Blasfolienherstellung aus Biokunststoffen

– hat bei weitem noch nicht die Vielfalt erreicht, die konventionelle Kunststoffe bieten, obwohl die Auswahl an für die Blasfolienherstellung geeigneten biobasierten Rohstoffen, die in dauerhaft konstanter Qualität und in ausreichenden Mengen auf dem Markt verfügbar sind, ausgezeichnete Eigenschaften und Möglickeiten der Anwendung besitzen, die sie für den Einsatz im Folienmarkt interessant machen.

Derzeit wird dieser Markt von nicht abbaubaren Folien auf fossiler Basis dominiert. Wie es auch im konventionellen Bereich üblich ist, lassen sich erforderliche Anpassungen der Materialeigenschaften an bestimmte Anwendungen oder gezieltes Verbessern beispielsweise von mechanischen Festigkeiten durch Rohstoffmodifikationen, durch Abmischungen verschiedener Rohstoffe sowie durch Mehrschichtaufbauten in beträchtlichem Umfang erreichen.

Verarbeitungsverhalten

Die verfügbaren und im Projektrahmen untersuchten Biokunststoffe waren durchweg gut zu verarbeiten. Dabei wurde mit gängigen und nicht modifizierten Verarbeitungsanlagen gearbeitet, wie sie auch für konventionelle Materialien eingesetzt werden. Es ergaben sich viele Parallelen zwischen der Verarbeitung von konventionellen und biobasierten Kunststoffen, sodass im Folgenden vor allem auf die Unterschiede zwischen diesen Rohstoffklassen eingegangen werden soll.

Grundsätzlich ist hervorzuheben, dass sich sämtliche Biokunststoffe problemlos extrudieren ließen, die Schmelzehomogenität war augenscheinlich gut. Der Einsatz von Schmelzesieben ist zu empfehlen, um die Stippenhäufigkeit zu reduzieren.

Sämtliche Materialien ließen sich nach der Produktion problemlos mit LDPE spülen; es gab über den gesamten Zeitraum keine nennenswerten Verunreinigungen an Schnecke, Zylinder oder an anderen Schmelze führenden Teilen, obwohl eine sehr große Anzahl unterschiedlichster Materialien gefahren wurde.

Materialien

Tabelle 1: Übersicht über die im Abschnitt Blasfolienherstellung untersuchten Biokunststoffe

Materialklasse	Hersteller	Typ
PBAT/PLA	BASF	Ecovio F 2341
PBAT/PLA	BASF	Ecovio F Mulch C 2311
Copolyester/Stärke	Novamont	Mater-Bi CE 01 B
Copolyester/Stärke	Novamont	Mater-Bi CF 06 A
Copolyester/Stärke	Novamont	Mater-Bi EF 51 L
PBS	Mitsubishi Chemical	GS Pla FD 92 WD
PBS	Mitsubishi Chemical	GS Pla FZ 91 PD
PBS	ShowaDenko	Bionolle 1001MD
PLA	NatureWorks	Ingeo 4043D

Die Herstellung von Regenerat aus Produktionsabfällen und Zugabe im Bereich von 10 % oder auch höher war problemlos möglich.

Unterschiede zu konventionellen Materialien waren bei den Fenstern für die Verarbeitungstemperaturen festzustellen, die bei Biopolymeren kleiner sind als bei den bekannten konventionellen Rohstoffen. Bei PLA ist beispielsweise ein Bereich von +/- 5 °C einzuhalten, PBS-Typen benötigten +/- 10 °C. Diese Temperatursensibilität wurde auch in nachfolgenden Verarbeitungsschritten wie dem Siegeln der hergestellten Folien beobachtet.

Durch das Abmischen von PLA mit PVAc wurden hingegen sowohl die beschriebenen Verarbeitungsfenster vergrößert als auch die Schmelzestabilität soweit verbessert, dass die Produk tion unproblematisch wurde.

Eine Trocknung der Biomaterialien ist im Produktionsbetrieb grundsätzlich zu empfehlen (80 min bei 50°C im Trockenlufttrockner), wobei aber auch zu berichten ist, dass bei Materialien aus trockener Innenlagerung in geschlossenen Gebinden auch ungetrocknet keinerlei Nachteile festzustellen waren. Sie werden in der Regel vorgetrocknet angeliefert. Der Feuchtegehalt lag dann mit unter 0,1 % im verarbeitungsgeeigneten Bereich.

Die erzielbaren Aufblasverhältnisse blieben bei Einsatz der Biokunststoffe PLA und PBS hinter denen von konventionellem PE oder auch auf dem Markt erhältlichen und etablierten PBAT/PLA-Copolyestern zurück. Bei reinem PLA ließen sich Auf blasverhältnisse von maximal 1:2,4 realisieren, PBS ließ immerhin 1:3,3 zu.

Mechanische Eigenschaften von Folien aus Biokunststoffen

Wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Einsetzbarkeit der hergestellten Folien ergeben sich aus den Zugprüfungen (Tabelle 2 und Abbildungen 1–3).

In den Diagrammen wird eine Auswahl an Folien aus Biokunststoffen zwei einfachen Referenzfolien (den Folien A und B) aus PE gegenübergestellt. Bei den Biofolien handelt es sich entweder um Monofolien aus reinen Materialtypen, um Abmischungen bzw. Compounds oder im Falle der Folien M bis Q um 3-Schichtfolien.

Die Zugfestigkeiten variieren in einem großen Bereich. Mit den 3-Schichtfolien werden Festigkeiten erzielt, die über das Niveau der Monofolien aus Biopolymeren hinausgehen, ohne dabei an Dehnfähigkeit einzubüßen. Der E-Modul dieser Folien bleibt dabei im guten gebrauchsfähigen Bereich.

Diese Folien können dickenreduziert dort eingesetzt werden, wo heute einfache Standard-PE-Folien verwendet werden. Die gleichen Steigerungsraten gelten auch für die Durchstoßfestigkeiten.

PBAT/PLA-Copolyester und auch reines PBS (C1, D3, E1, F) bieten vielfach hohe Zugfestigkeiten an, die jedoch von hohen Werten für die Bruchdehnung und geringem E-Modul begleitet werden. Diese Folien zeigen ein entsprechend weiches Verhalten, was den Einsatzbereich einschränkt.

Übertrifft die in Längsrichtung (MD) festgestellte Bruchdehnung die Bruchdehnung in Querrichtung (CD), spricht dies für die PLA-typische geringe Weiterreißfestigkeit, was jedoch bekannterweise auch bei HDPE (Folie B) zu erkennen ist.

Zusammenfassung

Biokunststoffe lassen sich problemlos zu Blasfolien verarbeiten, die sinnvolle Anwendungsgebiete bieten. Die erzielbaren Folieneigenschaften decken einen weiten Bereich ab.

Dieser reicht jedoch nicht an anspruchsvolle Anwendungen mit beispielsweise hohen Anforderungen an die Folienfestigkeiten heran. Dort werden heute PE-Abmischungen unter Einsatz von LLDPE oder mLLDPE verwendet.

Durch die Kombination von Biomaterialien, vor allem mittels eines geeigneten 3-Schichtaufbau, lassen sich jedoch die Folien festigkeiten in deutlichem Umfang erhöhen, ohne dass dabei die Dehnfähigkeit oder der E-Modul der Folien den gebrauchsüblichen Bereich verlassen. Auf diesem Wege werden die derzeitigen Anwendungsgebiete für Biofolien erweitert, auch wenn es bis zu den ganz hohen Festigkeiten noch Entwicklungsbedarf gibt.

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