Pilotprojekte Baumleder

Zur Optimierung der Materialeigenschaften und der Verarbeitung wurden verschiedene biobasierte Säuren untersucht:

• Sebacinsäure
• Zitronensäure
• eine Kombination aus Sebacinsäure und Zitronensäure im Verhältnis 1:1
• Weinsäure
• Adipinsäure
• Bernsteinsäure

Dazu wurden jeweils 10 g ELO mit der entsprechenden Säure bei etwa 140 °C vermischt. Das Verhältnis zwischen den reaktiven Epoxidgruppen des ELO und den Carbonsäuregruppen der Säure wurde auf R=1 eingestellt. Einige Mischungen ließen sich im Vergleich zum bisherigen Sebacinsäure-System besser verarbeiten. Bei mehreren
Ansätzen wurde die Masse beim Gießen jedoch weiterhin sehr schnell zäh beziehungsweise gelartig. Dadurch konnten nicht aus allen Mischungen geeignete Probekörper hergestellt werden. Bei einigen anderen Ansätzen fand trotz der anschließenden Wärmebehandlung keine vollständige Aushärtung statt.
Zusätzlich wurde versucht, die Viskosität und damit die Verarbeitbarkeit der ELO-Härter-Mischungen durch die Zugabe von Lösungsmitteln wie Aceton oder Ethanol zu verbessern. Die auf diese Weise hergestellten Probekörper zeigten jedoch eine starke Blasenbildung und eine geringere mechanische Belastbarkeit. Dieser Ansatz wurde daher vorerst nicht weiterverfolgt.
In mehreren wissenschaftlichen Publikationen wird die Herstellung sogenannter eutektischer Härter für die Aushärtung von ELO beschrieben.1–5 Dabei handelt es sich um Mischungen, die bereits bei niedrigeren Temperaturen verflüssigt werden und dadurch eine bessere Verarbeitung der Gießmasse ermöglichen können.
Als Verflüssigungsmittel wurden in der Literatur verschiedene Ester (z.B. beispielsweise Ethyllactat, Diethylmalonat, Diethylsuccinat, Diethylglutarat, Diethyloxalat und Triethylcitrat), welche ebenfalls aus nachwachsenden Rohstoffen produziert werden.
Nach dem Protokoll von Tellers et al. (2020) wurde eine Mischung aus Zitronensäure und Ethyllactat im molaren Verhältnis 1:1 hergestellt. Diese Mischung wurde zunächst auf 120 °C erhitzt, um die Säure vollständig zu schmelzen und eine transparente Flüssigkeit zu erzeugen (Abbildung 1).
Anschließend wurde der so vorbereitete Härter langsam und unter Rühren zu auf etwa 60 °C vorgewärmtem ELO gegeben (Abbildung 2). Die Mischung blieb im Vergleich zu den bisherigen Sebacinsäure-Systemen deutlich länger verarbeitbar und konnte über einen längeren Zeitraum in Silikonformen gegossen werden. Die Formen wurden anschließend zunächst eine Stunde bei 60 °C und danach zwei Stunden bei 160 °C im Ofen ausgehärtet.3 Im Vergleich zu dem Sebacinsäure-System konnte somit die nötige Aushärtungsdauer reduziert werden.
Die erhaltenen Probekörper fühlten sich fester und mechanisch belastbarer an als jene auf Basis von Sebacinsäure. Die mechanische Prüfung mittels Zugversuchen wird demnächst durchgeführt.
Zusätzlich wurden erste Versuche durchgeführt, um Wolle in das ELO-System zu integrieren (Abbildung 3). Die Haptik und Flexibilität der hergestellten Probekörper hingen deutlich von der Menge der eingesetzten Polymermatrix ab. Getränkte Wollvliese führten zu eher steifen Probekörpern (Abbildung 3a). Wenn hingegen mehr Polymermatrix eingesetzt wurde, sodass das Wollvlies vollständig eingebettet war, entstand ein deutlich flexibleres Material mit einer lederähnlichen Haptik (Abbildung 3b).