Experimentelle und theoretische Bestimmung der CO2-Löslichkeit in PLA zur Modellierung der Gasbeladung im Autoklavprozess

Polymere sind aus dem industriellen Einsatz nicht mehr wegzudenken. Da diese aber meist petrobasiert sind und Umweltschäden verursachen, gelten Polymere als nicht nachhaltig. Diese Arbeit befasst sich mit einem alternativen Biopolymer PLA, welches petrobasierte Polymere ersetzen kann. Dabei geht es um die Anwendung von PLA als Schaumstoff, welcher meist im Extrusionsprozess hergestellt wird. Ein anderes Verfahren ist der Autoklavprozess, der potentiell vorteilhafte Eigenschaften bei der Herstellung von hochkristallinem Partikelschaum hat. Dazu wird Grundlagenwissen über die Gasaufnahme und das Sorptionsverhalten im festen Zustand unter Berücksichtigung der Kristallphase ermittelt. Dabei werden unterschiedliche Phasen und Zustände des Polymers und Gases betrachtet. Als Treibmittel wird CO2 verwendet, welches aus anderen Prozessen gewonnen werden kann. Mittels Magnetschwebewaage werden Sorptionsmessungen durchgeführt und die Löslichkeit anhand des Modells nach Sanchez und Lacombe modelliert. Die Versuchsreihe umfasst Temperaturen von 25 °C bis 125 °C und Druckstufen bei 57 bar und 85 bar. Ein Verfahren zur Auftriebskorrektur bei der Versuchsreihe in Kombination mit der Modellierung wird in dieser Arbeit entwickelt. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt die höchste Löslichkeit bei 25 °C und 57 bar. Zu höheren Temperaturen sinkt die Löslichkeit. Überkritische CO2 Atmosphäre führt allgemein zu einer höheren Löslichkeit als unterkritische. Da überkritisches CO2 allerdings erst ab ca. 31 °C existiert, zeigt die unterkritische Messreihe die höchste Löslichkeit. Das Modell zeigt bei Validierungsversuchen eine maximale Abweichung von ca. 18 % zu experimentell ermittelter Löslichkeit. Die theoretisch vorhergesagte Löslichkeit unterschätzt bei der
getroffenen Wahl des Interaktionsparameters ζ stets die experimentell ermittelte Löslichkeit. Eine reproduzierbare Aufschäumbarkeit im Autoklavprozess konnte nicht erreicht werden. Der hohe Kristallanteil erweist sich vermutlich als Hindernis.