Abbaubare Kunststoffe

07.10.2022 Lesezeit: ca. MinutenMinute Podcast

Biopolyester: Blends mit Booster

Polyvinylacetatbasierte VINNEX^{^®}-Additive erleichtern die Verarbeitung biologisch abbaubarer Kunststoffe und verbessern deren Materialeigenschaften – ganz besonders in Kombination mit siliconbasierten Additiven. Jetzt sind vier VINNEX^{^®}-Typen auch als ressourcenschonend produzierte eco-Varianten erhältlich.

Die sehr gute Wasserdampfdurchlässigkeit, kombiniert mit hoher Transparenz, macht eine Folie aus Polymilchsäure (PLA) und VINNEX^{^®} zu einer idealen Verpackungsfolie, beispielsweise für frisches Gemüse.

Seit Juli 2021 sind auf dem Gebiet der Europäischen Union Produkte aus Einwegplastik verboten, die bislang nach dem Gebrauch weggeworfen wurden – darunter Besteck- und Strohhalme, Menüboxen, To-go-Becher oder Rührstäbchen aus Plastik. Parallel zu den Bemühungen der Regierungen, das Plastikmüllaufkommen weltweit zu senken, steigt das Interesse an abbaubaren Kunststoffen. Der Branchenverband European Bioplastics erwartet in den nächsten Jahren einen starken Ausbau der weltweiten Produktionskapazitäten für diese Polymere, vor allem für biologisch abbaubare Polyester.

„Allerdings sind den Anwendungsmöglichkeiten für diese Kunststoffe derzeit noch Grenzen gesetzt, denn sie erreichen oftmals nicht das Eigenschaftsprofil, das Compoundierer, Kunststoffverarbeiter und Endverbraucher von herkömmlichen Thermoplasten gewohnt sind“, erklärt Dr. Ingo Jeschke, Senior Business Development Manager Resins bei WACKER POLYMERS. Zudem seien sie schwer zu verarbeiten. „Beide Schwächen müssen bei der Compoundierung ausgeglichen werden“, betont Jeschke.

Zur Modifizierung von biologisch abbaubaren Polyestern haben sich polymere organische Additive auf Basis von Polyvinylacetat bewährt. Diese kommerziell unter der Bezeichnung VINNEX^{^®} erhältlichen Produkte sind in ihren Polaritäten exakt auf Biopolyester und Stärken abgestimmt. Sie umfassen Homo-, Co- und Terpolymere, die wegen ihrer Polarität mit Biopolyester verträglich sind.

38,3 %

Um diesen Prozentsatz wird die Schmelze-Volumenfließrate – ein Indikator für die Verarbeitungsfähigkeit – von gefülltem Polybutylensuccinat (PBS) erhöht, wenn zehn Prozent VINNEX^{^®} 2504 und ein Prozent GENIOPLAST^{^®} Pellet S zugegeben werden.

„Unsere VINNEX^{^®}-Additive erleichtern die Verarbeitung der biologisch abbaubaren Polymere, verbessern deren Materialeigenschaften und wirken als Kompatibilitätsverbesserer“, sagt Dominique Nely, Leiterin des globalen Business Teams Resins bei WACKER POLYMERS. Auf diese Weise ermöglichen sie die Herstellung von Compounds aus unterschiedlichen Biopolyestern und Stärken, auch in Verbindung mit Füllstoffen.

Das VINNEX^{^®}-Portfolio ist in Polymerpulver und Polymerharze unterteilt. Die pulverförmigen Typen steuern das Kristallisationsverhalten von teilkristallinen Biopolyestern und sorgen dadurch für zeitlich stabile Endeigenschaften. Auch erhöhen sie die Schlagzähigkeit und die Biegsamkeit der Biopolyester. VINNEX^{^®}-Harze wirken vor allem als Prozesshilfsmittel. Sie erleichtern die Verarbeitung, indem sie zum Beispiel die Schmelzefestigkeit der Biopolyester erhöhen.

Auf der Kunststoffmesse K 2022 stellt WACKER vier polyvinylacetatbasierte Additive aus dem VINNEX^{^®}-Produktportfolio vor, die ressourcenschonend produziert werden: VINNEX^{^®} eco 2522, VINNEX^{^®} eco 2525, VINNEX^{^®} eco 2504 und VINNEX^{^®} eco 2505. Die Produktlinie VINNEX^{^®} eco wird aus erneuerbaren Rohstoffen, basierend auf dem Massenbilanzansatz, hergestellt. Fossile und erneuerbare Rohstoffe werden zu Beginn der Herstellung dem Produktionskreislauf zugeführt. Anschließend wird nach dem Massenbilanzansatz rechnerisch ermittelt, wie hoch der Anteil an Festharzen ist, der aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt wurde. VINNEX^{^®} eco- Produkte besitzen die gleichen chemischen und physikalischen Eigenschaften wie die Standardprodukte, weisen jedoch einen niedrigeren CO₂-Fußabdruck auf. Alle VINNEX^{^®} eco-Produkte sind gemäß REDcert²-Zertifizierungsstandard zertifiziert.

„Biologisch abbaubare Polyester erreichen oftmals nicht das Eigenschaftsprofil, das Verarbeiter und Verbraucher gewohnt sind.“

Dr. Ingo Jeschke, WACKER POLYMERS

Additive der Marken VINNEX^{^®} beziehungsweise VINNEX^{^®} eco können auch in Kombination mit siliconbasierten Additiven verwendet werden (siehe Beitrag ab Seite 66), die WACKER unter der Marke GENIOPLAST^{^®} Pellet anbietet. GENIOPLAST^{^®} Pellets eignen sich universell zur Compoundierung sämtlicher Thermoplaste, reduzieren Reibungseffekte, wirken dadurch als Prozesshilfsmittel und verbessern die Endeigenschaften des Kunststoffs.

Für ein Screening zum kombinierten Einsatz von Additiven der Marken VINNEX^{^®} und GENIOPLAST^{^®} wählten WACKER-Chemiker die biologisch abbaubaren Kunststoffe Polymilchsäure und Polybutylensuccinat. Diese Biopolyester gelten prinzipiell als Alternativen zu klassischen Thermoplasten, sind jedoch schwierig zu verarbeiten und erreichen erst durch den Zusatz geeigneter Additive das von herkömmlichen Thermoplasten gewohnte Eigenschaftsprofil.

„VINNEX^{^®} erleichtert die Verarbeitung von Biopolyestern und verbessert deren Materialeigenschaften.“

Dominique Nely, Leiterin globales Business Team Resins, WACKER POLYMERS

Vorstufe für die Herstellung von Blasoder Flachfolien: Aus einem Biokunststoff und VINNEX^{^®} 2526 wird ein transparentes Granulat hergestellt. Extrusionsstränge tauchen dazu in ein Wasserbad.

Vorteile der Kombination

Zentrales Ergebnis des Screenings ist die Beobachtung, dass sich VINNEX^{^®} und GENIOPLAST^{^®} in ihren Wirkungen ergänzen – und dies gleichermaßen in gefüllten wie in ungefüllten Biokunststoffsystemen. Die Vorteile im Einzelnen:

— Werden VINNEX^{^®} und GENIOPLAST^{^®} gemeinsam eingesetzt, lassen sich die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften von Biokunststoffen optimal an den Bedarf anpassen. Die Additivkombination ist in ihrer Wirkung den einzeln eingesetzten Additiven überlegen.

— VINNEX^{^®} beeinflusst, je nach eingesetzter Type, entweder das Verhalten der Polymerschmelze oder die mechanischen Eigenschaften positiv. Es sorgt auch dafür, dass sich die Biokunststoffe problemlos verarbeiten lassen.

— Zusätzlich zu VINNEX^{^®} eingemischt, verbessert GENIOPLAST^{^®} vorrangig die Oberflächeneigenschaften der Kunststoffartikel, dies vor allem in gefüllten Systemen.

— In den untersuchten Biokunststoffen wirkt das zusätzlich zum VINNEX^{^®}-Additiv eingearbeitete GENIOPLAST^{^®} als Booster: Es steigert die mit VINNEX^{^®} erreichten Effekte. In einigen Fällen verbessert es auch Eigenschaften, die VINNEX^{^®} nicht beeinflusst. So verringert erst der Zusatz von GENIOPLAST^{^®} die Oberflächenreibung und steigert dadurch die Kratz- und Abriebfestigkeit der Biokunststoffe. Dies belegen konfokalmikroskopische Untersuchungen der Tiefe und der Rauigkeit von Kratzern.

— Die Additivkombination verbessert zudem die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts: Gemeinsam eingesetzt, machen VINNEX^{^®} und GENIOPLAST^{^®} die Biokunststoffe biegsamer und schlagzäher und erhöhen bei gefüllten Systemen die Bruchdehnung, ohne die Wärmeformbeständigkeit zu verschlechtern. Derartig modifizierte Kunststoffe können somit in Anwendungen eingesetzt werden, die bislang herkömmlichen Thermoplasten vorbehalten waren.

— In den üblichen Einsatzmengen und abhängig vom jeweiligen System führen VINNEX^{^®}- und GENIOPLAST^{^®}-Additive zu keiner Beeinträchtigung der Abbaubarkeit von Biopolyestern wie etwa Polybutylensuccinat, Polymilchsäure oder thermoplastischer Stärke und Kombinationen aus diesen bioabbaubaren Polymeren.