Biobasierte Kunststoffe werden immer bedeutender

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Zweite Generation biobasierter Kunststoffe zeigt Erfolg

Zwar beschäftigen sich Unternehmen und Institute seit über 30 Jahren mit dem Einsatz von Biopolymeren, doch die Produkte der ersten Generation waren nicht in der Lage, sich marktgerecht zu entwickeln, was nicht zuletzt an den ursprünglich fehlenden politischen Rahmenbedingungen lag. Inzwischen hat die zweite Generation dieser Werkstoffgruppe erfolgreich insbesondere im Verpackungswesen Einzug gehalten.

„Liegt der Fokus in der zweiten Generation der Biokunststoffe noch hauptsächlich im Einsatz abbaubarer Materialien, so ist der Einsatz der dritten Generation insbesondere den technischen Anwendungen vorbehalten”, sagt Werkstoffspezialist Tesch. Fossile Monomere werden gegen biobasierte substituiert: Es entstehen technische Polymere, die ganz oder teilweise biobasiert sind und ein Eigenschaftsprofil ähnlich ihren petrochemischen Pendants aufweisen.

Es ist jedoch nötig, Werkstoffeigenschaften für unterschiedlichste Anforderungen flexibel anpassen zu können. Während petrochemisch basierte Werkstoffe mit den entsprechenden Modifizierungen bereits von der Stange erhältlich sind, bestehen bei den biobasierten Polymeren noch Defizite. Zusätzlich stabilisierte Varianten für technisch hochwertige Anwendungen sind derzeit kaum erhältlich. Für künftige Entwicklungen biobasierter Materialien in technischen Anwendungen wird die Additivierung eine Schlüsselposition einnehmen. Aktuell weisen lediglich vereinzelte Veröffentlichungen und Materialentwicklungen auf diesen zunehmenden Trend im Bereich der Biokunststoffe hin. Damit öffnen sich in diesem Entwicklungsstadium der Biopolymere die Tore zu höherwertigen Anwendungen, die gesteigerte Materialkennwerte erfordern.

Einige biobasierte Materialien können konventionelle ersetzen

In der dritten Generation ist der Begriff Biokunststoff wie folgt definiert: Er muss auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, über eine biologische Abbaubarkeit verfügen oder eines der beiden Kriterien erfüllen. „Häufig werden auch die konventionellen petrochemisch basierten Polymere wie PP als Biopolymere bezeichnet“, weiß Tesch, „wenn sie mit einem Anteil an Naturfasern – NFK, naturfaserverstärkter Kunststoff oder Holzmehl – WPC, Wood Plastic Compound gefüllt sind. Dabei werde der Begriff Biopolymer jedoch unscharf und bedürfe einer Definition über die Höhe des Füllgrads, die die Bezeichnung Biopolymer rechtfertige. Grundsätzlich wird durch den Einsatz dieser Füll- und Verstärkungsstoffe der Anteil konventioneller Materialien reduziert, sodass sie lediglich als Trägermaterialien für die Verarbeitung der Produkte zum Einsatz kommen. Einige biobasierte Materialien, deren Anteil an nachwachsenden Rohstoffen mittlerweile einen hohen Prozentsatz betragen kann, können konventionelle Materialien erfolgreich ersetzen. Am Beispiel des auf Rizinusöl basierenden Polyamids verdeutlicht Tesch die Vorteile dieser Materialsysteme: „Sie liegen in einer reduzierten Feuchtigkeitsaufnahme und verbesserten Hydrolyse- und Chemikalienbeständigkeit. Ferner ist der Zusatz von Füll- und Verstärkungsstoffen möglich, sodass die mechanischen Eigenschaften und die Wärmeformbeständigkeit positiv beeinflusst werden.“

Einsatzfähigkeit erfordert aber auch Haltbarkeit. „Die Prognosen für die künftigen Produktionskapazitäten bestätigen den Trend weg von der biologischen Abbaubarkeit hin zum Einsatz biobasierter Materialien”, so Tesch. Dort besteht die Forderung, dass die Eigenschaften vergleichbar mit denen der bisher eingesetzten petrochemisch basierten technischen Kunststoffe sind. Deshalb werden vermehrt Drop-in-Lösungen entwickelt. Diese Werkstoffe besitzen von Haus aus das Potenzial, kommerzielle technische Kunststoffe 1:1 zu substituieren. Während Materialneuentwicklungen neben der Nachhaltigkeit und/oder Bioabbaubarkeit auch mit weiteren Materialvorteilen punkten können, zum Beispiel mit Oberflächenanmutung, Bedruckbarkeit ohne Vorbehandlung, Barriereeigenschaften, steht bei Drop-in-Kunststoffen die Minderung der CO₂-Emission im Vordergrund. Allein Marketingaspekte und Nachhaltigkeitsindizien reichen für eine Markteinführung jedoch nicht aus, diese muss nicht zuletzt auch über den Materialpreis erfolgen, der schlussendlich durch das Produktionsvolumen beeinflusst wird. Oft bedarf es der Betrachtung aller Prozessschritte, um ein Produkt erfolgreich im Markt zu platzieren.

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