Drop-In-Biokunststoffe basieren auf dem Prinzip Ausgangsstoffe wie Erdöl durch Ausgangsstoffe auf Biomassebasis zu ersetzen, deren Aufbau und die Eigenschaften des ursprünglichen Polymers jedoch beizubehalten. Sie weisen damit die gleiche chemische Struktur wie ihre konventionellen Pendants auf, unterscheiden sich aber durch Substitution nachwachsender Rohstoffe wie bspw. Zucker, Stärke oder Pflanzenöle.

Drop-In Bio-Kunststoffe

Die meisten in Deutschland erhältlichen Produkte aus Kunststoff basieren häufig noch auf Erdöl, einem endlichen Rohstoff, der nicht nur immer aufwändiger gewonnen werden muss, sondern auch schwer recycelt werden kann. Bereits seit einige Jahren sucht die Industrie deshalb nach Alternativen und setzt verstärkt auf nachwachsende Ressourcen und Ersatzstoffe mit gleichen oder sogar besseren Eigenschaften.

Die sogenannten Drop-In-Biokunststoffe basieren auf dem Prinzip den Ausgangsstoff Erdöl durch Ausgangsstoffe auf Biomassebasis zu ersetzen, aber den Aufbau und die Eigenschaften des ursprünglichen Polymers beizubehalten. Sie weisen also die gleiche chemische Struktur wie ihre jeweiligen herkömmlichen Pendants auf; einzig mit dem Unterschied, dass die Drop-Ins mindestens anteilig auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Diese Basis dieser Substitution können zum Beispiel Zucker, Stärke oder Pflanzenöl bilden.

Biobasierte Kunststoffe schonen die endliche Ressource Erdöl durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe und schützen die Umwelt durch deutlich bessere Kohlenstoffdioxidbilanz im gesamten Zyklus von Herstellung, über die  Verarbeitung bis zur Verwertung. Biobasierte Kunststoffe geben dabei nur die Menge an Kohlenstoffdioxid frei, welche die nachwachsenden Rohstoffe während ihres Wachstums mit Fotosynthese zu Sauerstoff umgesetzt haben.

Versuchsreihen mit Drop-In Biokunststoffen in einem Entwicklungsprojekt

Die Drop-In-Lösungen stellen eine umweltfreundliche Alternative zu den herkömmlichen Kunststoffen dar und stehen diesen aus technischer Sicht in nichts nach. In einem Entwicklungsprojekt mit dem Fachbrereich SciTec der Ernst-Abbe-Hochschule Jena haben wir Produkte mit biobasierten Kunststoffen gespritzt und diese in mit konventionellen verglichen. Unser Anspruch war es ein mindestens gleichwertiges Ergebnis mit biobasierten Kunststoffen zu erzielen und dabei einen Technologieprozess zu entwickeln, der es erlaubt mittelfristig das Produkt auf einen „grüneren“ Rohstoff umzustellen.

Viele petrochemische Kunststoffe könnten bereits heute (zumindest anteilig) durch das biobasierte Äquivalent ersetzt werden, ohne dabei negativen Einfluss auf die Eigenschaften haben. In verschiedenen Versuchsreihen haben wir die Härtewerte, verschiedene Werte aus Zugversuchen, optische Eigenschaften, das Schwindungsverhalten und die Verarbeitung von biobasierten und herkömmlichen Kunststoffen verglichen und ausgewertet. Der biobasierte Anteil der Kunststoffe in unseren Tests lag dabei zwischen 33% und 94,6%.

Der Kostenfaktor

Nicht  selten hat die Umstellung von konventionellen auf biobasierte Kunststoffe auch Potential zur Kostensenkung und Erhöhung der Teilequalität. Beispielhaft ist hier der Vergleich von biobasiertem Polycarbonat (PC) und konventionellen PC anzuführen. Die deutlich bessere Fließfähigkeit des Biokunststoffes führte zur Verkürzung der Zykluszeiten um etwa 10 %.

Überdies kann die Verarbeitungstemperatur von herkömmlichem PC bis zu 320°C betragen – der biobasierten Alternative genügen Temperaturen von etwa 250°C–260°C und Werkzeugtemperaturen von 80°C. So kann neben dem Faktor Zeit und Energie eingespart werden, um Produktionskosten zu senken. Einen weiteren Vorteil stellt die größere Oberflächenhärte des Biokunststoffes dar. Die anschließende Härteprüfung bestätigte die Angaben des Herstellers: Die Härtewerte der konventionellen Variante lagen im Versuch grundsätzlich 2-3 Einheiten unter der biobasierten Alternative.

Anbieter von Drop-In Kunststoffen

ProduktnameRohstoffBesonderheitenvergleichbar mitAnwendungs-beispiele
LUVOCOM 7/CF/30/BKbiobasiertes Polyamid 6.10elektrisch leitfähig, geringe WasseraufnahmePA 6.10Präzisionsteile mit hoher Maßhaltigkeit
Lager, Buchsen, Maschinenelemente etc.
Terralene LL/ WFbiobasiertes PERealisierung komplexer Strukturen, lange Fließwege möglich, gute SchmelzfestigkeitPE-LD/HDHülsen, Kappen, Gehäuse, Konsumgüter
Terralene PPbiobasiertes PPRealisierung komplexer Strukturen, lange Fließwege möglichPPVerschlüsse, Haushaltswaren, Verpackungen
BiogradeCellulose CAHochtemperatur Anwendungen (bis 115°C)PS, PP, PEKosmetikartikel, Bürobedarf, Schreibgeräte, Halterungen und Klipse (auch mit Filmscharnier), Catering
Bio-Flex F 9533PLABarriere-Eigenschaften oder Atmungsaktivität, Steifigkeit bei gleichzeitig hoher DehnungPSKosmetikartikel, Bürobedarf, Schreibgeräte, Halterungen und Klipse (auch mit Filmscharnier), Catering
Durabiobiobasiertes PCtemperatur-beständig, UV-Beständigkeit, hohe Schlagfestigkeit, sehr gute OberflächenhärtePCoptische Anwendungen, Gehäuse für elektrische Geräte
Vestamid terra HS22biobasiertes PA 6.10hochviskosPA 6.10Lager, Buchsen, Maschinenelemente etc.

Dieser Beitrag basiert auf der Arbeit von Claudia Schlotzhauer im Rahmen ihres praktischen Studiensemesters bei der PENTACON GmbH.