bio-Lufa

Projektbeschreibung

Im Vorhaben bio-Lufa (Nachhaltige biobasierte Epoxidharz-Faserverbundkunststoffe für die Luftfahrt) werden innovative Werkstoffe für die Luftfahrt entwickelt, die sowohl leistungsfähig als auch umweltfreundlich sind. Ziel ist es, petrochemische Komponenten in Epoxidharzen durch biobasierte Alternativen zu ersetzen, ohne Kompromisse bei den thermischen Eigenschaften. So erreichen die neu entwickelten Harze vergleichbare Glasübergangstemperaturen wie ihre konventionellen Pendants.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der halogenfreien Flammfestigkeit. Durch den Einsatz von stickstoff- und phosphorhaltigen Flammschutzmitteln wird eine hohe Brandbeständigkeit erzielt und das ganz ohne halogenhaltige Zusätze. Dies ist ein entscheidender Beitrag zu mehr Sicherheit und Nachhaltigkeit in der Luftfahrt.

Im Bereich Leichtbau setzt bio-Lufa auf moderne Faserverbundkunststoffe, die durch Polyaddition hergestellt werden. In Kombination mit Honeycomb-Strukturen sollen sie klassische Phenolharz-basierte Werkstoffe ersetzen.

Besonders zukunftsweisend ist das Konzept des Design for Recycling: Durch die gezielte Einführung funktioneller Gruppen in die Polymerstruktur wird eine selektive Spaltung Amin-gehärteter Epoxidharze unter milden Bedingungen ermöglicht. Damit wird ein wichtiger Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft und ressourcenschonendem Materialeinsatz getan.

Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWE (FKZ: 20E2102, Zeitraum: 01.06.2022 bis 31.05.2026) im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogrammes LuFo VI-2 gefördert.

Arbeitsgruppe

Im Zuge des Projekts bio-Lufa werden derzeit zwei kooperative Promotionsvorhaben durchgeführt.

Frau Elisabeth Schamel, M.Sc., widmet sich der Entwicklung neuartiger biobasierter Epoxidharze, insbesondere auf Grundlage von Eugenol. Ein weiterer Schwerpunkt ihrer Arbeit liegt in der Entwicklung von biobasierten Monomeren mit selektiv spaltbaren Gruppen für das chemische Recycling von aus diesen Harzen hergestellten Faserverbundkunststoffen.

Der zweite Doktorand, Herr Florian Bauer, M.Sc., verfolgt das Ziel, Estragol-basierte Epoxidharze für Anwendungen in der Luftfahrt nutzbar zu machen. Zentrale Aspekte seiner Forschung sind zudem die Verbesserung der Flammfestigkeit. Dies kann durch die geschickte Kombination der Epoxid-Monomere und Härter sowie durch den Einsatz innovativer, halogenfreier Flammschutzmittel erreicht werden.

Die im Lehr- und Forschungsgebiet Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik durchgeführten Promotionsarbeiten werden vom Inhaber des Lehrstuhls für Polymermaterialien und Polymertechnologie der Universität Potsdam und von Prof. Dr.-Ing. Dominik Söthje betreut. Der pensionierte Prof. Dr. Gerd Wehnert unterstützt die Promotionsarbeiten in der Rolle des Mentors.

Zusätzlich erhält das Vorhaben tatkräftige Unterstützung durch den im Lehr- und Forschungsgebiet Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik tätigen Laboringenieur Herrn Herbert Schlachter, M.Eng.

Darüber hinaus trägt die DIEHL Aviation Laupheim GmbH (Laupheim) maßgeblich zum Erfolg des Teams bei.

Publikationen

• Bauer, F.; Schamel, E.; Schlachter, H.; Wehnert, G.; Söthje, D.: Bio-based Epoxy Resins from Estragole: Achieving High Glass Transition Temperatures Comparable to DGEBA and Simultaneously Low Viscosities, Macromolecular Materials and Engineering, early view, 2025, 0:e00418. doi.org/10.1002/mame.202500418
• Bauer, F.; Söthje, D.; Wehnert, G.: From Basil to Bio-Epoxy: Estragole-Based Resin with High Performance, In: 19th Biennial Bayreuth Polymer Symposium, Overview of posters and poster abstracts, Bayreuth, 2025, Seite 96 (P III).
• Schamel, E.; Wehnert, G.; Söthje, D.: Eugenol and Isoeugenol-Derived Monomers for Bio-Based High Performance Epoxy Resins, In: 19th Biennial Bayreuth Polymer Symposium, Overview of posters and poster abstracts, Bayreuth, 2025, Seite 14 (P I).
• Schamel, E.; Wehnert, G.; Söthje, D.: New isoeugenol-derived monomers for the preparation of bio-based epoxy resins, European Polymer Journal, 239, 2025, 114263. doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2025.114263
• Schamel, E.; Bauer, F.; Schlachter, H.; Wehnert, G.; Söthje, D.: Bio-Based Epoxy Resins Derived from Eugenol with High Glass Transition Temperatures as Substitutes for DGEBA, Macromolecular Materials and Engineering, 310, Nr. 5, 2025, 2400394. doi.org/10.1002/mame.202400394
• Söthje, D.; Wehnert, G.; Schlachter, H.; Bauer, F.; Braun, S.: Verwendung von Epoxidharz auf Basis von Terephthalsäurediglycidylester und Diaminodiphenylsulfon, Patentschrift DE 102024127315 B3, Deutsches Patent- und Markenamt, 2024.

DISKUS

Projektbeschreibung

Das Teilvorhaben NeMeSys (Neue Materialien für lebensdauerbegrenzte Systeme) im Verbund DISKUS ist unter anderem der Entwicklung eines innovativen chemischen Recyclingverfahrens für additiv-vernetzte Siliconelastomere aus der Luftfahrt gewidmet, das bislang in der Industrie fehlt. Es sollen etablierte Siliconelastomer-Systeme durch den Einsatz sicherer und umweltfreundlicher Reagenzien in ihre Ausgangsstoffe zurückgeführt und damit eine echte Kreislaufwirtschaft für diese Hochleistungsmaterialien ermöglicht werden.

Ein zweiter zentraler Ansatzpunkt des Vorhabens NeMeSys ist der Einbau selektiv spaltbarer Gruppen in das Polymergerüst. Durch gezielt eingeführte funktionelle Gruppen entstehen chemische Sollbruchstellen, die unter milden, einsatzfremden Bedingungen aktiviert werden können. So lassen sich die Materialien am Ende ihres Lebenszyklus effizient und ressourcenschonend in ihre Bestandteile zerlegen, ein entscheidender Schritt hin zu einer nachhaltigen Nutzung von Siliconelastomeren.

Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWE (FKZ: 20K2202I, Zeitraum: 01.01.2024 bis 31.12.2026) im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogrammes LuFo VI-3 gefördert.

Arbeitsgruppe

Im Rahmen des Vorhabens sind die wissenschaftlichen Mitarbeiter Herr Julian Beier, M.Sc., und Herr Bastian Hahn, M.Sc., jeweils mit Promotionsabsicht tätig.

Die Promotion von Herrn Beier trägt den Arbeitstitel „Selektiv spaltbare funktionelle Gruppen für recyclingfähige Silicone“ und wird am Promotionszentrum Materialien und Produktionstechnik durchgeführt. Die Betreuung erfolgt durch Prof. Dr.-Ing. Dominik Söthje (Lehr- und Forschungsgebiet Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik) sowie dem Inhaber des Lehrstuhls für Polymermaterialien und Polymertechnologie der Universität Potsdam.

Die Arbeiten von Herrn Hahn befassen sich mit der Entwicklung neuer Methoden zum Recycling additiv-vernetzter Silicone. Auch diese Promotion wird am Promotionszentrum Materialien und Produktionstechnik durchgeführt. Die Betreuung übernehmen Prof. Dr.-Ing. Dominik Söthje sowie der Projektpartner Prof. Dr. Dennis Troegel (Lehrgebiet Anorganische Chemie 1, Forschungsschwerpunkt Siliciumchemie).

Das Projekt erhält zudem tatkräftige Unterstützung durch den im Lehr- und Forschungsgebiet tätigen Laboringenieur Herrn Herbert Schlachter, M.Eng., sowie durch die im Lehrgebiet Anorganische Chemie 1 beschäftigte Laborantin Julia Rührer.

Darüber hinaus fördern insbesondere die Diehl Aviation Laupheim GmbH (Laupheim) und die Diehl Aviation Gilching GmbH (Gilching) das Vorhaben, das Teil des Großkonsortiums DISKUS ist, das Industrie- und Forschungspartner im Bereich Luftfahrt vereint.

CeReSiS

Projektbeschreibung

Das Projekt CeReSiS (Chemisches Recycling von Silicon-Dichtstoff-Systemen) verfolgt einen innovativen Ansatz zur nachhaltigen Kreislaufwirtschaft im Bereich der Polymere. Im Fokus stehen das chemische Recycling von kondensationsvernetzenden Silicon-Dichtstoff-Systemen und das werkstoffliche Recycling von Dichtstoff-Kartuschen, insbesondere die Wiederverwertung der darin enthaltenen Polyolefine.

Durch die Entwicklung und gezielte Optimierung der Verfahrensparameter sowie den Einsatz spezifischer Reagenzien und Additive soll die Gewinnung hochwertiger Sekundärrohstoffe gelingen, die geeignete Eigenschaften aufweisen, um in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt werden zu können. Übergeordnetes Ziel ist es, ein ganzheitliches Recyclingkonzept für das gesamte Dichtstoff-System (Inhalt & Verpackung) zu etablieren, das sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet und einen wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung leistet.

Das Forschungsvorhaben wird vom fachlich zuständigen Ressort des Landes Bayern und vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt BMFTR (FKZ: 13FH509KX2, Zeitraum: 01.01.2025 bis 30.06.2029) im Rahmen des Programmes Forschung an Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) gefördert.

Arbeitsgruppe

Die am Vorhaben beteiligten wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen Frau Jennifer Kowohl, M.Sc., und Frau Rebecca Schubert, M.Eng., sind als Promovierende im Promotionszentrum Materialien und Produktionstechnik eingeschrieben.

Das Promotionsthema von Frau Kowohl umfasst die Entwicklung innovativer Methoden zum chemischen Recycling von RTV-1-Silicondichtstoff-Systemen. Frau Schubert hingegen konzentriert sich auf die Wiederverwertung von Silicon-kontaminierten Polyolefinen aus Dichtstoffkartuschen.

Die Promotionsarbeiten werden betreut von den beiden im Projekt engagierten Professoren Dr.-Ing. Dominik Söthje (Lehr- und Forschungsgebiet Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik) sowie Dr. Dennis Troegel (Lehrgebiet Anorganische Chemie 1 mit Forschungsschwerpunkt Siliciumchemie).

Das Projekt erhält zudem tatkräftige Unterstützung durch den im Lehr- und Forschungsgebiet tätigen Laboringenieur Herrn Herbert Schlachter, M.Eng., sowie durch die im Lehrgebiet Anorganische Chemie 1 beschäftigte Laborantin Julia Rührer.

Darüber hinaus tragen die Industriepartner Nitrochemie Aschau GmbH (Aschau am Inn) und FS-BF GmbH & Co. KG (Reichshof) dankenswerterweise wesentlich zum Vorhaben bei.