T.; Nyström, G. Chapter 10 – Production of microfibrillated cellulose fibers and their application in polymeric composites. In: Micro and Nano Technologies, Nanotechnology in Paper and Wood Engineering, Elsevier, 2022; pp 197-229, doi:10.1016/B978-0-323-85835-9.00003-9. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85835-9.00003-9

Weitere Informationen:

https://www.empa.ch/web/s604/rubbermfc Empa Medienmitteilung

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Rainer Klose Kommunikation
Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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