{"id":5393,"date":"2002-03-28T00:00:00","date_gmt":"2002-03-27T22:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bio-based.eu\/news\/index.php?startid=20020328-02n"},"modified":"2002-03-28T00:00:00","modified_gmt":"2002-03-27T22:00:00","slug":"hochwertige-spritzgussteile-aus-nachwachsenden-rohstoffen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/hochwertige-spritzgussteile-aus-nachwachsenden-rohstoffen\/","title":{"rendered":"Hochwertige Spritzgussteile aus nachwachsenden Rohstoffen"},"content":{"rendered":"

Urspr\u00fcnglich sind Plastikartikel als Ersatz f\u00fcr nicht haltbare Naturprodukte entwickelt worden. Heute werden sie wegen gestiegenem Umweltbewusstsein und Forderungen nach nachhaltigem Handeln als eher belastend angesehen. Verlangt wird eine m\u00f6glichst vollst\u00e4ndige Wiederverwertung. Dies ist jedoch bei vielen Anwendungen nur schwer oder nur mit gro\u00dfen Kosten durchf\u00fchrbar. Dank neuer Entwicklungen k\u00f6nnen jetzt Artikel mit Thermoplasten aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Diese erf\u00fcllen den Wunsch der Konsumenten nach Nachhaltigkeit, besitzen eine hohe Wertsch\u00e4tzung, und verringern, da sie biologisch abbaubar sind, das Entsorgungsproblem. Zudem entlasten sie die CO2<\/sub>-Bilanz der Atmosph\u00e4re. Diese Argumente sind besonders bei kurzlebigen Artikeln gefragt. Bei Produkten, die in der Umwelt verloren gehen, sind sie ein starkes Verkaufsargument. Biomer<\/a>-Thermoplaste sind unempfindlich gegen Wasser und weitgehend resistent gegen \u00d6le und Fette. Dadurch k\u00f6nnen auch Artikel hergestellt werden, die mit Wasser in Ber\u00fchrung kommen. Verpackungen aus PHB-Material sch\u00fctzen empfindliche Produkte gegen N\u00e4sse und fettige Verschmutzungen.<\/p>\n

Bioabbaubare Thermoplaste sind aus zwei Gr\u00fcnden entwickelt worden. Der erste Grund ist der Gedanke der Nachhaltigkeit, der zweite Grund ist die leichte Entsorgung durch Kompostierung. Hier spielt nur die chemische Bindung zwischen den Monomeren eine Rolle, nicht aber die Herkunft des Polymers. In diesem Sinne ist es legitim, bioabbaubare Werkstoffe aus Erd\u00f6l herzustellen. Die Hydrolyse zu Monomeren ist jedoch nur ein Teil der Geschichte. Entscheidend ist, ob die Monomere in angemessener Zeit zu 100% metabolisiert werden. Bei Werkstoffen aus nachwachsenden Ressourcen ist dies gegeben, da die Evolution daf\u00fcr gesorgt hat, dass alle biologischen Komponenten vollst\u00e4ndig ab- und umgebaut werden. Dieser Beweis steht f\u00fcr synthetische Polymere, die Aromaten enthalten, noch aus. Ein warnendes Beispiel sind die Phthalatweichmacher f\u00fcr PVC. Es ist unbestritten, dass diese biologisch abbaubar sind. Nur ist die Abbaurate in der Umwelt so langsam, dass sie sich in Sedimenten anreichern. <\/p>\n

Plastik und Biomer<\/b><\/p>\n

PHB ist ein Biopolymer, das in allen Lebewesen vorkommt. Viele Bakterien produzieren PHB in gro\u00dfen Mengen als Reservestoff (wie \u00d6l oder St\u00e4rke). PHB ist thermoplastisch verarbeitbar, ungiftig und wird biologisch ohne sch\u00e4dliche R\u00fcckst\u00e4nde abgebaut. Biomer produziert PHB und stellt daraus Granulate her, die auf Kunststoffmaschinen wie die klassischen Werkstoffe auf Roh\u00f6lbasis verarbeitet werden k\u00f6nnen. PHB ist als biologischer Speicherstoff eine Nahrungsquelle f\u00fcr Bakterien und Pilze. Dasselbe gilt auch f\u00fcr Produkte, die aus PHB hergestellt sind. PHB wird jedoch nur dann abgebaut, wenn Phosphate, Stickstoff, Salze, W\u00e4rme und Feuchtigkeit das Wachstum von Mikroorganismen zulassen. Diese Voraussetzungen findet man im Kompost und im Boden, nicht jedoch unter normalen Gebrauchsbedingungen. Daher sind Artikel aus PHB unter Normalbedingungen \u00fcber Jahre haltbar.<\/p>\n

PLLA: Nat\u00fcrliche Milchs\u00e4ure wird durch Fermentation von Zucker gewonnen und polymerisiert (L-Form, daher PLLA, Poly-L-Lactat). Biomer stellt daraus Granulate her, die auf Standard-Kunststoffmaschinen verarbeitet werden k\u00f6nnen. Die Schmelze verh\u00e4lt sich wie fl\u00fcssigkristalline Werkstoffe (LCP’s). Die auf PLLA basierten Formulierungen sind transparent. PLLA wird unter feuchten Bedingungen oberhalb der Glastemperatur (55ºC) autokatalytisch hydrolysiert. Es entsteht Milchs\u00e4ure. Diese wird von Mikroorganismen als Nahrungsquelle genutzt. Unter den oben genannten Abbaubedingungen h\u00e4ngt die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus von der Wandst\u00e4rke der Produkte und der Umgebungstemperatur ab: im Boden langsam (bis Jahre), im Gartenkompost schneller und in gewerblichen Kompostanlagen in ein paar Wochen. Als Faustregel gilt, dass Artikel aus PHB etwa gleich schnell abgebaut werden wie Holz. Produkte aus PLLA werden dagegen nur im gewerblichen Kompost abgebaut.<\/p>\n

PLA hat eine Glas\u00fcbergangstemperatur von 50ºC bis 60ºC. Wenn die Schmelze bei der Verarbeitung rasch unter diese Temperatur abgek\u00fchlt wird, bleiben die Artikel transparent. Ein Beispiel f\u00fcr die Anwendung von transparentem PLA ist der ELISA-Strip. Weitere Formulierungen, die Biomer mit der pab productions(http:\/\/www.pabproductions.de\/) entwickelt hat, sind ELISA-Platten und Immuno-Sticks f\u00fcr medizinische Anwendungen.<\/p>\n

PHB ist wasserfest und unter dem Gesichtspunkt “bioabbaubar” ein idealer Thermoplast. Er wird vollst\u00e4ndig und schnell metabolisiert. PHB hat aber weitere, au\u00dfergew\u00f6hnliche Eigenschaften, so dass es schade w\u00e4re, den Polyester nur unter dem Aspekt “bioabbaubar” einzusetzen. Trinkbecher aus PHB haben eine ansprechende Farbe und eine exzellente, gl\u00e4nzende Oberfl\u00e4che. Das Material ist wasserfest und gegen Hitze resistent. Der Glas\u00fcbergang bei PHB liegt unter 0ºC. Es gelingt daher nicht, transparente Teile herzustellen. Drei Eigenschaften unterscheiden PHB von allen anderen Thermoplasten, die derzeit am Markt sind: es ist absolut linear, isotaktisch, stereoisomer und es ist absolut frei von Nukleierungskeimen.<\/p>\n

PHB ist absolut linear bedeutet, dass sich die Molek\u00fcle in der Schmelze nicht verhaken k\u00f6nnen. Wie hei\u00dfe Spaghettis gleiten sie aneinander vorbei. Daher ist die Schmelze d\u00fcnnfl\u00fcssig. Eine d\u00fcnnfl\u00fcssige Schmelze eignet sich jedoch gut f\u00fcr die Herstellung von d\u00fcnnwandigen Artikeln oder Spritzgussteilen mit komplexen, feingliedrigen Strukturen. Wir haben mit elektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen k\u00f6nnen, dass Oberfl\u00e4chenstrukturen unter 1 Mikron noch exakt abgebildet werden. Man braucht dazu weder gro\u00dfe Maschinen noch extreme Haltekr\u00e4fte. Eine kleine, einfache Spritzgussmaschine reicht v\u00f6llig aus.<\/p>\n

PHB ist absolut isotaktisch und stereoisomer bedeutet, dass es eine gro\u00dfe Tendenz zum Kristallisieren besitzt. In der Tat sind bis zu 70% der gesamten Masse in Kristallen eingelagert. Praktisch bedeutet dies, dass die Schmelze extrem schnell fest wird. Sie Zyklenzeiten auf den Spritzgussmaschinen sind um rund 20% bis 30% schneller als mit konventionellen Werkstoffen.
\nDie Freiheit von Nukleierungsmitteln (Katalysatorresten) bedeutet schlie\u00dflich, dass man durch Zugabe von externen Nukleierungsmitteln die Dichte und Gr\u00f6\u00dfe der Sph\u00e4rulite gezielt steuern kann. Damit ist es m\u00f6glich, die Gebrauchseigenschaften von steif bis duktil zu beeinflussen. Im Labor, noch nicht im Technikum, haben wir Gr\u00f6\u00dfen unter 1 Mikron erreicht. Die Materialeigenschaften \u00e4ndern sich dadurch dramatisch, etwa wie von Guss zu Stahl. Durch Recken der Sph\u00e4rulite k\u00f6nnen Festigkeiten \u00fcber 300 MPa erreicht werden. Wichtig ist aber nicht die Tatsache, dass diese Eigenschaften vergleichbar sind, sondern dass die daraus hergestellten Artikel zus\u00e4tzlich bioabbaubar, leichter herzustellen, auf kleinen Maschinen und mit reduzierten Zyklenzeiten zu spritzen sind.<\/p>\n

Das gilt f\u00fcr Verpackungen von Lebens- und Futtermitteln wie z.B. Becher f\u00fcr Joghurt (ausl\u00f6ffeln und -ohne zu waschen- zu den K\u00fcchenabf\u00e4llen). Zur gleichen Kategorie geh\u00f6ren Freizeit- und andere Artikel, die in der Umwelt verloren gehen k\u00f6nnen oder verloren gehen wie z.B die Tr\u00e4gerteile von Feuerwerksk\u00f6rpern. Das Verkaufsargument “vollst\u00e4ndig biologisch abbaubar” kann auch f\u00fcr G\u00e4rtnereiartikel, besonders im Hobbyg\u00e4rtnereibereich, und f\u00fcr Friedhofsartikel interessant sein. Bei technischen Anwendungen ist das Argument “abbaubar” eher hinderlich. Diese Eigenschaft ist jedoch in diesem Bereich irrelevant, da PHB nur durch lebende Bakterien und Pilze abgebaut wird. Dazu sind aber Salze von Ammoniak und Phosphors\u00e4ure sowie andere Komponenten und hohe Feuchtigkeit n\u00f6tig. Ohne diese Bedingungen bleibt PHB f\u00fcr Jahre intakt. Die Biomer GmbH garantiert die Gebrauchseigenschaften spezieller Formulierungen bis zu f\u00fcnf Jahren.<\/p>\n

Zum technischen Anwendungsbereich geh\u00f6ren Artikel mit komplexen Strukturen, die schwierig zu spritzen sind. Solche Artikel werden \u00fcblicherweise mit teuren fl\u00fcssig-kristallinen Werkstoffen, den LCP’s gespritzt. Wegen der niedrigen Schmelzeviskosit\u00e4t bietet PHB eine interessantere L\u00f6sung. Die Schmelze flie\u00dft leicht in die feinsten Kan\u00e4le und Strukturen. PHB kann deshalb LCP’s \u00fcberall dort ersetzen, wo sie aus spitzgusstechnischen Gr\u00fcnden, nicht wegen der Temperaturbest\u00e4ndigkeit eingesetzt werden. Die Teile aus PHB k\u00f6nnen Temperaturen von 130ºC bis 150ºC leicht aushalten.
\nDie d\u00fcnnfl\u00fcssige Schmelze von PHB ist auch ein Argument, wenn feinste Oberfl\u00e4chenstrukturen und Zeichnungen erw\u00fcnscht sind. Ein Beispiel w\u00e4re die selbstreinigende Oberfl\u00e4che durch den Lotuseffekt.<\/p>\n

Ein weiterer Bereich, bei dem sich der Einsatz von PHB lohnt, sind Teile mit d\u00fcnnen W\u00e4nden. Mit PHB k\u00f6nnen diese Artikel auf kleinen Maschinen mit niedrigen Schlie\u00dfkr\u00e4ften hergestellt werden. Dieses Argument ist dann besonders interessant, wenn ein Verarbeiter dadurch die gro\u00dfen Maschinen f\u00fcr andere Teile frei halten kann. Besonders \u00fcberlegenswert ist der Einsatz von PHB bei Kleinstteilen unter 0,5 g Teilgewicht. Die Erfahrung hat gezeigt, dass bei solchen Kleinteilen die Maschinenlaufzeiten bis zu 90% der St\u00fcckkosten ausmachen. Es ist daher schon interessant, wenn man mit PHB 1.300 statt 1.000 Teile pro Zeiteinheit spritzen kann.<\/p>\n

Sowohl das Polymer wie auch das Monomer sind Stoffwechselprodukte der menschlichen Zelle. Sie sind auch in h\u00f6heren Dosen toxikologisch unbedenklich. Daher k\u00f6nnen auch Artikel, die mit der Haut oder mit Futter- oder Nahrungsmitteln in Ber\u00fchrung kommen, aus Biomer-Granulat hergestellt werden (Zulassung f\u00fcr Lebensmittel eingeleitet). <\/p>\n

Biopolymere stehen im Wettbewerb mit klassischen Thermoplasten, die w\u00e4hrend f\u00fcnfzig oder mehr Jahren auf ihre Anwendungen hin optimiert worden sind (vgl. auch Meldung vom 2002-02-06<\/a>. Nur wenn die Biopolymere bei gleicher Qualit\u00e4t billiger sind oder bessere Eigenschaften besitzen, werden sie die klassischen Polymere substituieren. <\/p>\n

Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen werden dieses Jahrhundert pr\u00e4gen und einen Marktvorsprung wird derjenige haben, der von Anfang an dabei ist.<\/p>\n

© 2001\/2002-www.biomer.com<\/a><\/p>\n

Kontakt: <\/p>\n

Biomer
\nUrs J. H\u00e4nggi
\nForst-Kasten-Str. 15
\nD-82152 Krailling
\nTel.: +49\/89\/8572665
\nFax: +49\/89\/8572792
\nE-Mail: Hanggi@Biomer.com<\/a><\/p>\n

Autorin: Marion Kupfer (nova)
\nEndredaktion: Michael Karus (nova)
\nQuellen: Vortrag “Verarbeitung von PHB” vom 3. Intern. Symposium “Werkstoffe aus Nachwachsenden Rohstoffen” 2001, Messe Erfurt; Firmeninformationen von Biomer<\/a> vom 2002-03-28.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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