Mulchfolien im Einsatz

Neben konventionellen werden zunehmend auch Mulchfolien aus biologisch abbaubaren Kunststoffen im Gartenbau und in der Landwirtschaft eingesetzt. CCPE-Forschende untersuchten ihr Abbauverhalten unter realen Umweltbedingungen und bewerteten den Einfluss von Feuchtigkeit, Boden und UV-Licht auf die Abbaugeschwindigkeit.

Ein biologisch abbaubares Kunststoffprodukt durchläuft während seiner Produktlebensdauer drei Alterungsphasen. Die erste Phase ist die Nutzungsphase. Sie ist geprägt durch eine möglichst volle Funktionsfähigkeit des Produktes. In der zweiten Phase findet die sogenannte Fragmentierung mit der Spaltung der Polymerketten statt. Erst wenn die Polymerketten kurz genug sind, beginnt die letzte Phase: Die Verstoffwechselung durch Mikroorganismen. Die Produkteigenschaften können sich bereits vor der sichtbaren Fragmentierung deutlich verschlechtern.

Um das Abbauverhalten von Mulchfolien unter möglichst realistischen Bedingungen zu beobachten, entwickelten CCPE-Forscher am Fraunhofer UMSICHT einen Teststand zur künstlichen Alterung von Folien auf Böden unter Einfluss von UV-Strahlung, geregelter Befeuchtung und Temperatur. Das innovative an dieser Methode: Die Prüfmaterialen im Teststand sind sowohl der UV-Strahlung als auch dem Bodenkontakt ausgesetzt. Damit wird es ermöglicht, den Einfluss beider Faktoren auf das Abbauverhalten zeitgleich zu untersuchen. Bisher etablierte Prüfmethoden befassten sich nur mit der Belastung der Werkstoffe durch die UV-Strahlung oder durch den Bodenkontakt.

Zur Validierung des Teststands führten die Forschenden Alterungsversuche einer biologisch abbaubaren Mulchfolie mit und ohne UV-Strahlung (Wellenlänge 365 nm¹, mit Anteilen von sichtbarem Licht), mit unterschiedlichen Böden (Kompost und Gartenboden) und bei zwei verschiedenen Bodenfeuchten durch. Das Abbauverhalten von Prüfmaterialien wurde laufend optisch (Foto, Digitalmikroskopie², REM³), thermoanalytisch (DSC⁴, TG⁵) und spektroskopisch (FT-IR⁶) analysiert und bewertet. Im Anschluss folgte eine umfassende Literaturrecherche zum Einfluss der UV-Strahlung auf das Abbauverhalten von polymeren Materialien in Böden, die zum Teil widersprüchliche Aussagen zur Abbaugeschwindigkeit unter dem Einfluss der UV-Strahlung aufdeckte.

Die neugewonnenen Untersuchungsergebnisse bestätigen, dass die höhere biologische Aktivität im Kompost und die höhere Bodenfeuchte zu einem schnelleren Abbau der Mulchfolie führen. Dagegen verlangsamt die eingesetzte UV-Strahlung die Abbaugeschwindigkeit. Der entwickelte Teststand hat sich gut etabliert und eignet sich zur Prüfung und Bewertung von Folien aller Art für umweltoffene Anwendungen mit Bodenkontakt.

Ansprechpersonen:

Research Department Circular Polymers c/o Fraunhofer UMSICHT | Osterfelder Straße 3 | 46047 Oberhausen

Dr. Inna Bretz (inna.bretz@umsicht.fraunhofer.de, Tel. +49 208 8598-1313)

Pia Borelbach (pia.borelbach@umsicht.fraunhofer.de, Tel. +49 208 8598-1265)

_____________________________________________________________________________

1)  Nanometer, 1 nm = 10^-9 m

2)  Digitalmikroskop: Anzeige des mikroskopischen Bilds als digitale  Information auf einem Monitor, anstatt Betrachtung durch ein Okular

3)  Rasterelektronenmikroskop: Nutzung eines Elektronenstrahls, der die Probe systematisch nach Raster abtastet, erzeugt dabei als Ergebnis ein topographisches Bild der Probenoberfläche.

4)  Dynamische Differenzkalorimetrie: Analysemethode für thermische Eigenschaften wie Glasübergangs-, Schmelz- und Kristallisationstemperatur von Polymeren

5)  Thermogravimetrie: Analysemethode für physikalische Phänomen wie Phasenübergänge und für chemische Phänomene wie thermische Zersetzung

6)  Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer: Analysemethode für die Struktur einzelner Moleküle und die Zusammensetzung von Molekülmischungen