de.wedoany.com-Bericht: Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) hat zusammen mit der DEUREX AG eine Klasse vollständig biologisch abbaubarer Biokunststoffe entwickelt, die als Drop-in-Lösung für bestehende Kunststoffanwendungen dienen kann. Das Ergebnis stammt aus dem Projekt „BioZ – Biobasierte Innovationen aus Zeitz und Mitteldeutschland" des WIR!-Bündnisses, das zugleich als Kompetenzzentrum im Metanetzwerk TransBIB fungiert. TransBIB vernetzt Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Innovationszentren im Bereich der industriellen Bioökonomie mit dem Ziel, den Transfer biobasierter Technologien in die industrielle Anwendung zu beschleunigen.
Der Kern des Projekts ist die Entwicklung biobasierter, wachshaltiger Leistungsmodifikatoren (Biomere), die die derzeit in der Industrie verwendeten petrochemischen Modifikatoren ersetzen sollen. Diese Wachse sind biologisch abbaubar und lassen sich im industriellen Maßstab aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen. Das Forschungsziel besteht darin, petrochemische Leistungsmodifikatoren in Polymermaterialien teilweise oder vollständig zu ersetzen und gleichzeitig neue Formulierungen für biobasierte Verpackungsanwendungen zu entwickeln. Ein Schwerpunkt ist die Kunststoffverbindung für Obst- und Gemüsenetze, bei der versucht wird, herkömmliche Polymere teilweise oder vollständig durch technische Biopolymere zu ersetzen, ohne Verarbeitbarkeit und Produkteigenschaften einzubüßen.
Das Besondere an diesem Ansatz ist seine hohe Variabilität. Durch den Einsatz biobasierter Modifikatoren können die Forscher die Verarbeitungseigenschaften von Biopolymeren wie Polybutylensuccinat (PBS) gezielt beeinflussen – sowohl die Viskosität erhöhen als auch senken. Die Dispergierbarkeit zusätzlicher Füllstoffe (z. B. Farbpigmente) wird verbessert, und die biologische Abbaubarkeit des gesamten Systems bleibt unberührt. Derzeit ist keine vergleichbare Plattformtechnologie auf Basis nachwachsender Rohstoffe bekannt.
Die meisten Modifikatoren auf dem Markt basieren auf petrochemischen Wachsen oder Pfropfcopolymeren und sind für biologisch abbaubare Anwendungen nur begrenzt geeignet. Der neue Ansatz wurde von vornherein auf Kompatibilität mit bestehenden industriellen Prozessen ausgelegt: Die biobasierten Modifikatoren können direkt auf vorhandenen Anlagen verarbeitet werden und bieten damit einen vergleichsweise direkten Weg für die nachhaltige Transformation bestehender Kunststoffsysteme.
Die technische Route der Entwicklung sieht wie folgt aus: Zunächst wird biobasiertes Ausgangsmaterial aus Bagasse durch oxidative Degradation abgebaut, um das Molekulargewicht gezielt einzustellen; anschließend erfolgt eine chemische Modifizierung reaktiver Gruppen, um gezielt die Wechselwirkung des Modifikators mit der PBS-Matrix zu beeinflussen. Die resultierenden Wachse werden über Batch- und kontinuierliche Schmelzmischverfahren in die Biopolymere eingearbeitet und anschließend von den Projektpartnern hinsichtlich Mikrostruktur und Materialeigenschaften analysiert.
Die Forschung bestätigte die Skalierbarkeit vom Labormaßstab bis in den Pilotmaßstab: Mittels kontinuierlichem Schmelzmischen im Doppelschneckenextruder wurde der Durchsatz von etwa 1 kg/h im Labor auf etwa 10 kg/h im Pilotmaßstab gesteigert. Im anschließenden Industriemaßstab wurden die entwickelten Formulierungen erfolgreich zu Blasfolien verarbeitet und zur Herstellung von Verpackungsnetzbändern eingesetzt. Die experimentellen Daten zeigen, dass die Einarbeitung biobasierter Wachse die rheologischen und mechanischen Eigenschaften von PBS signifikant beeinflussen kann – bereits ein Zusatz von nur 1,5 % verändert das Fließverhalten, die Steifigkeit und die Festigkeit des Materials deutlich.
Die Ergebnisse des Projekts veranschaulichen einen realen Weg biobasierter Innovationen vom Labor in die industrielle Anwendung. Die Verzahnung von Materialentwicklung, Prozesshochskalierung und industrieller Umsetzung benötigt genau die Unterstützung, die Transfernetzwerke wie TransBIB bieten. Die Erfahrungen aus dem Projekt BioZ Waxes zeigen, dass der erfolgreiche Transfer biobasierter Innovationen nicht nur von der Materialentwicklung selbst abhängt, sondern auch von geeigneten Anwendungspartnern, der Infrastruktur für die Hochskalierung sowie Fachwissen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. TransBIB trägt durch die Vernetzung bestehender Innovationszentren, die Förderung des Austauschs zwischen Forschungseinrichtungen und Industrie sowie die Bereitstellung verschiedener digitaler Werkzeuge dazu bei, die industrielle Umsetzung nach erfolgreicher Skalierung zu beschleunigen.
