Woraus bestehen abbaubare Kunststoffe

• ·         Stärke
• ·         Weizen
• ·         Mais
• ·         Zucker aus Zuckerrüben
• ·         Pflanzenöle aus Raps

Unterschied zwischen Kunststoff und abbaubaren Kunststoffen

Kunststoff:

• Kunststoffe verrotten nur sehr langsam. Die nicht fachgerechte Beseitigung von Kunststoffabfällen wird daher mit dem steigenden Kunststoffverbrauch zu einem Problem.
• Verrottung nach 350-500 Jahren

Abbaubare Kunststoffe:

·         Verrottung nach 90 Tagen bis hin zu 15 Jahren

·         Keine Schadstoffe

·         Sie enthalten keine Zusätze wie Weichmacher oder Stabilisatoren

·         Die Rohstoffe wachsen in der Natur immer wieder nach, keine Rohstoffknappheit

Rohstoffe und Biokunststofftypen

Stärke und Stärkeblends

·         Hauptartikel: Thermoplastische Stärke und Stärke

o   Die Rohmasse wird von Beiprodukten wie Proteinen, Pflanzenölen und Pflanzenfasern gereinigt und entsprechend für die Nutzung vorbereitet.

·        Herstellung und Gewinnung:

o    Hinzufügen von Weichmachern und Plastifizierungsmitteln wie Sorbit und Glycerin.

o    Durch unterschiedliche Konzentration dieser natürlichen Additive wird dann die Verarbeitbarkeit verbessert und die sogenannte thermoplastische Stärke (TPS) gewonnen.

o    Weiter verarbeitet zu den Stärkeblend (Pharmainudstrie)

Celluloseprodukte

·         natürliches Biopolymer aus Zuckermolekülen dar.

o    Baumwolle fast 95 Prozent

o    Hanf 75 Prozent

o    Hartholz 40 bis 75 Prozent

o    Weichholz 30 bis 50 Prozent

·         Herstellung und Gewinnung:

o    Cellulose ist in den Zellwänden der Pflanzen in genügender Menge verfügbar. Bei der Verarbeitung wird zunächst durch Veresterung der Hydroxylgruppen das sogenannte Primäracetat gewonnen

o    weiteren Schritt mittels partieller Hydrolyse zum Sekundäracetat weiterverarbeitet wird

o    daraus entsteht ein transparenter Duroplast

Polymilchsäure (PLA)

·        Hauptartikel: Polymilchsäure

o    Die Polymilchsäure (Polylactid, PLA) entsteht durch Polymerisatio von Milchsäure, die wiederum ein Produkt der Fermentation aus Zucker und Stärke durch Milchsäurebakterien ist.

o    Weitere Eigenschaften können durch Copolymer wie Glykolsäure erreicht werden.

·         Entstehung und Gewinnung

o   Durch Fermentation erzeugen Milchsäurebakterien aus Zucker die Glycolsäure. In der Natur bildet diese Säure eine Ringstruktur (cyclisierte Esterbildung).

o   Um daraus den Biokunststoff zu erzeugen, muß die Ringstruktur unter Verwendung eines Katalysators und Temperaturen von 140 – 180°C geöffnet werden

o   Durch Compoundierung, Zugabe von unterschiedlichen Additiven, kann man gebrauchsfertige PLA-Blends mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen.

Polyhydroxyalkanoate, speziell Polyhydroxybuttersäure (PHB)

·        Hauptartikel: Polyhydroxyalkanoate und Polyhydroxybuttersäure

o   auf Basis von Zucker und Stärke hergestellt werden

o   Synthese ist jedoch auch aus anderen Nährstoffen wie Glycerin und Palmöl möglich

Weitere Biopolymere

·         Lignin-Kunststoff

o    Arboform

§  Hauptbestandteile von Holz

§  besteht aus hochkomplexen Makromolekülen (Polymeren)

·         für Konsumgüter und in der Automobilbranche

·         Herstellung und Gewinnung:

o    Das aus drei verschiedenen Monomerbausteinen bestehende Biopolymer hat einen langen Weg hinter sich, bis es von der Biokunststoffindustrie entdeckt wurde

o    Durch Beimengen von Naturfasern wie Cellulose, Hanf oder Flachs wird ein Biokunststoff (z.B. Arboform ®) erzeugt, welches beliebig formbar und härter als Holz ist.

·         Chitin

o    Chitin, welches aus Krabbenschalen gewonnen wird, besteht aus mehreren Monomeren

o    Um es für die Industrie nutzbar zu machen, muss es zu Chitosan modifiziert werden

·         Chitosan

o    Ist ein Biopolymer, ein natürlich vorkommendes Polyaminosaccharid

§  für Fasern, Schaumstoffe, Membranen und Folien

·         Herstellung und Gewinnung:

o    Krabbenschalen zunächst bei 80°C getrocknet und durch Zugabe von Natronlauge von Proteinen gereinigt. Dabei bildet sich Natriumacetat und das Chitin.

o    Man gewinnt so aus 15 gr. Krabbenschalen nur 3 gr. Chitin. Durch eine alkalische Hydrolyse wird das Chitin zum Chitosan umgewandelt. Auf diese Weise gewinnt man schließlich 1,5 gr. Chitosan. Zu diesem wird Essigsäure beigemengt, um die Eigenschaften eines Kunststoffes zu erzeugen.

·         Verwendung:

o    in der Medizintechnik (Wundheilung, Orthopädie, chirurgische Fäden, Depotwirkung bei Medikamenten, Kapseln für Medikamente)

o    in der Kosmetik (Feuchtigkeitscreme, Haarverfestiger, Zahnpasta)

o    als Nahrungsergänzungsmittel (Fettfalle /Schlankheitsmittel)

o    in der Landwirtschaft (Coating von Saatgut, fungistatische Wirkung, wachstumshemmend für Bakterien)

o    in biologischen Kläranlagen (Verbesserung der biologischen Klärstufe)

o    in Farben (als Zusatzstoff)

Historische Entwicklung von abbaubaren Kunststoffen

• ·         Die historische Entwicklung der Biokunststoffe reicht bis zu den Anfängen der modernen Polymerchemie zurück und ist somit deutlich älter, als es die erst in den letzten Jahrzehnten intensivierten Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zunächst vermuten lassen. Die ersten in technischem Maßstab für den Massenmarkt produzierten Kunststoffe waren sowohl biobasiert, als auch biologisch abbaubar / kompostierbar. Der Beginn der technischen Produktion von Celluloid aus Cellulose und Campher ab 1869 stellt somit gleichzeitig den Ausgangspunkt der Entwicklung von Biokunststoffen dar.
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• ·       Jahr 1917 entdeckte der deutsche Chemiker Hermann Staudinger die „hochmolekulare Verbindungen“, welche Bestandteile der Kunststoffe sind. Ab diesem Zeitpunkt kam es weltweit zu einem „Plastikboom“. Aber schon nach kurzer Zeit wurde klar, daß diese Kunststoffe aufgrund ihrer schlechten Abbaubarkeit die Natur erkennbar belasten
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• ·        Ab 1923 folgte mit Cellophan („Zellglas“) ein weiterer, hauptsächlich zur Herstellung von Verpackungsmaterialien eingesetzter, biobasierter und biologisch abbaubarer / kompostierbarer Kunststoff, der im technischen Maßstab produziert wurde
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• ·       Die 1924 erstmals auf biologisch-chemischem Wege zur technischen Verwendung synthetisierte Polyhydroxybuttersäure konnte dagegen zu dieser Zeit nicht den Status der kommerziellen Produktion erreichen
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• ·       Die technische Entwicklung biobasierter, biologisch abbaubarer / kompostierbarer Kunststoffe wurde in Forschung und Entwicklung ab 1980 vor dem Hintergrund einer stärkeren argumentativen Gewichtung von Nachhaltigkeitsaspekten wie einer erneuerbaren Rohstoffbasis und „geschlossene[n] Stoffkreisläufe[n]“ eingeläutet
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• ·      Jüngste Entwicklungen zeigen eine Tendenz hin zu beständigen Kunststoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Vor dem Hintergrund einer „Limitierung […] petrochemische[r] Rohstoffe“ sollen diese Biokunststoffe der 3. Generation Anwendung in Bereichen finden

Wann sind Anwendungen von biologisch abbaubaren Werkstoffen prinzipiell sinnvoll?

·         Wenn die Funktion des biologischen Abbaus verlangt wird, z.B. Kompostbeutel, Gittertöpfe.

·       Wenn der biologische Abbau vorgeschrieben wird, z.B. Friedhofsartikel.

·       Wenn konventionelles Recycling aufwendig, schwierig oder nicht möglich ist, eine Wiederverwertung aber gefordert ist, z. B. (Lebensmittel-) Verpackungen, Fast Food Artikel, Hygieneprodukte wie Windeln, Damenbinden, Inkontinenzartikel etc.

·       Wenn die besonderen Eigenschaften des Material zu ökonomisch günstigen Lösungen führen können, z.B. Coextrusion von Stärkeblends als Sauerstoffbarriere.

Welche arten von abbaubaren Kunststoffen es gibt (abbaubare Kunststoffe)

·         Biologisch abbaubare Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

o   Biologisch abbaubare Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen pflanzlichen Ursprungs

§  Werden aus Modifikation pflanzlicher Rohstoffe gewonnen

o   Biologisch abbaubare Biokunststoffe mikroorganismischer Synthese

§  synthetisierbaren Biokunststoffe

·         besteht aus Polymilchsäure

o   Biologisch abbaubare Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen tierischen Ursprungs

·         Besteht aus „Chitin und Chitosan aus Krabbenschalen“

o   Biologisch abbaubare Biokunststoffe aus fossilen Rohstoffen

Besteht aus verschiedenen Polyester, Polyamide und Copolymere aus unterschiedlichen Monomereineiten