Korkmehl als biobasierter Flammschutz für PLA
- Kork für flammgeschütztes PLA
- reduziert Wärmefreisetzung um bis zu 60%
- verschiedene Körnungen für Spritzguss, Extrusion und 3D-Druck erhältlich
Vielversprechende Innovation: Biobasiertes Korkmehl als Flammschutz für technische Compounds & PLA
Der Bedarf an nachhaltigen und kompostierbaren Plastikalternativen steigt stetig. PLA, das aus Maisstärke hergestellt wird und in der Verpackungsindustrie bereits erfolgreich zum Einsatz kommt, demonstriert besonders großes Potenzial.
Das Problem: PLA ist stark entflammbar. Chemische Flammschutzmittel, die als Beigabe in Frage kämen, sind allerdings alles andere als nachhaltig oder natürlich.
Eine Lösung zeigt Dr. Jan Wagner auf: Natürliches Korkmehl als Flammschutzmittel.
In seinem Promotionsprojekt am Transferzentrum Ansbach für Klimaschutz & Effizienz an der Hochschule Ansbach mit Beiträgen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat er PLA mit unserem Korkmehl A01-04 versetzt.
Die Ergebnisse seiner Forschung sind als Open-Access-Publikation zugänglich: Jan Wagner, Jana Falkenhagen, Hans-Achim Reimann, Bernhard Schartel (2026): Biobased flame-retardant poly(lactic acid) / cork / melem phytate composites. Erschienen in: Composites Part B: Engineering, Volume 327.
Ausgangslage: Herausforderungen bei PLA
- PLA ist eine Plastikalternative aus Maisstärke: biobasiert und kompostierbar
- Aber: PLA ist hoch entflammbar
- Klassische synthetische Flammschutzmittel (z. B. APP, DOPO) können die Molekülmasse von PLA reduzieren und die Verarbeitung erschweren
- Viele Systeme führen zu starkem Abtropfen, was UL-94-Prüfungen erschwert
- Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach biobasierten, kompostierbaren Flammschutzlösungen
Lösung: Korkmehl als funktionelle Flammschutz-Unterstützung
Kork (Quercus suber) bietet eine honigwabenartige Zellstruktur, die im Brandfall:
- eine wärmeisolierende Barriereschicht aufbaut
- das Schmelzen und Abtropfen von PLA unterdrückt
- die maximale Wärmefreisetzung (pHRR) deutlich reduziert
- die thermischen Verarbeitungsfenster von PLA erhält
In Kombination mit biobasierten Flammschutzmitteln wie Melem-Phytat oder etablierten Systemen (APP, EDA-DOPO) entstehen PLA/Cork/FR-Compounds mit:
- reduzierter Feuerlast
- verbesserter UL-94-Einstufung
- erhaltenen Verarbeitungseigenschaften.
Was Kork im PLA-Compound bewirkt
Basierend auf aktuellen Forschungsdaten zu PLA/Cork/Melem-Phytat-Verbunden:
- Kork in PLA senkt die Spitzen-Wärmefreisetzungsrate von ca. 700 auf ca. 280kW/m² (Cone Calorimeter, 50 kW/m²).
- Die gesamte Wärmefreisetzung (THE) sinkt um bis zu 17% allein durch die Beigabe von Kork.
- Kork unterdrückt das typische Pool-Fire-Verhalten von PLA und verhindert Abtropfen.
- Größere Korkpartikel (unser Korkmehl A01-04) nutzen die isolierende Zellstruktur besser als sehr feines Korkmehl – die Barrierewirkung skaliert mit der Partikelgröße.
- Die Molekülmasse, Tg und Tm von PLA bleiben weitgehend erhalten – keine gravierenden Verarbeitungsprobleme durch Kork allein.
Nachteil: Die mechanische Zugfestigkeit sinkt (typisch für gefüllte PLA-Compounds). Das ist für viele technische Anwendungen akzeptabel, wenn Brandschutz, Gewicht und Biobasierung im Vordergrund stehen.
Für welche Anwendungen ist PLA mit Korkmehl interessant?
- Leichtbau-Compounds mit biobasiertem Anteil und reduzierter Feuerlast
- Isolierende, schwer entflammbare Profile und Platten auf PLA-Basis
- Spritzgegossene Bauteile für Innenräume, Transport und Elektronikgehäuse
- Technische 3D-Druck-Filamente (FDM/FFF) mit verbessertem Brandverhalten
- Nachhaltige Produktlinien, die auf fossile Flammschutzmittel verzichten wollen
Empfohlene Körnungen für PLA-Compounds
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Ziel |
Empfohlene Körnung |
Begründung |
| Maximale Barrierewirkung im Brandfall (große Partikel erhalten Zellstruktur) | 0,5–2,0 mm | Größere Partikel bilden eine effektivere isolierende Schicht; geeignet für Spritzguss und Profile. |
| Gute Dispersion bei Extrusion & Filamentherstellung | 0,25–1,0 mm | Kompromiss aus Verarbeitbarkeit und Flammschutzwirkung; typisch für 3D-Druck-Filamente. |
| Sehr feine Verteilung, glatte Oberflächen | < 0,5 mm | Bessere Oberfläche, aber geringere isolierende Barrierewirkung; sinnvoll bei dünnwandigen Teilen. |
Hinweis: Im Promotionsprojekt zeigte sich, dass ab ca. 1 mm Partikelgröße die isolierende Zellstruktur von Kork voll zum Tragen kommt. Darunter wirkt Kork eher als reiner Verkohlungs-Agent.
Typische Rezeptur-Ansätze
Diese Angaben dienen als erste Orientierung für Ihre eigenen Compoundier-Versuche.
Basis-Variante: PLA + Kork (ohne weiteren FR)
- PLA: 80 Gew.-%
- Korkmehl (0,25–1,0 mm): 20 Gew.-%
Effekt:
- Deutliche Reduktion von pHRR und THE
- Kein Abtropfen
- UL 94 typisch HB bis V2 (abhängig von Geometrie und Prozess)
Erweiterte Variante: PLA + Kork + biobasierter FR (z. B. Melem-Phytat)
- PLA: 70 Gew.-%
- Korkmehl (0,25–1,0 mm): 20 Gew.-%
- Melem-Phytat oder vergleichbarer P/N-FR: 10 Gew.-%
- Optional: 3–5% Coupling Agent (z. B. PBAT-g-GMA) für bessere Haftung
Effekt:
- THE um ca. 36–43% reduziert gegenüber PLA/Kork
- UL 94 V0 in Kombination mit bestimmten FR-Systemen erreichbar
- Biobasierter Anteil hoch, Molekülmasse von PLA weitgehend erhalten
Alternative: PLA + Kork + APP oder DOPO
- PLA: 70 Gew.-%
- Korkmehl: 20 Gew.-%
- APP oder EDA-DOPO: 10 Gew.-%
Effekt:
- Sehr gute UL 94-Ergebnisse (teilweise V0 ohne Abtropfen)
- Etablierte Chemie, gut dokumentiert
- Geringerer biobasierter Anteil als bei Melem-Phytat-Lösungen
Warum Korkmehl von Kork-Handel.de?
Gewerbliche Qualität: Industriell hergestellte und gesiebte Korkmehle und -granulate aus frischem Naturkork (keine Abfallprodukte) in definierten Körnungen für Compoundierung, Spritzguss und Extrusion.
Konsistente Lieferqualität: Gleichbleibende Partikelgrößenverteilung für reproduzierbare Compound-Eigenschaften.
Flexible Mengen: Von Laborchargen bis zu regelmäßigen Produktionsmengen.
Beratung durch Kork-Experten: Unterstützung bei der Auswahl der Körnung.
Nachhaltigkeit: Kork ist ein nachwachsender, CO₂-armer Rohstoff aus der Korkeichen-Wirtschaft.
Ihre Vorteile bei Kork-Handel
FAQ: Korkmehl als biobasierter Flammschutz für PLA
Grundsätzlich ja. Die Studien basieren auf handelsüblichem PLA (MFI ~19 g/10 min bei 190 °C). Für spezielle PLA-Typen (hochkristallin, hitzestabilisiert, etc.) empfehlen wir eigene Compoundier-Tests.
Nein. Die Glasübergangs- und Schmelztemperaturen von PLA bleiben weitgehend unverändert. Es sind keine grundlegenden Anpassungen der Verarbeitungsfenster nötig.
Wie bei den meisten Füllstoffen sinkt die Zugfestigkeit. In der Studie fiel die Zugfestigkeit von~54 MPa (reines PLA) auf ~22–23 MPa (PLA + 20% Kork). Für viele technische Anwendungen ist das akzeptabel, wenn Brandschutz und Biobasierung Priorität haben.
PLA und Kork sind grundsätzlich kompostierbar. Die Kompostierbarkeit des Gesamt-Compounds hängt jedoch vom gewählten Flammschutzmittel und Additiven ab. Für eine zertifizierte Kompostierbarkeit muss das Gesamtsystem geprüft werden.
Ja. Die hier dargestellten Effekte basieren auf dieser aktuellen wissenschaftlichen Arbeit zu biobasierten flammgeschützten PLA/Cork/Melem-Phytat-Composites (Open-Access-Publikation, frei zugänglich): Jan Wagner, Jana Falkenhagen, Hans-Achim Reimann, Bernhard Schartel (2026): Biobased flame-retardant poly(lactic acid) / cork / melem phytate composites. Erschienen in: Composites Part B: Engineering, Volume 327.