Verfahrensentwicklung in der Kunststoffherstellung

Die Idee des nachhaltigen Denkens und Handelns gibt es nicht erst seit Ausbruch der letzten Wirtschaftskrise oder seit der Erkenntnis, dass sich unsere Rohstoffe irgendwann einmal dem Ende zuneigen werden. Nie jedoch war die Verfahrensentwicklung für die produzierende Industrie derart stark vom Begriff der Nachhaltigkeit geprägt wie in den letzten Jahren.

Wir leben in „exponentiellen Zeiten“, in denen Bevölkerungswachstum, steigender Lebensstandard, Produktentwicklungen und Konsumverhalten global betrachtet längst nicht mehr linear verlaufen. Somit wird auch die Ressourcenplanung und Rohstoffsicherung ein immer dringenderes Thema.

Insbesondere die Kunststoffindustrie, deren Produkte auch nach Jahrzehnten der Weiterentwicklung und des Wachstums immer weitere Teile unseres täglichen Lebens erobern, steht hier vor einer Herausforderung, haben doch viele Kunststoffartikel ihren Zweck als Verpackung oder Wegwerfartikel bereits nach kurzer Lebensdauer erfüllt und müssen entsorgt oder aufwendig recycelt werden. Biokunststoffe, die auf nachwachsenden Rohstoffen wie zucker- oder stärkehaltigen Pflanzen basieren, haben bereits in vielen Anwendungen die klassischen Polymere ersetzt. Dass dies nicht immer ganz so einfach ist, zeigt das Beispiel von PLA, auch Polymilchsäure genannt.

PLA ist in vielerlei Hinsicht ein idealer Kandidat, um petrochemisch hergestellte Polymere wie Polystyrol oder PET in Anwendungen wie Folien, Schäumen und Fasern zu ersetzen. Jedoch ergibt sich beim PLA das Problem, dass es vom Monomer, der Milchsäure, zwei optisch aktive Isomere gibt (L-/ D-Milchsäure), die je nach Gewichtsanteil die Eigenschaften des resultierenden Polymers signifikant verschlechtern können. Zwar lassen sich mittlerweile L- von D-Milchsäure großtechnisch in hochreiner Form herstellen, doch kommt es während der Polymerisation zur so genannten Racemisierung, der automatischen Umwandlung von einer optischen Form zur anderen. Somit ist bis heute PLA trotz Herstellung im 100 kta Maßstab als technischer Kunststoff nur in einfachen Verpackungsanwendungen (Einkaufstüten, Wegwerfgeschirr usw.) im Einsatz.

Durch die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens mit sehr kurzen Verweilzeiten und genau abgestimmter Temperaturführung ist es jedoch möglich geworden, die Racemisierung im Prozess soweit zu minimieren, dass PLA mit hoher stereochemischer Reinheit hergestellt werden kann. Zudem musste eine geeignete Entgasungstechnologie entwickelt werden, da Restmonomer zum starken Polymerabbau bei der Weiterverarbeitung führt. Das erwähnte Verfahren wurde durch die Firmen Sulzer Chemtech und Purac in nur drei Jahren gemeinsamer Entwicklungsarbeit zur Marktreife gebracht und öffnet PLA auch höherwertige Segmente des Kunststoffmarktes. Die deutlich höhere Wärmeformbeständigkeit und sehr kurzen Kristallisationszeiten von PLA und PLA-Stereokomplexen ermöglichen beispielsweise Anwendungen im Spritzguss hochwertiger Bauteile für die Automobilindustrie, der Faserherstellung für die Textilindustrie sowie dem Schäumen von Isolations- und Verpackungsmaterial.

Ähnlich wie für PLA werden in den nächsten Jahren weitere Verfahren zur Herstellung biologisch nachhaltiger Kunststoffe entwickelt werden, um der rasant steigenden Nachfrage und dem öffentlichen Interesse der Verbesserung der globalen CO2-Bilanz gerecht zu werden.<<

Dr. Philip Nising, Manager Strategic Market Development, Sulzer Chemtech AG, Winterthur, philip.nising@sulzer.com