Nachwachsende phosphorhaltige Abfallprodukte als Hilfsstoffe zum Flammschutz von Polylactid (inklusive Rückführung des kritischen Rohstoffes Phosphor aus unserem Abwasser.
Quelle: BAM
Biopolymere spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Gestaltung nachhaltiger Produkte, insbesondere bei Verpackungen, Konsumgütern und technischen Anwendungen. Wenn solche Materialien in Anwendungen mit Brandschutzanforderungen eingeführt werden, stellt ihre Entflammbarkeit ein erhebliches Hindernis dar. Dies gilt insbesondere für Poly(milchsäure) (PLA), das z. B. für Anwendungen als technisches Polymer in der Elektrotechnik flammgeschützt werden muss.
In der Zusammenarbeit zwischen der BAM, der Constructor University, der iSeaMC GmbH und der Tecnaro GmbH haben wir diese Einschränkung durch eine systematische Untersuchung im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsprojekts FirePhyte (KMU-innovativ: Bioökonomie 031B1289B) angegangen. In unserer Studie werden mit in Abwasser Phosphor-angereicherte Mikroalgen (P-Algen) als nachhaltiger Flammschutzzusatz für PLA vorgestellt. Das Konzept verbindet die Rückgewinnung eines kritischen Rohstoffes (Phosphor) mit der Herstellung nachhaltig flammgeschützter Biokomposite.
Die zentrale Herausforderung besteht darin, die flammhemmende Funktionalität von P-Algen in PLA-Matrizen zu übertragen und gleichzeitig die Verarbeitbarkeit und die Materialeigenschaften zu erhalten. Durch eine umfassende Materialcharakterisierung - einschließlich thermischer Zersetzung, Kalorimetrie im kleinen Maßstab, Brandversuche und Molekularanalyse - konnten wir zeigen, wie sich unterschiedliche P-Algen-Gehalte auf die Entflammbarkeit, Verkohlung und thermische Stabilität auswirken. Wichtig ist, dass Benchmark-Vergleiche mit anderen biobasierten Flammschutzmitteln (P-Lignin, Zinkphytat, Biokohle und Klärschlamm) einzigartige Synergieeffekte aufzeigten und die Rolle der Phosphatreaktivität und nicht nur des Gehalts hervorhoben.
Die Publikation "Wastewater phosphorus enriched algae as a sustainable flame retardant in polylactide" (mit Phosphor angereicherte Algen als nachhaltiges Flammschutzmittel in Polylactid) ist ein wichtiges Ergebnis der strategischen Bemühungen, die Nutzung zirkulärer Ressourcen mit der technischen Brandsicherheit von Biopolymeren zu verbinden. Die Studie legt den Grundstein für weitere Anwendungen von funktioneller Biomasse in nachhaltigen Polymersystemen.
Wastewater phosphorus enriched algae as a sustainable flame retardant in polylactide
Mateusz Dudziak, Riya Bhatia, Rohit Dey, Jana Falkenhagen, Matthias S. Ullrich, Claudia Thomsen, Bernhard Schartel
Polymer Degradation and Stability, Volume 227, September 2024