Werkstoffherstellung – so entsteht natürlicher Kunststoff
Nachwachsende Rohstoffe als Basis für Biokunststoffe – die Werkstoffherstellung
Die Basis zur Werkstoffherstellung von natürlichem und biologisch abbaubarem Kunststoff bilden nachwachsende Rohstoffe, die durch technische Aufbereitung zu einem Compound verarbeitet werden. Compound ist ein Granulat, das anschließend weiterverarbeitet werden kann. Je nach Verwendungszweck wird es entweder aus Maisstärke oder aus Milchsäure gewonnen.
Alleine mit Stärke oder Milchsäure lässt sich aber kein Bioplastik formen: Im Laufe des Verarbeitungsprozesses müssen deswegen einige Zusatzstoffe beigemischt werden. Typische von NaKu verwendete Stoffe für unseren natürlichen Kunststoff sind zum Beispiel Mineralien, Harze, Öle oder Sonnenblumenabfälle. Die Sonnenblumenschalen enthalten von Natur aus Öle, die als Gleitmittel dienen.
Gewinnung der Stärke (bei NaKu vor allem Maisstärke):
Stärke ist eine organische Verbindung, die von Natur aus in vielen Pflanzen vorkommt. In unseren Breitengraden werden als Rohstoff vor allem Maisstärke und Kartoffelstärke verwendet. Es gibt aber auch noch viele andere Pflanzen, die Stärke produzieren, wie zum Beispiel Reis oder Topinambur.
Genauer gesagt ist Stärke ein Polysaccharid (Mehrfachzucker). Die Maisstärke wird durch Auswaschung gewonnen. Alle stärkehaltigen Teile werden immer weiter zerkleinert und durch Filtrations- und Zentrifugationsschritten aus den Zellen gewaschen, bis man die reine Maisstärke erhält. Nach der Trocknung liegt die native Maisstärke als Pulver vor. Im industrietechnischen Maßstab wird Stärke zum Beispiel als Ausgangsstoff für Druckerpapier, Kleber, Leime oder Ähnliches verwendet.
Gewinnung der Milchsäure:
Milchsäure ist eine natürliche Substanz, die zum Beispiel in Joghurt, Sauerkraut oder auch im menschlichen Körper, etwa in den Muskeln, vorkommt. Der menschliche Organismus kann Milchsäure einfach abbauen, daher ist es als natürlicher Kunststoff auch völlig unbedenklich.
Als Ausgangsstoff zur Gewinnung von Milchsäure dient wiederum die aus der Maispflanze gewonnene Maisstärke. Durch eine Fermentierung erhält man nun die Milchsäure. Das heißt die Maisstärke wird mit Hilfe von Bakterien zu Milchsäure vergärt. Durch einen ähnlichen Prozess werden auch andere Produkte unseres täglichen Lebens hergestellt, wie etwa Sauermilchprodukte oder Joghurt.
Polymerisierung zu PLA:
Um einen Werkstoff wie das Compound zur Weiterverarbeitung zu erhalten, muss die Milchsäure polymerisiert werden. Lactid, eine kurzkettige Milchsäureverbindung, wird dabei zu Polylactid (PLA), einer langkettigen Verbindung, umgewandelt. Dies geschieht bei hohen Temperaturen zwischen 140 und 180°C und unter Einwirkung katalytischer Zinnverbindungen. Dadurch entsteht ein thermoplastischer Kunststoff mit hoher Festigkeit.
Compoundierungsverfahren:
Der thermoplastische Rohstoff ist noch zu klebrig zur Weiterverarbeitung. Um daraus ein nutzbares Granulat zu erhalten, bedient man sich des Compoundierungsverfahrens. Dies ist ein Mischverfahren, bei welchem die einzelnen Komponenten (thermoplastischer Rohstoff und Zusätze wie z.B. Mineralien und Öle) im Extruder vermischt werden. Der Extruder gibt eine lange Schlange aus natürlichem Kunststoff aus, die dann in Granulatform geschnitten wird. Das Granulat kann sowohl Stärke als auch PLA oder ein anderer Rohstoff für Biokunststoffe sein.
