Im Verbundprojekt "PLANOM – Polylactid als nachhaltiges optisches Material" ist es gelungen, den biobasierten Kunststoff Polylactid (PLA) so zu modifizieren, dass er sich als optischer Werkstoff für langlebige LED-Anwendungen eignet. Damit rückt eine nachhaltige Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen in greifbare Nähe.
PLA verfügt grundsätzlich über sehr gute optische Eigenschaften, darunter hohe Transparenz bis in den UV-Bereich, einen vergleichsweise hohen Brechungsindex und geringe Dispersion. Bisherige Einsatzmöglichkeiten waren jedoch durch eine geringe Wärmeformbeständigkeit begrenzt: Bei Temperaturen über 55 °C bilden sich kristalline Strukturen, die zu Trübung führen.
Ziel des Verbundprojekts PLANOM war daher die Entwicklung einer PLA-Modifikation, die auch bei erhöhten Temperaturen transparent bleibt und eine hohe Lebensdauer aufweist. Im Mittelpunkt der Forschung stand die Unterdrückung der kristallisationsbedingten Eintrübung. Verschiedene Additive wurden untersucht, darunter kristalline Nanocellulose, kurzkettige PDLA-Polymere und Klärmittel, die bei Polypropylen eingesetzt werden. Den entscheidenden Durchbruch brachte schließlich der Einsatz von Fettsäureamiden. Insbesondere die Additive EBS (N,N′-Ethylenbis(stearamid)) und EBHS (N,N′-ethylenbis(12-hydroxystearamid)) reduzierten die temperaturbedingte Trübung deutlich.
Weitere Untersuchungen bestätigten die Praxistauglichkeit des Materials: In Alterungstests blieb die optische Transmission stabil und die Verarbeitung – insbesondere im Spritzguss – erwies sich als sehr gut. Gemeinsam mit dem Industriepartner Busch+Müller konnten abschließend Testlinsen für einen Fahrradscheinwerfer aus dem neuen biobasierten Werkstoff gefertigt werden.
Damit schaffen die Ergebnisse des Projekts PLANOM die Grundlage dafür, PLA künftig auch in anspruchsvollen optischen Anwendungen einzusetzen.
Hintergrund
Mit der breiten Einführung von LED-Leuchtmitteln seit den 2000er Jahren haben sich die Anforderungen an optische Materialien verändert. Die hohe Lebensdauer von LEDs sowie deren spezifisches Strahlungsprofil stellen neue Herausforderungen an Linsen, Reflektoren und Lichtleiter. Diese werden bislang überwiegend aus erdölbasierten Kunststoffen wie Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt.
Polylactid bietet als biobasierter Kunststoff eine nachhaltige Alternative: Es wird aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen, ist biologisch abbaubar, wirtschaftlich verfügbar und weist grundsätzlich sehr gute optische Eigenschaften auf.
Verbundvorhaben
Das Verbundprojekt "PLANOM - Polylactid als nachhaltiges optisches Material" wurde von Oktober 2021 bis März 2025 vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Heimat (BMLEH) über seinen Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.
Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
