Kunststoff aus der Natur

Kunststoffe sind bislang meist aus Erdöl gemacht. Doch diese fossile Ressource wird knapp und teuer. Eine Alternative sind Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen. Doch wie lässt sich zum Beispiel aus Holz Kunststoff gewinnen? Eine Lösung haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen in Zusammenarbeit mit der FKuR Kunststoff GmbH entwickelt.

Als Ausgangsstoff nutzen die Forscher Cellulose. Diese wird durch einen chemischen Prozess in den Kunststoff Celluloseacetat umgewandelt. Beimischungen wie Weichmacher oder Füllstoffe machen das Material fließfähig und erhöhen seine Wärmeformbeständigkeit. Auch diese Zusätze stammen aus nachwachsenden Rohstoffen. Nach der Compoundierung ist der Kunststoff Biograde einsatzfähig und kann zu unterschiedlichen Produkten verarbeitet werden, zum Beispiel zu Hüllen für Kugelschreiber, Tastaturen oder Computermäusen. Biograde hat eine Wärmeformbeständigkeit von mehr als 110 °C. Es lässt sich schnell entformen und auf der Spritzgießmaschine in seine neue Gestalt gießen – zum Beispiel zu einem Bauteil mit einer Wanddicke von unter einem Millimeter. Zur Produktfamilie gehören noch zwei weitere grüne Polymere. Bio-Flex ist ein Werkstoff für Blas- oder Flachfolien. Und das sehr steife und feste Fibrolon eignet sich für Geschirr oder Werkzeugboxen.

Der Bedarf an Plastik ist riesig – allein in Europa verbraucht jeder Einzelne im Schnitt deutlich mehr als 100 kg/a. 2010 wurden weltweit etwa 265 Mio. t Kunststoff produziert, schätzt der europäische Branchenverband PlasticsEurope. Bislang deckt Bioplastik nur einen kleinen Teil des Bedarfs. Im Jahr 2010 wurden lediglich 724 000 t grüner Kunststoff hergestellt. Doch die Nachfrage nach Biopolymeren soll in den kommenden Jahren deutlich steigen. Die Experten vom Interessensverband European Bioplastics erwarten, dass 2015 weltweit etwa 1,7 Mio. t grüner Kunststoff produziert werden.

Getränkekartons sind High-Tech-Werkstoffe. Obwohl ein Getränkekarton für 1 l Inhalt nur 3 % des Gesamtgewichts ausmacht, sind die Anforderungen an ihn hoch. Er soll Nahrungsmittel und Aroma optimal schützen, lange Haltbarkeit garantieren und stabil sein. Verpackungen aus nur einem Material sind häufig überfordert. Deshalb werden unterschiedliche Materialien zu einem Verbund kombiniert: Der Karton sorgt für Stabilität, die Kunststofffolie macht die Verpackung dicht, und die Aluminiumfolie verhindert, dass Licht und Sauerstoff den Inhalt beeinträchtigen. Den größten Anteil an der Verpackung hat der Karton selbst. Er besteht aus Papier, Pappe oder Kartonagen (PPK). Diese werden aus Holz hergestellt, einem nachwachsenden Rohstoff. Weitere 20 % entfallen auf Kunststoff. Forscher vom Umsicht arbeiten gemeinsam mit ihren Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising daran, diese ebenfalls aus nachwachsenden Rohstoffen zu fertigen. Das Substitutionspotenzial eines solchen Biokunststoffs wäre enorm: Allein in Deutschland werden etwa 44 000 t Beschichtungspolymere pro Jahr benötigt.

Bisher bestehen Polymerfolien für Verbundverpackungen aus Polyethylen (PE), das aus Erdöl hergestellt wird. Fraunhofer-Forscher entwickeln nun ein auf nachwachsenden Rohstoffen basierendes Werkstoffsystem für Getränkekartons. Herkömmliche Biokunststoffe erreichen bislang nicht die mechanischen und lebensmitteltechnischen Eigenschaften der fossil basierten Beschichtungen. Deshalb wird in diesem Projekt versucht, die entsprechenden Eigenschaften durch das Mischen (Compoundieren, Blenden) von kommerziell erhältlichen biobasierten Kunststoffen einzustellen. Weitere Herausforderung: Die biobasierten Materialentwicklungen müssen sich auch auf vorhandenen Maschinen zur Herstellung von PPK-Verbundverpackungen verarbeiten lassen.