Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPEBiokunststoffe für langlebige Anwendungen
Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen schonen fossile Ressourcen und senken Treibhausgasemissionen. Einem Einsatz in technischen Anwendungen steht aber häufig un-erwünschter hydrolytischer Abbau im Wege. Mitarbeitende des Fraunhofer CCPE untersuchen deshalb verschiedene Kunststoff-Additive, um die Lebensdauer von Biokunststoffen zu modi-fizieren und ihr Anwendungsspektrum zu erweitern.
Die Ausgangsstoffe zur Herstellung von Biokunststoffen werden aus pflanzlichen Materialien wie Mais, Zuckerrohr oder Zuckerrüben gewonnen. Beispielsweise stammt das Monomer des gängigsten Biokunststoffes PLA (Polymilchsäure) aus der Fermentation von Zucker. Aufgrund ihrer chemischen Struktur sind Biokunststoffe empfindlich gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit. Hierdurch wird einerseits eine biologische Abbaubarkeit des Materials ermöglicht, die besonders dann vorteilhaft ist, wenn das Material in der Umwelt verbleibt und dort abgebaut werden soll. Ein Beispiel ist die Anwendung in Mulchfolien. Andererseits ergeben sich durch die verringerte Stabilität Hürden für langlebige Anwendungen und die Verarbeitung, bei der Themen wie Temperatur, Restfeuchtigkeit und Kristallisationsverhalten im Fokus stehen.
Um das Anwendungsspektrum von Biokunststoffen zu erweitern, ist deshalb die Beimischung von Additiven notwendig. Hierbei handelt es sich primär um Hydrolyseinhibitoren, die mit der aus der Umgebung in den Kunststoff eindringenden Feuchtigkeit reagieren. Die Polymerketten können so gegen hydrolytischen Abbau geschützt und die gewünschten Eigenschaften über einen längeren Zeitraum erhalten werden. Für langanhaltenden Schutz werden jedoch vergleichsweise hohe Konzentrationen benötigt, die sich negativ auf das Kristallisationsverhalten von PLA und auf die Dauergebrauchstemperatur auswirken können.
Um dieses Defizit auszugleichen können weitere Co-Stabilisatoren hinzugegeben werden, die die Polymerkette stabilisieren, die Langlebigkeit erhöhen und zu einer synergistischen Wechselwirkung mit dem Hydrolyseinhibitor führen. Auf diese Weise wird eine Reduktion des Additivanteils bei gleichbleibender beziehungsweise verbesserter Polymerstabilität ermöglicht. Bei einer Hydrolysealterung in 60° C warmem Wasser verlängert sich durch die Zugabe eines solchen Stabilisatorenpaketes die Zeit bis zum Eintreten eines signifikanten Abbaus der Polymerketten von weniger als 50 auf mehr als 1.000 Stunden (PLA ohne Additive vs. PLA mit Additiven). Auch das Verarbeitungsverhalten kann durch die Zugabe zusätzlicher Additive weiter optimiert werden.
Details zu den beschriebenen Arbeiten werden zeitnah veröffentlicht. Die Verarbeitung und das maßgeschneiderte Einstellen der Lebensdauer von Biokunststoffen sind wesentliche Elemente im Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE. Sprechen Sie uns gerne an.