Chinese gastwetenschapper onderzoekt nieuwe kunststoffen op basis van hernieuwbare grondstoffen

De Chinese professor Dr. Xinyan Shi is momenteel te gast op de campus. (Foto: Sebastian Kamerling/Ce)

De Chinese professor Dr. Xinyan Shi van de Qingdao University of Science and Technology (QUST) is momenteel te gast aan de Technische Universiteit Kaiserslautern (TUK). Aan de leerstoel voor Composietmaterialen houdt de onderzoekster zich bezig met 3D-printen van kunststoffen. Het bijzondere: er wordt gebruikgemaakt van de hernieuwbare grondstof cellulose, die de eigenschappen van de geprinte onderdelen moet verbeteren. Shi is in het kader van een onderzoeksproject aan de TUK, dat wordt ondersteund door de Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD).

Met behulp van 3D-printtechnieken kunnen bijvoorbeeld complexe onderdelen van kunststof eenvoudig worden vervaardigd. Ook het team onder leiding van professor Dr. Alois Schlarb aan de leerstoel voor Composietmaterialen werkt met deze technologie. Samen met professorin Shi onderzoeken de onderzoekers bijvoorbeeld hoe cellulose in dergelijke kunststoffen kan worden toegepast. Dit is het specialisme van de gastwetenschapster en haar werkgroep. Cellulose is een langketenig suikermolecuul. Het vormt het hoofdbestanddeel van plantencelwanden en wordt bijvoorbeeld bij de houtverwerking gewonnen.

Het onderzoeksteam uit Kaiserslautern werkt eraan om zogenaamde nanokristallijne cellulose (CNC) in hun kunststoffen te verwerken. Deze heeft bijzonder goede mechanische eigenschappen, evenals een hoge sterkte en stijfheid, wat ook ten goede komt aan het eindproduct dat wordt geprint. Bij deze methode is het belangrijk dat de cellulose-deeltjes gelijkmatig worden verdeeld in de kunststoflagen en goed aan deze hechten. De wetenschappers maken bij dit werk gebruik van een bio-kunststof, een zogenaamde gepolymeriseerde melkzuur, kortweg PLA, die volledig biologisch afbreekbaar is.

Het doel van het project is dat bij 3D-printen zogenaamde hybride materialen kunnen worden toegepast. Onder dat begrip verstaan vakgenoten een combinatie van verschillende materialen op meerdere schalen, zoals nanometergrote cellulose-deeltjes en andere additieven in verschillende groottes. Op deze manier is het mogelijk om materialen met verschillende eigenschappen te ontwikkelen, die op maat zijn gemaakt voor de specifieke toepassing.

Dergelijke materialen en het 3D-printproces zijn interessant voor verschillende sectoren, bijvoorbeeld voor de automobielindustrie of de medische techniek.

Professorin Shi is ongeveer vier weken te gast aan de leerstoel voor Composietmaterialen. In het kader van het tweejarige project "Biomass-based intrinsic polymer hybrid composites manufactured by 3D printing" zijn nog meer verblijven gepland.