Einmal-Verpackungen aus Kunststoffen – zum Beispiel Kaffeekapseln – stehen in Zeiten zunehmenden Umwelt- und Ressourcenbewusstseins in der Kritik. Der Trend geht zu biologisch abbaubaren Materialien, auch wenn deren Anteil am Gesamtverbrauch noch sehr gering ist. Nicht immer können biologisch abbaubare Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen verwendet werden, denn ihre Eigenschaften unterscheiden sich zum Teil erheblich von den Standard-Kunststoffen.

Biologisch abbaubare Kaffeekapseln

Das Vlies der Kaffeekapseln von Segafredo ist mit einer Barriere aus PE versehen, damit der Kaffee nicht zu schnell durchfließen kann und richtig aufgebrüht wird. Das Barriereverhalten dieses Vlieses beeinflusst die Qualität des Kaffee. PLA-Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen konnten hierfür nicht verwendet werden, weil sich die Barriere-Eigenschaften zu stark unterschieden. Um dennoch zu erreichen, dass die komplette Kapsel biologisch abbaubar ist, wurde der PE-Anteil im Vlies des Pads durch Zusatz eines Additivs biologisch abbaubar gemacht.

Die Kapsel kann nun nach Gebrauch in der Biotonne oder auf dem Kompost entsorgt werden. Des Weiteren können vorhandenen Produktionsanlagen unverändert genutzt werden, was bei PLA nicht ohne zusätzlichen Aufwand möglich gewesen wäre. Weitere Gründe für den Einsatz des Additivs anstelle des abbaubaren Biokunststoffs waren der einfache Einsatz und die geringeren Rohstoffkosten. Denn dem Standard-PE muss lediglich ein Prozent des Additivs Eco Pure zugesetzt werden.

Die biologische Abbaubarkeit wurde nach ASTM-5511 in mehreren Laboren unabhängiger Dritter in verschiedenen Ländern nachgewiesen. Das Additiv ist Reach zertifiziert und für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet. Der Zusatzstoff basiert auf organischen Inhaltsstoffen, beinhaltet keine Metalle, Schwermetalle oder genetisch verändertes Material. Erfolgreich eingesetzt wurde er bisher bei Polyethylen (LD-PE und HD-PE), Polypropylen, PET, PVC, Polystyrol, HIPS, EVA, Polyester, Polycarbonat, ABS, TPE, TPR, TPU, PU und Nylon. Die veränderten Materialien lassen sich extrudieren, blasformen oder spritzgießen.

Eigenschaften und Wirkungsweise des Additivs

Derzeit haben in Deutschland etwa 45 Hersteller das Bio-Additiv getestet. Bei keinem der Tests gab es Probleme hinsichtlich Produktion oder Qualität. Das Additiv verträgt sich mit anderen Zusatzstoffen wie Farbstoffen, Inhibitoren, Weichmacher, Flammschutz-, Treibmittel und Ähnlichen. Es kann beim Basismaterial, zusammen mit anderen Additiven beigemischt oder über eine seperate Dosiereinheit zugeführt werden, da es sowohl in Granulatform auf verschiedenen Trägermaterialien als auch in flüssiger Form verfügbar ist.Bei der Produktion muss meist nur etwa ein Prozent zugesetzt werden, um das Endprodukt biologisch abbaubar zu machen. Vorhandene Produktionsanlagen müssen nicht verändert werden. Auch wird die Verarbeitung des Basis-Kunststoffs (Temperaturgrenzen, Viskosität, Schmelztemperatur) durch den mengenmäßig geringen Zusatz nicht beeinflusst.

Die physikalischen Eigenschaften des hergestellten Produkts ändern sich nach der Beimischung des Bio-Additivs nicht, was für manche Anforderungen unabdingbar ist. Wird das Endprodukt sachgemäß gelagert, ist es unbegrenzt haltbar. Der Abbauprozess beginnt erst, wenn das Produkt in die Umwelt gelangt oder mit anderen biologisch abbaubaren Materialien in Kontakt kommt. Die Dauer des Abbaus beträgt je nach Dicke und Oberflächenausdehnung ein bis fünf Jahre.

Das zum Patent angemeldete Kunststoff-Additiv macht mithilfe von Mikro-organismen aus Standardpolymeren vollständig biologisch abbaubare Polymere, ohne umweltschädliche Rückstände zu hinterlassen. Durch den Zusatzstoff werden bestimmte Bakterienstämme und Mikroben, die in der Umwelt und in anderen biologisch abbaubaren Materialien vorkommen, angelockt und zur Vermehrung angeregt. Hierbei wird ein natürlicher Vorgang, das „Quorum sensing“ genutzt. Das ist die Fähigkeit von Einzellern, über chemische Kommunikation die Zelldichte der Population messen zu können. Bakterien, die das Quorum sensing nutzen, produzieren Signalmoleküle, die als Autoinduktoren beziehungsweise als Pheromone wirken.

Dies ermöglicht unter bestimmten Umgebungsbedingungen die Bildung eines Biofilms auf dem sich die Bakterien und Mikroben optimal vermehren können und die Molekularstuktur des Kunststoffes angreifen. So wird der Kunststoff von den Mikroorganismen verstoffwechselt, der Kunststoff wird also für die Bakterien als Nahrung attraktiv gemacht und vollständig verzehrt.

 

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Über den Autor

Hartmut Engel ist Geschäftsführer von BME Masterbatches, Mainhausen. h.engel@bioengel.com