Gummiwerkstoffe in Bremsbelägen wiederverwenden

Laut Wirtschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie e.V. fallen jedes Jahr circa 800.000 Tonnen Gummiabfälle an – gut ein Viertel davon sind Überreste von sogenannten technischen Gummiwaren wie Dichtungen oder Pressplatten. Solche Platten werden beispielsweise in der Fertigung von Bremsbelägen verwendet. Bei der Herstellung wird ein Gummigranulat zu Bändern und Platten ausgewalzt oder heißgepresst, danach härtet das Material durch Vernetzung bei erhöhter Temperatur aus. Anschließend werden die Platten zugeschnitten und ausgestanzt.

Gummiwerkstoffe sind sogenannte Elastomere – formfeste Polymere, die sich bei Zug- und Druckbelastung verformen können und danach wieder in ihren Ursprungszustand zurückkehren. „Im Gegensatz zu verformbaren Polymeren wie Thermoplaste sowie Glas oder Metall können sie aufgrund ihrer chemischen Vernetzung nicht einfach wieder eingeschmolzen und noch einmal verwendet werden. Denn während der Herstellung entstehen mittels der sogenannten Vulkanisation mit Schwefel besonders stabile und flexible Molekülvernetzungen. Das macht das Recycling schwierig", erklärt Projektleiterin Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger vom Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln.

Um eine Wiederverwendung dennoch zu ermöglichen, muss dieser Prozess durch die sogenannte Devulkanisation rückgängig gemacht werden. Im Laufe des Forschungsprojekts „DeStanz" möchte die TH Köln gemeinsam mit der Eurobremsband GmbH ein neues Verfahren für die Stoffgruppe der Bremsbelag-Elastomere entwickeln und erproben. „Ziel ist es, die Stanzabfälle vollständig wiederzuverwenden. Dabei können wir auf Erkenntnisse aus früheren Vorhaben im Bereich des Recyclings von Auto- und Fahrradreifen sowie Gummiketten zurückgreifen", so Katrakova-Krüger.

Bei der Devulkanisation werden die Schwefelbindungen der Elastomere geöffnet – eine Möglichkeit stellt das thermo-mechanische Verfahren dar. Dabei wird das Material zunächst zermahlen, anschließend mittels zweier Rotoren bei höherer Temperatur weiter zerrieben, wodurch die Bindungen durch die mechanische Belastung aufbrechen. Gegebenenfalls könnten Hilfsmittel für eine bessere Devulkanisation eingesetzt werden. „Zum jetzigen Zeitpunkt wissen wir jedoch noch nicht, welches Verfahren sich am besten eignet", sagt die Projektleiterin. Fest steht hingegen, dass eine neue Prüfmethodik zur Analyse der bearbeiteten Werkstoffe erarbeitet wird. Die aufbereiteten Gummireste sollen vulkanisierbar sein und dem Herstellungsprozess ohne Qualitätsverlust der Produkte wieder zugeführt werden können.

„Wir testen das Recycling zwar am Beispiel von Bremsbelägen – die Erkenntnisse aus dem Projekt könnten aber für die Verwertung weiterer Gummiprodukte aus den unterschiedlichsten Branchen nützlich sein, zum Beispiel Dichtungen, Schläuche, Dämpfungselemente, Lager, Gummiketten oder Transportbänder. Etwa die Hälfte aller Gummiabfälle in Deutschland wird bisher verbrannt. Bei den technischen Gummiwaren sind es sogar knapp 90 Prozent. Wir möchten diese Ressourcen dem Produktionskreislauf wieder zuführen. Dies würde Rohstoffe einsparen, die meist aus fossilen Quellen hergestellt werden, und somit auch Treibhausgase im Produktionsprozess reduzieren", berichtet Katrakova-Krüger.

Das Forschungsprojekt „DeStanz – Entwicklung eines innovativen Prozesses zur Verwertung von Gummi-Abfällen durch Devulkanisation zur Verbesserung der Kreislaufwirtschaft" wird unter der Leitung von Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger am Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln in Kooperation mit der Eurobremsband GmbH umgesetzt. Die Laufzeit beträgt zwei Jahre. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Vorhaben im Rahmen des „Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand" (ZIM) mit 220.000 Euro.