Wie in vielen Industriebereichen werden auch in der Kunststoffbranche zunehmend bioabbaubare Polymere genutzt. Obwohl sich im Polymerbereich in den letzten Jahren viel getan hat, werden weiterhin konventionelle, nicht biobasierte Farbpigmente für die Polymergranulate eingesetzt. Der steigende Bedarf an preisgünstigen Farbpigmenten aus nachwachsenden Rohstoffen kann momentan nicht abgedeckt werden. Grund hierfür ist vor allem auch die bisher ungenügende Forschung zu verfügbaren Farben aus nachwachsenden Rohstoffen sowie zu ihrem Verhalten bei der Polymerherstellung bzw. Compoundierung. Im Projekt FarBio sollten daher farbgebende Pigmente aus Beiprodukten der Lebensmittelindustrie und Landwirtschaft identifiziert und so aufbereitet werden, dass sie als Farbstoff für biobasierte Kunststoffgranulate angewendet werden können. Es war eine neue Technologie zur Integrierung der biogenen Farbstoffe in eine Biopolymermatrix (Compoundierung) für die Herstellung vollständig biobasierter Farbmasterbatches zu entwickeln. Es galt, die Verarbeitung der Rohstoffe so umweltschonend wie möglich zu gestalten.
Als Rohstoffe kamen Tomatenblätter, nicht verkehrsfähige Tomatenfrüchte, Rhabarbertrester und Karottenreste aus der Saftpressung, Sonnenblumenpresskuchen sowie die Cyanobakterie Spirulina zum Einsatz. Hergestellt wurden die Farben Grün, Olivgrün, Beige, Orange, Blau und Grau. In den Versuchen ist es uns gelungen, von 2,5 % (bei Flüssigrohstoffen) bis 90 % der Trockensubstanz der anfallenden Biomasse zu Farbpulver zu verarbeiten. Der Zuckeranteil in einigen Pflanzenresten wirkte störend auf die Farberhaltung bei der Verarbeitung unter hohen Temperaturen, weshalb eine hydrolytische Entzuckerung durchgeführt wurde. Bei der Feinzerkleinerung auf wenige µm ist eine schonende Vorgehensweise für die Farberhaltung essenziell. Durch die Umhüllung (Coating) mit biobasierten Stoffen (z. B. Maltodextrin, Gummi arabicum) während der Sprühtrocknung konnte eine gesteigerte Hitzestabilität der Farbpulver erreicht werden. Die Farbe wurde stabiler und blieb bei einer kurzzeitigen Erhitzung bis 120-140 °C erhalten. Als biogener Rohstoff bewährte sich die thermoplastische Stärke vom Blend Mater Bi. Die hergestellten Farbmasterbatches konnten sowohl zu Folien als auch zu Spritzgusserzeugnissen verarbeitet werden. Die ökotoxikologische Prüfung der Folien und Granulate nach DIN EN 16086-2 zeigte keine Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums von Kresse durch die Folien. Die Versuche zur mikrobiologischen Degradation von Kunststofferzeugnissen (nach DIN EN ISO 17556:2012) zeigten bereits nach einem Monat die Zeichen eines Abbaus beim Farbmasterbatch mit Tomatenfruchtresten, gefolgt von den Kunststoffen, die mit Pigmenten von Cyanobakterien (Phycocyanin und Restpigmente) gefärbt wurden.
Die neuen Farbmasterbatches können dem Kunststoffgranulat mit einem Anteil von 5 bis 20 % beigemischt werden. Die Anwendung der mit Farbmasterbatches erzeugten Produkte erstreckt sich auf den gesamten Bereich der bioabbaubaren Kunststoffe: beliebige Einwegerzeugnisse, Verpackungen für biobasierte „grüne“ Kosmetik, kompostierbare Säcke für Bioabfall u. ä. Die Verarbeitungstechnologie der farbhaltigen Biomasse kann auf andere Branchen übertragen werden, wie z. B. biobasierte Farben und Lacke.
Innovationskompetenz (INNO-KOM) des BMWK, Modul Marktorientierte Forschung
EuroNorm GmbH
Twins Crew GmbH, Halle
Pilot Pflanzenöltechnologie Magdeburg e.V.
Dr. agr. Olga Gorbachevskaya
.png)
.png){kind=icon}
