Biobasierte Kunststoffe können in langlebigen und recycelbaren Anwendungen große Mengen an CO2 speichern und einen echten Beitrag zum Klimaschutz leisten. Entsprechendes Produktdesign und eine funktionierende Kreislaufwirtschaft vorausgesetzt, könnte die Kunststoffbranche zu einer Schlüsselindustrie einer grünen Wirtschaft werden.

Möbel und Einrichtungsgegenstände mit langer Nutzungsdauer sind prädestinierte Anwendungen für Biokunststoffe

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Wie biobasierte Kunststoffe zur langfristigen Speicherung von CO2 beitragen können

Kunststoffe, biobasiert

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Biokunststoffe

Recycling

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Kunststoffe, bioabbaubar

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Mit Biokunststoffen zur Zukunftsbranche

Covestro will den PUR-Baustein Anilin künftig auf Basis von pflanzlicher Biomasse statt aus petrochemischen Rohstoffen gewinnen.

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Polyurethan

PUR-Baustein Anilin bald biobasiert?

Fast 700 Unternehmen quer durch die Kunststoff-Wertschöpfungskette sind europaweit bereits Teil von Operation Clean Sweep (OCS) und tragen dazu bei, das Aufkommen von Kunststoffgranulaten in der Umwelt zu verringern. Dies geht aus dem nun veröffentlichten OCS-Fortschrittsbericht von Plastics Europe hervor.

Der jetzt erschienene Fortschrittsbericht informiert über das bisher Erreichte des OCS-Programms

Fluorkunststoffe

Thermoplaste

Standardkunststoffe

Technische Kunststoffe

Füllstoffe für Kunststoffe

Verbände

kunststoffe.de

Hochleistungskunststoffe

PlasticsEurope veröffentlicht Bericht von Operation Clean Sweep

Die digitale Messe D-Expo Kunststoff des Carl Hanser Verlags startet am 10. November mit drei Live-Tagen. Viele branchenbekannte Aussteller und Institutionen unterstützen das Event rund um die Kunststofftechnik u.a. mit Vorträgen oder Interviews im Auditorium.

Raum für Interaktion zwischen Besuchern und Ausstellern: Die Lobby der D-Expo Kunststoff vom Carl Hanser Verlag

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Kunststoffverarbeitung

Lohnfertigung

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Kunststoffhandel

Handel

Betriebstechnik für Kunststoffverarbeitung (Peripherie)

D-EXPO Kunststoff startet am 10. November 2020

Gewichts- und Kosteneinsparungen sind in der Luftfahrt stark gefordert. Das gilt nicht nur für verbaute Komponenten, sondern auch für Nutzgegenstände wie Tabletts. Eine Möglichkeit, das Gewicht zu reduzieren, stellen Polymerschäume dar. Allerdings lässt bei ihnen oft die Oberflächengüte zu wünschen übrig. Mit den richtigen Anpassungen können jedoch hochwertige Oberflächen erzeugt und auch noch die Ökobilanz deutlich verbessert werden.

Die Tabletts der Lufthansa bestehen gegenwärtig aus ABS. Durch ein geschäumtes PP-Compound können die Kosten verringert und die Ökobilanz verbessert werden

Polypropylen-Integralschaum ersetzt ABS

Schaumspritzgießen

Spritzgießen

Compound

Schaumstoffe und Vorprodukte

Kunststoffe

Photonik

Optik

Schaumstoffe

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Mit geringerem CO2-Fußabdruck  servieren

Bioabbaubare Kunststoffe werden als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen angepriesen. Für ihren Abbau sind allerdings häufig ganz bestimmte Bedingungen notwendig. Welche das konkret sind und wie sich verschiedene Verarbeitungsarten sowie chemische Veränderungen auswirken, ist noch nicht hinreichend erforscht. In einem Forschungsprojekt wurde das nun für geschäumtes und ungeschäumtes chemisch modifiziertes Polylactid (PLA) untersucht.

Wie sich die Modifizierung von PLA auf die Bioabbaubarkeit des Polymers auswirkt, war bisher noch nicht ausreichend untersucht

Lassen sich auch chemisch modifizierte PLA-Schäume biologisch abbauen?

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Polylactid

Auf den Kompost, statt in den Müll

Biopolymere sind in Reinform nur schlecht zu verarbeiten. Zur Blasfolienextrusion des Biokunststoffs PHBV müssen diesem etwa Weichmacher beigemischt werden. Der Einsatz konventioneller Additive macht jedoch oft den Umweltgedanken zunichte. Durch die Verwendung eines bioabbaubaren Weichmachers auf Basis von Zitronensäure ist es möglich, kompostierbare Blasfolien mit einem Anteil von nahezu 70 % PHBV herzustellen.

Der Einsatz bioabbaubarer Kunststoffe ist bei Agrarfolien besonders wichtig, da sich die Folien nach der Nutzung nur schwer wieder einsammeln lassen. Deshalb verbleiben häufig Rückstände von ihnen im Boden

Citrate ermöglichen die Blasfolienextrusion von PHBV, ohne die Abbaubarkeit zu beeinflussen

Weichmacher

Additive

Blasfolienextrusion

Bioabbaubar trotz Additiven

Biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe konnten sich bereits an einigen Stellen als umweltfreundlichere Alternativen zu Kunststoffen mit fossiler Herkunft etablieren. Für den ganz großen Durchbruch müssen vorher aber noch einige Probleme beseitigt werden.

Gerade Hersteller von Lifestyle-Produkten wie Mode suchen nach biologischen Kunststoffalternativen, etwa biobasiertem EVA-Schaum, um ihre Produkte positiv vermarkten zu können

Messe K-Kunststoffmesse

Wiederaufbereitung

Klimawandel stärkt Nachfrage

Auch bei Partikelschäumen steigt das Interesse am Einsatz von Biopolymeren. Dass sich Sintern und Schweißen der Schaumpartikel auch mit Blends aus Polylactid (PLA) und Polyhydroxybutyrat-co-Valerat (PHBV) durchführen lässt, zeigt ein Forschungsprojekt.

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Blends aus PLA und PHBV können expandiertes Polystyrol ersetzen

Blend

Biobasierte Polymeralternativen für  Partikelschäume

Ab sofort bietet Bio-FED Compounds auf PLA-Basis an. Sie lassen sich sowohl spritzgießen als auch im Extrusionsprozess und im Tiefziehen verarbeiten.

Verpackungen für Kosmetikprodukte sind eines der Anwendungsgebiete für die biobasierten Compounds

Biobasierte Compounds

Alternativen aus PLA für Verpackungen

Für die additive Fertigung von auxetischen Strukturen sind spezielle Materialeigenschaften notwendig. Modifiziertes PLA lässt sich im Strangablegeverfahren zu entsprechenden Bauteilen verarbeiten. Blends aus PLA und PBAT bieten sich dafür besonders an.

Auxetische Strukturen lassen sich kostengünstig additiv fertigen, beispielsweise im Strangablageverfahren

Bio-Blends für den 3D-Druck von auxetischen Strukturen

Verfahren für die additive Fertigung

Additive Fertigung

Modifiziert, biobasiert und 3D-druckbar

Nachhaltige Werkstoffe werden zunehmend auch in der Faserverbundindustrie nachfragt. Ein neu entwickeltes biobasiertes Polyesterharz ermöglicht nun den Ersatz von petrochemischen Harzen ohne deutlich höhere Kosten und ist dabei sowohl für Flüssigharz-Anwendungen wie auch für SMC-Formulierungen geeignet.

UD- und Gewebelaminate aus Flachsfaser lassen sich mit Polyvertec 3830 ebenfalls fertigen

Duromere aus nachhaltigen Rohstoffen für Faserverbundbauteile

Polyester

Duroplastische Werkstoffe

Duroplaste

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Biobasierte Alternative zu  petrochemischen Polyesterharzen

Leichtbau ist eine Möglichkeit, den CO2 -Ausstoß etwa von Fahrzeugen zu reduzieren. Auch bei den eingesetzten Materialien lässt sich der CO2 -Verbrauch durch den Einsatz von Biokunststoffen verringern. Die Entwicklung eines biobasierten duroplastischen Materials zeigt, dass sich Biokunststoffe für die Herstellung von SMC-Halbzeugen eignen.

Als Demonstrator wurde ein Heckspoiler gefertigt. Die Herstellung des Bauteils zeigte, dass das teilweise biobasierte Halbzeug sehr gute Fließeigenschaften aufweist. Auch das Füllen komplexer verrippter Strukturen ist unter konventionellen Verarbeitungsparametern möglich

Duroplast mit geringerer Dichte auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen

Composite-Halbzeuge

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Halbzeuge und Zwischenprodukte spanend

Halbzeuge und Zwischenprodukte spanlos

Leichter mit Biokunststoff

Aufgrund ihrer sehr unterschiedlichen Schüttgewichte und Eigenschaften ist die Mischung von Polylactid (PLA) mit Holzmehl als Füllstoff nicht einfach umzusetzen. Durch ein neues Verfahren mit einem Planetwalzenextruder konnte Entex ein Spritzgießmaterial aus PLA mit 50% Holzmehlanteil herstellen.

Das PLA-Compound mit 50 % Holzmehlanteil konnte erfolgreich auf dem Planetwalzenextruder von Entex hergestellt werden 

Aufbereitung von PLA mit 50 % Holzmehlanteil ohne Vormischen

Extrusion

Extruder

Extrusionsanlagen

Compoundieren

Direkt zum hochgefüllten Biokunststoff

Die Idee hinter bioabbaubaren Kunststoffen ist einleuchtend: Sind Polymere biologisch abbaubar, zersetzen sich in die Umwelt gelangte Kunststoffabfälle dort selbstständig. In der Praxis lässt sich das leider nicht so einfach umsetzen. Ein Überblick über die unterschiedlichen bioabbaubaren Kunststoffe und deren Eigenschaften.

Bioabbaubare Kunststoffe sind immer wieder im Gespräch für Einwegkunststoffartikel wie Becher und Besteck, die häufig in die Umwelt gelangen 

Polymerüberblick bioabbaubare Kunststoffe

Wo zerfällt er denn, der Kunststoff?

Forscher der Universität Konstanz präsentieren neuen Biokunststoff, der kristallin und dennoch kompostierbar ist.

Forscher der Universität Konstanz schaffen wichtige Voraussetzungen für eine nachhaltige Kunststoffwirtschaft: Sie präsentieren einen neuen Kunststoff mit hoher mechanischer Stabilität, der dennoch recycelbar und sogar kompostierbar ist.

Wie können Kunststoffe so gestaltet werden, dass ihre positiven Materialeigenschaften erhalten bleiben, sie aber gleichzeitig besser rezykliert werden können? Diese und andere Fragen zur Umweltverträglichkeit von Kunststoff-Materialien erforscht der Chemiker Stefan Mecking in seiner Arbeitsgruppe an der Universität Konstanz. In einem Artikel in der <a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202213438" target="_blank">Fachzeitschrift Angewandte Chemie</a> stellte die Arbeitsgruppe vor kurzem einen neuen Polyester vor, der industriell gefragte Materialeigenschaften und gute Umweltverträglichkeit in einem Kunststoff vereint.

Kunststoffe bestehen bekanntlich aus langen Aneinanderkettungen eines oder weniger chemischer Grundbausteine, sogenannter Monomere. Kunststoffe, die sich durch eine hohe Kristallinität und einen wasserabweisenden Charakter auszeichnen und dadurch mechanisch hochbelastbar und beständig sind, sind weit verbreitet. Ein bekanntes Beispiel ist hochdichtes <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/polyethylen-pe-254120">Polyethylen</a> (HDPE), dessen Grundbausteine unpolare Kohlenwasserstoffmoleküle sind.

Was auf der einen Seite vorteilhaft für die Anwendungseigenschaften sein kann, birgt jedoch auch Nachteile: Das Recycling derartiger Kunststoffe – also die Rückgewinnung der Grundbausteine – ist sehr energieaufwendig und ineffizient. Gelangen die Kunststoffe unbeabsichtigt in die Umwelt, werden sie dort nur extrem langsam abgebaut.

Eine Strategie, die Mecking und seine KollegInnen bereits seit längerem verfolgen, um diese vermeintliche Unvereinbarkeit der Beständigkeit und Abbaubarkeit von Kunststoffen zu umgehen, ist der Einbau chemischer „Sollbruchstellen“ in ihre Materialien. Sie konnten bereits zeigen, dass dies die Rezyklierbarkeit von polyethylenartigen Kunststoffen deutlich verbessert.

Eine gute biologische Abbaubarkeit ist dadurch jedoch nicht automatisch gewährleistet. „Kunststoffe mit hoher Zähigkeit erreichen diese oft durch eine Ordnung in dichtgepackte, kristalline Strukturen“, erklärt Mecking. Die Kristallinität in Kombination mit dem wasserabweisenden Charakter bremse jedoch in der Regel die biologische Abbaubarkeit der Materialien stark, weil sie die Zugänglichkeit der Sollbruchstellen für Mikroorgansimen erschwert. Für den neuen Kunststoff, den die Forschenden nun vorstellen, gilt dies jedoch nicht.

Der neue Kunststoff („Polyester-2,18“) besteht aus zwei Grundbausteinen: einer kurzen Diol-Einheit mit zwei Kohlenstoffatomen und einer Dicarbonsäure mit 18 Kohlenstoffatomen. Beide Grundbausteine können leicht aus nachhaltigen Rohstoffquellen gewonnen werden. So ist beispielsweise der Ausgangsstoff für die Dicarbonsäure, die den Hauptbestandteil des neuen Polyesters ausmacht, pflanzlichen Ursprungs.

In seinen Eigenschaften ähnelt der Polyester denen von HDPE: Durch seine kristalline Struktur besitzt er zum Beispiel eine hohe mechanische Stabilität und auch Temperaturbeständigkeit. Gleichzeitig zeigten erste Versuche zur Rezyklierbarkeit, dass aus dem Material unter vergleichsweise milden Bedingungen seine Grundbausteine zurückgewonnen werden können.

Der neue Polyester besitzt jedoch eine weitere, eher unerwartete Eigenschaft: Trotz seiner hohen Kristallinität ist er biologisch abbaubar, wie Laborversuche mit natürlicherweise vorkommenden Enzymen und Tests in einer industriellen Kompostieranlage zeigten: Der Polyester konnte durch die Enzyme im Laborversuch innerhalb weniger Tage abgebaut werden.

Die Mikroorganismen in der Kompostieranlage benötigten etwa zwei Monate, sodass der Kunststoff sogar ISO-Kompostierungsnormen erfüllt. „Wir waren selbst über diese schnelle Abbaubarkeit erstaunt“, so Mecking, der ergänzt: „Natürlich lassen sich die Ergebnisse aus der Kompostieranlage nicht eins zu eins auf jede erdenkliche Umweltsituation übertragen. Sie belegen dennoch die biologische Abbaubarkeit des Materials und deuten darauf hin, dass es um ein Vielfaches weniger persistent ist als Kunststoffe wie HDPE, sollte es einmal unbeabsichtigt in die Umwelt gelangen.“

Sowohl die Rezyklierbarkeit des Polyesters als auch seine Bioabbaubarkeit unter verschiedenen Umweltbedingungen sollen nun noch weiter untersucht werden. Anwendungsmöglichkeiten für das neue Material sieht Mecking zum Beispiel im 3D-Druck oder bei der Herstellung von Verpackungsfolien. Hinzu kommen weitere Felder, in denen Kristallinität in Kombination mit Rezyklierbarkeit und Abbaubarkeit von Abrieb oder ähnlichen Materialverlusten wünschenswert ist.

Forschende stellen einen neuen Kunststoff mit hoher mechanischer Stabilität vor, der trotzdem gut recycelt werden kann und sogar kompostierbar ist.

2023-01-18 - Uni Konstanz

Neuer Kunststoff: Hochbelastbar und biologisch abbaubar

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. <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/was-sind-biokunststoffe-264458">Weiterlesen</a>