Wie „grün“ kann Kunststoff wirklich sein? Diese Frage wird Unternehmen der kunststoffverarbeitenden Industrie immer häufiger gestellt. Angesichts des Klimawandels ist die Öffentlichkeit besonders sensibilisiert für das Thema Nachhaltigkeit. Durch das gestiegene Umweltbewusstsein erkennen Verbraucher Täuschungen und wissen, wann Unternehmen oberflächliches Greenwashing betreiben statt auf durchdachte Konzepte für den Umweltschutz zu setzen.
In Herschbach im Westerwald entwickelt und verfolgt die VWH GmbH, Spezialist für Sondermaschinen und Werkzeugbau, individuelle Strategien, um die Zukunft der Branche mitzugestalten.
Bio liegt im Trend – auch im Kunststoffspritzguss
Rund 14,2 Millionen Tonnen umfasste das Produktionsvolumen der kunststoffverarbeitenden Industrie in Deutschland im Jahr 2020. Ihr Anteil an der in Europa produzierten Gesamtmenge lag damit bei etwa einem Drittel. Auch wenn die Tendenz der verarbeiteten Mengen steigend ist, so verdeutlichen die aktuellen Zahlen, welch großes Potenzial dieser Industriezweig in Hinblick auf nachhaltige Entwicklungen bietet. Immer stärker werden Ansätze nachgefragt, die umweltschädigende Materialien durch umweltfreundliche Kunststoffe, wie z. B. Biopolymere, ersetzen und somit die gesamte Wertschöpfungskette nachhaltig gestalten.
Unter dem Begriff Biopolymere kann grundsätzlich zwischen den folgenden drei Hauptgruppen unterschieden werden: abbaubare Biopolymere auf petrochemischer Basis, abbaubare Polymere, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren und nichtabbaubare Biopolymere, deren Basis nachwachsende Rohstoffe sind.
Welche Polymere in der Produktion zum Einsatz kommen, ist vor allem eine Frage der Anwendung. „Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften sind die Biokunststoffe durchaus in der Lage den Bereich der konventionellen Kunststoffe abzudecken. In Hinblick auf die thermomechanischen Eigenschaften stößt man jedoch schnell an die Grenzen“, so Tobias Weber, Ansprechpartner für Technologie- und Produktentwicklung bei der VWH GmbH.
Die höchste Wärmeformbeständigkeit zeigen Cellulosederivate, die im Bereich konventioneller Kunststoffe liegen, wie z. B. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Für alle höheren thermischen Ansprüche, die beispielsweise von Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyamiden (PA) erfüllt werden können, gibt es derzeit noch keinen kommerziell erhältlichen Biopolymerwerkstoff.
Recycling und die Vision einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft
Derzeit sorgt der Mangel an Neuware für sprunghafte Entwicklungen auf den Kunststoffmärkten. Zu mehr Stabilität können der Einsatz biologisch abbaubarer Kunststoffe und die Verwendung von Altkunststoffen verhelfen. Welche Methode den Weg hin zu einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft ebnet, ist (noch) ungeklärt.
„Wir bei der VWH glauben, dass die Lösung vor allem in der Nutzung beider Möglichkeiten liegt. Bestimmte Anforderungen können die aktuell verfügbaren Biokunststoffe nicht erfüllen. In diesen Fällen ist der Einsatz nicht abbaubarer, jedoch möglichst rezyklierter Materialien erstrebenswert“, so Tobias Weber.
In welcher Form die Rezyklate verwertet werden ist u. a. abhängig von ihrem Reinheitsgrad. Thermoplaste und thermoplastische Elastomere lassen sich prinzipiell sowohl regranulieren als auch mit Neuware compoundieren. Die anschließende Verarbeitung unterscheidet sich nicht signifikant von neuen Rohstoffen.
Eine direkte Wiederverwendung ist bei Duroplasten, wie beispielsweise Polyurethanen (PUR), sowie Elastomeren, z. B. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), nicht möglich. Alternative Optionen ermöglichen jedoch verschiedene Einsatzmöglichkeiten. Duroplaste können feingemahlen und als Füllstoff verwendet werden. Elastomere, beispielsweise in Form von Altreifen, können umfunktioniert werden in Produkte für Unterbau- und Schalldämmplatten.
Nachhaltig leben mit Biokunststoffen
In der Automobilindustrie werden biologisch abbaubare Kunststoffe bereits von etablierten Marken für Teile verwendet, die nicht der direkten Witterung ausgesetzt sind. Die PKW-Innenraumverkleidung wird beispielsweise aus naturfaserverstärkten Polylactiden (PLA) hergestellt.
Besonders interessant ist der Einsatz der Biopolymerwerkstoffe in der Medizin. Mithilfe injizierter Medikamente oder Implantate kann ein in einer Polymermatrix eingeschlossener Wirkstoff kontinuierlich an den Körper abgegeben werden. Dauer und Intensität der Dosierung können auf diese Weise über die Abbaugeschwindigkeit des Polymers gesteuert werden. Ein ähnliches Beispiel ist der Einsatz von selbstauflösendem Nahtmaterial aus Polyhydroxyessigsäure (PGA) zum Wundverschluss.
Bei der Herstellung von Kinderspielzeug finden Biokunststoffe ebenfalls vermehrt Verwendung, u. a. in Form von Polyethylen (PE), das aus Zuckerrohr hergestellt wird. Biologisch abbaubare Alternativen sind Polylactide und Polyhydroxyalkanoate (PHA). Während Polylactide nur unter industriellen Kompostierbedingungen abgebaut werden können, werden PHAs selbst in Seewasser innerhalb von nur 15 Wochen abgebaut.
Die Gretchenfrage: Wie steht es um die biologische Abbaubarkeit?
Ausschlaggebend ist für die Beantwortung die vorgesehene Verwendung des Endprodukts. Der Einsatz ausschließlich biologisch abbaubarer Kunststoffe ist wünschenswert, macht jedoch nicht bei allen Anwendungen Sinn. Beispielsweise bei solchen, die eine hohe chemische Beständigkeit des Bauteils erfordern. Ein biobasierter Ursprung sowie eine verhältnismäßig schnelle und einfache biologische Abbaubarkeit wären bei Wegwerfmaterialien wie Einwegplastiktüten oder
-besteck optimal.
„Eines Tages werden alle Kunststoffe biobasiert sein müssen. Die endliche Verfügbarkeit petrochemischer Rohstoffe rückt diesen Anspruch in den Vordergrund. Umso wichtiger ist es, bereits jetzt passende Alternativen zu finden und deren Entwicklung frühzeitig voranzutreiben“, so Andreas Klatt, Technischer Leiter bei der VWH GmbH. „Nachhaltiges Handeln bedeutet für uns das Gleichgewicht herzustellen – zwischen der Verwendung umweltfreundlicher Biowerkstoffe, der Sicherstellung der Funktionalität und dem Komfort, den das Material Kunststoff dem alltäglichen Leben in unserer Gesellschaft ermöglicht.“