Fettsäurederivate als Baustein zur Entwicklung eines thermoplastischen Stärkepoly(halb)esters für die Verpackungsindustrie und Landwirtschaft

• Förderprogramm: BMWi
• Bearbeitungszeitraum: 08/2000 – 07/2002

Ausgangslage:

Biologisch abbaubare Werkstoffe stellen im Regelfall hochmolekulare kunststoffähnliche Werkstoffe dar, die von Mikroben und höheren Organismen abgebaut werden können. Sie können für bestimmte Anwendungen bisher eingesetzte langlebige Polymere substituieren. Vielfach kann so ökonomischen und ökologischen Erfordernissen beim Kunststoffeinsatz Rechnung getragen werden.

Neben Abfallvermeidung, Materialrecycling sowie chemischer und energetischer Verwertung ist der Einsatz biologisch abbaubarer Kunststoffe ein Beitrag zur Lösung des Entsorgungsproblems bei Kunststoffmüll.

Ziele:

Es sollen biologisch abbaubarere, hydrophobe Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen durch Veresterung von Stärke mit verschiedenen chemisch modifizierten Pflanzenölfraktionen erzeugt werden.

Die neuartigen Biopolymere, die im Extruder zu thermoplastischen Werkstoffen verarbeitet werden können, lassen gute mechanische und thermische Stabilität erwarten. Auf Grund ihrer außerdem vorhandenen hohen Transparenz sollten sie für den Verpakkungsbereich, insbesondere zur Herstellung von Verpackungs- und Verbundfolien, eingesetzt werden.

Ergebnisse:

Unter kontrollierten Bedingungen wurde Stärke (Weizen-, Kartoffel-, Erbsenstärke) als natürliches Polymer unter Zusatz von Weichmachern und Fließverbesserern (Sorbitol, Glycerin) im Extruder in den hermoplastischen Zustand überführt. Durch Derivatisierung (Veresterung von Hydroxylgruppen) ist es möglich, unerwünschte Werkstoffeigenschaften der Stärke, wie z.B. die Feuchte-Empfindlichkeit, zu reduzieren.

Trocknende öle einheimischer Saaten (z.B. Lein-, Drachenkopf-, Calendulaöl) wurden als Ausgangsmaterialien für die langkettigen Carbonsäuremethylester verwendet. Durch die Umesterung der Pflanzenöle mit Alkoholen wurden die Triglyceridmoleküle mittels Katalysatoren in Glycerin und Fettsäuremethylester gespalten. Gleichzeitig wurden durch gezielte änderung der räumlichen Struktur der potentiellen Reaktionspartner sterische Hinderungen beseitigt, um den optimalen Substitutionsgrad zu erhalten. Die Stärke wurde unter Verwendung von geeigneten Vernetzungsmitteln (z.B. maleinierte Fettsäuremethylester) durch Reaktivextrusion in Stärkepoly(halb)ester umgewandelt.

Die so hergestellten Stärkefettsäureester wiesen trotz relativ niedriger Substitutionsgrade eine gute Wasserbeständigkeit auf. Somit sind die Stärkederivate vor allem als Additive zur Hydrophobierung wasserempfindlicher stärke-basierter Biokunststoffe geeignet.