Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Funktionalisierte biobasierte Kunststofffolien ohne Nahrungsmittelkonkurrenz

17.08.2015

Biokunststoffe ersetzten zunehmend Verpackungen aus konventionellen Kunststoffen, stehen jedoch teils in Konkurrenz zum Anbau von Lebensmitteln. Im Projekt ECLIPSE hat Fraunhofer UMSICHT in einem internationalen Konsortium ein neuartiges Verpackungskonzept entwickelt, das sowohl auf fossile Rohstoffe verzichtet als auch konkurrenzlos zur Lebensmittelindustrie ist. Die zwei entwickelten Folien bestehen aus Abfallmaterialen sowie algenbasierter Biomasse, sind kompostierbar und hinsichtlich ihrer Ökobilanz bewertet.

Algen konkurrieren als alternative Biomassequelle für Biokunststoffe nicht mit Lebensmitteln und fallen sogar zum Teil als Reststoffe aus industriellen Anwendungen an. Aus zukünftigen Biomasseabfällen aus der Biodieselproduktion werden Algen im Projekt ECLIPSE für die Herstellung eines biobasierten Kunststoffes verwendet.


Die entwickelten Folien verzichten auf fossile Rohstoffe und sind konkurrenzlos zur Lebensmittelindustrie.

© Fraunhofer UMSICHT


Mit nanoskaligen Chitin funktionalisierte Agrarfolie zur Reifung von Bananen.

© Fraunhofer UMSICHT

Die neuartigen Verpackungsmaterialien bestehen vorwiegend aus Polymilchsäure (PLA), welche aus Algen extrahiert wird. Die Eigenschaften des Kunststoffs werden durch den Einsatz von nanoskaligen Fasern und Füllstoffen aus Bananen- und Mandelschalen oder Fischereiabfällen, wie z. B. Chitin aus Krustentieren, verbessert. Das so hergestellte Bio-Nano-Kunststoffkomposit wurde zu zwei biobasierten sowie bioabbaubaren Kunststofffolien verarbeitet.

Nanoskaliges Chitin macht Agrarfolie widerstandsfähig

Das mit nanoskaligen Chitin-Schalen funktionalisierte Material besitzt eine hohe Werkstofffestigkeit und ist widerstandsfähig gegen Materialschädigungen. Auch aufgrund seiner antifungiziden Eigenschaften kann es künftig in der industriellen Produktion biologisch abbaubarer Agrarfolien (DIN EN 13432) Einsatz finden.

»Die Herstellung der homogenen Blasfolie erfolgte zuerst im Technikum von Fraunhofer UMSICHT und anschließend als industrieller Prozess auf einer konventionellen Blasfolienanlage für Folien aus Polyethylen beim Projektpartner Banacol in Kolumbien. Hier konnte erfolgreich eine bis zu 10 µm dünne Mono-Blasfolie bei einem Durchsatz von 100 kg/h produziert werden«, erläutert Dipl.-Ing. Hendrik Roch, Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer UMSICHT.

Das Material konnte auch bei Temperatureinstellungen, die sonst für Polyethylen-Folien üblich sind, im stabilen Prozess verarbeitet werden. Die Folie zeigt eine hohe Flexibilität (Bruchdehnung über 300 Prozent) und Festigkeit, ist milchig-transparent und kann mit Additiven leicht eingefärbt sowie UV-beständig gemacht werden. In Feldversuchen zur Reifung von Bananen wurde der Kunststoff bereits auf zwei klimatisch unterschiedlichen Plantagen von Banacol eingesetzt.

Flüssigkeitsdicht und flexible mit anorganischen Nano-Füllstoffen

Die zweite untersuchte Anwendung ist eine kompostierbare Folie als Standbeutel-Verpackung für Feuchttücher. Die entwickelte PLA-basierte Folienrezeptur enthält funktionalisierte, anorganische Nano-Füllstoffe. Der transparente Werkstoff lässt sich problemlos auf einer konventionellen Flachfolienanlage verarbeiten und weist exzellente Festigkeitswerte auf.

Um die Verpackung flexibel zu halten und eine geringe Durchlässigkeit von Sauerstoff und Feuchtigkeit zu gewährleisten, wurde die extrudierte Flachfolie mit einer Barrierefolie laminiert. »Das Material ist immer noch etwas steifer als beispielsweise konventionell eingesetzte PET/PE-Folien (Polyethylenterephthalat/ Polyethylen-Folien) für Standbeutel, generell stehen die Werkstoffeigenschaften der Biofolie denen der erdölbasierten Produkte aber in nichts nach«, fasst Roch zusammen.

Ökobilanz und ökonomische Bewertung

Begleitend zur technischen Entwicklung der funktionalisierten biobasierten Kunststofffolien erstellte Fraunhofer UMSICHT eine ökologische und ökonomische Bewertung der unterschiedlichen Materialien. Ökobilanziell untersucht wurden neben Energieaufwand in der Materialherstellung sieben potenzielle Umweltwirkungen wie z. B. die Klimawirksamkeit der Produkte.

In den meisten Umweltwirkungskategorien und auch aus ökonomischer Sicht ist das biobasierte Produkt zum jetzigen Stand der Entwicklung schwächer als vergleichbare Produkte aus konventionellen Kunststoffen. Hierzu trägt insbesondere auch der Einsatz von Nanomaterialien bei. Kommerziell produziertes PLA zeigt in einigen Umweltwirkungskategorien Vorteile gegenüber konventionellen fossilen Kunststoffen wie Polypropylen. Die im Projekt entwickelte Erzeugung von PLA aus Algen Bedarf weiterer Entwicklungsarbeiten und ist zum heutigen Stand der Technik noch nicht konkurrenzfähig.

ECLIPSE - Advanced packaging materials from renewable biogenic resources

ECLIPSE wird vom Siebten Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Union gefördert. Das Projektkonsortium setzt sich aus Partnern aus folgenden Ländern zusammen: Chile, Kolumbien, Spanien, Deutschland, Belgien, Schweden und Großbritannien.

Weitere Informationen:

http://www.eclipseproject.eu/homepage

Iris Kumpmann | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Materialwissenschaft der Universität Jena erhält neues Spezial-Mikroskop
18.07.2019 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Vielfältig und preiswert: Alternative Pulver für die additive Fertigung von Stählen entwickelt
11.07.2019 | Fraunhofer IFAM Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

Die Anpassung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien ist eine aktuelle Herausforderung in den Nanowissenschaften. Forschende der Universität Basel haben mit Kolleginnen und Kollegen aus den Niederlanden und Spanien gezeigt, dass sich allein durch die Anordnung von Atomen in Nanodrähten atomare Vibrationen steuern lassen, welche die Wärmeleitfähigkeit bestimmen. Die Wissenschaftler veröffentlichten die Ergebnisse kürzlich im Fachblatt «Nano Letters».

In der Elektronik- und Computerindustrie werden die Komponenten immer kleiner und leistungsfähiger. Problematisch ist dabei die Wärmeentwicklung, die durch...

Im Focus: Better thermal conductivity by adjusting the arrangement of atoms

Adjusting the thermal conductivity of materials is one of the challenges nanoscience is currently facing. Together with colleagues from the Netherlands and Spain, researchers from the University of Basel have shown that the atomic vibrations that determine heat generation in nanowires can be controlled through the arrangement of atoms alone. The scientists will publish the results shortly in the journal Nano Letters.

In the electronics and computer industry, components are becoming ever smaller and more powerful. However, there are problems with the heat generation. It is...

Im Focus: Nanopartikel mit neuartigen elektronischen Eigenschaften

Forscher der FAU haben Konzept zur Steuerung von Nanopartikeln entwickelt

Die optischen und elektronischen Eigenschaften von Aluminiumoxid-Nanopartikeln, die eigentlich elektronisch inert und optisch inaktiv sind, können gesteuert...

Im Focus: First-ever visualizations of electrical gating effects on electronic structure

Scientists have visualised the electronic structure in a microelectronic device for the first time, opening up opportunities for finely-tuned high performance electronic devices.

Physicists from the University of Warwick and the University of Washington have developed a technique to measure the energy and momentum of electrons in...

Im Focus: Neues Verfahren für den Kampf gegen Viren

Forschende der Fraunhofer-Gesellschaft in Sulzbach und Regensburg arbeiten im Projekt ViroSens gemeinsam mit Industriepartnern an einem neuartigen Analyseverfahren, um die Wirksamkeitsprüfung von Impfstoffen effizienter und kostengünstiger zu machen. Die Methode kombiniert elektrochemische Sensorik und Biotechnologie und ermöglicht erstmals eine komplett automatisierte Analyse des Infektionszustands von Testzellen.

Die Meisten sehen Impfungen als einen Segen der modernen Medizin, da sie vor gefährlichen Viruserkrankungen schützen. Doch bevor es ein Impfstoff in die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Testzone für die KI-gestützte Produktion

18.07.2019 | Veranstaltungen

„World Brain Day“ zum Thema Migräne: individualisierte Therapie statt Schmerzmittelübergebrauch

18.07.2019 | Veranstaltungen

Kosmos-Konferenz: Navigating the Sustainability Transformation in the 21st Century

17.07.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vielfältiger einsetzbare Materialien

19.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Regulation des Wurzelwachstums aus der Ferne

19.07.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bessere Wärmeleitfähigkeit durch geänderte Atomanordnung

19.07.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics