Biokunststoff

Polylactid (PLA)

Biokunststoffe können zu einem wesentlichen Anteil oder ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen. Müssen sie jedoch nicht. Es gibt jedoch auch eine Reihe von petrochemischen Kunststoffen, die aufgrund ihrer Abbaubarkeit unter dieses Kategorie fallen.

Polylactide sind neben Stärkeblends derzeit innerhalb der Biokunststoffe die Werkstoffgruppe mit dem größten Mengenpotenzial. Grundstoff für PLA ist die Milchsäure. Somit bestehen sie aus nachwachsenden Rohstoffen und sind auch abbaubar – doppelt bio.

Kreislauf PLA
Bild 1: Kreislauf © Warimex

Polylactid (PLA) ist ein nicht natürlich vorkommender Polyester, der über eine mehrstufige Synthese aus Zucker hergestellt wird. Dabei wird Zucker zu Milchsäure fermentiert und diese zu PLA polymerisiert.

PLA - Typen

Grundstoff für PLA ist die Milchsäure, die in zwei stereoisomeren Varianten, D-Lactid und L-Lactid, vorkommt. Dementsprechend gibt es auch zwei PLA-Varianten: Poly-D-Lactid (PDLA) und Poly-L-Lactid (PLLA). Je nachdem, wie die Bausteine in der PLA-Kette eingebunden werden, unterscheidet sich auch die Morphologie des Materials, von amorph bis kristallin, mit entsprechendem Einfluss auf die thermischen und mechanischen Eigenschaften.

Eigenschaften

PLA ist transparent, kristallin, steif (E-Modul bis 5000 MPa), besitzt eine hohe mechanische Festigkeit und kann mit herkömmlichen thermoplastischen Verfahren verarbeitet werden (Bild 2). Zu beachten ist die relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahme, die in der Regel eine Vortrocknung voraussetzt. PLA besitzt eine hohe Beständigkeit gegenüber Ölen und Fetten, versprödet aber durch UV-Strahlung. Der Biokunststoff kann in einem Temperaturbereich von –10° C bis +40° C verwendet werden. PLA ist nach EN 13432 biologisch abbaubar, allerdings sind hierfür bestimmte Umweltbedingungen nötig, die in der Regel nur in industriellen Kompostieranlagen zu finden sind. Bei Raumtemperatur und normalen Umgebungsbedingungen ist PLA unbegrenzt stabil [3]. Darüber hinaus ist die biologische Abbaubarkeit stark von der chemischen Zusammensetzung sowie den Einsatz eventueller Copolymere abhängig.

Anwendungsgebiete

Aufgrund seiner physikalischen und mechanischen Eigenschaften eignet sich PLA gut als Ersatz für erdölbasierte Thermoplaste. PLA und PLA-Blends werden als Granulate in verschiedenen Qualitäten für die kunststoffverarbeitende Industrie zur Herstellung von Folien, Formteilen, Dosen, Bechern, Flaschen und sonstigen Gebrauchsgegenständen angeboten.
Bild 2: PLA-Granulat: Transparent, kristallin und – wenn die Umweltbedingungen stimmen – biologisch abbaubar © NatureWorks
Neben der Verwendung für kurzlebige Verpackungsfolien oder Tiefziehprodukte (z. B. Getränke- oder Joghurtbecher, Obst-, Gemüse- und Fleischschalen) attestiert die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) dem Rohstoff ein großes Potenzial auch für langlebige Produkte. Beispiele dafür sind Handyschalen, Schreibtischutensilien sowie Lippenstiftgehäuse. Auch in der Automobilindustrie gibt es erste Serienanwendungen auf Basis von PLA. Für textile Anwendungen kommt zu Fasern gesponnenes PLA zum Einsatz [3]

Fazit

Das Vorkommen an natürlichen Rohstoffen der Erde ist begrenzt. Ein verantwortungsbewusster Umgang mit diesen Ressourcen und ein nachhaltiger Lebensstil sollten nicht nur das Ziel eines Einzelnen, sondern eines Jeden sein. Nur so kann eine hohe Lebensqualität für die Menschen weitestgehend bewahrt werden. Der Schutz der Umwelt steht dabei an oberster Stelle und Biokunststoffe wie PLA helfen uns dabei ein besseres morgen aufzubauen.

Literaturhinweise

[1] H. Endres/ A. Siebert-Raths: Technische Biopolymere – Rahmbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften, 1. Aufl., Carl Hanser Verlag, München 2009

[2] http://www.innovationtakesroot.com/~/media/ITR2016/2016/presentations/closing-plenary/03_ITR2016_Plenary-Closing_Marc-Verbruggen_pdf.pdf?la=en (24.01.2017)

[3] W. D. Callister/ David G. Rethwisch: Materialwissenschaften und Werkstofftechnik: Eine Einführung, 1. Aufl., Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2012

[4] http://biopolymernetzwerk.fnr.de/biobasierte-werkstoffe/biobasierte-polyester/pla/ (24.01.2017)

Quellen

Saechtling Kunststoff Taschenbuch- Herausgeber: Erwin Baur, Tim A. Osswald, Natalie Rudolph, 10/2013, 883 Seiten, € 49,99, ISBN: 978–3–446–43442–4, S. 655 – 656

Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG “https://www.kunststoffe.de/a/article/article-264462” 28.01.2021

Warimex GmbH: “https://www.warimex.de/nachhaltigkeit/biokunststoff-pla” 28.01.2021