Technische Biopolymere - Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften

Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths

Technische Biopolymere

Rahmenbedingungen, Marktsituation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften

2009

648 Seiten

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ISBN: 9783446421042

 

Vorwort

6

Inhaltsverzeichnis

8

1 Einleitung

18

1.1 Themenabgrenzung

18

1.2 Was sind Biopolymere?

22

1.2.1 Abbaubare petrobasierte Biopolymere

23

1.2.2 Abbaubare biobasierte Biopolymere

23

1.2.3 Nicht abbaubare biobasierte Biopolymere

24

1.2.4 Blends und Copolymere aus den verschiedenen Rohstoff- und Werkstoffgruppen

25

1.3 Rahmenbedingungen für Biopolymere

26

1.3.1 Entsorgung konventioneller und bioabbaubarer Kunststoffe

26

1.3.2 Limitierung petrochemischer Ressourcen

30

1.3.3 Zunehmendes Umweltbewusstsein

35

1.3.4 Nachhaltigkeit als Teil der Unternehmensstrategie

36

2 Stand der Kenntnisse

38

2.1 Historie von Biopolymeren

38

2.2 Biopolymer-Werkstoffgenerationen

39

2.3 Biologische Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit

41

2.4 Oxoabbaubarkeit

45

2.5 Rohstoff- und Flächenbedarf zur Biopolymererzeugung

46

2.6 Nachhaltigkeit und Entropieeffizienz von Biopolymeren

56

2.7 Patentrechtliche Situation von Biopolymeren

63

3 Rechtliche Rahmenbedingungen für Biopolymere

66

3.1 Deutsche Verpackungsverordnung

66

3.1.1 Anwendungen ohne Entsorgungserfordernis

66

3.1.2 Anwendungen mit Entsorgungserfordernis

66

3.1.3 Novellierung der deutschen Verpackungsverordnung

68

3.2 Übergeordnete Standards zur Prüfung der Kompostierbarkeit

70

3.2.1 DIN V 54900

71

3.2.2 DIN EN 13432

74

3.2.3 DIN EN 14995

75

3.2.4 ISO 17088

75

3.2.5 ASTM D6400

75

3.2.6 ASTM D6868

76

3.2.7 AS 4736

76

3.2.8 Vergleich der übergeordneten Normen/Standards

77

3.3 Prüfnormen zur Durchführung (Normative Verweisungen)

79

3.3.1 Richtlinien

80

3.3.2 Normen zu Verpackungen (Allgemein)

81

3.3.3 Aerober Bioabbau – aquatisch

82

3.3.4 Aerober Bioabbau – terrestrisch

84

3.3.5 Anaerober Bioabbau

86

3.3.6 ASTM D6866 (14C-Methode)

87

3.3.7 OECD-Richtlinien

88

3.3.8 Japanische Standards

89

3.3.9 VDI 4427

90

3.4 Zulässige Hilfsstoffe und Additive

91

3.5 Zertifizierung der Kompostierbarkeit

92

3.6 Angrenzende Verordnungen

98

3.6.1 Biopolymere im Kontext der Abfallablagerungsverordnung

98

3.6.2 Biopolymere im Kontext der deutschen Kompostverordnung

100

3.6.3 Biopolymere im Kontext der Düngemittelverordnung

103

3.7 Abfallentsorgung in der EU

103

4 Herstellung und chemischer Aufbau von Biopolymeren

108

4.1 Herstellung von Biopolymeren

108

4.1.1 Chemische Synthese petrochemischer Rohstoffe

111

4.1.2 Chemische Synthese biobasierter Rohstoffe

120

4.1.3 Direkte Biosynthese der Biopolymere

138

4.1.4 Modifizierung nachwachsender Rohstoffe

145

4.1.5 Blends

168

4.2 Chemische Struktur der Biopolymere

169

4.2.1 Polymethylene

170

4.2.2 Polyether (Polyglykole)

172

4.2.3 Polysaccharidpolymere

173

4.2.4 (Bio-)Polyester

178

4.2.5 (Bio-)Polyamide (Bio-PA)

185

4.2.6 (Bio-)Polyurethane (Bio-PUR)

188

4.2.7 Proteinbasierte Polymere

189

5 Technische Eigenschaftsprofile von Biopolymeren

192

5.1 Eigenschaftsprofile der wichtigsten Biopolymere

193

5.1.1 Polyvinylalkohole (PVAL)

193

5.1.2 Polycaprolacton (PCL)

200

5.1.3 Polyhydroxyalkanoate (PHA)

201

5.1.4 Polylacticacid (PLA)

204

5.1.5 PLA-Blends

209

5.1.6 Bio-Copolyester

211

5.1.7 Stärke/Stärkeblends/Thermoplastische Stärke (TPS)

212

5.1.8 Celluloseregenerate (CH)

214

5.1.9 Cellulosederivate (CA, CP, CB, CN, CAB, CAP)

216

5.1.10 Bio-PE, Bio-PP, Bio-PA, Bio-PUR

219

5.2 Eigenschaften im Vergleich zu konventionellenKunststoffen

219

5.2.1 Biopolymerwerkstoffe für Spritzgussanwendungen

220

5.2.2 Biopolymerfolienwerkstoffe

242

5.2.3 Fazit für zukünftige Anwendungen

264

6 End-of-Life-Options von Biopolymeren

268

6.1 Deponie

268

6.2 Recycling

270

6.2.1 Thermomechanisches Recycling

270

6.2.2 Chemisches Recycling

271

6.3 Kompostierung

271

6.3.1 Industrielle Kompostierung

272

6.3.2 Häusliche Kompostierung

272

6.4 Verbrennung

273

6.4.1 Brennwerte von Biopolymeren

273

6.4.2 Emissionen bei der Verbrennung von Biopolymeren

276

6.5 Biogaserzeugung

279

6.6 Produktspezifische Entsorgung

281

6.6.1 Auflösen/Abbau in Wasser

281

6.6.2 Auflösen/Abbau im Erdreich

282

6.6.3 Auflösen/Abbau im Organismus (Verzehren, Bioabbau)

282

6.7 Littern

283

7 Ökobilanzierung von Biopolymeren

284

7.1 Methodik der Ökobilanzierung

284

7.1.1 Festlegung des Zieles und des Untersuchungsrahmens

286

7.1.2 Erstellung einer Sachbilanz

286

7.1.3 Wirkungsabschätzung

287

7.1.4 Auswerten der Ergebnisse

291

7.2 Daten zur Ökobilanz von Biopolymeren

292

8 Darstellung des Biopolymermarktes

298

8.1 Aktuelle Verfügbarkeit und zukünftige Kapazitäten

298

8.2 Aktuelle Preissituation

305

8.3 Marktakteure im Bereichbiologisch abbaubarer Polymere

307

8.4 Biopolymerhersteller und Materialtypen

308

8.5 Biopolymerverarbeiter/-Konverter

389

9 Ausblick

397

Anhang

400

A Hersteller, Handelsnamen und Datenblätter

400

B Abfallentsorgungssysteme in Europa

562

C Auszug aus novellierter Verpackungsverordnung

611

D DSD-Lizensgebühren

613

Abkürzungsverzeichnis

620

Literaturverzeichnis

623

Internetquellen

631

Register

634

Die Autoren

647

 

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