Im Bereich der Forschungs- und Entwicklungsprojekte zählt Nuova Pasquini e Bini S.p.A. nach der Herstellung der GEA-Töpfe mit Materialien, die aus erneuerbaren Ressourcen stammen und kompostierbar sind, eine weitere Zusammenarbeit zur Untersuchung neuer Bio-Komposite, die für das Gießen von Gartenbautöpfen verwendet werden können.
Am 10. Februar 2022 wurde das von der Fondazione Cassa di Risparmio di Lucca mitfinanzierte Projekt BIO-TEMA, das genau zwei Jahre zuvor begonnen hatte, mit interessanten Ergebnissen abgeschlossen. An dem Projekt waren LUCART S.p.A. – ein Papierunternehmen aus Lucca – als Lieferant von Papierschlamm und NUOVA PASQUINI E BINI beteiligt, das die kompostierbaren Becher mit bis zu 30 Gew.-% Schlamm druckte, deren Zusammensetzung von der Gruppe um Professor Maurizia Seggiani vom Fachbereich für Bau- und Wirtschaftsingenieurwesen (DICI) der Universität Pisa entwickelt worden war.
Das Projekt zielt darauf ab, neue thermoplastische Biokomposite aus Biopolymeren wie Polymilchsäure (PLA) und Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat) (PHB-HV) und Zelluloseabfällen aus der Papierindustrie, wie dem „Papierschlamm“, der durch chemische und physikalische Reinigung aus dem Recycling von Altpapier entsteht, herzustellen.
Diese als ungefährlicher Abfall eingestuften Schlämme können aufgrund ihrer besonderen chemischen Zusammensetzung und ihrer faserigen Morphologie erfolgreich anstelle von herkömmlichen anorganischen Füllstoffen (CaCO3) bei der Herstellung von thermoplastischen Biokompositen eingesetzt werden. Die Verwertung dieser Schlämme würde dazu führen, dass die Papierfabriken die Produktion von Recyclingpapier erhöhen und den Produktionszyklus mit geringeren Umweltauswirkungen schließen.
Nach dem Trocknen und Pulverisieren wurden die von LUCART SPA gelieferten Schlämme bis zu 30 Gew.-% in Verbundwerkstoffen auf der Basis von PLA und PHB-HV verwendet. Bei der Extrusion im halbindustriellen Maßstab traten keine Probleme auf, und die Zug- und Schlagtests zeigten eine für die Endverwendung angemessene mechanische Leistung.
Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse wurden die beiden Verbundstoffe mit dem höchsten Schlammgehalt und einer guten Verarbeitbarkeit ausgewählt, die durch Extrusion als Granulat hergestellt und in der anschließenden Phase der industriellen Formgebung verwendet wurden, die beim Projektpartner NUOVA PASQUINI E BINI S.p.A. in Altopascio durchgeführt wurde.
Insbesondere wurden Töpfe des Modells „ARA“ mit einem Durchmesser von 18 cm hergestellt, die für die Blumenzucht verwendet wurden. Die Formgebung bereitete keine Probleme. Die Töpfe waren flexibel und bestanden den vor Ort durchgeführten Crashtest.
Die erfolgreichen Tests bezüglich des Zersetzungstests in Kompost gemäß ISO16929:2013, die an Teilen von geformten Töpfen durchgeführt wurden, die mit PLA-Verbundstoffen und 30%igem Papierschlamm auf PHB-HV-Basis hergestellt wurden, zeigten, dass die PLA-Verbundstoffe den Test im Gegensatz zu den PHB-HV-Verbundstoffen aufgrund einer geringeren biologischen Abbaurate bestanden, was zu einer längeren Zeit als den von der europäischen Norm für den Zersetzungstest vorgesehenen 3 Monaten führte. Daher erwiesen sich die Töpfe auf PLA-Basis gemäß der europäischen Norm (EN 13432) als kompostierbar, und die Töpfe auf PHB-HV-Basis erwiesen sich ebenfalls als im Boden biologisch abbaubar, so dass sie auch mit der Pflanze vergraben werden können.
Um die Materialien – im Hinblick auf eine mögliche Anwendung bei der Herstellung von Pflanzentöpfen – zu validieren, wurden schließlich auch Phytotoxizitätstests an Schlämmen und Biokompositen durchgeführt, die mit einem höheren Schlammanteil hergestellt wurden. Dieser Test, der auf dem Keimungsindex (KI) von Samen von Lepidium sativum L. basierte, zeigte, dass der Schlamm selbst und die hergestellten Kompositmaterialien nicht potenziell phytotoxisch sind; tatsächlich wurden bei 100%igen Eluierungen des Schlamms, so wie er war, Keimungsindizes festgestellt, die weit über denen lagen, die mit deionisiertem Wasser gefunden wurden, und sogar Radikalisierungsphänomene wurden festgestellt. Dies hängt wahrscheinlich mit dem Vorhandensein von für Pflanzen nützlichen Makro- und Mikroelementen wie Kalzium, Eisen, Kalium, Kupfer, Zink usw. zusammen.
Der erforschte Anwendungskontext ist daher von großem Interesse für die Unternehmensstrategie der betroffenen Unternehmen, da sie in der Papierindustrie (LUCART S.p.A.) und im Topfgießen (NUOVA PASQUINI & BINI S.p.A.) für die Blumenzucht tätig sind. Die Verwendung von Schlamm als Füllstoff für Thermoplaste kann natürlich auch auf nicht kompostierbare Kunststoffe wie PE oder PP ausgeweitet werden, die bei der Herstellung von Töpfen für Baumschulen und die Blumenzucht weit verbreitet sind, um herkömmliche anorganische Füllstoffe wie Kalziumkarbonat zu ersetzen.
Die interessanten Ergebnisse, die mit Verbundstoffen erzielt wurden, die bis zu 30 Gew.-% aus Papierfabrikschlamm hergestellt werden, betreffen die Verarbeitbarkeit mit kompostierbaren Matrizen auf der Basis von PLA und PHB-HV, die Formbarkeit (geprüft bei NUOVA PASQUINI & BINI SpA), der mechanischen Eigenschaften (Zug- und Schlagfestigkeit) und der Abwesenheit von Phytotoxizität, waren Gegenstand eines wissenschaftlichen Artikels, der in einer internationalen Fachzeitschrift (Open Access) mit großer Popularität im Bereich der Kunststoffmaterialien veröffentlicht wurde und den sich die beiden anderen Projektpartner (LUCART S. p.A. und NUOVA PASQUINI & BINI S.p.A.) und mit der Fondazione Cassa di Risparmio di Lucca, die als Finanzier des Projekts genannt wird, geteilt wird:
Gigante V., Cinelli P., Sandroni M., D’Ambrosio R., Lazzeri A., Seggiani M. (2021) „On the Use of Paper Sludge as Filler in Biocomposites for Injection Moulding“ Materials 14(10), 2688. doi:10.3390/ma14102688.
