Aus der Branche

Für den ressourceneffizienten Einsatz von Kunststoffen entwickelt Fraunhofer UMSICHT neue Werkstoffe. Im Fokus stehen dabei Biokunststoffe, eine zirkuläre Kunststoffwirtschaft sowie Strategien zur Reduzierung von Makro- und Mikroplastik in der Umwelt. Fraunhofer UMSICHT präsentiert sich auf der K 2022 mit chemischen Zwischenprodukten aus Kaffeesatz, Folienwerkstoff auf Basis von TPU, PLA-Compounds für technische Bauteile mit erhöhtem Brandrisiko und abbaubaren Mulchfolien.

Forschende des Fraunhofer UMSICHT gewinnen im Projekt »InKa«, das die Wertschöpfungskette von Kaffeesatz erforscht, aus dem ungenießbaren Kaffeeöl ein chemisches Zwischenprodukt, das bei der Herstellung von Additiven für Kunststoffe zum Einsatz kommt. Den entölten Kaffeesatz versuchen sie, als alternativen Rohstoff für die Papier- und Kartonindustrie zu nutzen. »Eine besondere Herausforderung bei unserem Projekt ist das Scale-up der Verfahrensschritte vom Labor zur industriellen Fertigung. Das angestrebte Verfahren als Ganzes ist hoch innovativ und leistet einen wichtigen Beitrag bei der Nutzung von biobasierten Rohstoffen im Rahmen der Bioökonomie. Im Labormaßstab sehen wir bereits, dass unser Konzept aufgeht: Wir konnten die entwickelten Additive bereits in neuen Werkstoffrezepturen testen«, erklärt Inna Bretz, Abteilungsleiterin Zirkuläre und Biobasierte Kunststoffe des Fraunhofer UMSICHT.

Röntgendetektierbare Mehrwegschutzbekleidung
Die Entwicklung eines Folienwerkstoffs auf Basis von thermoplastischen Polyurethanen (TPU) und röntgendetektierbaren Additiven war das Ziel des Projekts »DetekTPU«. Bei der Produktion von Nahrungsmitteln ist Einwegschutzbekleidung zu tragen, um Sicherheits- und Hygienevorschriften einzuhalten. Neben einer großen Mengen Plastikmüll ergibt sich dabei zusätzlich das Problem, dass Teile der Schutzbekleidung in den Nahrungsmitteln landen können und dort nicht detektiert werden. Der entwickelte Werkstoff soll für zuverlässig röntgendetektierbare Mehrwegschutzbekleidung eingesetzt werden. Dies ist für dünne Kunststofffolien eine bisher nicht gelöste Herausforderung. »Die bisherigen Projektergebnisse sind vielversprechend, aktuell planen wir weitere Entwicklungsschritte mit unserem Projektpartner. Hierzu soll das Team um Experten aus dem Bereich Folienherstellung erweitert werden.«  berichtet Christina Eloo, Gruppenleiterin Kunststoffentwicklung.

Biobasierte Kunststoffe für technische Bauteile mit erhöhtem Brandrisiko
Technische Bauteile mit erhöhtem Brandrisiko, etwa in der Elektronikindustrie, erfordern flammgeschützte, wärmeformbeständige und schlagzähe Kunststoffe. Ein Großteil davon wird auf Erdölbasis hergestellt, dessen Vorräte begrenzt sind. Biokunststoffe erreichen jedoch oftmals noch nicht im vollen Umfang das vom Markt geforderte Eigenschaftsniveau konventioneller technischer Kunststoffe. Die Grenzen liegen insbesondere beim Brandverhalten, einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit oder Schlagzähigkeit. Hier setzt »TechPLAstic« an: Es werden PLA-Compounds für langlebige Produkte anwendungs- und marktnah entwickelt - unter Berücksichtigung der jeweiligen Anforderungen und Kosten. Der Anwendungsfokus liegt zunächst auf technischen Produkten des Elektronik- und Bausektors wie beispielsweise Leuchten oder Schalter und Tasten in der Gebäudetechnik.

Mulchfolien mit angepasster Abbaubarkeit
Biologisch abbaubare Kunststoffe sind in umweltoffenen Anwendungen sinnvoll, bei denen ein Recyclingprozess nicht möglich oder mit einem zu hohen Aufwand verbunden ist. Beispiele hierfür sind Geotextilien oder Mulchfolien. Fraunhofer UMSICHT forscht an Kunststoffen mit angepasster Abbaubarkeit, die während der Nutzungsdauer die gewünschten Eigenschaften erfüllen. Zur Untersuchung und Bewertung der Eigenschaftsänderungen von Kunststoffen während der Alterung durch Umwelteinflüsse werden durch die Forschenden im Labor die Bedingungen so anwendungsnah wie möglich eingestellt. Dazu können je nach Produkt verschiedene Substrate (Kompost, Erde, Wasser), verschiedene Temperaturen und UV-Licht eingesetzt werden.
 
Förderhinweise

• Das Projekt »InKa – Intermediate aus industriellem Kaffeesatz« wird im Rahmen der Fördermaßname »Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030« der Bundesregierung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
• Das Projekt »DetekTPU« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
• Das Projekt »TechPLAstic« wird durch die Fachagentur Nachwachsende Rohrstoffe e. V. (FNR) und aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

Die im Bundesverband Medizintechnologie (BVMed) organisierten Hersteller von Hilfsmitteln zur aufsaugenden Inkontinenzversorgung weisen auf den zunehmenden Spagat zwischen sinkenden Erstattungspauschalen und steigenden Produktionspreisen hin. „Durch die Entwicklungen der Rohstoff-, Transport- und Energiepreise steigt der Preisdruck auf die Hersteller enorm. Auf der anderen Seite sinken die Pauschalen in den Hilfsmittel-Verträgen mit den Krankenkassen weiter. Diese Schere muss endlich wieder geschlossen werden, um die Versorgung der Patient:innen mit diesen Hilfsmitteln sicherzustellen“, so BVMed-Expertin Juliane Pohl, Leiterin des Referats Ambulante Versorgung.

Die Expert:innen des BVMed-Fachbereichs Inkontinenzversorgung betonen, dass verschiedene globale Entwicklungen zu starken Veränderungen an den Rohstoffmärkten sowie im Transportwesen führen, die sich ebenfalls auf die Produktion von Hilfsmitteln zur aufsaugenden Inkontinenzversorgung auswirken. Es sei dabei nicht davon auszugehen, dass sich diese Entwicklungen auf ein Vor-COVID-Niveau regulierten. Im Gegenteil: der Ukraine-Krieg sorge für eine Verschlechterung der Gesamtsituation im Energie-, Rohstoff- und Transportbereich.

Zum Hintergrund erläutert der BVMed, dass zur Produktion aufsaugender Inkontinenzprodukte als Rohstoffe hauptsächlich Zellstoff (Fluff), Superabsorbent Polymere (Superabsorber), Polyethylene (Folien) und Polyproylene (Vliesstoffe) verwendet werden. Bei Zellstoffen gab es nach dem Risi-Index im dritten Quartal 2021 eine Kostensteigerung von 40 Prozent gegenüber dem Vorjahreszeitraum. Bei Polyproylenen (PP Europe Index) lag die Kostensteigerung bei 60 Prozent, bei Superabsorbern bei 67 Prozent und bei Polyethylenen (LDPE EU Index) sogar bei 80 Prozent. Ursächlich hierfür sind vor allem nicht behebbare Kapazitätsprobleme. Es bestehen kaum Möglichkeiten zusätzlicher Kapazitäten für diese Rohstoffe, was zu einer unmittelbaren Verknappung und zu weiteren Preissteigerungen führt.

Die Energiepreise verzeichneten im Januar 2022 eine Steigerung von durchschnittlich 67 Prozent gegenüber dem Vorjahresniveau. Besonders prägnant ist dabei die Veränderungsrate von Erdgas: Hier ist gegenüber dem gleichen Vorjahresmonat eine Kostensteigerung von 119 Prozent zu verzeichnen. Eine maßgebliche Entspannung der Energiekosten ist laut Einschätzung von Expert:innen nicht absehbar.

Die Veränderungen im Rohstoffmarkt beeinträchtigen ebenfalls die Produktion von Primär- und Sekundärverpackungen. So sind enorme Preisanstiege zum Vorjahreszeitraum bei Sekundärrohstoffen aus Papier und Pappe (plus 73 Prozent) sowie bei Verpackungsmitteln aus Holz (plus 66 Prozent) zu verzeichnen. Wellpapier und Wellpappe erfuhren gegenüber dem Vorjahresniveau eine Preissteigerung von 42 Prozent, so die BVMed-Expert:innen.

Bedrohlich bleiben auch die Entwicklungen im Transportwesen. Weltweit besteht ein immenser Mangel an Containertransporten. Die hierdurch erhöhte Nachfrage führt zu steigenden Preisen bei den Container- und Frachtkosten. Die durch die globale Nachfrage forcierte enorme Verzögerung von Lieferungen wirkt sich ebenfalls auf das Preisgefüge aus. Auch die Überlastung zentraler Häfen in China, Nordeuropa, Singapur, Sydney und an der US-Westküste führt zu Verzögerungen und Preissteigerungen. Nach dem FBX-Index sind die weltweiten Frachtkosten im Vergleichszeitraum 2020/2021 insgesamt um 400 Prozent gestiegen. Preiserhöhungen im Transport ergeben sich außerdem aus den Entwicklungen im Bereich Energie, insbesondere Erdgas, sowie Fachpersonal.

• Einladung zur Abschlusskonferenz des Projektes iMulch

Während Kunststoffe in maritimen Gewässern aktuell zahlreiche gesellschaftliche Akteure beschäftigen, finden Bodenbelastungen durch Kunststoffe in Äckern und Feldern durch landwirtschaftliche Folien bisher kaum Beachtung. Besonders Mulchfolien kommen sowohl zur Ertragssteigerung als auch infolge klimatischer Ursachen, immer häufiger zum Einsatz.

Dieser Thematik widmeten sich daher die Forschenden des Projektes iMulch. Um einen Nachweis von Kunststoffen in Böden und Drainagewässern zu erbringen und mögliche Folgen aufzuzeigen, untersuchte und verglich das Forschungsteam den Einfluss konventioneller erdölbasierter Mulchfolien mit bio-abbaubaren Alternativen.

Die gesammelten Projektergebnisse präsentiert das Konsortium mit Unterstützung externer Expertinnen und Experten am 28. April von 10-17 Uhr online im Rahmen der iMulch Abschlusskonferenz. Eine Anmeldung zur kostenlosen Teilnahme sowie die Veranstaltungsagenda finden sie unter dem folgenden Link:
http://imulch.eu/abschlusskonferenz/

Kunststoffemission in Böden
Um untersuchen zu können, ob der Einsatz von Mulchfolien auf Böden kritische Kunststoffemissionen verursacht, entwickelten die Forschenden zunächst eine umfassende Teststrategie. Diese ermöglichte es, Informationen zu Menge, Typ und Größe der Kunststoffpartikel sowie zu ihrem Transportverhalten und Verbleib im Boden zu gewinnen. Der erste Schritt bestand in der Entwicklung geeigneter Test-Methoden zur Bestimmung von Polymermenge, Polymerart und Polymergröße. Einsatz fanden besonders die Thermoextraktions-Desorptions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TED-GC-MS), FT-IR-Spektrometrie und die konfokale Raman-Mikroskopie (CRM).

In Laborständen untersuchten sie parallel die Verwitterung von Folien in Böden und in Drainagewasser sowie das Adsorptionsverhalten von Folien in Bezug auf Schadstoffe. Ein weiterer Untersuchungsschwerpunkt bestand in der möglichen Toxizität der Folien auf aquatische und terrestrische Organismen. Die Ergebnisse dieser Experimente boten wertvolle Rückschlüsse zum Verhalten und Verbleib landwirtschaftlicher Folien in der Umwelt.

Über mehr als 12 Monate hinweg erforschte das Team zudem den Transport der in den Folien eingesetzten Polymere in Freilandlysimetern. Hierbei analysierten sie sowohl den Transport im Boden als auch die Aufnahme in Pflanzen. Die Ergebnisse erlauben Rückschlüsse zur Frage, ob Polymerpartikel aus dem Boden ins Grundwasser eintreten oder durch eine Aufnahme in Pflanzen in die Nahrungskette gelangen können.

Mikrobielles Upcycling durch Bakterien
Eine vielversprechende Lösung zum Abbau und zur Nutzbarmachung von Mulchfolienresten scheinen mikrobielle Upcycling-Ansätze zu bieten. Diese nutzen Mikroorganismen, welche in der Lage sind, Kunststoff-Moleküle im Rahmen von Stoffwechselprozessen umzuwandeln.

Hierbei können sie Moleküle von industriellem Interesse produzieren, beispielsweise das Biopolymer PHA. Eine Optimierung der Stoffwechselwege des Mikroorganismus Cupriavidus necator demonstrierten die Forschenden erfolgreich am Beispiel von PBAT-Monomeren und realisierten dort eine effektive Umwandlung zum Biopolymer PHA. Diese stoffliche Nutzung von Mulchfolien durch mikrobielles Upcycling kann zukünftig zu einer signifikanten Verbesserung der Ökobilanz landwirtschaftlicher Folien beitragen. Das Projekt iMulch wird mit Mitteln aus dem Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ gefördert.

Ein neu entwickeltes Gewebe des Materialtechnologiekonzerns Toray verbindet Haptik und Struktur von handgeschöpftem japanischem Papier mit moderner Funktionalität.

Mit Camifu präsentiert Toray Industries, Inc. ein neuartiges Polyester-Filamentgewebe inspiriert von der Optik und Haptik japanischen Papiers. Das Material basiert auf dem patentierten Mehrkomponenten-Spinnverfahren NANODESIGN, das es Toray erlaubt, unterschiedliche Polymere innerhalb einer Faser präzise anzuordnen und zu formen. Die resultierende Struktur mit ihren feinen Unebenheiten ist der von handgeschöpftem Papier nachempfunden, weist jedoch zugleich die Weichheit und den Komfort synthetischer Fasern auf.

Mithilfe des NANODESIGN-Verfahrens entwickelte Toray eine Faser mit einer flachen, C-förmigen Querschnittstruktur, die drei unterschiedliche Polymere miteinander verbindet. In der Fasermitte befindet sich ein lösliches Polymer, rechts und links davon sind Polymere mit unterschiedlichen Wärmeschrumpfungseigenschaften angeordnet. Eines der Polymere wurde dabei aus recycelten Folienresten hergestellt, um die Nachhaltigkeit von Camifu zu erhöhen.

Werden diese angrenzenden Polymere wärmebehandelt, verbiegen sie sich entsprechend ihrer jeweiligen Wärmeeigenschaften entlang der Faser. In Verbindung mit der flachen Querschrittstruktur erzeugt dies eine einzigartige Verdrehung und Ausdehnung.
So entstehen Faserbündel mit unregelmäßigen Hohlräumen, die für die charakteristische Unebenheit des Materials sorgen.

Der hohe Anteil an Hohlräumen verleiht dem Gewebe eine leichte und zugleich robuste Haptik, die der von japanischem Papier entspricht. Auch optisch folgt Camifu diesem Vorbild: Die Fasern enthalten unterschiedlich eingefärbte oder einfärbbare Polymere, die sich nicht aneinander ausrichten.

Camifu eignet sich damit für Anwendungen in der Herren- und Damenoberbekleidung, darunter Hemden, Blusen, geschnittene und genähte Kleidungsstücke. Das Unternehmen plant, Camifu ab Frühjahr/Sommer 2022 auf den Markt zu bringen

• Von atmungsaktiver Outdoorkleidung bis zu Smart Textiles

Auf der Techtextil 2019 präsentiert Covestro an seinem Stand Nummer D22 in Halle 3.0 neue und nachhaltige Entwicklungen mit der INSQIN® Technologie für wässrige Textilbeschichtungen sowie eine wässrige Polyurethan (PU)-Dispersion, die eine bioabbaubare Textilbeschichtung ermöglicht. Besucher können sich dort außerdem über hautfreundliche Beschichtungen für medizinische Textilien, eine neue TPU-Faser sowie über Folienlösungen zum Beispiel für Smart Textiles informieren.

Ein Highlight-Thema ist diesmal atmungsaktive und trotzdem wasserdichte Outdoor-Kleidung. Sie soll Jogger oder Wanderer vor Regen schützen, aber auch den Schweiß der Haut nach außen entweichen lassen. Bei der INSQIN® Technologie werden die Textilien mit wässrigen Polyurethan (PU)-Dispersionen ohne Einsatz von Lösemitteln beschichtet.

• Erfolgreiche Übernahme des österreichischen Recyclingunternehmens Ecoplast Kunststoffrecycling GmbH

Borealis, ein führender Anbieter innovativer Lösungen in den Bereichen Polyolefine, Basischemikalien und Pflanzennährstoffe, gibt heute die vollständige Übernahme des österreichischen Kunststoffrecyclingunternehmens Ecoplast Kunststoffrecycling GmbH („Ecoplast“) bekannt. Das in Wildon, Österreich, ansässige Unternehmen verarbeitet jährlich rund 35.000 Tonnen Post-Consumer-Kunststoffabfälle von Haushalten sowie Industrieverbrauchern und verarbeitet diese in hochwertige LDPE- und HDPE-Rezyklate, die primär, aber nicht ausschließlich, für den Kunststofffolienmarkt bestimmt sind.

Borealis erwartet bis 2021 ein maßgebliches Wachstum des Marktes für rezykliertes PO („Polyolefine“). Auf dieser Zukunftsprognose basiert auch die strategische Überlegung der Übernahme. Das Unternehmen sieht PO-Recycling als zentralen Baustein seiner PO-Gesamtstrategie, da der Bereich großes Potenzial hat, die Wachstums- und Nachhaltigkeitsbestrebungen von Borealis zu unterstützen. Borealis ist ein Vorreiter seiner Branche, wenn es darum geht, die Eignung von Polyolefinen für die Kreislaufwirtschaft weiter zu verbessern. Im Jahr 2014 begann das Unternehmen, die Automobilindustrie mit High-End-Werkstofflösungen zu beliefern, die einen Anteil von 25 bzw. 50 % Post-Consumer-Rezyklaten aufwiesen. Borealis war außerdem der erste Hersteller von PO-Neumaterialien („Virgin PO“), der die Möglichkeiten mechanischen Recyclings untersuchte, indem er im Juli 2016 einen der größten europäischen Produzenten von Post-Consumer-Polyolefinrezyklaten – mtm plastics GmbH und mtm compact GmbH – übernahm. Seitdem investiert das Unternehmen laufend in die Entwicklung von Technologien und neuen Produkten im Bereich des Polyolefinkreislaufs.

„Borealis hat den steigenden Bedarf an Kunststoffrecycling erkannt und betrachtet die Kreislaufwirtschaft als Geschäftschance. Borealis arbeitet bereits seit langem mit Ecoplast zusammen, und diese Übernahme ist der nächste logische Schritt im Rahmen des Ausbaus unserer mechanischen Recyclingmöglichkeiten. Ecoplast stellt eine wichtige Ergänzung zu mtm in Deutschland dar und wird uns dabei helfen, schwierige Nachhaltigkeitsherausforderungen zu meistern und zu einem führenden Akteur im Polyolefinrecyclingsektor zu werden. Darüber hinaus wollen wir unsere Erfahrung nutzen, um eine effektive Blaupause für Kunststoffe, die sich am Ende ihrer Nutzungsdauer befinden, zu entwickeln, die in anderen Teilen der Welt angewandt werden kann“, erklärt Borealis’ Vorstandsvorsitzender Alfred Stern.

„Wir sind äußerst glücklich, dass das Geschäft mit einem so starken und zuverlässigen Partner wie Borealis erfolgreich abgeschlossen werden konnte, und wir freuen uns auf unsere künftigen, gemeinsamen Aktivitäten im Recyclingmarkt. Wir haben mögliche Synergien in zahlreichen operativen und strategischen Bereichen identifiziert, vor allem im Zusammenhang mit der Produktqualität, F&E und künftigen Anwendungen von Polyethylenfolienrezyklaten. Die Kombination von Ecoplast und Borealis hat das Potenzial, bahnbrechende Veränderungen am Markt zu bewirken“, ist Lukas Intemann, Ecoplast Managing Director, überzeugt.