Kunststofftechnik Leoben - Zweijahresbericht 2015 - 2016

AUF EINEN BLICK
• Partner: Polymer Competence Center Leoben
GmbH (PCCL), voestalpine Stahl GmbH
Ansprechpartner:
Assoz.Prof. Dr. Thomas Lucyshyn
thomas.lucyshyn@unileoben.ac.at
+43 3842 402 3510
PolySlag – Hochofenschlacke als nachhaltiger funktioneller Füllstoff für Kunststoffe
PolySlag – Blast furnace slag as sustainable functional filler for polymers
Thermoplastische Kunststoffe mit mineralischen Füllstoffen,
wie z. B. Kreide oder Talkum, werden in der Kunststoffindustrie
aufgrund ihrer interessanten Kombination aus funktionellen
Eigenschaften und reduzierten Materialkosten häufig
eingesetzt. Bei den üblicherweise verwendeten mineralischen
Füllstoffen handelt es sich jedoch um nicht nachwachsende, in
ihrer Verfügbarkeit begrenzte Rohstoffe, was Fragen der Nachhaltigkeit
aufwirft. Hinzu kommt, dass durch die aufwendige Gewinnung
in Steinbrüchen und Aufbereitung zum Füllstoff hohe
Produktionskosten entstehen.
Im laufenden Forschungsprojekt „PolySlag“ untersuchen das
PCCL, der Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung der MUL sowie die
voestalpine Stahl GmbH (Linz) als industrieller Partner das Potenzial
von Hochofenschlacke (blast furnace slag – BFS) als funktioneller
Füllstoff für Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS) als
nachhaltige Alternative zu mineralischen Füllstoffen. Die ersten
Ergebnisse sind vielversprechend: Die rheologischen Eigenschaften
des neuen BFS-gefüllten Polymers waren vergleichbar mit dem
ungefüllten Polymer, wodurch mit keinen Verarbeitungsschwierigkeiten
zu rechnen ist. Bei den anwendungsbezogenen Eigenschaften
wurde eine höhere Wärmeleitfähigkeit sowie größere Steifigkeit
gegenüber dem Basispolymer erzielt.
Das BFS-gefüllte Polymer wurde mit einem Referenzmaterial mit
konventionellem mineralischem Füllstoff verglichen. Die allgemeinen
mechanischen Eigenschaften waren vergleichbar, aber die
Duktilität des BFS-gefüllten Materials war sogar deutlich größer
als die des Referenzmaterials. Zurzeit wird eine Ökobilanz durchgeführt,
um den CO 2
-Fußabdruck des BFS-gefüllten Compounds
im Vergleich zu dem Referenzmaterial mit dem konventionellen
mineralischen Füllstoff zu bewerten. Da die Hochofenschlacke in
großen Mengen verfügbar ist und als Nebenprodukt bei der Stahlerzeugung
anfällt, ist neben einem Kostenvorteil auch ein deutlich
geringerer CO 2
-Fußabdruck im Vergleich zum konventionellen
mineralischen Füllstoff zu erwarten, was diesen neuen Füllstoff
sowohl ökologisch als auch ökonomisch attraktiv macht.
Mineral based thermoplastic composites are widely used due
to their interesting combination of functional properties
and reduced material costs. Several mineral fillers like calcium
carbonate or talcum have been conventionally used in the
plastics industry. However, those mineral fillers are non-renewable
materials extracted from quarries that are susceptible to depletion,
which raise a question of sustainability. In addition, high production
costs are necessary for mining and proper preparation of these
materials to be introduced as fillers into polymers.
In the current research project „PolySlag“ the PCCL, the Chair of Polymer
Processing at MUL and voestalpine Stahl GmbH (Linz) as industrial
partner are investigating the potential of blast furnace slag
(BFS) as a functional filler for polypropylene (PP) and polystyrene
(PS) as an alternative to mineral fillers. The first results were promising
in so far as the rheological properties of the BFS filled polymers
were similar to the neat polymer causing no processing difficulties.
Regarding their application properties an increased thermal
conductivity as well as higher stiffness compared to the neat polymer
were achieved.
Comparing the new BFS filled PP compound with a reference material
with a conventional mineral filler showed similar mechanical
properties in general, but much higher ductility was achieved
with the BFS filled PP. At the moment a life cycle analysis (LCA) is
being performed to evaluate the carbon footprint of the BFS-polymer
compound compared to conventional mineral filled PP compounds.
As blast furnace slag is available in huge quantities and it
is a byproduct of the steel production process it is expected that besides
lower costs the LCA will show a much lower carbon footprint
compared to conventional mineral fillers, which makes the new filler
ecologically and economically attractive.
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