Biogradable Packaging

Inhaltsverzeichnis

  Allgemeines  3

  Vor- und Nachteile  7

  Cellulose  23

  Derivate der Cellulose  25

  Stärke und Derivate  35

  Ausblick  43

  Literaturverzeichnis  I

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Allgemeines

Zunächst muss ein häufig anzutreffender Irrtum beiseite geschafft werden – nämlich

der, dass Müll verschwindet, wenn er verbrannt wird. Er ändert lediglich seine Form

und Zusammensetzung und bringt durch seine Verbrennung Unmengen von

Schadstoffen in die Umwelt ein. Dazu gehören Schwer- und Halbmetalle (Blei,

Quecksilber, Arsen), polychlorierte Biphenyle und Naphtaline und auch

krebserregende Kohlenstoffverbindungen. Aber auch die klassischen

Verbrennungsprodukte wie Stickoxide, Kohlenmonoxid und Schwefeldioxid gelangen

als Umweltgifte in die Luft. Man muss nicht erwähnen, dass all diese Stoffe die

Gesundheit des Menschen gefährden. 1 Deshalb müssen die Industrie und auch die Verbraucher verstärkt dazu angehalten

werden, einerseits wieder verwendbare Verpackungen zu nutzen, und andererseits

damit die Schließung des Kohlenstoffkreislaufes für den Aufbau unserer nachhaltigen

Wirtschaft befolgen. 2 „Stoffliche Verwertung und Ressourcenschonung auf allen Ebenen, wo immer es

möglich ist“ lautet die Devise. 3

Wirklich umweltfreundlich sind die sogenannten bioabbaubaren Verpackungen, da

sie weitaus weniger Energie und Erdöl zur Herstellung benötigen.

Bioabbaubare Verpackungen werden unter Einwirkung von Mikroorganismen,

Feuchte und Wärme abgebaut. Der Abbau erfolgt schrittweise bis auf die

Grundbausteine. Dabei entsteht überwiegend Kohlendioxid und Wasser, aber auch

Biomasse, woraus auf den Feldern wieder der Rohstoff für eine neue Verpackung

entsteht. Ein perfekter Kreislauf eben! 4

Heutzutage gibt es eine große Vielzahl von bioabbaubaren Polymeren, die speziell

für Anwendungen mit geringer Nutzungsdauer von Bedeutung sind, d.h. sie können

prinzipiell alle herkömmlichen Kunststoffe in allen Anwendungen substituieren, in

denen eine lange Lebensdauer nicht erforderlich ist. Wenn die primäre Nutzfunktion

nach dem Gebrauch entfällt, sollen sie ohne großen Aufwand in möglichst

geschlossenen, naturnahen Kreisläufen durch biologische Verfahren der

Abfallbehandlung, wie z.B. der Kompostierung einer Wiederverwertung zugeführt

werden. 5

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Der Einsatz von bioabbaubaren Polymeren ist prinzipiell dann sinnvoll, wenn die Funktion des biologischen Abbaus verlangt wird, wie z.B. bei einem Obst- oder Gemüsebeutel der zum Bioabfallsack wird oder auch wenn das konventionelle Recycling aufwendig, schwierig oder nicht möglich ist, eine Wiederverwertung aber gefordert ist wie eben bei Lebensmittelverpackungen. Weitere Anwendungsgebiete für biologisch abbaubare Polymere sind unter anderem die Landwirtschaft, der Gartenbau und der Fast Food - Bereich. 6

Biologisch abbaubare Polymere können sowohl aus nachwachsenden, als auch aus fossilen Rohstoffen bestehen oder aber auch aus einer Mischung von beiden. Die Rohstoffherkunft spielt bei der Eigenschaft der biologischen Abbaubarkeit bzw. Kompostierbarkeit keine Rolle, nur die chemische Zusammensetzung ist von Bedeutung. 7

Die derzeit wichtigsten bioabbaubaren Polymere, auf die später noch genauer eingegangen wird, sind:

Cellulose und Cellulosederivate Stärke und Stärkederivate Polyhydroxyfettsäuren (PHB) Polymilchsäure (PLA)

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Abbildung 1: Überblick über biologisch abbaubare Polymere aus unterschiedlichen Rohstoffquellen

Die folgende Abbildung zeigt den geschlossenen Kreislauf von biologisch abbaubaren Materialien auf Basis der Rohstoffe: Die nachwachsenden Rohstoffe werden in der Pflanze synthetisiert und gleichzeitig Wasser und Kohlendioxid aus der Atmosphäre entnommen. Anschließend erfolgt die Aufbereitung des Pflanzenmaterials zur Herstellung von biologisch abbaubaren Polymeren, die wiederum für die Herstellung von z.B. Verpackungen verwendet werden können. Nach der primären Nutzung der Verwendung können die durch Kompostierung abgebaut werden. Dabei entstehen Abbauprodukte (Kompost, Wasser, Kohlendioxid), die wieder in die nächste Generation bioabbaubarer Polymere eingehen. 9

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Abbildung 2: Stoffkreislauf mit biologisch abbaubaren Produkten auf Basis nachwachsender

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Rohstoffe

Aufgrund von Entsorgungsproblemen und wachsenden Müllmengen, die auch auf ein wachsendes Volumen der Verpackungsabfälle zurückzuführen ist, haben bioabbaubare Verpackungen in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Auch das wachsende Umweltbewusstsein der Bevölkerung, sowie die Notwendigkeit der Ressourcenschonung haben die Umwelt- und Abfallgesetzgebung der letzten drei Jahrzehnte massiv geprägt. Denn vorrangiges Ziel in der Konsumgüterdistribution muss die Vermeidung von Verpackungen sein, indem sie hinsichtlich ihrer Entsorgung optimiert werden. Dies ist auf verschiedenen Wegen möglich. Eine davon ist die umweltverträgliche Entsorgung nach einmaliger Verwendung wie z.B. durch den schon erwähnten biologischen Abbau. Denn aus biologisch abbaubaren Polymeren lassen sich kompostierbare Kunststoffprodukte

herstellen. 11

Die ersten Arbeiten zur Erzielung abbaubarer Kunststoffe erfolgten Anfang der 70er Jahre als Reaktion auf das Litter - Problem (Abfall, der in die Landschaft geworfen wurde). Man war darauf aus, dass dieser Müll durch das Sonnenlicht in Kombination

mit Wärme, Luft, Wind und Wasser in Zukunft abzubauen sein soll. 12

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Erst Mitte der 80er Jahre wurde den bioabbaubaren Kunststoffen eine größere Bedeutung seitens der Öffentlichkeit und Forschung geschenkt. Die Ursachen waren sehr vielfältig. Zum einen lag es an der Faszination des Wortes „biologisch“ und zum anderen in der Hoffnung neue Entsorgungsmöglichkeiten durch Kompostieren in häuslichen und gewerblichen Anlagen zu schaffen. Aber auch die Erschließung neuer Absatzmöglichkeiten für nachwachsende Rohstoffe und die Schonung fossiler Vorräte gehörten ebenfalls zu den Ursachen. 13

Da der Begriff „kompostierbar“ nicht geschützt ist und auch die Produkte aus biologisch abbaubaren Polymeren sich äußerlich kaum von den konventionell hergestellten Kunststoffen unterscheiden, hat die Wirtschaft ein Verfahren zur Zertifizierung und Kennzeichnung von kompostierbaren Produkten etabliert. In Deutschland wird die Zertifizierung von der DIN CERTO Gesellschaft für Konformitätsbewertung durchgeführt. Demnach unterliegen nachweislich kompostierbare Verpackungen bis 2012 nicht dem § 6 der Verpackungsverordnung, d.h. Hersteller und Vertreiber von Biopolymeren müssen sich nicht an einem Rücknahmesystem beteiligen. Durch die Freistellung von Entsorgungsgebühren von etwa 1500 Euro pro Tonne soll die Markteinführung von Biokunststoffen gefördert werden. Allein durch diese Regelung im Jahre 2005 haben sich die Marktperspektiven in Deutschland erheblich verbessert. 14

Nach Prüfung der biologischen Abbaubarkeit (DIN V 54900-1) und Kompostierbarkeit nach normierten Prüfverfahren (DIN V 54900), sowie einer Produktzertifizierung durch Experten, gelten zertifizierte Produkte als nachweislich für die Kompostierung geeignet und dürfen demnach das in Abbildung 4 dargestellte Kompostierbarkeits-

Logo tragen, welches mit einem breiten Schutzbereich in Europa geschützt ist. 15

Vor- und Nachteile

Biologisch abbaubare Verpackungen weisen eine Vielzahl von Vorteilen auf, jedoch gibt es auch einige Nachteile. Die Vor- und Nachteile werden im folgenden Abschnitt näher erläutert.

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Vorteile: 16 gute Alternative zu den aus Erdöl oder Erdgas hergestellten, konventionellen Kunststoffen → Schonung fossiler Ressourcen wie Erdöl, Erdgas und Kohle

Erfüllung der Kundenwünsche nach Nachhaltigkeit Verringerung des Entsorgungsproblems durch leichtere Entsorgung mittels Kompostierung

Verwendung von Kompost in der Landwirtschaft trägt zur Extensivierung bei → Minderung der Bodenerosion und Verbesserung der Bodenstruktur

Ansteigen der Bodenfruchtbarkeit und Erträge durch organischen Dünger (Kompost) → durch Einsparung von Kunstdünger werden weitere Umweltbelastungen vermieden

Besitzen eine hohe Wertschöpfung Entlastung der CO 2 – Bilanz der Atmosphäre → umweltfreundlicher, klimaschonender

Senken der Schadstoffbilanz Produkte, die oftmals in der Umwelt verloren gehen, werden abgebaut und verschmutzen nicht noch zusätzlich → Bewältigung des Litters

weniger Energieaufwand bei der Herstellung tragen zur Erhaltung der biologischen Vielfalt bei und bereichern die Kulturlandschaft

Entsorgung aufgrund der Kompostierbarkeit günstiger als bei konventionellen Kunststoffen die durch Recycling wiederverwertet werden

Nachteile: 17

wesentlich teurer als vergleichbare, konventionelle Kunststoffe, da Steigerung der Materialkosten ein vorzeitiger biologischer Abbau, z.B. durch Mikroorganismen im Lebensmittel muss aus lebensmittelrechtlicher und funktionellen Gründen

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ausgeschlossen sein → Stabilität während der Nutzungsdauer muss erhalten bleiben

Sicherstellen, dass keine Gefahren von den Abbauprodukten ausgeht z.B. für das Sickerwasser von Deponien

biologisch abbaubarer Kunststoffabfall darf sich nicht mit den für das Recycling bestimmten Kunststoff oder sonstigen Stoffen (toxikologisch bedenkliche Stoffe) mischen, da sonst das Sekundärprodukt gefährdet wäre – die Vermischung kann überall erfolgen (bei der Verwendung, bei der Müllsammlung)

Polymilchsäure

Polymilchsäure (=Polylactidacid, PLA), auch Polylactid genannt, ist ein aliphatischer Polyester, der aus Milchsäure oder Polyglykolsäure hergestellt wird. Die PLA weist Eigenschaften eines teilkristallines, thermoplastischen Materials auf. Vermischt oder verblendet man den Stoff mit anderen Platifizierern, können die Eigenschaften der

PLA nach eigenen Wünschen gestaltet werden. Es entstehen je nach Modifizierung

steife bis flexible Produkte, die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Feuchte, Alkohol und Fette aufweisen. Die Oberfläche ist glänzend sowie transparent und

kann auf Wunsch eingefärbt werden. 18 Die hergestellten Verpackungen sind im Vergleich zu PET steifer und lassen geringere Wandstärken zu. Ferner bietet PLA eine gute Durchlässigkeit für Feuchtigkeit und ist damit geeignet für den Einsatz bei Produkten, bei denen

Kondenswasser entweicht. 19

Zur Modifizierung werden Licht- und Wärmestabilisatoren, Gleitmittel und Pigmente zur Färbung hinzugefügt. Weiterhin können Füll- und Verstärkungsstoffe, Treibmittel und Vernetzungsmittel in das PLA-Granulat gemischt werden.

In Mischern werden die einzelnen Komponeten gut vermischt. Hierfür eignen sich im

Falle der rieselfähigen PLA rotierende Mischbehälter oder –werkzeuge. 20

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Der Rohstoff wird als Granulat geliefert und kann durch Extrusion, Presstechnik oder

das Spritzgussverfahren in die angestrebte Form gebracht werden. 21

Will man sogenannte Halbzeuge herstellen, die in weiteren Verarbeitungsschritten fertiggestellt werden sollen, so bietet sich die Extrusion an.

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Abbildung 3: Plastifiziereinheit

Ein Extruder (vergleicheAbbildung 3) besteht aus einer rotierenden Schnecke und einem feststehenden, temperierbaren Gehäuse. In der ersten Zone, der

Feststoffförderzone, wird das Granulat in die Maschine gegeben und durch die sich

drehende Schnecke weiter gefördert. Auf Grund der hierbei entstehenden Wandreibung wird das Material aufgeheizt.

In der zweiten Zone, der Aufschmelzzone, ist das Granulat bereits vollständig geschmolzen und eventuelle Lufteinflüsse entweichen in Richtung der

Feststoffförderzone.

In der Schmelzförderzone, der letzten Zone des Extruders, wird der Druck zur

Überwindung des Düsenwiderstandes aufgebaut und die Schmelze wird homogenisiert. Am Extrusionskopf wird das geschmolzene Material durch die Düse

gepresst und erhält dabei die gewünschte Form. 23 Möchte man mittels Extrusion Hohlkörper herstellen, eignet sich das Verfahren des

Blasformens (vergleicheAbbildung 4). Dabei wird ein Schmelzschlauch, auch

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Vorformling genannt, extrudiert und in eine Blasform eingeführt. In dieser Form wird der Schlauch aufgeblasen und passt sich der Formwandung an.

Abbildung 4: Schema des Blasformens

Das Spritzgussverfahren (vergleiche Abbildung 5) stellt eine Abwandlung des Extrudierens dar. Es ist gut geeignet wenn man wirtschaftliche große Mengen an Formteilen herstellen möchte.

Auch Spritzgussmaschinen sind mit Schneckenplatifizieren ausgestattet, werden allerdings diskontinuierlich betrieben. Die Schmelze wird in die Kavität des Spritzgießwerkzeuges geben. Das Werkzeug wird verschlossen und die Schmelze wird bis zum Erstarren abgekühlt. Im Anschluss wird das Formstück ausgestoßen. 25

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