Polylactid. Materialbeschrieb PLA. Kunststoff > Thermoplaste > Polyester

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1 PLA Materialgruppen: Kunststoff > Thermoplaste > Polyester Materialbeschrieb Polylactide gehören zu den Polyestern und bilden die Grundlage für thermoplastische Kunststoffe aus polymerisierter Milchsäure auf der Basis von pflanzlicher Stärke. Aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar, stellen Polylactide für bestimmte Anwendungen eine ökologische Alternative zu den auf Mineralöl basierenden Kunststoffen dar. Zurzeit ist die Herstellung jedoch noch teurer. Zu den Haupteigenschaften der Polylactide gehören eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme mit hoher Kapillarwirkung, geringe Entflammbarkeit, hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlen, Farbechtheit und Transparenz. Nachteilig gegenüber anderen thermoplastischen Kunststoffen ist die relativ geringe Temperaturbeständigkeit von 60 C, die jedoch Voraussetzung für den biologischen Abbau ist. In der industriellen Produktion bilden das Extrudieren zu Folien, der Spritzguss und das Tiefziehen zu Bechern und Boxen die gängigsten Bearbeitungsverfahren für Poylactide. Es kann auch zu Fasern versponnen werden. Ein anderer, zunehmend auch privat realisierbarer Herstellungsprozess, ist das Ausdrucken mit einem 3D-Drucker. Dabei wird das gewünschte Objekt am Computer entworfen. Beim Druckvorgang wird der Polylactidstrang geschmolzen, und eine bewegliche Düse baut das Objekt Schicht für Schicht auf. Industriell werden Polylactide vor allem für die Herstellung von Einwegverpackungen und in der Medizinaltechnik für Implantate und abbaubare Wirkstoffdepots verwendet. Der Einsatz in 3D-Druckern bildet ein expandierendes Anwendungsgebiet. Auch für textile Anwendungen und Nonwovens kommt zu Fasern gesponnenes PLA zum Einsatz beispielsweise für Hausschuhe, Bekleidung oder Autositzüberzüge. Abkürzung: Andere Bezeichnungen/Synonyme: Handelsnamen: Englische Bezeichnung: PLA Polymilchsäure PURALACT, Biofolie Clear polylactic acid MATERIAL ARCHIV / 5

2 Ähnliche Materialien: Andere Polyester, z. B. Polyethylenterephthalat (PET) Hintergrund Geschichte: Polylactide bilden eine relativ junge Kunststoffgruppe, erstmals beschrieben wurden sie jedoch schon 1845 von Théophile-Jules Pelouze. Bereits die ersten Massenkunststoffe bestanden aus nachwachsenden Rohstoffen. Beispiel dafür sind Celluloid und Zellglas. Ökonomie: Der Preisdruck in der Verpackungsindustrie ist vergleichsweise hoch. Deshalb sind die Marktanteile der in aufwendigen Verfahren hergestellten Polylactide gegenüber Kunststoffen, die auf Erdöl basieren, nur klein. Biokunststoffen wird allgemein ein grosses Wachstumspotenzial vorausgesagt. Am stärksten positionieren sich dabei jedoch nicht Kunststoffe, die wie PLA auch biologisch abbaubar sind, sondern generell jene, die aus organischem Material gewonnen werden. Für die Herstellung von Polylactiden wird Zucker benötigt, wobei die Verwendung von Nahrungsmitteln zur Gewinnung des Zuckers als problematisch gilt. Daher sind Hersteller vorzuziehen, die Polylactide aus Rohstoffen produzieren, die nicht zur Nahrungsmittelproduktion verwendet werden können. Soziologie: Polylactide werden unter anderem in 3D-Druckern eingesetzt. Diese Technologie entwickelt sich rasch und Geräte für den Heimgebrauch werden zunehmend erschwinglich. Damit verkürzt sich der Weg vom digitalen Entwurf zum fertigen, individuell angepassten Produkt. Ausserdem lassen sich die zur Produktion nötigen Informationen über das Internet schnell verbreiten. Ökologie: Polylactide und ihre Copolymere sind je nach Zusammensetzung rasch bis hin zu kaum biologisch abbaubar. Während reines Poly-L-Lactid dazu Jahre benötigt, zersetzen sich Polylactide aus D- und L-Lactid schon innerhalb einiger Wochen; optimale Bedingungen für einen schnellen Abbau sind nur in einer industriellen Kompostieranlage gewährleistet. Damit stellt das Material für bestimmte Anwendungen eine ökologische Alternative zu den aus Erdöl hergestellten Kunststoffen dar. Zur Einschätzung der Nachhaltigkeit sind jedoch konkrete produktbezogene Einzelfalluntersuchungen nötig, da für jeden Prozessschritt von der Aussaat über Ernte, Transport, Fermentation und Produktherstellung Energie gebraucht wird. Ausserdem fallen die Nutzungsdauer beim Konsumenten und die Verfügbarkeit von effizienten Rezyklierverfahren für die Nachhaltigkeit ins Gewicht. Recycling: Polylactide sind vollständig rezyklierbar. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung lässt sich der MATERIAL ARCHIV / 5

3 Milchsäure-Kunststoff im Sortierprozess sortenrein von erdölbasierten Kunststoffen trennen. Doch momentan sind die Mengen an entsorgten PLA-Abfällen noch zu gering, um wirtschaftlich sinnvoll getrennt und wiederverwertet zu werden. Nur rund 0,3 0,5% aller Verpackungen werden aus oder mit biobasierten Kunststoffen hergestellt (meist ist das PLA). Erst wenn das Volumen dieser Kunststoffe steigt, lohnt sich die Trennung von konventionellem Kunststoff auch für die Entsorgungs- und Recyclingindustrie. Bis dahin werden auch Biokunststoffe am sinnvollsten thermisch verwertet. Herstellung Gewinnung: Das für Polylactide benötigte Rohmaterial kann grundsätzlich aus jeder stärkehaltigen Pflanze wie Zuckerrüben, Maispflanzen oder Tapioca gewonnen werden. Zur Herstellung von 1 kg Polylactid benötigt man 1,6 kg Zucker. Fertigung: Ausgangsmaterial der Polylactide ist aus pflanzlicher Stärke gewonnener Zucker. Aus diesem Pflanzenzucker (Dextrose) wird in einer High-Tech-Bioraffinerie der enthaltene Kohlenstoff durch Fermentation, Separation und Polymerisation in ein Kunststoffpolymer (Milchsäure) umgewandelt. Mit dem Verfahren der Schmelzkristallisation werden aus den Milchsäuremolekülen stabile Lactidverbindungen hergestellt. Eigenschaften Kennwerte beziehen sich auf: Reine L-Lactide, reine H-Lactide oder deren Kombination, vermischt mit weiteren Polymerkomponenten Besonderheiten: Polylactid-Blends verfügen über andere mechanische Eigenschaften als Rohpolylactide. Polylactide weisen im Vergleich zu PET eine wesentlich höhere CO2-, Sauerstoff- und Feuchtedurchlässigkeit auf und absorbieren UV-Strahlung erst ab deutlich niedrigeren Wellenlängen. Europäische Normen (EN): EN 13432, EN Erscheinung Aussehen: Polylactide sind durchsichtig. Farbe: Geruch: Haptik: in verschiedenen Farben erhältlich neutral glatt Beständigkeit MATERIAL ARCHIV / 5

4 Polylactide sind gegen Öle und Fette in wässrigen Mischungen beständig. Feuchtebeständigkeit: Schweissbeständigkeit: Temperaturwechselbeständigkeit: UV-Beständigkeit: bedingt beständig Polylactide sind vor Sonneneinstrahlung zu schützen. Thermische Eigenschaften Schmelzpunkt/-bereich [T_SM]: bis C Optische Eigenschaften Lichtdurchlässigkeit: transluzid - halbtransparent - partielle Lichtdurchlässigkeit, transparent - durchsichtig - vollständige Lichtdurchlässigkeit Verträglichkeit Bioverträglichkeit: Die Verträglichkeit reiner Polylactide ist aufgrund ihrer organischen Herkunft unbedenklich. Bearbeitung Lieferformen: Stränge, Granulat, Platten, Rohre, Profile, Folien Formen und Generieren: extrudieren, extrusionsblasformen, tiefziehen Polylactide kann man ausserdem blasen und spritzblasen. Fügen und Verbinden: kleben, schweissen Lagerung und Aufbewahrung: Polylactide reagieren empfindlich auf Feuchte und Sonneneinstrahlung. Sie sind daher in dunklen Räumen bei C und 40 70% relativer Feuchte zu lagern. Anwendung Anwendungsgebiete: Lebensmittelindustrie, Medizinaltechnik, Bekleidungsindustrie MATERIAL ARCHIV / 5

5 Anwendungsbeispiele: Bekleidung, Möbelbezüge, Tragetaschen, Joghurt- und Trinkbecher, Verpackungsfolien, Schalen für Obst, Gemüse und Fleisch, Nahtmaterial, Schrauben, Nägel, Implantate Umweltschutz: Bei den Herstellerangaben ist auf das Label GMO (genetically modified organism)-free zu achten. Besonderheiten: Insbesondere ihre Transparenz und niedrige Migrationswerte prädestinieren Polylactidfolien für einen Einsatz im Lebensmittelverpackungsbereich. Sammlungen Muster in folgenden Sammlungen: Gewerbemuseum Winterthur Standort in der Sammlung Gewerbemuseum Winterthur: Kunststoff > Schublade 94 Bezugsquelle Bezugsquelle Sammlungsmuster: Folag AG Folienwerke, Sempach Station Quellennachweis Verwendete Quellen: Thielen, M. (2012). Biokunststoffe. Grundlagen. Anwendungen. Märkte. Mönchengladbach: Polymedia Publisher GmbH. Weitere Quellen: Fastermann, P. (2012). 3D-Druck/Rapid Prototyping. Berlin, Heidelberg: Springer Vieweg. Peters, S. (2011). Materialrevolution. Nachhaltige und multifunktionale Materialien für Design und Architektur. Basel: Birkhäuser Verlag. Expertin / Experte: Christoph Schweitzer Material-Archiv-Signatur: KUN_THE_PES_10 Stand: (Online-Schaltung: ) Permalink: materialarchiv.ch/detail/601 MATERIAL ARCHIV / 5