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Entwicklung maßgeschneiderter Compounds
Neben klassischen Thermoplasten wie Polyolefinen, Polyvinylchlorid, Polyestern, Polyamiden, Polycarbonaten oder Styrolcopolymeren sowie deren Blends forschen wir an der Entwicklung von Biopolymeren, Wood Polymer Composites (WPC), Hochleistungskunststoffen, Nanocomposites und thermoplastischen Elastomeren (TPE).

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Verarbeitung und Weiterbearbeitung von Kunststoffprodukten
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.

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Fehler entdecken und Gefahren minimieren
In der Kunststoffindustrie werden unterschiedliche Prüfmethoden zur Prozessüberwachung und Bauteilprüfung eingesetzt. Sie helfen bei der Schadensanalyse, Qualitätskontrolle und Produktüberwachung. 

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Auch im Abfall stecken wertvolle Rohstoffe
Wir arbeiten an Themen mit starkem Bezug zur industriellen Umsetzung. Dabei können wir auf ein großes Netzwerk vertrauen, das unsere Kompetenzen ergänzt. So gelingt es uns, innovative Lösungen für Ihre Fragestellungen zu entwickeln.

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Analog war gestern – Industrie 4.0 ist die Zukunft
Die Digitalisierung ist ein Eckpfeiler der modernen Industrie. Sie birgt ein enormes Potenzial, um die Leistungen in der Produktion deutlich zu steigern und damit die Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland zu stärken.

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Forschung

kontinuierliche Emissionsmessung

Entwicklung eines Konzepts zur robusten und kontinuierlichen Emissionsmessung bei Compoundierung und Recycling von Kunststoffen - KORE

Vorhabennummer: 20982 N

Projektdauer

Von: 01.02.2020 Bis: 31.07.2022

Beschreibung

Eine kontinuierliche Überprüfung der Emissionen bei der Verarbeitung von Kunststoffen, insbesondere bei Recyclingmaterialien, ist bislang aufwendig und nicht vorgeschrieben. Aus verschiedenen Forschungsprojekten geht jedoch hervor, dass gesundheitsschädliche und kanzerogene Substanzen bei der Kunststoffverarbeitung in die Umgebungsluft abgegeben werden. Insbesondere im Bereich der Forschung (z. B. Materialentwicklung, Optimierung von Verarbeitungsprozessen) und bei der Verarbeitung von Recyclingmaterial sind die auftretenden Emissionen nicht vorhersehbar. Eine kontinuierliche Überwachung der TVOC-Konzentration sowie einzelner, spezifisch ausgewählter Substanzen kann den Gesundheitsschutz von Mitarbeitern in kunststoffverarbeitenden Unternehmen verbessern.
Im Rahmen des Forschungsprojekts sollte hierfür ein Sensorsystem- auf Basis von MOS-Sensoren entwickelt werden. Diese wurden temperaturzyklisch betrieben und mit definierten Gasgemischen im Labor kalibriert. Das Sensorsystem soll zukünftig Einblick in die Emissionen bei Prozess- und Materialschwankungen liefern, um einerseits die Gesundheit der Mitarbeiter aber auch die verwendeten Maschinen zu schützen.
Im Projekt wurden unterschiedliche Materialien als Neuware, Mahlgut und Rezyklat untersucht. Die Emissionsmessungen erfolgten auf einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder unter normalen und extremen Verarbeitungsbedingungen. Während der Versuchsreihen wurde an unterschiedlichen Messpositionen mit verschiedenen Referenzmessgeräten (GC/MS, Dräger X-pid) sowie zu Test- und Validierungszwecken mit dem entwickelten Sensorsystem gemessen. Im Projektrahmen wurden drei gesundheitsschädliche Zielgase (Styrol, Chlorbenzol, Caprolactam) gezielt untersucht. Das mittels PLS-Regression erstellte Modell für Styrol (bei der Verarbeitung von PS) deckt einen Messbereich von 1 – 20 ppm mit einem RMSE von 500 ppb ab. Für die Detektion von Chlorbenzol (bei PC) ergab sich ein Bereich von 0,5 – 6 ppm mit einem RMSE von 800 ppb. Während bei der Verarbeitung von PA6 mittels GC/MS deutliche Caprolactam-Emissionen zu erkennen waren, konnte der MOS-Sensor aufgrund fehlender technischer Möglichkeiten nur im Bereich 20 bis 300 ppb (!) kalibriert werden. Das resultierende Modell konnte nicht zur Quantifizierung der Caprolactam-Emissionen im zu erwartenden ppm-Bereich genutzt werden. Eine der auffälligsten mittels X-pid gemessenen Emissionen bei allen Materialien war das als krebserregend eingestufte Acrolein, welches den GC/MS-Messungen aufgrund fehlender Datenbankreferenz nicht erkannt wurde. Es entsteht u. a. als Abbauprodukt von Antioxidantien. Die Acrolein-Emission eigenen sich als guter Indikator für den Stabilisator/Material-Abbau im Prozess. Weiterhin wurden im Projekt Ansätze zur Minimierung von Emissionen erarbeitet und die entstandenen Emissionen anhand von Arbeitsplatzgrenzwerten toxikologisch bewertet.
Von den Forschungsergebnissen können vor allem Kunststoffverarbeiter sowie Anbieter von Gasmesssystemen – und somit insgesamt zahlreiche KMU – profitieren.

Die gesamten Forschungsergebnisse können einem umfangreichen Forschungsbericht entnommen werden, der per E-Mail an research@skz.de bestellt werden kann.

Zur Projektübersicht

Ansprechpartner:

Dr. Linda Mittelberg
Gruppenleiterin Spektroskopie
Würzburg
l.mittelberg@skz.de
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz  Logo
AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungs- vereinigungen Otto von Guericke e. V. Logo

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