Geruchsoptimierung von Naturfaserverbundwerkstoffen durch enzymatischen Aufschluss

Teilvorhaben 3: Enzymatische Faserbehandlung

• Förderprogramm: Nachwachsende Rohstoffe FNR (BMELV)
• Laufzeit: 01.05.2012 bis 30.08.2015

Projektpartner:

• Hochschule Magdeburg- Stendal
• ISOWOOD GmbH, Rudolstadt
• BMW Group, München

Ausgangslage:

Naturfasern werden seit geraumer Zeit für Anwendungen im Fahrzeuginnenraum eingesetzt – als Textilien, aber auch zur Bauteilverstärkung. Dafür sprechen viele Vorteile, wie z.B. die niedrigere Dichte, das günstige Länge-Durchmesser-Verhältnis, die günstigen Entsorgungsmöglichkeiten sowie das gute Crashverhalten.

Aber die gestiegenen Anforderungen moderner Fahrzeugkonzepte, vor allem an Beständigkeit und Konformität hinsichtlich der Geruchsemissionen, machen es immer schwieriger, neue Anwendungen für Naturfasern zu erschließen.

Ziele:

Im Rahmen dieses Projektes sollen insbesondere die einheimischen Fasern Hanf und Flachs für mehr Anwendungen nutzbar gemacht werden. Dafür müssen die spezifischen technischen Anforderungen an bestimmte Bauteile erfüllt werden. Beispielsweise sind im Fahrzeuginnenraum die Gesichtspunkte Sicherheit und Komfort maßgeblich. Hinsichtlich der Sicherheit tragen Bauteile aus naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) aufgrund ihrer niedrigen Neigung zum Splittern zur Verringerung des Gefährdungspotentials für die Fahrzeuginsassen bei. Dagegen stellt die Geruchsbelastung durch gasförmige bzw. kondensierbare Emissionen (Fogging) aus Bauteilen eine beachtliche Beeinträchtigung dar.

Daher sollen Möglichkeiten untersucht werden, die Geruchsemissionen naturfaserverstärkter Verbundwerkstoffe zu minimieren, indem einige Bestandteile der dafür verantwortlichen Kittsubstanzen, zum Beispiel Pektin, enzymatisch abgebaut werden. Zur Optimierung des enzymatischen Aufschlusses werden zuerst lebensmitteltaugliche Enzympräparate verwendet, die später durch preiswertere technische Enzyme ersetzt werden sollen.

Der Pilot Pflanzenöltechnologie Magdeburg e. V. hat in diesem Verbundprojekt die Aufgabe, die Verfahrensschritte für den Abbau des Pektins durch die Verwendung geeigneter Enzympräparate zu entwickeln und zu optimieren.

Teilergebnisse:

Die ersten Untersuchungen erfolgten im Labormaßstab. In einer Zusammenarbeit mit dem Projektpartner EATON (Bergerow), dem Enzymhersteller, wurden einige Enzympräparate ausgewählt und getestet. Der Projektpartner VOFA stellte Hanf-, Flachs-, Kenaffasern unterschiedlicher Qualitäten zur Verfügung. Die Zahlreichen Laborversuche haben gezeigt, dass einige Pektinasen der Enzymhersteller EATON (Bergerow) sehr gut geeignet sind. Die Wirkung der enzymatischen Behandlung wurde mittels mikroskopischen Aufnahmen der behandelten Fasern sowie durch die Bestimmung des Pektingehaltes ermittelt. Die mikroskopischen Aufnahmen zeigen die glatten Oberflächen der fein aufgeschlossenen fasern.

Unter der Verwendung der ermittelten optimalen Faseraufschlussbedingungen wurden zahlreiche Versuche im Technikumsmassstab (ca. 5 kg) durchgeführt. Hier konnte gezeigt werden, dass geröstete, mechanisch voraufgeschlossene Hanf-, Lein- und Kenaffasern enzymatisch soweit aufgeschlossen werden, dass sie durch den Abbau des Pektins zu Naturfaservliesen verarbeitet werden können, die nach ihrer Verarbeitung zu Naturfaserverbundwerkstoffen bezüglich ihrer mechanischen, mikrobiologischen und sensorischen Eigenschaften für den Automobilbau geeignet sind. Im technischen Maßstab konnten die mechanischen und mikrobiologischen Eigenschaften des Technikumsversuches reproduziert werden. Die sensorischen Eigenschaften (Geruch) waren unzureichend. Ursache ist die bei der Flockfärberei fehlende reibende Bewegung der Fasern gegeneinander. Durch das Nichtentstehen ständig neuer Oberflächen an den Fasern wird die effektive Wirkung der Pektinase verhindert. Damit erfolgt nur eine unzureichende Entfernung der o.g. Stoffe von der Zellulosefaser. Dies bedeutet, dass für den im technischen Maßstab durchzuführenden enzymatischen Faseraufschluss ein geeignetes Gerät entwickelt werden muss, welches in der Lage ist, die Fasern während des Aufschlusses aneinander zu reiben.