Materiallösungen für eine kreislauffähige Kunststoffindustrie
Wie lassen sich fossile Rohstoffe ersetzen, Kunststoffabfälle als Rohstoff
nutzen, Eigenschaftsprofile erweitern und neue Materialien zuverlässig in
bestehende Produktionsprozesse integrieren? Auf der Fakuma 2026 zeigt das
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP Entwicklungen zu
recycling- und kreislauffähigen Kunststoffen, chemischem Recycling,
funktionalen Polymeren und nachhaltigen Carbonfasern. Erstmals stellt das
Institut als neues Mitglied von TecPart (Verband Technische Kunststoff-
Produkte e. V.) im Rahmen des Verbandsauftritts aus.
Kunststoffverarbeitende Unternehmen stehen vor der Aufgabe, neue
Rohstoffquellen zu erschließen und Kreisläufe zu schließen und das ohne
Abstriche bei Qualität, Funktionalität oder Wirtschaftlichkeit.
Der Einsatz alternativer Rohstoffe bringt dabei verschiedene
Herausforderungen mit sich. Rezyklate können in Zusammensetzung und
Qualität schwanken, biobasierte und neuartige Polymere häufig ein anderes
Verarbeitungsverhalten als etablierte Werkstoffe aufweisen und Additive,
Füllstoffe oder Verstärkungsfasern die Struktur und Eigenschaften eines
Materials verändern. Neue Kunststoffe lassen sich daher in der Regel nicht
ohne Anpassungen einsetzen. Entscheidend ist, Werkstoff, Verarbeitung und
Anwendung gemeinsam zu betrachten. Das Fraunhofer IAP stimmt Materialien
und Verarbeitungsprozesse gezielt aufeinander ab.
Auf der Fakuma zeigen verschiedene Exponate, wie solche Lösungen aussehen
können. Je nach industrieller Fragestellung kann der entscheidende
Ansatzpunkt dabei in der Polymerchemie, der Formulierung, der
Verarbeitung, den Prozessparametern oder im Scale-up liegen. Dieses
werkstoffübergreifende Verständnis hilft Unternehmen, die Ursachen für ein
unerwartetes Materialverhalten zu erkennen und Entwicklungswege gezielter
zu planen.
Wie lassen sich Materialeigenschaften von Kunststoffen gezielt erweitern?
Ein Beispiel ist eine flexible und recyclingfähige Folie auf Basis von
Polylactid (PLA). Dabei handelt es sich nicht um ein klassisches Compound.
Stattdessen wurde das PLA gezielt chemisch modifiziert. So erhält der
ursprünglich steife Biokunststoff ein erweitertes Eigenschaftsprofil für
flexible Folienanwendungen und lässt sich auf gängigen Anlagen ähnlich wie
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) verarbeiten.
Auch Funktionalitäten lassen sich gezielt in Kunststoffe integrieren.
Formgedächtnispolymere erweitern das Eigenschaftsprofil um eine
programmierbare Formänderung: Nach einer Verformung können sie durch einen
Temperaturimpuls wieder eine zuvor festgelegte Form annehmen. Das Exponat
FOIM veranschaulicht diesen Effekt: Bei 60 Grad Celsius dehnt sich eine
2,5 Millimeter dicke Polyurethanfolie zu einem 40 Millimeter hohen Schaum
aus – eine Expansion um den Faktor 16. Ein weiterer Demonstrator ist ein
im 4D-Druck gefertigter, aufschrumpfbarer Türöffner. Er zeigt, wie sich
temperaturaktivierte Formänderungen mit additiver Fertigung für
funktionale Bauteile verbinden lassen, ohne auf die Möglichkeit
mechanischen Recyclings zu verzichten.
Design for Recycling: Wiederverwertung bereits bei der Materialentwicklung
mitdenken
Neben neuen Eigenschaften steht die Recyclingfähigkeit bereits bei der
Werkstoffgestaltung im Mittelpunkt. Indem Matrix und Verstärkungsfasern
aus demselben Polymer bestehen, sind beim Recycling keine aufwendigen
Trennschritte zwischen unterschiedlichen Werkstoffkomponenten
erforderlich. Dies ist zum Beispiel beim selbstverstärkten Monomaterial
sc-PLA der Fall. Der Ansatz folgt dem Prinzip »Design for Recycling« und
verbindet biobasierte Rohstoffe mit einer recyclinggerechten
Materialgestaltung.
Wie werden Kunststoff- und Textilabfälle zu neuen Rohstoffen?
Noch einen Schritt weiter geht die Nutzung von Kunststoffabfällen als
Ausgangsstoff für neue Polymere. Die Rückgewinnung von Terephthalsäure aus
Polyethylenterephthalat, kurz PET, ist ein Beispiel für die Nutzung von
zirkulärem Kohlenstoff. Aus dem zurückgewonnenen Monomer stellt das
Fraunhofer IAP erneut Polymere her und untersucht unter anderem deren
mechanische Eigenschaften und Farbe. PET wird beispielsweise für Flaschen,
Fasern und Folien eingesetzt.
Auch schwer verwertbare textile Abfallströme können als Rohstoffquelle
dienen. Das Fraunhofer IAP zeigt einen Ansatz, bei dem PET-haltige
Alttextilien als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Biopolymers
Polyhydroxybutyrat, kurz PHB, genutzt werden. Damit wird aus einem
Abfallstrom ein Ausgangsstoff für neue Polymermaterialien.
Wie gelingt der Materialwechsel zum Biokunststoff?
Gemeinsam mit Industriepartnern entwickelte das Fraunhofer IAP neue Typen
des Biokunststoffs Polybutylensuccinat (PBS), stellte sie im Pilotmaßstab
her und verarbeitete sie. Die PBS-Typen eignen sich für unterschiedliche
Verarbeitungsverfahren, darunter Spritzgießen, Blasformen, Thermoformen,
Extrusion und Spinnen. Einsatzmöglichkeiten finden sich beispielsweise bei
Verpackungen, Gebrauchsgütern und Textilien.
Dabei zeigt sich, dass neue Kunststofftypen nicht isoliert betrachtet
werden können. Polymerstruktur und Eigenschaftsprofil müssen zum
jeweiligen Verarbeitungsverfahren und zur vorgesehenen Anwendung passen.
Polymersynthese, Materialentwicklung, Charakterisierung und Verarbeitung
greifen ineinander.
Wie unterstützen biobasierte Carbonfasern Leichtbau und Energietechnik?
Dieses Zusammenspiel ist auch bei biobasierten Carbonfasern entscheidend.
Carbonfasern verbinden geringes Gewicht mit hoher Festigkeit und
Steifigkeit. Das Fraunhofer IAP entwickelt sie aus nachwachsenden
Rohstoffen wie Cellulose oder Lignin und stellt ihre Eigenschaften über
Ausgangsmaterial, Faserstruktur und Prozessführung gezielt ein – von
mechanischen Kennwerten, Porosität, Geometrie bis hin zu elektrischer
Leitfähigkeit. Je nach Eigenschaftsprofil eignen sich die biobasierten
Carbonfasern für Anwendungen im Leichtbau sowie in Batterien und
Brennstoffzellen.
Das Fraunhofer IAP gibt auf der Fakuma 2026 Einblicke in unterschiedliche
Ansätze für eine kreislauffähige Kunststoffindustrie – von der Nutzung
alternativer Rohstoffe über recyclinggerechte Werkstoffe bis hin zu neuen
Polymer- und Faserlösungen. Mit seiner Mitgliedschaft bei TecPart bringt
das Institut diese Expertise in den Austausch mit den Herstellern
technischer Kunststoffprodukte und zeigt, wie sich Werkstoffentwicklung
und industrielle Verarbeitung miteinander verbinden lassen.
Fakuma 2026 | 12.-16. Oktober 2026 | TecPart-Gemeinschaftsstand, Halle A5
/ Stand 5104
