Kunststoffe 01.02.2008, 19:32 Uhr

Bioplastik mit Formgedächtnis  

Geräte mit umwelfreund- licher Material- und Energiebilanz. Dazu werden Gehäuseschalen aus recycelbarem und kompostierbarem „Bioplastik“ mit 90 % Biomasse intensiv erforscht. Hohe Festigkeit und ausgezeichnete Wärmeleitung der biopolymerischen Verbundstruktur entstehen durch Zusatz von „Kenaf“-Fasern und Metallhydroxiden.

Ohrhörer und Spielkonsolen aus dem ultimativen Naturwerkstoff: Holz – wie zu Grundig-Zeiten hochglanzpoliert. Oder das seit zehn Monaten angekündigte „Asus EcoBook“, ein Laptop mit Bildschirm- und Tastatureinfassung aus – schnell verschleißendem – Bambus. Die Kombination von Biowerkstoff und Elektronik gibt es schon lange, der Durchbruch, sowohl ökologisch wie am Markt, fehlt bislang.

Die Entwicklung umweltschonender Bioplastikmaterialien für kurzlebige Consumer-Geräte mit hohem Entsorgungsbedarf ist dennoch in vollem Gange. In den Nano Electronics Research Laboratories des japanischen Elektronikkonzerns NEC stehen Gehäuseschalen aus Bioplastik mit möglichst hohem (bis zu 90 %) Anteil an Biomasse und wenig Petroleum-basierten Kunststoffen auf dem Programm.

Ausgangspunkt um 2001, sagt der Leiter der Entwicklung, Masatoshi Iji, war das bei NEC weithin genutzte Polykarbonat mit halogenfreien Flammhemmern und selbstlöschendem Epoxydharz. Das realisierte bereits gewisse ökologisch günstige Eigenschaften.

Der nächste Schritt war ein immer weiter gehender Ersatz des Polykarbonats durch größere Anteile von Biomasse, in Gestalt von Milchsäure (Polylactic Acid, PLA), in chemischer Synthese aus Mais erzeugt und polymerisiert. Das so entstehende Verbundmaterial bedarf weiterer Zusätze, um es biegesteif und hitzefest zu machen.

Dazu setzt NEC auf „Kenaf“ oder Hanfeibisch. Das ist eine Faser, die aus der in Afrika beheimateten, jetzt in Asien und Israel kultivierten, 3 m bis 4 m hohen, hanfähnlichen Pflanze mit stark faserhaltigem Stängel stammt. Im Intensivanbau liefert sie bis zu 2,5 t/ha jährlich.

Neben Kenaf bringt NEC weitere Additive in das Milchsäurepolymer ein. Als Flammhemmer dienen, statt der Halogene, Hitze absorbierende Metallhydroxide. Das Ziel ist eine günstige Recyclingeigenschaften – bis zur Kompostierung. „Je nach Produkt“, sagt Iji, „können wir das Material so einstellen, dass es nach sieben oder acht Jahren zerfällt.“ Der Zusatz von 15 % Kenaf, so Iji, erziele eine bessere Biegesteife und Hitzefestigkeit, als sie die auf Petroleum basierenden Kunstharze aufweisen – weil Kenaf die Kristallisation von PLA begünstigt.

Die Schlagzähigkeit des PLA/Kenaf-Verbundmaterials erreicht mit 9,6 kJ/m² etwa die von konventionellem, mit Glasfasern verstärktem Material. Der Biegemodul liegt mit knapp 5 GPa wesentlich höher. Mehr noch: Die Verarbeitungszeit beim Spritzgießen verkürzt sich von 5 min auf unter 1 min. Erstmals gelang dies im September 2004. Im März 2006 kam ein erstes, in diesem Sinne ökofreundliches Handy auf den Markt. Auch in NECs Laptop Versapro wird das neue Material eingesetzt.

Bleibt, wie Iji einräumt, das Problem der relativ hohen Kosten. NEC will bis 2010 in 10 % aller seiner Geräte Bioplastik mit Kenaf verwenden.

Den Ausweg aus der Kostenfalle sieht NEC im Mehrwert durch neue Funktionalitäten: das „Formgedächtnis“ und leichtes Recycling. Handys mit Formgedächtnis lassen sich unter leichter Wärmeeinwirkung (mit einem Fön, bei 60 °C) beliebig verwinden und verbiegen – etwa am Handgelenk tragen oder auf der Tischplatte aufrecht stellen. Auf gleiche Weise kehren sie wieder in ihre ursprüngliche Form zurück. Außerdem schmilzt das Biomaterial oberhalb von 160 °C. Das vereinfacht das Recycling.

Der Effekt des Formgedächtnisses beruht auf einer bei NEC verfolgten thermoreversiblen Kreuzvernetzung der PLA-Moleküle. Sie bricht, wie erwähnt oberhalb von 60 °C auf und fügt sich unterhalb von 60 °C wieder zusammen.

Für die stark erhöhte Wärmeleitfähigkeit ist die über spezielle Bindemittel erzeugte Kohlenstofffaserstruktur im PLA-Material maßgebend. Mit entsprechender Formulation, so Iji, erreicht sie den doppelten Wert von rostfreiem Stahl.

Auch in Europa spielen Biokunststoffe inzwischen eine wichtige Rolle. Auf Biokunststoffe als aktuelle Alternative zu Erdölprodukten setzt der „European Bioplastics“-Verband. Auf der Interpack 2008 (24. bis 30. April in Düsseldorf) wird Bioplastik als Verpackungsmaterial im Mittelpunkt stehen. Die umfassende Studie „Bioplastics 07/08“ der Fachhochschule Braunschweig und des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie bietet eine umfassende Übersicht über 73 Biopolymere von 30 Herstellern. WERNER SCHULZ

NEC will bis 2010 in 10 % aller seiner Geräte Bioplastik mit Kenaf nutzen

  • Werner Schulz

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