Am Kunststoffmarkt etablieren sich Biokunststoffe in zunehmendem Maße. Viele lassen sich wie klassische erdölbasierte Kunststoffe verarbeiten und sind für vielfältige Anwendungen geeignet. Ein wichtiger Biokunststofftyp ist PBS. Das Biopolymer ist pflanzenbasiert, bioabbaubar und recyclingfähig. Ein japanischer Teehersteller nutzt PBS nun in der Umverpackung seiner Teebeutel.

PBS steht für Polybutylensuccinat. Hergestellt wird es aus Bernsteinsäure und 1,4-Butandiol, die heute beide ausnachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können.Der Biokunststoff ermöglicht eine hohe Variantenvielfalt, bringt gute Verarbeitungseigenschaften mit sich und eignet sich daherfür vielfältige Anwendungen in nachhaltigen Produkten. Aktuelles Beispiel: die japanische Teemarke EN TEA verwendet jetzt unter anderem BioPBS der Mitsubishi Chemical Group für die Umverpackungen ihrer Teebeutel. Die Tees selber werden bereits in Beutel aus Soylon, einem stärkebasierten, bioabbaubaren Gewebe verpackt. In den unbedruckten Umverpackungen ersetzt jetzt eine Siegelschicht und der Zipperverschluss aus kompostierbarem BioPBS der Mitsubishi Chemical Group fossile Kunststoffe. Das Biopolymer gilt als sehr gut heißsiegelfähig bei niedrigen Temperaturen und kommt bereits in vielen Anwendungen zum Einsatz, vor allem als Verpackungsmaterial für Lebensmittel. Mitsubishis BioPBS wird beispielsweise als Beschichtung für Papierbecher für den To-go-Konsum verwendet, die somit, anders als konventionelle, mit LDPE beschichtete Pappbecher, kompostiert oder über den Altpapierstrom recycelt werden können.

Kaffeebecher, die mit BioPBS beschichtet sind, können kompostiert oder mit dem Altpapier recycelt werden. Bild: Anna Pascale/unsplash

Durch die Verwendung von BioPBS in der Siegelschicht und dem Zipper bestehen die Beutelverpackungen von EN TEA nun einschließlich der Barriereschicht und der Klebstoffe komplett aus kompostierbaren Materialien. Mitsubishi Chemical gewinnt sein biobasiertes Polybutylensuccinat aus nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr, Maniok oder Mais und bietet zertifizierte Typen für die Industrie- und Heimkompostierung an Das Biopolymer lässt sich auf konventionellen Anlagen verarbeiten, ohne dass bestehendes Equipment modifiziert oder sogar ersetzt werden muss und es ist kompatibel mit Naturfasern und anderen Biopolymeren wie PLA.

Großer Entwicklungsbedarf im Bereich PBS

Kunststoffe neu zu denken ist auch eine Prämisse der Fraunhofer-Forschung. Die konsequente Weiterentwicklung von Biokunststoffen wie PBS ist dabei ein wichtiger Schwerpunkt. In diesem Bereich sei der Entwicklungsbedarf groß, heißt es. Mit Polybutylensuccinat steht ein aussichtsreiches Basismaterial auf dem Markt zur Verfügung, das aus biobasierten Rohstoffen hergestellt wird und biologisch abbaubar ist. Um jedoch ein breites Eigenschaftsprofil abdecken zu können, wie es mit der Vielzahl an Polyethylen (PE)-Typen möglich ist, müssen ebenso applikationsspezifische PBS-Typen entwickelt werden.

Genau dies hat sich das Projekt Rubio vorgenommen, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird und noch bis August 2024 läuft. In dem Forschungsprojekt wollen 18 Partner die Vision einer nachhaltigen Kunststoffwirtschaft Realität werden lassen. Ihr Ziel: Aus regional verfügbaren pflanzlichen Reststoffen sollen vielseitig einsetzbare nachhaltige Produkte entstehen, die recyclingfähig und biologisch abbaubar sind. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP entwickelt im Rahmen des Projekts neuartige Typen des Biokunststoffs PBS, damit er für deutlich mehr Anwendungen eingesetzt werden kann. Gemeinsam mit der Firma Polifilm Extrusion GmbH hat das Institut ein erstes marktfähiges Produkt entwickelt: eine PBS-Folie, die für Versandtaschen eingesetzt werden kann.

Die im Rahmen des Rubio-Projekts entwickelten Biokunststofffolien aus PBS sind recyclingfähig, biologisch abbaubar und können auf gängigen Extrusionsanlagen verarbeitet werden. Bild: Polifilm

"Je nach Anwendung bzw. Verarbeitungsverfahren muss der eingesetzte Kunststoff hart oder weich, vielleicht auch zähfließend oder dünnflüssig sein. Bisher gibt es auf dem Markt aber nur drei PBS-Typen, und diese eignen sich lediglich für eine eingeschränkte Zahl an Verarbeitungsverfahren und Anwendungen."

Dipl.-Ing. Thomas Büsse, Leiter des Verarbeitungstechnikums Biopolymere des Fraunhofer IAP

Daher entwickelt das Fraunhofer IAP ganz neue Typen von PBS, die mit einer deutlich breiteren Palette an Verfahren verarbeitet werden können – vom Blasformen bis zum Spritzgießen. Damit erweitert das Forschungsteam auch das Portfolio an möglichen Anwendungen. Und es testet Bioabbaubarkeit, Bedruckbarkeit, Siegelfähigkeit oder Maschinengängigkeit – Kriterien, die die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler je nach Kundenwunsch individuell einstellen können.

Einsatz regionaler pflanzlicher Reststoffe

Die Entwicklung geht weiter, denn bis jetzt basiert der Biokunststoff noch nicht auf regionalen Rohstoffen. Doch das soll sich im weiteren Verlauf der Kooperation ändern. Grundsätzlich könnenalle Materialien verwertet werden, die Cellulose oder Lignocellulose enthalten. Dazu zählen unter anderem nicht verrottende Gärreste aus Biogasanlagen, Reste aus landwirtschaftlichen Betrieben oder theoretisch sogar Abfälle aus der Papierproduktion.

"Einer der großen Vorteile der Idee ist es, dass die Ausgangsrohstoffe gut verfügbare pflanzliche Reststoffe sind. Somit besteht keine Konkurrenz zu Nahrungsmitteln, wie etwa bei Bio-Kunststoffen auf Basis von Rohrzucker. Außerdem kann PBS, wenn wir unsere Ziele erreichen, mit einer großen Bandbreite von Verfahren und vergleichsweise wenig Energiebedarf verarbeitet werden. Die gewünschten Materialeigenschaften sollen sich dabei sehr genau für den jeweiligen Bedarf einstellen lassen."

Dr. Patrick Hirsch, Koordinator des Rubio-Projekts am Fraunhofer IMWS