Nachhaltigkeit & Kreislaufwirtschaft
Die Transformation zu einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Kunststoffwirtschaft stellt eine zentrale Herausforderung unserer Zeit dar. An der Kunststofftechnik Paderborn (KTP) arbeiten wir daran, Lösungen dafür wissenschaftlich fundiert und praxisnah mitzugestalten.
Ein Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf den R-Strategien der Kreislaufwirtschaft: Reduce, Reuse, Repair sowie verschiedene Recycling-Ansätze - mechanisch und chemisch. Diese Prinzipien bilden die Grundlage für eine Vielzahl an Projekten, in denen wir innovative Technologien, Werkstoffkreisläufe und Anwendungsszenarien erforschen.
Neben unserer Grundlagenforschung realisieren wir anwendungsorientierte Kooperationsprojekte mit Industriepartnern, bieten wissenschaftliche Dienstleistungen, Analysen sowie Schulungen zu nachhaltigkeitsbezogenen Themen an.
DevEl – Mikrowellenbasierte Devulkanisation von schwefelvernetzenden Elastomeren
Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer energieeffizienten Mikrowellenanlage auf Halbleiterbasis, mit der schwefelvernetzte Elastomere wie Altreifen stofflich recycelt werden können – zur signifikanten Reduktion von CO₂-Emissionen und zur Rückführung wertvoller Rohstoffe in den Kreislauf. Das Projekt beinhaltet unter anderem:
Materialcharakterisierung
- Analyse thermischer, mechanischer und dielektrischer Eigenschaften ausgewählter Mischungen
- Entwicklung von Verfahren zur Vor- und Nachbehandlung
Entwicklung der Devulkanisationseinheit
- Konstruktion und Simulation eines Mikrowellenversuchsstands auf Halbleiterbasis
- Optimierung der Energieeinbringung durch frequenzvariable Solid-State-Technologie
- Gezielte Spaltung von Schwefelbrücken bei minimalem Energieaufwand
Prozessvalidierung und Materialbewertung
- Durchführung der Devulkanisation unter variierenden Parametern
- Bewertung des Devulkanisationsgrads sowie der Rezyklateigenschaften
- Vergleich stofflicher vs. thermischer Verwertung hinsichtlich der CO₂-Bilanz
Revulkanisation und Kreislaufintegration
- Einmischung des devulkanisierten Materials in neue Elastomerrezepturen
- Erprobung der mechanischen Eigenschaften von Endprodukten
- Ableitung von Handlungsempfehlungen zur industriellen Nutzung und Skalierung
Modellierung rezyklierter Organobleche
Ziel des Projektes ist die Modellierung der resultierenden Faserlänge nach dem Plastifiziervorgang im Spritzgießprozess beim Recycling von Organoblechen. Diese tragen durch ihre hervorragenden gewichtsspezifischen Eigenschaften unter anderem in der Mobilitätsbranche zur Reduzierung der Treibhausgase bei. Durch das Recycling soll dem steigenden Rohstoffbedarf entgegengewirkt und eine Rückführung in den Werkstoffkreislauf ermöglicht werden.
2K-Direkthaftung – Verbesserung der Verbundhaftung von Elastomer-Duroplast-Systemen
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines einstufigen 2K-Spritzgießprozesses zur Herstellung haftfester Hart-Weich-Verbundbauteile. Im Sinne des Reduce-Prinzips der Kreislaufwirtschaft verfolgen wir das Ziel, durch Funktionsintegration Klebstoffe, mechanische Fügeverfahren und zusätzliche Fertigungsschritte zu vermeiden. Statt Einzelteile aufwendig zu verbinden, setzen wir auf Direkthaftung im einstufigen Spritzgießprozess – das spart Energie, Material und verbessert die Ressourceneffizienz.
AI-con – KI gestützte Verarbeitung von Polyolefin-Post-Consumer-Rezyklaten
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines ersten Prototypens einer KI gestützten Prozessregelung zur Verarbeitung von Polyolefin-Mahlgütern aus den PCR-Werkstoffstrom. Im Sinne des Reduce-Prinzips soll eine direkte Verarbeitung der Mahlgüter erfolgen, um energieintensive Aufbereitungsschritte zu vermeiden und somit die ökologische Effizienz des Rezyklateinsatzes zu steigern. Die zentrale Herausforderung besteht dabei in der Handhabung inhärenter Materialvariabilitäten, wie z. B. Schwankungen in der Zusammensetzung, Kontaminationen sowie die uneinheitliche Partikelform des Mahlguts. Über eine kaskadierte Prozessregelung aus der Charakterisierung der Schmelze im Schneckenvorraum sowie einer nachgelagerten optischen Bauteilkontrolle sollen Prozessanomalien erkannt und ausgeregelt werden.
Direktverschraubung additiv gefertigter Kunststoffbauteile
Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung erster Gestaltungs- und Anwendungsempfehlungen für die Direktverschraubung von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen. Ein Übertrag bestehender Richtlinien für spritzgegossene thermoplastische Bauteile ist aufgrund des Schichtaufbaus und der abgeleiteten richtungsabhängigen Eigenschaften nicht möglich. Durch die Direktverschraubung können hochfunktionsintegrierte additive Bauteile mit Baugruppen gefügt werden und so Material und Komponenten einsparen. Zudem ist die Direktverschraubung lösbar, wodurch Wartung, Reparatur oder Austausch einfach ermöglicht wird, was ebenfalls zur Nachhaltigkeit beiträgt.
FlexGuard – Adhäsiv basiertes Fügen hochflexibler TPE-Organobleche
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und das adhäsive Fügen von hochflexiblen Organoblechen aus TPE-Werkstoffen. Die TPE-Organobleche sollen als Verstärkungs- und Reparaturpatches für System- und Strukturelemente eingesetzt werden. Durch die Verstärkung kann auf den Einsatz von Mehrkomponenten, Überdimensionierung oder den Einsatz von schweren/festeren Materialien verzichtet werden und so Ressourcen eingespart werden. Der Einsatz des Patches als Reparaturkit kann die Langlebigkeit von Komponenten erhöhen. Bisherige Verstärkungs- und Reparaturlösungen, wie zum Beispiel DU-Tapes, sind sehr steif und unflexibel, wodurch Sicken, Hinterschnitte oder Kanten nicht verstärkt werden können. Flexible TPE-Organobleche sollen diese Nachteile beheben.
