Technische Biopolymere - Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften

Technische Biopolymere - Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften

 

 

 

von: Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2009

ISBN: 9783446421042

Sprache: Deutsch

648 Seiten, Download: 18418 KB

 
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Technische Biopolymere - Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften



2 Stand der Kenntnisse (S. 21)

2.1 Historie von Biopolymeren

Zu Beginn der Industrialisierung wurden zunächst Polymerwerkstoffe wie z. B. Cellulosederivate oder auch Kautschuk nur auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt (vgl. I links in Bild 2.1), weil nur diese natürlichen Rohstoffe zum damaligen Zeitpunkt in entsprechender Menge verfügbar waren. Mit dem Siegeszug der Petrochemie wurden die nachwachsenden Rohstoffe als Polymerrohstoffe durch eine petrochemische Rohstoffba sis verdrängt (II.).

Auf Basis dieser petrochemischen Rohstoffe wurden dann in den letzten Jahrzehnten auch erste biologisch abbaubare Polymerwerkstoffe für bestimmte Nischenanwendungen, wie z. B. Polyvinylalkohole oder Polycaprolacton, entwickelt (III.).

Mit der zunehmenden Erkenntnis, dass sich hinter den vorteilhaften Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften der petrochemisch basierten Kunststoffe neben der Rohstoffabhängigkeit auch nachteilige Entsorgungseigenschaften verbergen, rückten die Entsorgungs- oder Verwertungsmöglichkeiten der Polymere mehr und mehr in den Vordergrund, sodass seit Ende der 80er Jahre gezielt eine zunehmende Anzahl von abbaubaren Biopolymeren überwiegend auf Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt wurden (IV.) [19], [38], [49].

Bei den Biopolymerwerkstoffen verlagert sich im Hinblick auf die zukünftig immer schlechter werdende Verfügbarkeit und auch sicher weiter ansteigenden Preise petrochemischer Rohstoffe derzeitig jedoch der Schwerpunkt, d. h. nicht mehr die Kompostierbarkeit, sondern der Einsatz erneuerbarer, d. h. langfristig verfügbarer – Ressourcen zur Werkstofferzeugung rückt (wieder) zunehmend in den Vordergrund (V.).

2.2 Biopolymer-Werkstoffgenerationen

Vor mehr als 25 Jahren, d. h. gegen Ende der 80er-, Anfang der 90er-Jahre wurden erstmals die neuartigen Biopolymere – insbesondere auf Basis von Stärke und fermentativ hergestellte Polyhydroxyalkanoate – am Markt präsentiert [38], [49], [66], [71], [127], [136]. Trotz einer gewissen Euphorie und ermutigenden Prognosen konnten sich diese biologisch abbaubaren Biopolymere der ersten Generation zur damaligen Zeit jedoch am Markt nicht erfolgreich durchsetzen. Die Gründe dafür waren insbesondere die zum damaligen Zeitpunkt noch zum großen Teil unausgereiften Materialeigenschaften, ungünstige politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen sowie ein einfach noch zu geringer Leidensdruck bei den Entscheidungsträgern in Industrie und Politik (Bild 2.2).

Vor dem Hintergrund sich verändernder Rahmenbedingungen wurde insbesondere in den letzten Jahren intensiv an der Weiterentwicklung und Optimierung verschiedenster Biopolymere gearbeitet. Diese sich derzeit am Markt befindlichen Biopolymerwerkstoffe der zweiten Generation sind inzwischen hinsichtlich ihrer Verarbeitungs- und Gebrauchs eigenschaften mit den konventionellen Massenkunststoffen weitestgehend vergleichbar und für bestimmte Anwendungen, z. B. im Verpackungsbereich, zunehmend konkurrenzfähig [38], [41], [59], [76], [105]. Die aktuell noch leichten ökonomischen Nachteile aufgrund der derzeit (noch) geringeren Produktionsmengen können bei einer Mitbetrachtung der Entsorgungskosten oder auch bei weiter steigenden Produktionsmengen zukünftig kompensiert werden.

Inzwischen hat die Herstellung einiger dieser Biopolymere der zweiten Generation einen industriellen Maßstab erreicht (Bild 2.3). Zu den Biopolymeren, die bereits großtechnisch hergestellt werden, gehören die Celluloseregenerate und Cellulosederivate als eine der ersten Kunststoffe überhaupt, Polycaprolacton und Polyvinylalkohol sowie die schon großtech- nisch hergestellten neuartigen Biopolymerwerkstoffe der Polylactide, Stärkeblends und verschiedene Polyester.

Auf Basis der Polymerwerkstoffe dieser zweiten Biopolymergeneration, die nahezu ausschließlich als abbaubare und kompostierbare Werkstoffe für den Verpackungs-, Agrar- oder Gartenbereich entwickelt wurden, rücken aktuell verstärkt auch technische Anwendungen von Biopolymeren in anderen Bereichen, wie der Automobil- oder Textilindustrie in den Vordergrund.

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