Die BASF SE, Ludwigshafen, erweitert ihr Produktportfolio auf dem Gebiet der Hochleistungsschaumstoffe um den überwiegend biobasierten und kompostierbaren Partikelschaum ecovio EA. Er besteht aus bioabbaubarem Polyester (Markenname: ecoflex) und Polylactid (PLA), die aus Mais oder anderen zuckergenerierenden Pflanzen, wie z. B. Maniok, gewonnen wird. Der Werkstoff ist für die Kompostierung zertifiziert, stoßfest und robust. Außerdem zeigt er, laut Hersteller, auch bei mehrfachen Stoßbeanspruchungen ein sehr gutes Rückstellverhalten und sei somit eine ökologische sowie zeitgemäße Alternative zu fossilen Verpackungslösungen. 

BASF 

Polyester

Polypropylen

Polystyrol

Biokunststoffe

Biobasierte und kompostierbare Alternative zu EPS  

Die zwischen Braskem und Made in Space unterzeichnete Partnerschaft garantiert den Astronauten auf der ISS mehr Autonomie, da sie jetzt Ersatzteile und Werkzeuge im 3D-Druck selbst herstellen können. 

Partnerschaft zwischen Materialhersteller und Made in Space 

kunststoffe.de

Braskem liefert Technologie für Raumstation ISS 

Komponenten und Reifen für Lkw und Busse aus Naturkautschuk der Löwenzahnwurzel präsentierte die Continental Reifen Deutschland GmbH, Hannover, auf der diesjährigen IAA Nutzfahrzeuge. Dabei handelt es sich um die Reifen Conti EcoPlus HD3. Außerdem wurden Prototypen eines Motorlagers und eines Gelenkwellenzwischenlagers aus dem Naturkautschuk mit dem Markenname Taraxagum gezeigt.
Continental hatte mit der Entwicklung von Taraxagum vor rund fünf Jahren in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut IME, Münster, dem Julius Kühn-Institut, Quedlinburg, sowie dem Pflanzenzüchter Eskusa, Parkstetten, begonnen. Dabei wurde russischer Löwenzahn so weitergezüchtet, dass ein hoher Ertrag an Kautschuk, verlgeichbar mit dem klassischer Kautschukbäume aus den Tropen, möglich wird. Zudem sind neue Prozess- und Produktionsmethoden entwickelt worden, um aus dem Latexsaft der Pflanzenwurzel den in der Produktion von Reifen und anderen Gummiartikeln erforderlichen Naturkautschuk zu gewinnen. Da die Pflanze auch in Nord- und West-Europa angebaut werden kann, reduzieren sich lange Transportwege zu den europäischen Produktionsstätten. 

Lkw-Reifen aus nachwachsenden Rohstoffen 

Kautschuk / Elastomere

Naturkautschuk

Kautschuk aus der Löwenzahnwurzel 

Auf der Biofabricate-Konferenz in New York präsentierte die Adidas AG, Herzogenaurach,  am 17. November 2016 den weltweit ersten Performance-Schuh aus  , einer Nachbildung natürlicher Seide. Der Prototyp des Futurecraft Biofabric Schuhs ist aus einem Obermaterial der naturbasierten und vollständig biologisch abbaubaren Hochleistungsfaser, entwickelt vom deutschen Biotechnologieunternehmen AMSilk GmbH, Planegg. Das Material vereint laut Hersteller alle Eigenschaften, die für eine hohe Leistungsfähigkeit entscheidend sind. So ist die Faser z.B. 15% leichter als herkömmliche Synthetikfasern und potentiell das stärkste bislang verfügbare Naturmaterial. 

Zu 100% biologisch abbaubar 

Faserverarbeitung

Fasern

Adidas präsentiert ersten Performance-Schuh aus Biosteel 

Robust, elastisch und belastbar: Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ist Spinnenseide ein Material, das für Biologen und Produktentwickler gleichermaßen interessant ist. Einem deutschen Unternehmen ist es gelungen, die Faser künstlich herzustellen. Unter dem Namen „Biosteel“ ist sie für den Einsatz in Hightech-Textilien vorgesehen, etwa für Sport, Medizin und Militär. 

Bionische Hochleistungsfaser Biosteel 

Technik Trend

Die Natur als Vorbild: Künstliche Spinnenseide für Textilien  

Für nachhaltige Einwegverpackungen sind Biokunststoffe gefragt und vielfältig im Einsatz. Steigt jedoch das Anforderungsprofil an die mechanischen Eigenschaften, eignen sich nur wenige biobasierte oder bioabbaubare Polymere. Dabei können Blends aus PLA, PBS und PVAC die mechanischen Eigenschaften und Wärmeformbeständigkeit verbessern, wie eine Studie zeigt. 

Mechanische Eigenschaften und Wärmeformbeständigkeit von Biokunststoff-Blends 

Compound

Teamwork steigert die Leistung 

ProTec Polymer Processing stellt maßgeschneiderte Anlagen zur Pultrusion hochwertiger langfaserverstärkter Thermoplaste (LFT) her, die sich auch für materialtechnisch schwierige Aufgaben wie die Kombination von Kohlefasern und Polypropylen (PP) eignen. Planung, Bau und Inbetriebnahme der Systeme kommen dabei komplett aus einer Hand. Für anwendungsbezogene, kundenspezifische Entwicklungen stellt ProTec in seinem Technikum in der Bensheimer Zentrale eine umfangreich ausgestattete Pultrusionsanlage zur Verfügung. 

Hochwertige langfaserverstärkte Thermoplaste herstellen 

Extruder

Pultrusion

Compoundieren

LFT-Compounds aus Pultrusionsanlagen 

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP entwickeln gemeinsam mit AMSilk neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege. Das Ziel: Das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden.  

IAP entwickelt neues Hochleistungsmaterial 

Medizintechnik

Biofasern aus Florfliegenseide 

Mit dem „Slider Xite“ der Schneider Schreibgeräte GmbH kommt in diesen Tagen ein Kugelschreiber auf den Markt, dessen Hülle zu 90 % aus biobasiertem Kunststoff besteht. Den Werkstoff auf Basis von Polylactid (PLA) haben Wissenschaftler um V.-Prof. Dr.-Ing. Andrea Siebert-Raths von der Forschernachwuchsgruppe des IfBB - Instituts für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe an der Hochschule Hannover entwickelt und seine Verarbeitung zur fertigen Kugelschreiberhülle zusammen mit ihrem Industriepartner umgesetzt. 

Konsumprodukt aus zu 90% biobasiertem Kunststoff 

Kunststoff Werkstoffe

PLA-Blend umhüllt Kugelschreiber 

Im letzten Jahr hat die Albis Plastic GmbH, Hamburg, viel investiert, international expandiert und ihre Produktionskapazitäten um rund 60 000 t pro Jahr erweitert. Grund genug, um mit dem neuen Geschäftsführer Philip O. Krahn und dem Vice President Technical Compounds Bernd Sparenberg unter anderem über Schlüsselmärkte, die zu knackende 1-Milliarde-Umsatzmarke sowie die Entwicklung additiv zu verarbeitender Werkstoffe zu reden.  

Wachstum trotz Handelsrestriktionen und regionalisierter Märkte 

Additive Fertigung

Kunststoff-Aufbereitung

Compoundeure

Spezialitäten in aller Welt 

Mit der Folie Bebo B2nature hat die RPC Bebo Plastik GmbH , Bremervörde, einen Werkstoff für Kaffeekapseln entwickelt, der industriell kompostierbar ist und dem Druck in Kaffeemaschinen standhält. Die mehrlagige Folie mit Sauerstoffbarriere verspricht eine lange Haltbarkeit bei Raumtemperaturen und erhält Kaffeearoma und -qualität in der Kapsel.

Kompostierbare Kaffekapseln 

Folien

Folie Bebo B2nature mit Sauerstoffbarriere 

Thermochrome Materialien verändern je nach Temperatur ihre Farbe; die dafür benötigten Pigmente sind bisher nur erdölbasiert. Forscher des Fraunhofer IAP wollen nun eine biobasierte Alternative für die Lebensmittelindustrie sowie Medizin- und Pharmatechnik entwickeln.  

Fraunhofer IAP entwickelt thermochrome Bio-Pigmente 

Simulation Verpackung

Pigmente

Leicht reizbar 

Um weitere biologisch abbaubare Masterbatchträger hat die AF-Color, Zweigniederlassung der Akro-Plastic GmbH, Niederzissen, ihr Produktportfolio AF-Eco ergänzt.
Die Einfärbung von Biokunststoffen gewinnt zunehmend an Bedeutung und erfolgt heute fast ausschließlich mithilfe von Farbmasterbatches, welche aus polymeren Trägermaterialien und entsprechenden Farbmitteln aufgebaut sind. Die Farbmasterbatches AF-Eco werden auf Basis biologisch abbaubarer Trägerpolymere hergestellt und wurden um eine breite Palette biologisch abbaubarer Masterbatchträger ergänzt. Auf diese Weise könne man Interaktionen mit anderen Polymerbestandteilen eines Compounds minimieren, so der Hersteller. So sei mit dem zertifizierten Farbenpool nahezu jedes Farbziel, selbst Effektfarben mit Perlglanz, realisierbar, so der Hersteller. 

Biologisch abbaubar einfärben 

Additive

Farbstoffe

Masterbatches

Farb-Masterbatches der AF-Eco Serie erweitert 

In duroplastischen Sheet-Molding-Compound-Halbzeugen kann durch die Substitution etablierter Füllstoffe wie beispielsweise Calciumcarbonat durch biobasierte Füllstoffe die Dichte der Harzpaste um bis zu 22 % reduziert werden – bei gleichen mechanischen Eigenschaften. Dies wurde an Füllstoffen überprüft, die als Nebenprodukt bei der Pflanzenöl- und Holzgewinnung anfallen. 

Biobasierte Füllstoffe für Sheet-Molding-Compound-Anwendungen 

Duroplaste

Füllstoffe für Kunststoffe

Die Nachhaltigkeit steckt im Detail 

Lagen bisher eher bioabbaubare Compounds bei der der Bio-Fed, einer Zweigniederlassung der Akro-Plastic GmbH, Niederzissen, im Fokus, kommen nun mit M∙VERA ECS Polyamidcompounds auf Basis nachwachsender Rohstoffe ins Portfolio. Anders als die Produkte der Reihe M∙VERA sind die ECS-Produkte teilweise biobasiert, jedoch nicht biologisch abbaubar. Das PA 6.10 erfüllt die gängige Definition eines Biokunststoffs, da es einen ca. 60 %igen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen besitzt, so der Hersteller. Das Rizinusöl aus den Samen des Wunderbaums bildet hierbei die Grundlage für Sebacinsäure, welche als Basis für den nachwachsenden Rohstoffanteil des Produkts fungiert. 

Technische Anwendungen im Fokus 

Polyamide

Biobasierte PA 6.10-Compounds M VERA ECS 

Polylactide sind neben Stärkeblends derzeit innerhalb der Biokunststoffe die Werkstoffgruppe mit dem größten Mengenpotenzial. Grundstoff für PLA ist die Milchsäure.

Polylactid (PLA) ist ein nicht natürlich vorkommender Polyester, der über eine mehrstufige Synthese aus Zucker hergestellt wird. Dabei wird Zucker zu Milchsäure fermentiert und diese zu PLA polymerisiert.

Polylactide sind neben Stärkeblends derzeit innerhalb der Biokunststoffe die Werkstoffgruppe mit dem größten Mengenpotenzial, haben allerding eines monopolartige Herstellerstruktur [1]. Hans-Josef Endres sieht derzeit nur den US-amerikanischen Konzern NatureWorks in der Lage, reale Produktionskapazitäten zu realisieren. Deren Werk im kanadischen Nebraska ist mit einer Kapazität von 150 000 t/a die weltweit größte PLA-Fabrik (Bild 1) [2].

Grundstoff für PLA ist die Milchsäure, die in zwei stereoisomeren Varianten, D-Lactid und L-Lactid, vorkommt. Dementsprechend gibt es auch zwei PLA-Varianten: Poly-D-Lactid (PDLA) und Poly-L-Lactid (PLLA).

Je nachdem, wie die Bausteine in der PLA-Kette eingebunden werden, unterscheidet sich auch die Morphologie des Materials, von amorph bis kristallin, mit entsprechendem Einfluss auf die thermischen und mechanischen Eigenschaften.

PLA ist transparent, kristallin, steif (E-Modul bis 5000 MPa), besitzt eine hohe mechanische Festigkeit und kann mit herkömmlichen thermoplastischen Verfahren verarbeitet werden (Bild 2). Zu beachten ist die relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahme, die in der Regel eine Vortrocknung voraussetzt. PLA besitzt eine hohe Beständigkeit gegenüber Ölen und Fetten, versprödet aber durch UV-Strahlung. Der Biokunststoff kann in einem Temperaturbereich von –10° C bis +40° C verwendet werden.

PLA ist nach EN 13432 biologisch abbaubar, allerdings sind hierfür bestimmte Umweltbedingungen nötig, die in der Regel nur in industriellen Kompostieranlagen zu finden sind. Bei Raumtemperatur und normalen Umgebungsbedingungen ist PLA unbegrenzt stabil [3]. Darüber hinaus ist die biologische Abbaubarkeit stark von der chemischen Zusammensetzung sowie den Einsatz eventueller Copolymere abhängig.

Aufgrund seiner physikalischen und mechanischen Eigenschaften eignet sich PLA gut als Ersatz für erdölbasierte Thermoplaste. PLA und PLA-Blends werden als Granulate in verschiedenen Qualitäten für die kunststoffverarbeitende Industrie zur Herstellung von Folien, Formteilen, Dosen, Bechern, Flaschen und sonstigen Gebrauchsgegenständen angeboten.

Neben der Verwendung für kurzlebige Verpackungsfolien oder Tiefziehprodukte (z. B. Getränke- oder Joghurtbecher, Obst-, Gemüse- und Fleischschalen) attestiert die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) dem Rohstoff ein großes Potenzial auch für langlebige Produkte. Beispiele dafür sind Handyschalen, Schreibtischutensilien sowie Lippenstiftgehäuse. Auch in der Automobilindustrie gibt es erste Serienanwendungen auf Basis von PLA. Für textile Anwendungen kommt zu Fasern gesponnenes PLA zum Einsatz [3] (me) .

[1] H. Endres/ A. Siebert-Raths: Technische Biopolymere – Rahmbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften, 1. Aufl., Carl Hanser Verlag, München 2009

[2] http://www.innovationtakesroot.com/~/media/ITR2016/2016/presentations/closing-plenary/03_ITR2016_Plenary-Closing_Marc-Verbruggen_pdf.pdf?la=en (24.01.2017)

[3] W. D. Callister/ David G. Rethwisch: Materialwissenschaften und Werkstofftechnik: Eine Einführung, 1. Aufl., Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2012

[4] http://biopolymernetzwerk.fnr.de/biobasierte-werkstoffe/biobasierte-polyester/pla/ (24.01.2017)

Saechtling Kunststoff Taschenbuch- Herausgeber: Erwin Baur, Tim A. Osswald, Natalie Rudolph, 10/2013, 883 Seiten, € 49,99, ISBN: 978–3–446–43442–4, S. 655 – 656

Bild 1. Der amerikanische Chemiekonzern NatureWorks begann schon 2002 mit der PLA-Produktion. Heute gehört das Werk in Nebraska zu den größten Produktionsstätten ihrer Art

Bild 2. PLA-Granulat: Transparent, kristallin und – wenn die Umweltbedingungen stimmen – biologisch abbaubar

Polylactid (PLA)

<ul><li>Hoher E-Modul</li><li>Hohe Kratzfestigkeit</li><li>Hohe Transparenz</li><li>Hohe Transparenz</li><li>Beständig gegenüber Fett, Wasser und Alkohol</li><li>Zertifizierte Kompostierbarkeit</li><li>Lebensmittelrechtlich zugelassen</li><li>Relativ hohe Hydrophilie und Wasserdampfdurchlässigkeit</li><li>Ohne Additive spröde</li></ul>

Biobasierte Kunststoffe

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