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Biokunststoffe - Biobasierte Kunststoffe

Polylactid (PLA)

Auszug aus

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

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].

Typen

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.

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.

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 (© NatureWorks)

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 (© NatureWorks)

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.

Auf einen Blick [1]:

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

Anwendungsgebiete

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.

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

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

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) .

Auszug aus

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
Literaturhinweis

[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)

Weiterführende Information
  • Biokunststoffe - Definition

    Biobasierte Kunststoffe

    „Biobasiert“ ist eine Werkstoff- und zugleich eine Produkteigenschaft. Sie beschreibt, dass die Kohlenstoffatome aus der Natur entnommen, also „bio“ sind. Biobasierte Kunststoffe können vollständig oder teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen.   mehr

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