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„Bio Nano Fibers“- Pflanzliche Nanofasern

Pflanzliche Nanofasern als Rohstoff für die Industrie

Pflanzenfasern als Alternative zum Erdöl

Auf der Suche nach Möglichkeiten, den Rohstoff Erdöl in der Industrie durch neue Materialien zu ersetzen, erlangten in den letzten Jahren neben biologischen Kunststoffen zunehmend auch Pflanzenfasern wachsende Aufmerksamkeit. Die Erforschung neuer, umweltschonender Rohstoffe auf pflanzlicher Basis wird auch an Japans Universitäten in Kooperation mit Unternehmen eifrig betrieben und brachte bereits einige Alternativen zu konventionellen Materialien hervor. Insbesondere verspricht die Kombination von pflanzlichen Fasern mit biologischen Kunststoffen wie der Polymilchsäure (PLA) großes Anwendungspotential auf dem Gebiet der Verbundwerkstoffe. Nicht nur leisten diese einen Beitrag als Ersatz für das klimaschädliche Erdöl, sondern verfügen auch über den Vorteil der leichteren Entsorgbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen erdölbasierten Produkten.

Pflanzenfasern im Automobilbau – höhere Stabilität bei weniger Gewicht

An der Universität Kyōto befaßt sich bereits seit einigen Jahren Professor Hiroyuki Yano mit der Erforschung von neuen industriellen Anwendungsmöglichkeiten pflanzlicher Fasern. In Zusammenarbeit mit der Oji Paper Company (王子製紙株式会社 Ōji seishi kabushiki-gaisha), Japans größtem Papierhersteller und sechstgrößtem Papierproduzenten der Welt, sowie dem Chemiekonzern Seiko PMC Corporation erzeugte Yano erfolgreich „Bio Nano Fibers“, bei denen Fasern aus Pulpe (Holzschliff oder Zellstoff) zu biologischen Nanofasern von wenigen Mikrometer Dicke zerlegt wurden.

Die biologischen Nanofasern weisen mehr als die fünffache Festigkeit von Eisen und lediglich ein Zehntel der thermischen Ausdehnung von Glas auf – die Beimengung dieser Fasern ermöglichte es, die Festigkeit von Propylen- und Polyethylenharzen, wie sie etwa im Automobilbau Verwendung finden, deutlich zu erhöhen. So erhöhte sich bei einem Zusatz von 10% Fasern die Härte von Polyethylen auf das Doppelte. Der neue Verbundwerkstoff soll langfristig das Durchschnittsgewicht von Autokarosserien um 10% senken und wird schon ab Juni den Automobilbauern Toyota, Suzuki und Nissan u.a. zur praktischen Erprobung und Beurteilung der Verwendbarkeit als Innen- und Außenmaterial zur Verfügung gestellt. Die Marktreife soll in den nächsten zwei bis drei Jahren erreicht sein.

Bio-Nanofasern schützen Lebensmittel vor Sauerstoff

An der Universität Tōkyō wurde unterdessen der Einsatz von Pflanzenfasern in Lebensmittelverpackungen erforscht und dabei ein Film für Lebensmittelverpackungen u.ä. entwickelt, der nahezu undurchlässig für Sauerstoff ist. In Kooperation mit Nippon Paper Industries (日本製紙株式会社 Nippon Seishi Kabushiki-gaisha), Japans zweitgrößtem und der Welt zehntgrößtem Papierhersteller, und dem Kosmetik- und Hygieneartikelhersteller Kao Corporation wurde ein hochdichter Film aus ausschließlich pflanzlicher Herkunft entwickelt.

Auf die Oberfläche eines aus Stärke gewonnenem Polylactidfilms mit einer Dicke von 30 Mikrometern brachten die Forscher eine 0,8 Mikrometer dünne Schicht der Bio Nano Fiber auf. Während ein ausschließlich aus Polylactid bestehender Film sauerstoffdurchlässig ist und nur über geringe Festigkeit verfügt, erzielt die Kombination von Polylactidfilm mit biologischen Nanofasern eine Sauerstoffundurchlässigkeit, die der von Verpackungsmaterialien auf Erdölbasis gleichkommt.

Vor der Behandlung liegen die Fasern in den Pflanzen in dicken Strängen gebündelt vor – mit einer speziellen Verbindung, der ein Oxidationsmittel beigesetzt wurde, werden diese Stränge angegriffen und in fast einheitlich dünne Nanofasern von ca. 4 Nanometer Dicke zerlegt. Da nur eine dünne Schicht der Fasern aufgetragen werden muß, bleibt die Transparenz des Polylactidfilms erhalten. Auch bei dieser Anwendung ist die Marktreife für die nächsten zwei bis drei Jahre angestrebt, darüberhinaus könnten sich die Fasern auch bei Filmen für LCD-Bildschirme einsetzen lassen.

Hochwertiger, aber dennoch günstiger Rohstoff

Eine Besonderheit der neuen Fasern ist ihr günstig zu beschaffendes Ausgangsmaterial. Falls die bei der Papierherstellung anfallende Pulpe zu ihrer Herstellung verwendet wird, wird davon ausgegangen, daß für die biologischen Nanofasern ein Kilopreis von etwa 500 Yen (ca. 4 Euro) realisiert werden kann. Doch bestehen auch andere Möglichkeiten der Rohstoffbeschaffung: An der Universität Kyūshū wurden mit septisch wirkenden Catechinen versetzte Bio-Nano-Fasern erzeugt, indem Wasser unter Hochdruck auf Teeabfälle geleitet wird. Werden diese Fasern anschließend auf Verpackungsmaterialien aufgebracht, werden diese widerstandsfähiger gegen Keime. Bereits in diesem Jahr sollen hierzu praktische Erprobungen erfolgen.

Quellen:
Nihon Keizai Shinbun, 10.05.2010

最終変更日時 2010年5月18日5:42 PM