Um einen Kunststoffkreislauf für den Besucher zu demonstrieren, wird Braskem, Sao Paulo/Brasilien, ihren Biokunststoff und PCR-Material für die Herstellung von dreischichtigen PE-HD-Flaschen mit geschäumter Mittelschicht zur Verfügung stellen. Als Resultat entsteht bei der Kautex Maschinenbau GmbH, Bonn, eine Flasche, die durch das verarbeitete Roh- und PCR-Material einen reduzierten CO2-Fußabdruck gegenüber herkömmlichen Kunststoffprodukten aufweist. Die Flaschen werden zur Wiederverwertung an Erema übergeben. Mit dieser Kooperation demonstrieren die drei Unternehmen Bausteine einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft (Bild). Die Verwendung recycelter Materialien voranzutreiben spielt für die Unternehmen nach eigenen Aussagen eine große Rolle. 

Braskem, Erema, Kautex auf der K 2019 

Biokunststoffe

Blasformen

Extrusionsblasformen

Kooperation zur K 2019 

Das Portfolio der Campetella Robotic Center S.r.l, Montecassiano/Italien, reicht von kartesischen bzw. Linearrobotern über IML-Anlagen (Bild) bis hin zu speziellen Automatisierungslösungen für verschiedene Branchen. Das Unternehmen definiert sich selbst als Entwickler und Her‧steller von Robotern, die durch geschicktes Verknüpfen zu komplexen Lösungen ausgebaut werden. Grundlage dafür seien standardisierte ‧Baugruppen mit einer Steuerung auf festen Plattformen, sodass die Systeme leicht installiert und getestet werden könnten. Vorteil: Die Inbetriebnahmen verkürzen sich, und eventuelle Unstimmigkeiten fallen noch vor der Auslieferung auf. 

 Zum In-Mold Labeling wird eine IML-Produktionszelle in Aktion gezeigt (© Campetella) 

Campetella auf der K 2019 

Automatisierungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

Spritzgießen

IML-Lösung für kompostierbare Kaffeekapseln 

Der Spezialist für Elastomer-Spritzgießmaschinentechnik LWB Steinl GmbH & Co KG, Altdorf, legt einen besonderen Schwerpunkt auf Ver‧tikalmaschinen. Erstmals stellt das Unternehmen eine Maschine mit einem besonderen Rundtisch-Konzept vor (Bild). Zentrale Komponente ist die freistehende Schließeinheit. Diese ist aufgrund der 3-Säulen-Bauweise für Handling oder Wartungsarbeiten am 1 m hohen Rundtisch von allen Seiten gut zugänglich. Um die Maschinenhöhe gering zu halten, ist das Plastifizieraggregat horizontal an der oberen Maschinenaufspannplatte angeordnet. 

Die Vertikalmaschine mit Rundtisch und einer Drei-Säulen-Schließeinheit besitzt ein horizontales Plastifizieraggregat (© LWB Steinl) 

LWB Steinl auf der K 2019 

Spritzgießmaschinen

Elastomer-Spritzgießen

Vertikal am runden Tisch 

Die BMB S.p.A., Brescia/Italien, hat sich insbesondere auf Schnellläufer für Verpackungsanwendungen spezialisiert. Die vollelektrischen Maschinen der eKW-Serie, die jetzt bis zu einer Schließkraft von 14 000 kN verfügbar sind, speichern die Energie aus den Bremsvorgängen und besitzen deshalb eine hohe Energieeffizienz. Gleichzeitig sind die Maschinen für sehr dynamische und hochpräzise Bewegungsabläufe ausgelegt, wie sie bei der Herstellung von Verpackungen gefordert werden. So kann die Plastifiziereinheit der Hybrid-Baureihe durch ein doppelt wirkendes Servoventil Einspritzgeschwindigkeiten von bis zu 900 mm/s erreichen. Im Vergleich zu früheren Baureihen setzt BMB verstärkt auf die Integration von Sensorik, um steigenden Anforderungen an die Prozessüberwachung und -sicherheit zu begegnen. Ein Remotesystem ermöglicht darüber hinaus eine direkte Verbindung zum Kundenservice. 

Die präzise dosierende vollelektrische Maschine fertigt biologisch abbaubare Kaffeekapseln (siehe Bild unten) mit einer mikrometerdünnen Barriereschicht (© BMB) 

BMB auf der K 2019 

Schaumspritzgießen

Energieeffiziente Schnellläufer 

Adaptive Assistenzsysteme greifen in den Prozess ein und sind so in der Lage, Viskositätsschwankungen auszugleichen und den Prozess zu stabilisieren. Dies zeigt die Wittmann Battenfeld GmbH, Kottingbrunn/Österreich, mit ihrem System „HiQ-Flow“ exemplarisch an der Herstellung von Wäscheklammern aus ‧Polycarbonat auf einer Maschine des Typs EcoPower 55/350. Regranulierte Angüsse und ‧zuvor absichtlich hergestellte Ausschussteile bringen dazu Chargenschwankungen in den Prozess ein. Ferner verfügt die vernetzte Produktionszelle über ein digitales Werkzeugdatenblatt. Dieses hilft dem Maschinenbediener einzuschätzen, ob die angeschlossenen und mittels Wittmann-4.0-Router vernetzten Peripheriegeräte für den vorgewählten Produktdatensatz geeignet sind oder weitere Geräte notwendig werden. 

Der Stickstoff für das Schaum-Spritzgießen wird aus der Umgebungsluft gewonnen (© Wittmann Battenfeld) 

Wittmann Battenfeld auf der K 2019 

Industrie 4.0

Polyethylenterephthalat

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Maschinen mit adaptiven Algorithmen 

Immer mehr Unternehmen wollen den Rezyklatanteil in ihren Produkten steigern. Das gilt vor allem für die Verarbeiter von Standardkunststoffen. Insbesondere die Hersteller von Polyolefinen, die meist in den vielfach kritisierten Verpackungen verwendet werden, verfolgen verschiedene Strategien, um die Kreislaufwirtschaft in Gang zu bringen. Vorgestellt werden viele davon auf der K 2019. 

Wiederverwertung wird großgeschrieben 

Simulation Verpackung

Polypropylen

Compound

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kunststoff-Recycling

K-Preview Standardkunststoffe 

Sogenannte Knallgasbakterien sollen künftig den biologisch abbaubaren Kunststoff PHA produzieren ¿ für unter 2 Euro pro Kilogramm. 

Biologisch abbaubarer Biokunststoff aus Abfallfetten 

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Technik Trend

kunststoffe.de

PHA aus dem Berliner Bioreaktor 

Clariant, Muttenz/Schweiz, hat Additive auf Basis erneuerbarer Rohstoffe vorgestellt. Der Hersteller kooperiert dafür mit dem finnischen Unternehmen Neste, Espoo/Finnland. Die mit dem Namenszusatz „Terra“ versehenen Additive beruhen auf massenbilanzzertifiziertem Ethylen und Propylen. Die Ausgangsstoffe dafür liefert Neste. Sie werden aus biobasierten Rohstoffen wie Lebensmittelabfällen und Rückstandsölen gewonnen. Die Additive verhalten sich Clariant zufolge wie entsprechende Produkte aus fossilen Quellen. Erneute Zulassungen oder die Modifizierung von Fertigungsprozessen und Ausrüstung sollen somit nicht nötig sein. 

Lebensmittelabfälle als Grundlage 

Additive

Flammschutzmittel

Biobasierte Flammschutzmittel 

Der im Mai gegründete Arbeitsausschuss ¿Recycling von Kunststoffen in der Kreislaufwirtschaft" befasst sich mit der stofflichen Verwertung von Kunststoffen und erarbeitet unter anderem Normen und Spezifikationen. 

Neben den vorteilhaften Eigenschaften in der Gebrauchsphase muss eine wirtschaftliche Wiederverwertung der Kunststoffe eine große Rolle spielen (© Fotolia.com/Stephen Coburn) 

Neuer DIN-Arbeitsausschuss nimmt Arbeit auf 

Kunststoff-Regenerate

Kunststoffhandel

Markt & Wirtschaft

Qualitätssicherung von Kunststoff-Rezyklaten  

Nutzer von Biokunststoffen möchten auch bei Additiven oft auf biologische Alternativen zurückgreifen. BASF hat deshalb ein Masterbatch auf Basis von Zuckerrohr vorgestellt. 

Masterbatches für Polyethylen 

Polyethylen

Farbstoffe

Masterbatches

Biokunststoffe auch biologisch einfärben 

Der Spielzeughersteller Mattel stellt zukünftig Bauklötze aus Biokunststoffen her. Bis 2030 möchte das Unternehmen für seine Spielsachen zu 100 % nachhaltige Materialien verwenden. 

Legokonkurrent will bis 2030 nachhaltig werden 

Barbie-Hersteller setzt auf Biokunststoffe 

Mit ihrem „Industrie 4.0“-Lösungsangebot erfährt die Wittmann Gruppe eine positive Resonanz im Markt. Dabei wird die Spritzgießmaschine virtuell zur intelligenten Arbeitszelle erweitert.

Mit Industrie-4.0-Lösungen den Nerv der Zeit getroffen: Michael Wittmann, Geschäftsführer der gleichnamigen Unternehmensgruppe

16:9

Wittmann sieht sich als One-Stop-Shop-Anbieter weiter in einer guten Position

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Doriat, Clemens, Dr.

Messe K-Kunststoffmesse

Kunststoff Werkstoffe

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Energieeffizienz

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Ressourcenmanagement

Produktion

Sofort einsatzbereit

Kunststoffe sprach mit Mercedes Alonso von Neste, über die vielversprechendsten Technologien für chemisches Recycling. Im Interview verrät sie außerdem, wieso Neste Lebensmittelrückstände für die Kunststoffproduktion kauft.

Mercedes Alonso ist seit September 2019 Executive Vice President for Renewable Polymers and Chemicals bei Neste. Gleichzeitig wurde sie Geschäftsführerin der neu gegründeten deutschen Tochter Neste Germany.

Interview mit Mercedes Alonso, Vorstandsmitglied bei Neste

Streifinger, Florian

Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

„Chemisches Recycling ist noch nicht reif für den kommerziellen Einsatz“

Die Einreichungsphase für den Deutschen Verpackungspreis ist gestartet. Noch bis zum 15. Juni können Innovationen und beste Lösungen rund um die Verpackung bei der vom Deutschen Verpackungsinstitut e.V. (dvi) organisierten Leistungsschau eingereicht werden.  

Verleihung im September in Berlin 

Kunststoff-Verpackungsmaschine

Ausschreibung Deutscher Verpackungspreis 2020 

Formänderungsstrukturen können ihre Gestalt unter dem Einfluss externer Stimuli verändern. Die Formänderung ist selbstinduziert, benötigt also keine Energiezufuhr. Noch nachhaltiger ist das, wenn die Bauteile aus Biokunststoffen hergestellt werden.

Prototyp eines wettersensitiven formändernden Fassadensystems

Biokunststoffe für Formänderungsstrukturen

Polylactid

Thermoplaste

Additive Fertigung

Gestaltwandler mit grünem Herzen

Polylactid ist ein Biokunststoff und hat seinen Ursprung in Pflanzenstärke.

Polylactid ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff und basiert auf der natürlich auftretenden Milchsäure.

Polylactide sind innerhalb der Biokunststoffe die Werkstoffgruppe mit dem zweitgrößten Mengenpotenzial. Grundstoff für PLA ist die Milchsäure. Im Verpackungsmarkt ist es der wichtigste Biokunststoff, da PLA in großen Mengen verfügbar ist und sich gut verarbeiten lässt.

Polylactid (PLA) ist ein auf nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr oder Mais basierender Polyester. Der aus Milchsäuremolekülen aufgebaute Werkstoff gehört zu den bioabbaubaren Kunststoffen – allerdings nur im industriellen Maßstab. Denn in der Natur finden sich die dafür notwendigen Bedingungen nicht.

Ein anderer Name für PLA ist Polymilchsäure. Es gibt zwei stereo-isomere Varianten der Milchsäure (L-Lactid und D-Lactid), daher gibt es auch zwei Polylactid-Varianten:

<ul><li>Poly-D-Lactid (PDLA)</li><li>Poly-L-Lactid (PLLA)</li></ul>

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

Polylactid-Herstellung aus Pflanzenstärke

Polylactid wird überwiegend durch Fermentation aus einer Kohlenhydratquelle wie Maisstärke oder Zuckerrohr hergestellt. Fermentation bezeichnet im Allgemeinen die Transformation von biologischen Materialien mithilfe von Mikroorganismen wie Bakterien, Schimmelpilze oder Hefen. Diese wandeln die Kohlenhydratquelle in andere Stoffe um, zum Beispiel in Alkohol, Essig- oder Milchsäure.

Das geschieht in speziellen Bioreaktoren (Fermentern), in denen sich optimale Bedingungen (Temperatur, Nährstoffangebot, pH-Wert, Sauerstoffgehalt und andere) einstellen lassen. Unter diesen synthetisieren die Mikroorganismen großtechnisch Stoffe, die sich auf rein chemischem Wege nur schwer beziehungsweise gar nicht herstellen lassen. Das gilt nicht nur für Biokunststoffe, sondern auch für einige Produkte aus der Medizin, zum Beispiel Insulin und Penicillin.

Aber kommen wir zurück zu den Polylactiden: Deren biotechnologischer Herstellungsprozess ist mit einem gewissen verfahrenstechnischen Aufwand verbunden. Dieser bestimmt neben den Substratkosten auch im Wesentlichen die Herstellkosten sowie die Ökobilanz. Wobei insbesondere bei den Kosten in den vergangenen Jahren signifikante Reduzierungen erzielt wurden; die Preise für PLA liegen inzwischen unter 2 Euro/kg.

Polylactide-Herstellung erfolgt in vier Schritten

Die Polymilchsäure-Herstellung lässt sich grob in vier Schritte einteilen:

<ol><li>Substratkonditionierung</li><li>Milchsäurefermentation</li><li>Milchsäureisolierung</li><li>Synthese/Polymerisation</li></ol>

Im Rahmen der biotechnologischen Herstellung erfolgt zunächst eine Konditionierung und gegebenenfalls Vorbehandlung der Substrate, zum Beispiel eine (enzymatische) Hydrolyse von Pflanzenstärke. Eine Hydrolyse bezeichnet die Spaltung einer chemischen Verbindung durch eine Reaktion mit Wasser. Parallel dazu erfolgt im optimalen Falle eine Vorfermentation, die sogenannte Inokulation, in der sich zunächst die später milchsäureerzeugenden Mikroorganismen unter entsprechend optimierten Bedingungen, insbesondere hinsichtlich des Nährstoffangebots, vermehren. In der anschließenden Hauptfermentation erfolgt dann unter anaeroben Bedingungen und Zuführung des Substrates bei konstantem pH-Wert die Erzeugung der Milchsäure als Rohstoff. Anschließend gilt es die Milchsäure zu isolieren. Im letzten Schritt wird über eine Polykondensationsreaktion Polylactid erzeugt.

PLA ist transparent, kristallin, steif und besitzt hohe mechanische Festigkeit.

<ul><li>E-Modul bis 5000 MPa</li><li>Dichte 1,21 bis 1,43 g/cm³</li><li>Beständig gegenüber Ölen, Fetten und Alkohol</li><li>Empfindlich gegenüber UV-Strahlung</li><li>Zugelassen für Lebensmittel</li><li>Wasserdampfdurchlässig</li><li>Hohe Schlagzähigkeit</li><li>Geringe Wärmeformbeständigkeit</li></ul>

Bei den PLA-Werkstoffen fällt auf, dass viele Eigenschaften der Polylactide erfolgreich optimiert werden konnten. Sie verfügen insbesondere über hochwertige mechanische Eigenschaften und unterschiedliche Viskositäten. Demgegenüber steht jedoch die nach wie vor geringe Wärmeformbeständigkeit, weshalb PLA nur eingeschränkt für technische Anwendungen einsetzbar ist.

Polylactid kann mit den typischen thermoplastischen Verfahren (unter anderem Tiefziehen und Spritzgießen) verarbeitet werden. Zu beachten ist jedoch die relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahme, die für die meisten Anwendungen eine Vortrocknung voraussetzt.

Polylactid wird vor allem für Verpackungen eingesetzt, zum Beispiel Joghurtbecher, Dosen oder Getränkeflaschen. Hier ersetzt das Biopolymer zunehmend „klassische“ Kunststoffe wie Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP). Weitere Beispiele für PLA-basierte Verpackungsanwendungen sind Bio-Tragetaschen und Luftpolsterbeutel.

In der Landwirtschaft kommen PLA-Blends in Form von Mulchfolien zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Kunststofffolien, die der Abdeckung von Beeten oder Ackerfläche dienen. Mulchfolien aus Polyamid (PA) oder PE wären günstiger. Sie haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Nach der Ernte muss sie der Landwirt arbeitsaufwendig einsammeln, reinigen (lassen) und anschließend kostenaufwendig entsorgen. PLA-Folien dagegen können nach der Nutzung einfach untergepflügt werden.

Auch der menschliche Körper ist in der Lage, Polylactid abzubauen. Daher findet der Kunststoff in der Medizin zum Beispiel in Form von resorbierbaren Implantaten und Nahtmaterial Verwendung.

Implantate (Schrauben, Nägel, etc.) zur Stabilisierung von Knochenbrüchen sind so fest wie ihre Pendants aus einem herkömmlichen Thermoplasten. Da der Körper die PLA-Implantate jedoch selber abbauen kann, bedarf es keines zweiten chirurgischen Eingriffs zum Entfernen.

Polylactid ist zudem für das Tissue Engineering (Gewebekonstruktion beziehungsweise Gewebezüchtung) als Gerüstmaterial geeignet. Hierfür werden poröse Strukturen aus PLA-Fasern hergestellt, an die sich unterschiedliche Zell-Typen, abhängig von der Porengröße, anlagern können.

Auch beim Catering und im Büro finden sich Anwendungsbeispiele für PLA beziehungsweise PLA-Blends, unter anderem:

<ul><li>Wegwerfbestecke</li><li>Trinkbecher</li><li>Trinkhalme</li><li>Kugelschreiber</li></ul>

<ul><li>Polylactid ist eines der am häufigsten genutzten Materialien von 3D-Druckern, die nach dem FDM-Verfahren (Schmelzschichtung) arbeiten.</li><li>Der Recycling-Code für Polylactid ist 07.</li><li>Die in Deutschland erste Pilotanlage für die Herstellung von Polylactid wurde 2011 in Betrieb genommen.</li><li>PLA-Mikroplastik führt bei der Gemeinen Miesmuschel zu einer Proteinstoffwechselstörung.</li></ul>

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

[2] Baur E., Osswald T., Rudolph N.: Saechtling Kunststoff Taschenbuch, 31. Auflage, ISBN 978–3–446–43442–4, Carl Hanser Verlag, München (2013)

[3] <a href="https://dol.dl.uni-leipzig.de/servlets/MCRFileNodeServlet/PGSToxi_derivate_00000644/Abschlussarbeit%20PGS%20Irina%20Pikul.pdf" target="_blank">https://dol.dl.uni-leipzig.de/servlets/MCRFileNodeServlet/PGSToxi_derivate_00000644/Abschlussarbeit%20PGS%20Irina%20Pikul.pdf</a>

[4] <a href="https://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/11682/1537/1/jacobsen.pdf" target="_blank">https://elib.uni-stuttgart.de/bitstream/11682/1537/1/jacobsen.pdf</a>Polylactide sind neben Stärkeblends derzeit innerhalb der Biokunststoffe die Werkstoffgruppe mit dem größten Mengenpotenzial. Grundstoff für PLA ist die Milchsäure.

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

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

Polylactid (PLA)

Grundlagen und Wissenswertes zu Polylactid | Definition ✓ Herstellung ✓ Eigenschaften ✓ Verarbeitung & Anwendung ✓ ► Erfahren Sie jetzt mehr!

Polylactid (PLA) | Grundwissen | Basics Kunststoffe

<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>