Erzeugung & Eigenschaften

Die Basis für biobasierte Polymere bilden in erster Linie organische Ausgangsmaterialien, die in Brandenburg in großen Mengen zur Verfügung stehen. Neben klassischen Rohstoffen wie Chemiezellstoff, der aus holzbasierter Biomasse gewonnen wird, spielen auch landwirtschaftliche Nebenprodukte wie Stroh, Kartoffelstärke oder andere Reststoffe eine wichtige Rolle. Diese Materialien enthalten hochfunktionelle Bausteine wie Zellulose, Hemicellulose, Lignin und Stärke – essentielle Komponenten, die sich zur Synthese von Polymeren eignen. Insbesondere die Aufbereitung von Chemiezellstoff hoher Reinheit ermöglicht die Gewinnung von Monomeren, die als Ausgangspunkt für biobasierte Polymerisationen dienen. Auch Lignin, ein dreidimensional aromatisches Biopolymer, wird zunehmend als Rohstoff für die Herstellung von biobasierten Kunststoffen und Spezialchemikalien untersucht, da es als natürlicher Aromatlieferant fungieren kann.

Die Transformation der Ausgangsmaterialien in hochwertige Biopolymere erfolgt über eine Vielzahl von Verfahren. Ein zentraler Schritt ist häufig die Umwandlung der natürlichen Makromoleküle in biobasierte Monomere, welche anschließend polymerisiert werden können. Beispielsweise wird durch Fermentation von Zuckern, die aus stärkehaltigen Pflanzen gewonnen werden, Milchsäure produziert – ein Monomer, das zur Herstellung von Polymilchsäure (PLA) verwendet wird. In Brandenburg und Berlin findet bereits in Kooperation mit regionalen Partnern wie Uhde Inventa-Fischer (UIF) Forschung und Produktion in diesem Bereich statt.

Neben der Fermentation spielt auch die chemische Modifikation eine wesentliche Rolle. Native Biopolymere wie Zellulose und Stärke können durch gezielte Esterifikations- oder Veresterungsverfahren in modifizierte Formen überführt werden, die bessere Verarbeitungs- und Materialeigenschaften aufweisen. So werden beispielsweise Celluloseester oder Stärkeester hergestellt, die als Grundlage für viskose Produkte oder als Additive in der Kunststoffverarbeitung dienen. Eine weitere wichtige Technik ist das Blenden, bei dem native Biopolymere mit anderen additiven Stoffen kombiniert werden, um die gewünschten mechanischen und thermischen Eigenschaften zu erzielen. Diese Verfahren erlauben es, die Naturmaterialien so zu modifizieren, dass sie in der Endverarbeitung, etwa durch Extrusion, Spritzguss oder Tiefziehen, zu Halbzeugen und Endprodukten weiterverarbeitet werden können.

Biologische Abbaubarkeit
Viele Biopolymere, wie etwa Polymilchsäure (PLA), sind biologisch abbaubar oder kompostierbar. Dies bietet ökologische Vorteile, da sie nach ihrem Einsatz umweltfreundlich abgebaut werden können und somit zur Reduktion von Kunststoffabfällen beitragen.

Anpassungsfähigkeit und Funktionalisierung
Durch gezielte chemische Modifikationen – wie Esterifikationen oder Veresterungsverfahren – können die Eigenschaften von Biopolymeren (z. B. mechanische Festigkeit, thermische Stabilität, Feuchtigkeitsbeständigkeit) optimiert und an spezifische Anforderungen angepasst werden. Diese Flexibilität erlaubt es, die Materialeigenschaften gezielt zu steuern.

Verarbeitungsfreundlichkeit
Viele Biopolymere lassen sich mit herkömmlichen Kunststoffverarbeitungstechniken (Extrusion, Spritzguss, Tiefziehen) verarbeiten. Allerdings können sie in einigen Fällen im Vergleich zu petrochemischen Kunststoffen unterschiedliche Prozessparameter erfordern, etwa in Bezug auf Schmelztemperatur und Viskosität.