Biokunststoff-Compounds mit Naturfasern als attraktives Verpackungsmaterial. (Bildquelle: Biofibre)

Biokunststoff-Compounds mit Naturfasern als attraktives Verpackungsmaterial. (Bildquelle: Biofibre)

Der Einsatz von leistungsfähigen und in hohem Maße biobasierten Verbundwerkstoffen in der Verpackungsindustrie blieb lange Zeit hinter den Erwartungen und Wünschen verschiedener Parteien zurück. Trotz der grundsätzlichen substanziellen Interessensbekundung wichtiger OEMs der Verpackungsindustrie an nachhaltigen und biobasierten Produkten scheitern derartige Projekte oftmals an den Kosten oder mangelnder Kenntnis zur nötigen prozesstechnischen Umsetzung.

Biokunststoffe im Recycling-Prozess

Dass dies in Zeiten steigender Biokunststoffkapazitäten nicht so bleiben muss, zeigt die beispielhafte Verwendung von Pre-Consumer-Biokunststoffabfällen und dem erneuten Gebrauch als Sekundärrohstoff in Composite-Formulierungen. Der innovative Ansatz des Unternehmens Biofibre mit Sitz in Straubing und Altdorf liefert dabei zudem noch eine gute Umweltbilanz: Biofibre betrachtet in der Entwicklung und Herstellung von Biokunststoffgranulat mit Naturfaseranteil nicht nur die Materialbestandteile, sondern auch den Verarbeitungsprozess als maßgebliche Einflussvariable für die Materialeigenschaften und Nachhaltigkeit der Produkte. Dabei sind sowohl verfahrens- und materialseitig als auch in Bezug auf ethische sowie arbeits- und umweltschutztechnische Vorgaben einige Kriterien zu berücksichtigen.

Das Thema Nachhaltigkeit war bei Unternehmen bisher mit geringerer Priorität angesiedelt. Doch im Zuge der Corporate Social Responsibility (CSR) gewinnt das Thema zunehmend an Bedeutung. Die EU verpflichtet Unternehmen, über Aspekte der Nachhaltigkeit zu berichten (CSR-Richtlinie 2014/95/EU). Aus diesem Grund sind viele kapitalmarktorientierte Unternehmen der Verpackungsindustrie seit dem 1. Januar 2017 zur Veröffentlichung eines Nachhaltigkeits- oder CSR-Bericht verpflichtet.

Durch den Einsatz von Biocomposites können Unternehmen die Kennzahlen bezüglich des Carbon Footprint für Unternehmen (CCF) und Produkte (PCF) verbessern und damit ihren CSR-Beitrag aufwerten. Jedoch ist das Verständnis von Nachhaltigkeit, das sich lediglich auf die Erstellung von CSR-Berichten beschränkt, nicht zielführend. Entscheidend sind Umsatz, Gewinn und Cashflow als Messgrößen für den Erfolg eines Unternehmens. Von diesen hängt ab, wie Produktionen gesteuert, Ressourcen verteilt und Investitionen (auch in Nachhaltigkeit) getätigt werden. Die Vorgabe dabei lautet: Eine gesteigerte Nachhaltigkeit in möglichst allen Bereichen und dadurch einen für alle Beteiligten messbaren Mehrwert zu erreichen.

Der technische Kreislauf

Die Trends der letzten Jahre und aktuelle Prognosen zeigen, dass der Einsatz von biobasierten Kunststoffen in verschiedensten Marktsegmenten zukünftig zunehmen wird. Damit einhergehend werden auch vermehrt Produkte aus biobasierten Kunststoffen im Entsorgungsstrom der Leichtverpackungen wiederzufinden sein. Im Falle des gegenwärtig wohl mengenmäßig bedeutendsten biobasierten Polymers Polylactid (PLA) stellt das Anfallen großer Abfallmengen bei der Herstellung und die anschließende Entsorgung einen Nachteil dar. Dies wiegt umso schwerer, da Polylactide preislich mit den heute marktbeherrschenden Kunststoffen für den Verpackungsbereich nur schwer konkurrieren können (PLLA: ca. 2,20 EUR; PP: ca. 0,70 EUR; PE: ca. 0,80 EUR; Stand 04/2017). Trotz der positiven Marktmeinung für Endprodukte aus nachwachsenden Rohstoffen scheinen höhere Preise im Vergleich zu konventionellen Produkten nur im begrenzten Umfang im Markt durchsetzbar zu sein. Diesem Problem hat sich Biofibre angenommen und dabei einen neuen Ansatz der Kreislaufwirtschaft entwickelt. Auf Basis von Pre-Consumer-Abfall wird Polylactid (PLA) aufbereitetet und als spritzfähiges Material für die Verpackungsindustrie angeboten. Die Möglichkeit der spritztechnischen Verarbeitung bietet die Voraussetzungen für einen hohen Investitionsschutz bestehender Fertigungseinrichtungen.

Aus dem Faserb und PLA wird ein spritzgießfähiges Granulat hergestellt, dessen Rezeptur an die Anwendung und den Prozess angepasst ist. (BIldquelle: Biofibre)

Aus dem Faserb und PLA wird ein spritzgießfähiges Granulat hergestellt, dessen Rezeptur an die Anwendung und den Prozess angepasst ist. (BIldquelle: Biofibre)

Dem niedrigeren Preis des recycelten PLA relativ zu den am Markt erhältlichen Polylactiden stehen allerdings gewisse material- und prozessseitige Hemmnisse gegenüber. So kann das Regranulat diverse Verunreinigungen aus dem ersten Verarbeitungszyklus enthalten, wie Papier-, Farb- und Klebstoffe. Diese sind zwar gesundheitlich unbedenklich, erfordern aber eine gezielte Anpassung der Materialeigenschaften sowie der Feuchtegehalte im zweiten Zyklus. Das Verarbeitungsfenster von PLA und PLA-Regranulaten hinsichtlich Zeit-/Temperaturbelastung und Restfeuchtigkeit sind sehr eng und über die ganze Produktionskette von der Rohmaterialherstellung bis zur Produktion von Endprodukten einzuhalten. Infolgedessen weist das Granulat einerseits eine geringere Zähigkeit und andererseits eine gesteigerte Wasseraufnahmefähigkeit auf.

Um diese Materialeigenschaften zu beherrschen, kommt es daher besonders auf die Materialrezeptur und die Konditionierung aller Verbundbestandteile im zweiten Nutzungszyklus an. Während des Compoundierprozesses kann durch gezielte Additivierung ein Entgegenwirken der hohen thermomechanischen Belastung erreicht werden. Erst dieser Schritt erlaubt es, die Bandbreite der Verarbeitungsparameter und Materialeigenschaften auszuweiten. Rezepturentwicklung und individuelle Herstellungsverfahren der Biowerkstoffgranulate stammen aus der eigenen Forschungs- und Entwicklungsabteilung und beziehen Ergebnisse aus Innovationsprojekten mit ein.

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Über den Autor

Jörg Dörrstein

ist Director R&D von Biofibre in Straubing.