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

Der Begriff Biokunststoff ist mehrdeutig, denn er bezeichnet sowohl biobasierte als auch bioabbaubare Polymere.

Wie bio ist Kunststoff? Ein Biopolymer, auch Biokunststoff oder Bioplastik genannt, ist ein Polymerwerkstoff, der mindestens eine der folgenden Voraussetzungen erfüllt:

<ul><li>Er besteht aus biobasierten (nachwachsenden) Rohstoffen wie beispielsweise Biokunststoff aus Zuckerrohr oder Biokunststoff aus Maisstärke und/oder</li><li>er verfügt über eine biologische Abbaubarkeit.</li></ul>

Was sind die Eigenschaften von Biokunststoffen?

Der Begriff „Biopolymer“ oder „Biokunststoff“ bezeichnet sowohl Polymere, die aus nachwachsenden („biobasierten“) Rohstoffen hergestellt werden, als auch solche Kunststoffe, die biologisch abbaubar sind. Das eine hat aber mit dem anderen nicht zwangsläufig etwas zu tun. Denn biologisch abbaubare Kunststoffe können sowohl auf nachwachsenden Rohstoffen als auch auf petrochemischen Rohstoffen basieren. Die Abbaubarkeit der Werkstoffe wird am Ende durch ihre chemische und physikalische Mikrostruktur und nicht durch den Ursprung der eingesetzten Rohstoffe oder ihren Herstellungsprozess beeinflusst.

Bei <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/biobasierte-kunststoffe-264461" target="_blank">biobasierten Kunststoffen</a>, wie z.B. Biokunststoff aus Zuckerrohr, wird das Material oder Produkt aus Biomasse (zumeist pflanzlich) erzeugt. Als Ausgangsstoffe dienen vor allem Stärke und Cellulose als Biopolymere von Zuckern. Mögliche Ausgangspflanzen sind auch stärkehaltige Pflanzen wie Mais oder Zuckerrüben sowie Hölzer, aus denen Cellulose gewonnen werden kann. Weitere Rohstoffe für die Herstellung von biobasierten Kunststoffen sind Chitin und Chitosan, Lignin, Casein, Gelatine, Getreideproteine und Pflanzenöl. Abhängig von ihrer Zusammensetzung, dem Herstellungsverfahren und Beimischung von Additiven ändern sich Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeformbeständigkeit und chemische Beständigkeit.

Was ist „biologisch abbaubarer Kunststoff“?

Biologisch abbaubar ist ein Kunststoff, wenn er einen chemischen Prozess durchläuft, bei dem in der Umwelt vorhandene Mikroorganismen das Material in natürliche Substanzen wie z.B. Wasser, Kohlendioxid (CO2) und Kompost umwandeln. Der Prozess des biologischen Abbaus hängt von den Umweltbedingungen, wie Ort und Temperatur, vom Material und den Anwendungen ab.

Biokunststoffe lassen sich in drei grundsätzliche Biopolymergruppen unterteilen:

1. Beispiele für biologisch abbaubare Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen:

<ul><li>Polycaprolactone (PCL),</li><li>Polybutylenadipat-Terephthalat (PBAT)</li><li>fossilbasiertes Polybutylensuccinat (PBS)</li></ul>

2. Beispiele für biobasierte und biologische abbaubare Kunststoffe:

<ul><li>Polylactid Acid (PLA)</li><li>Polyhydroxyalkanoate (PHA)</li><li>thermoplastische Stärke (TPS)</li></ul>

3. Beispiele für biobasierte Kunststoffe, die nicht biologisch abbaubar sind:

<ul><li>hochsubstituierte Celluloseacetate (CA),</li><li>Biomassebasiertes Polyethylen (Bio-PE)</li><li>Polyethylenfuranoat (PEF)</li></ul>

Aufgrund der Fülle der verschiedenen Werkstoffe lässt sich diese Frage kaum beantworten. Im Prinzip können Biokunststoffe die gleichen Eigenschaften haben wie herkömmliche Polymere. Viele am Markt verfügbare Qualitäten sind jedoch noch nicht für Hochleistungsanwendungen geeignet.

Was sind die Anwendungsbereiche von Biokunststoffen?

Wo wird Bioplastik aus Zuckerrohr verwendet? Welchen Einfluss hat die Biopolymergruppe auf die Anwendung? Auch bei Biokunststoff-Produkten wird zwischen biobasierten und biologisch abbaubaren unterschieden.

a) Biologisch abbaubare Kunststoffe werden natürlich vor allem dort verarbeitet, wo diese spezielle Eigenschaft gefragt ist, zum Beispiel bei der Produktion von Folien für die Landwirtschaft. Aufgrund der biologischen Abbaubarkeit von Biokunststoffen finden diese Materialien ansonsten vor allem im Verpackungsbereich Verwendung. Am verbreitetsten sind mittlerweile wohl die einfach aufgeschäumten duroplastischen Verpackungschips, die auf der Basis von Stärke hergestellt werden. Daneben gibt es aber noch viele weitere Verpackungsprodukte aus kompostierbaren Biokunststoffen, die vor allem in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie zum Einsatz kommen. Ebenso wird Biokunststoff für die Herstellung von Schalen für Gemüse, Obst, Eier und Fleisch oder von Behältnissen für Getränke und Molkereiprodukte verwendet.

b) Im Bereich der Medizin und der Pharmazie liegt der Fokus der Entwicklung von Biokunststoffprodukten vor allem auf der Resorbierbarkeit der Produkte. So sollen Nahtmaterialien, Schrauben, Kleber oder Implantate vom Körper nach der Nutzungsphase abgebaut und resorbiert werden, um weitere Operationen oder Eingriffe überflüssig zu machen. Entsprechend kommen hier besonders hochwertige Biokunststoffe und bioabbaubare Kunststoffe zur Anwendung. PLA und deren Copolymere sowie das abbaubare Polycaprolacton werden entsprechend zu Nahtmaterialien und chirurgischen Schrauben, Nägeln und Platten verarbeitet. Die wasserempfindliche und schnell auflösende thermoplastische Stärke wird neben Gelatine als Kapselmaterial von Arzneimitteln verwendet. Für Implantate können Materialien mit unterschiedlichen Resorptionszeiten genutzt werden, die dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend eingesetzt werden. [2]

c) Der Einsatz von biobasierten Materialien wird zum einen durch die verfügbaren Mengen begrenzt, zum anderen durch die verfügbaren Qualitäten. Sie werden zum Beispiel im Automobilbau im Sandwichverfahren verbaut. Dabei besteht der Kern eines Bauteils aus biobasiertem Polymer, das mit einer Schicht eines (in Bezug auf Optik, Haptik, Verschleißfestigkeit oder Funktionalisierung) hochwertigeren herkömmlichen Materials überzogen wird.

Der Biokunststoffanteil beträgt aktuell nur wenige Prozent in der weltweiten Kunststoffproduktion. Biokunststoffe stehen oft in der Kritik, da bis heute keine entsprechenden Werkstoffströme für das Recycling installiert sind. Auch die Eignung für Lebensmittelkontakt wird kritisch gesehen.

Ohne spezifische Recyclingverfahren (Stoffstrom), kann Biokunststoff nicht recycelt (werkstofflich verwertet) werden. Das Recycling von Biokunststoffen bleibt also schwierig, zumal biologisch abbaubare Kunststoffe eine längere Verweildauer in den Rotteanlagen brauchen als etwa Küchenabfälle. [1]

Kunststoffe aus biobasierten Rohstoffen sind nicht unbedingt umwelt- oder klimafreundlicher als fossilbasierte Kunststoffe. Während konventionelle Kunststoffe in der Regel mehr Treibhausgase verursachen, werden die nachwachsenden Rohstoffe der Biokunststoffe teilweise auf landwirtschaftlichen Flächen angebaut. Damit kann der Anbau in Konkurrenz zur Nahrungsversorgung stehen. [1]

Die Europäische Kommission hat sich zum Ziel gesetzt, Klarheit in die Biokunststoff-Debatte zu bringen. Im Rahmen der Implementierung des Europäischen Aktionsplans Kreislaufwirtschaft soll klar geregelt werden, welche Kunststoffe als „kompostierbar“ oder „biologisch abbaubar“ gelten dürfen und wie die Entsorgung erfolgen soll. Weiterhin will die Kommission Begriffe wie “biobasiert”, “bioabbaubar” genau definieren und eine Lebenszyklusanalyse ausarbeiten, um zu ermitteln, wann welche Biokunststoffarten vorteilhaft sind. [1]

[1] <a href="https://www.wwf.de/themen-projekte/landwirtschaft/bioenergie/bioplastik" target="_blank">https://www.wwf.de/themen-projekte/landwirtschaft/bioenergie/bioplastik</a>

[2] <a href="https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Biokunststoff" target="_blank">https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Biokunststoff</a>

[3] <a href="https://www.kunststoffe.de/a/fachartikel/klimawandel-staerkt-nachfrage-311500" target="_blank">Klimawandel stärkt Nachfrage, Kunststoffe 10/2019, S. 134–141</a>

[4] <a href="https://www.kunststoffe.de/a/fachartikel/mit-biokunststoffen-zur-zukunftsbranche-252794" target="_blank">Mit Biokunststoffen zur Zukunftsbranche, Kunststoffe 01/2021, S. 44–49</a>

[5] Siebert-Raths A., Endres H.-J.: Technische Biopolymere, Carl Hanser Verlag München 2009, ISBN 978–3–446–41683–3, Bild 1.8, Seite 6

Als Biokunststoffe gelten sowohl jene Polymere, die aus Nachwachsenden Rohstoffen bestehen (biobasiert sind), als auch petrobasierte, die biologisch abbaubar sind

Was sind Biokunststoffe

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