Technische Biopolymere: Rahmenbedingungen, Marktsitutation, Herstellung, Aufbau und Eigenschaften
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München
Hanser
2009
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| adam_text | Titel: Technische Biopolymere
Autor: Endres, Hans-Josef
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Themenabgrenzung 1
1.2 Was sind Biopolymere? 5
1.2.1 Abbaubare petrobasierte Biopolymere 6
1.2.2 Abbaubare biobasierte Biopolymere 6
1.2.3 Nicht abbaubare biobasierte Biopolymere 7
1.2.4 Blends und Copolymere aus den verschiedenen Rohstoff- und
Werkstoffgruppen 8
1.3 Rahmenbedingungen für Biopolymere 9
1.3.1 Entsorgung konventioneller und bioabbaubarer Kunststoffe 9
1.3.2 Limitierung petrochemischer Ressourcen 13
1.3.3 Zunehmendes Umweltbewusstsein 18
1.3.4 Nachhaltigkeit als Teil der Unternehmensstrategie 19
2 Stand der Kenntnisse 21
2.1 Historie von Biopolymeren 21
2.2 Biopolymer-Werkstoffgenerationen 22
2.3 Biologische Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit 24
2.4 Oxoabbaubarkeit 28
2.5 Rohstoff-und Flächenbedarf zur Biopolymererzeugung 29
2.6 Nachhaltigkeit und Entropieeffizienz von Biopolymeren 39
2.7 Patentrechtliche Situation von Biopolymeren 46
3 Rechtliche Rahmenbedingungen für Biopolymere 49
3.1 Deutsche Verpackungsverordnung 49
3.1.1 Anwendungen ohne Entsorgungserfordernis 49
3.1.2 Anwendungen mit Entsorgungserfordernis 49
3.1.3 Novellierung der deutschen Verpackungsverordnung 51
3.2 Übergeordnete Standards zur Prüfung der Kompostierbarkeit 53
3.2.1 DINV 54900 54
3.2.2 DIN EN 13432 57
3.2.3 DIN EN 14995 58
3.2.4 ISO 17088 58
3.2.5 ASTM D6400 58
3.2.6 ASTM D6868 59
3.2.7 AS 4736 59
3.2.8 Vergleich der übergeordneten Normen/Standards 60
3.3 Prüfnormen zur Durchführung (Normative Verweisungen) 62
3.3.1 Richtlinien 63
3.3.1.1 ASTMD6002 63
3.3.1.2 AS 4454 63
3.3.2 Normen zu Verpackungen (Allgemein) 64
3.3.2.1 DINEN13193 64
3.3.2.2 DIN EN13427 64
3.3.2.3 DIN EN ISO 472 65
3.3.2.4 ASTM D883 65
3.3.3 Aerober Bioabbau - aquatisch 65
3.3.3.1 DIN EN ISO 10634 65
3.3.3.2 DINEN ISO 14851 65
3.3.3.3 DIN EN ISO 14852 66
3.3.3.4 ISO 9408 66
3.3.4 Aerober Bioabbau - terrestrisch 67
3.3.4.1 Kompostierung 67
3.3.4.1.1 DIN EN ISO 14855 67
3.3.4.1.2 ASTM D5338 67
3.3.4.2 Desintegration 67
3.3.4.2.1 DINEN 14045 67
3.3.4.2.2 DIN EN 14046 68
3.3.4.2.3 DIN EN 14806 68
3.3.4.2.4 ISO 16929 68
3.3.4.2.5 DIN EN ISO 20200 69
3.3.4.3 Erdreich (DINEN ISO 17556) 69
3.3.5 Anaerober Bioabbau 69
3.3.5.1 DINEN ISO 11734 69
3.3.5.2 ISO 14853 69
3.3.5.3 ISO 15985 70
3.3.6 ASTM D6866 (14C-Methode) 70
3.3.7 OECD-Richtlinien 71
3.3.8 Japanische Standards 72
3.3.8.1 JISK6950 72
3.3.8.2 JISK6951 73
3.3.8.3 JIS K 6952 73
3.3.8.4 JIS K 6953 73
3.3.8.5 JIS K 6954 73
3.3.8.6 JIS K 6955 73
3.3.9 VDI4427 73
3.4 Zulässige Hilfsstoffe und Additive 74
3.5 Zertifizierung der Kompostierbarkeit 75
3.6 Angrenzende Verordnungen 81
3.6.1 Biopolymere im Kontext der Abfallablagerungsverordnung 81
3.6.2 Biopolymere im Kontext der deutschen Kompostverordnung ... 83
3.6.3 Biopolymere im Kontext der Düngemittelverordnung 86
3.7 Abfallentsorgung in der EU 86
4 Herstellung und chemischer Aufbau von Biopolymeren 91
4.1 Herstellung von Biopolymeren 91
4.1.1 Chemische Synthese petrochemischer Rohstoffe 94
4.1.1.1 Polyvinylalkohol (PVAL) 94
4.1.1.2 Polyvinylbutyral (PVB) 100
4.1.1.3 Polycaprolacton (PCL) 102
4.1.1.4 Sonstige 103
4.1.2 Chemische Synthese biobasierter Rohstoffe 103
4.1.2.1 Polylactide (PLA) 103
4.1.2.2 Bio-Co-und Terpolyester 108
4.1.2.3 (Bio-)Polyurethane (BIO-PUR) 113
4.1.2.4 (Bio-)Polyamide (BIO-PA) 114
4.1.2.5 Drop-in-Lösungen 120
4.1.3 Direkte Biosynthese der Biopolymere 121
4.1.4 Modifizierung nachwachsender Rohstoffe 128
4.1.4.1 Stärkepolymere 128
4.1.4.2 Cellulosepolymere 136
4.1.4.3 Lignin 146
4.1.4.4 Pflanzenölbasierte Biopolymere 147
4.1.4.5 Chitin, Chitosan 148
4.1.4.6 Casein-Kunststoffe (CS oder CSF) 150
4.1.4.7 Gelatine 151
4.1.5 Blends 151
4.2 Chemische Struktur der Biopolymere 152
4.2.1 Polymethylene 153
4.2.1.1 (Bio-)Polyethylen (Bio-PE) 153
4.2.1.2 Polyvinyle (Polyvinylalkohol) 153
4.2.1.3 Polyvinylacetale (Polyvinylbutyral) 155
4.2.2 Polyether (Polyglykole) 155
4.2.3 Polysaccharidpolymere 156
4.2.3.1 Celluloseregenerate (CH) 157
4.2.3.2 Celluloseether (MC, EC, HPC, CMC, BC) 157
4.2.3.3 Celluloseester (CA, CP, CB, CN, CAB, CAP) 159
4.2.3.4 Destrukturierte thermoplastische Stärke (TPS) 160
4.2.3.5 Stärkeacetat 160
4.2.4 (Bio-)Polyester 161
4.2.4.1 Polylactid (PLA) 162
4.2.4.2 Polyhydroxybutyrat (PHB) 162
4.2.4.3 Polyhydroxyvalerat (PHV) 162
4.2.4.4 Polyhydroxyhexonat (PHH) 162
4.2.4.5 Polyhydroxyoctanoat (PHO) 163
4.2.4.6 Polycaprolacton (PCL) 163
4.2.4.7 Polyglykolsäuren (PGA) 163
4.2.4.8 PLA-Copolymere 163
4.2.4.9 PHA-Copolymere 163
4.2.4.10 Polybutylensuccinat (PBS) 165
4.2.4.11 Polybutylensuccinat-Adipat (PBSA) 166
4.2.4.12 Polytrimethylenterephthalat(PTT) 166
4.2.4.13 Polybutylenterephthalat (PBT) 167
4.2.4.14 Polybutylenadipat-Terephthalat (PBAT) 167
4.2.4.15 Polybutylensuccinat-Terephthalat(PBST) 167
4.2.5 (Bio-)Polyamide (Bio-PA) 168
4.2.5.1 Homopolyamide 169
4.2.5.2 Copolyamide 169
4.2.5.3 Polyesteramide (PEA) 171
4.2.6 (Bio-)Polyurethane (Bio-PUR) 171
4.2.7 Proteinbasierte Polymere 172
4.2.8 Polyvinylpyrrolidon (PVP) 173
5 Technische Eigenschaftsprofile von Biopolymeren 175
5.1 Eigenschaftsprofile der wichtigsten Biopolymere 176
5.1.1 Polyvinylalkohole (PVAL) 176
5.1.2 Polycaprolacton (PCL) 183
5.1.3 Polyhydroxyalkanoate (PHA) 184
5.1.4 Polylacticacid (PLA) 187
5.1.5 PLA-Blends 192
5.1.6 Bio-Copolyester 194
5.1.7 Stärke/Stärkeblends/Thermoplastische Stärke (TPS) 195
5.1.8 Celluloseregenerate (CH) 197
5.1.9 Cellulosederivate (CA, CP, CB, CN, CAB, CAP) 199
5.1.10 Bio-PE, Bio-PP, Bio-PA, Bio-PUR 202
5.2 Eigenschaften im Vergleich zu konventionellen Kunststoffen 202
5.2.1 Biopolymerwerkstoffe für Spritzgussanwendungen 203
5.2.1.1 Mechanische Kennwerte 203
5.2.1.2 Thermomechanische Eigenschaften 208
5.2.1.3 Verarbeitungseigenschaften 211
5.2.1.4 Ökonomische Eigenschaften 218
5.2.1.5 Preisspezifische Eigenschaften 220
5.2.2 Biopolymerfolienwerkstoffe 225
5.2.2.1 Lebensmittelrechtliche Zulassung 225
5.2.2.2 Zertifizierung der Kompostierbarkeit 228
5.2.2.3 Barriereeigenschaften 235
5.2.2.4 Physikalisch-chemische Eigenschaften 239
5.2.2.5 Mechanische Folienkennwerte 240
5.2.2.6 Verarbeitungseigenschaften von Biopolymerfolien 242
5.2.2.7 Ökonomische Folieneigenschaften 244
5.2.3 Fazit für zukünftige Anwendungen 247
6 End-of-Life-Options von Biopolymeren 251
6.1 Deponie 251
6.2 Recycling 253
6.2.1 Thermomechanisches Recycling 253
6.2.2 Chemisches Recycling 254
6.3 Kompostierung 254
6.3.1 Industrielle Kompostierung 255
6.3.2 Häusliche Kompostierung 255
6.4 Verbrennung 256
6.4.1 Brennwerte von Biopolymeren 256
6.4.2 Emissionen bei der Verbrennung von Biopolymeren 259
6.5 Biogaserzeugung 262
6.6 Produktspezifische Entsorgung 264
6.6.1 Auflösen/Abbau in Wasser 264
6.6.2 Auflösen/Abbau im Erdreich 265
6.6.3 Auflösen/Abbau im Organismus (Verzehren, Bioabbau) 265
6.7 Littern 266
7 Ökobilanzierung von Biopolymeren 267
7.1 Methodik der Ökobilanzierung 267
7.1.1 Festlegung des Zieles und des Untersuchungsrahmens 269
7.1.2 Erstellung einer Sachbilanz 269
7.1.3 Wirkungsabschätzung 270
7.1.4 Auswerten der Ergebnisse 274
7.2 Daten zur Ökobilanz von Biopolymeren 275
8 Darstellung des Biopolymermarktes 281
8.1 Aktuelle Verfügbarkeit und zukünftige Kapazitäten 281
8.2 Aktuelle Preissituation 288
8.3 Marktakteure im Bereich biologisch abbaubarer Polymere 290
8.4 Biopolymerhersteller und Materialtypen 291
8.4.2 Absorbable Polymer Technologies 302
8.4.3 Acetati S.p.A 303
8.4.4 Agrana Stärke GmbH 303
8.4.5 Albis Plastics GmbH 303
8.4.6 Archer Daniels Midland Company (ADM) 304
8.4.7 Arkema 304
8.4.8 BASF SE 305
8.4.9 Bayer AG 306
8.4.10 Biocycle 306
8.4.11 Biograde Limited 307
8.4.12 BioMatera 308
8.4.13 Biomer 308
8.4.14 Bio-Natural Technology Co., Ltd 309
8.4.15 Bio-Onsrl 309
8.4.16 BIOP Biopolymer Technologies AG 310
8.4.17 Biopearls 311
8.4.18 Biostarch 311
8.4.19 BIOTEC Biologische Verpackungen GmbH Co.KG 312
8.4.20 Birmingham Polymers 312
8.4.21 Braskem 313
8.4.22 Cargill Dow LLC 313
8.4.23 Cargill Ine 314
8.4.24 Celanese 314
8.4.25 Cereplastlnc 315
8.4.26 Cerestech Ine 315
8.4.27 Chengu Dikang Biomedical Co., Ltd 316
8.4.28 Chinese Acadamy of Science, Changchun
Institute of Applied Chemistry (CIAC) 317
8.4.29 Chronopollnc 317
8.4.30 Com Products International Ine 317
8.4.31 Crystalsev Comercio E Representacao Ltda 318
8.4.32 Daicel Chemicals Industries Ltd 318
8.4.33 Dainippon Ink and Chemicals 318
8.4.34 DaniMer Scientific 319
8.4.35 DIC Corporation 319
8.4.36 Dow Chemical Company 320
8.4.37 DSM N.V. 320
8.4.38 DuPont 321
8.4.39 DuPont Tate Lyle Bio Products, LLC 323
8.4.40 DURECT Corporation 323
8.4.41 Eastman Chemical Company 324
8.4.42 Elastogran GmbH 324
8.4.43 Fasal Wood KEG 325
8.4.44 FKuR Kunststoff GmbH 325
8.4.45 Futerro 328
8.4.46 FuturaMat 328
8.4.47 Galactic 329
8.4.48 German Bioplastics Merzenich Strauß GmbH 330
8.4.49 Grace Biotech Corporation 330
8.4.50 Guangzhou Bright China Biotechnological Co., Ltd 330
8.4.51 Harbin Weilida Pharmaceuticals Co.Ltd 330
8.4.52 Henan Piaoan Group Company Ltd 331
8.4.53 Heritage Plastics, Ine 331
8.4.54 Hisun Biomaterials Co., Ltd 332
8.4.55 Hobum Oleochemicals GmbH 332
8.4.56 ICO Polymers 333
8.4.57 Idroplax Sri 333
8.4.58 IFA-Tulln 334
8.4.59 IGV Institut für Getreideverarbeitung GmbH 335
8.4.60 Innovia Films Ltd 335
8.4.61 IRE Chemicals Ltd 336
8.4.62 Jamplast Ine 336
8.4.63 Japan Com Starch Co., Ltd 337
8.4.64 Japan Vam Poval Co., Ltd 338
8.4.65 JER Envirotech 339
8.4.66 Kaneka Corporation 339
8.4.67 Kareline OY Ltd 340
8.4.68 Kingfa Sei. Tech. Co., Ltd 340
8.4.69 Kuraray Co., Ltd 341
8.4.70 Limagrain Cereales Ingredients 342
8.4.71 Mazda 343
8.4.72 Mazzucchelli 1849 S.p.A 343
8.4.73 Meredian Ine 344
8.4.74 Merquinsa 344
8.4.75 Metabolix 345
8.4.76 Metzeier Schaum GmbH 345
8.4.77 Mitsubishi Chemical Holdings Corporation 346
8.4.78 Mitsubishi Gas Chemical Company Inc. (MGC) 346
8.4.79 Mitsui Chemicals Ine 347
8.4.80 Nantong Jiuding Biological Engineering Co., Ltd 347
8.4.81 NatureWorks LLC 348
8.4.82 NEC 349
8.4.83 Nihon Shokuhin Kako Co., Ltd 350
8.4.84 Novamont S.p.A 350
8.4.85 Novomerlnc 351
8.4.86 PE Design Engineering BV 351
8.4.87 Perstorp UK Limited 352
8.4.88 Peter Holland BV 352
8.4.89 PHB Industrial Brasil S.A 353
8.4.90 Plantic Technologies 353
8.4.91 Polyfea 355
8.4.92 Polykemi AB 356
8.4.93 Polymer Technology Group 356
8.4.94 Polysciences Ine 356
8.4.95 Procter Gamble Chemicals 357
8.4.96 PSM (HK) Co., Ltd 358
8.4.97 Purac 358
8.4.98 Pyramid Bioplastics Guben GmbH 359
8.4.99 Rodenburg Biopolymers BV 359
8.4.100 Rotuba 360
8.4.101 Shanghai Tong-Jie-Liang Biomaterials Co., Ltd 361
8.4.102 Shimadzu Corporation 361
8.4.103 Showa Highpolymer Co., Ltd 361
8.4.104 SK Chemicals 362
8.4.105 SolvayS.A 362
8.4.106 Sphere Group 363
8.4.107 Stanelco Group 363
8.4.108 Starch Tech Ine 364
8.4.109 STEPAHNV 364
8.4.110 Tate LylePLC 364
8.4.111 TecnaroGmbH 365
8.4.112 Teijin Limited 365
8.4.113 Teiles 366
8.4.114 Tianan Biologie Material Co., Ltd 366
8.4.115 Tianjin Green BioScience Co., Ltd 367
8.4.116 Toray Industries 367
8.4.117 Total Petrochemicals 368
8.4.118 Toyota 368
8.4.119 Union Carbide Corporation 369
8.4.120 UnitikaLtd 369
8.4.121 Urethane Soy System Company 369
8.4.122 Vegeplast S.A.S 370
8.4.123 Vertellus Specialties Ine 370
8.4.124 VTT Technical Research Centreof Finland 371
8.4.125 Wacker Chemie AG 371
8.4.126 Wuhan Huali Environment Protection Science
Technology Co., Ltd 372
8.4.127 Zhejiang Hisun Biomaterials Co., Ltd 372
8.5 Biopolymerverarbeiter/-Konverter 372
9 Ausblick 381
Anhang 383
A Hersteller, Handelsnamen und Datenblàtter 383
B Abfallentsorgungssysteme in Europa 545
EU-Mitgliedstaaten 545
EU-Beitrittskandidaten 583
Kooperationspartner 588
C Auszug aus novellierter Verpackungsverordnung 594
D DSD-Lizensgebùhren 597
Abktirzungsverzeichnis 603
Literaturverzeichnis 607
Internetquellen 615
Register 617
Die Autoren 630
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