Schema der verwendeten Probekörper mit dem typischen Schadensbild in der Zone der Grenzfläche zwischen Biodiesel und Luft nach 150 Tagen bei 60 °C
Quelle: BAM, Fachbereich Mechanik der Polymerwerkstoffe und Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Kraftstoffe aus erneuerbaren Rohstoffen, wie z.B. Biodiesel, gewinnen immer noch stetig an Bedeutung – als Ersatz und vor allem auch als Zusatz zu konventionellen, fossilen Kraftstoffen. Als typischer Behälterwerkstoff wird Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) unter anderem auch für Container zur Lagerung und Transport von Chemikalien und Gefahrstoffen eingesetzt, ebenso für Kraftstofftanks. Für letztere stellt sich daher die Frage nach Unterschieden im Materialverhalten gegenüber erneuerbaren im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen.
Biodiesel als ungesättigter Fettsäuremethylester (FAME) weist zunächst einmal eine höhere Polarität auf als Dieselkraftstoff, was sich auf die unmittelbare Wechselwirkung mit dem Behälterwerkstoff auswirkt – im Fall des PE-HD z.B. auf die Löslichkeit und die damit verbundene weichmachende Wirkung, die die mechanischen Eigenschaften beeinflusst.
Gleichzeitig ist Biodiesel auch deutlich oxidationsempfindlicher als Diesel. Die vorgestellte Untersuchung des Langzeitverhaltens über zwei Jahre zeigt, dass dies auch zu einem stärkeren oxidativen Abbau des PE-HD führen kann – insbesondere dort, wo Biodiesel sowohl mit dem Behälterwerkstoff als auch mit der oxidierenden Luftatmosphäre im Kontakt steht. Somit konnte durch systematische Untersuchungen auf der Grundlage mechanischer Eigenschaften und mikroskopischer Analyse von Bruchfläche und Bruchzone in Kombination mit FT-IR-Spektroskopie eine Co-Oxidation von Polyethylen durch Biodiesel in einem praxisnahen Setting nachgewiesen werden. Entsprechend zeigen sich beim Vergleich mit Dieselkraftstoff diese Abbauerscheinungen nicht. Ein zweiter PE-HD-Werkstoff, der einen deutlich höheren Gehalt an stabilisierenden Antioxidantien aufweist, zeigt im betrachteten Zeitraum noch keine Anzeichen einer signifikanten oxidativen Schädigung.
Physical and chemical effects of biodiesel storage on high-density polyethylene: Evidence of co-oxidations
Maren Erdmann, Martin Böhning, Ute Niebergall
erschienen in Polymer Degradation and Stability 2019, Volume 161, Pages 139 - 149
BAM, Fachbereich Mechanik der Polymerwerkstoffe und Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen