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	*BiopolymerWiki: [https://biopolymerwiki.hof-university.de/ https://biopolymerwiki.hof-university.de/]		*BiopolymerWiki: [https://biopolymerwiki.hof-university.de/ https://biopolymerwiki.hof-university.de/]

			[[Kategorie:Kunststoffe]]

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 08:34 Uhr

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Bio-Kunststoffe ‒ schlagzähmodifiziert</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Bio-Kunststoffe ‒ schlagzähmodifiziert</span>

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Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} Bio-Kunststoffe ‒ schlagzähmodifiziert __FORCETOC__ ==Vielfältigkeit von Bio-Kunststoffen== Im Rahmen eines vom [https://www.bmftr.bund.de/DE/Home/home_node.html BMFTR] geförderten Projekts HiBiKuS untersuchen die [https://www.psm-merseburg.de Polymer Service GmbH Merseburg], die [https://www.exipnos.de/ Exipnos GmbH] und das [https://www.imws.fraunhofer.de/ Fraunhofer Institut f…“

Neue Seite

{{PSM_Infobox}}
Bio-Kunststoffe ‒ schlagzähmodifiziert
__FORCETOC__
==Vielfältigkeit von Bio-Kunststoffen==
Im Rahmen eines vom [https://www.bmftr.bund.de/DE/Home/home_node.html BMFTR] geförderten Projekts HiBiKuS untersuchen die [https://www.psm-merseburg.de Polymer Service GmbH Merseburg], die [https://www.exipnos.de/ Exipnos GmbH] und das [https://www.imws.fraunhofer.de/ Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen], wie sich teilkristalline biobasierte Kunststoffe gezielt modifizieren lassen, um deren Einsatzmöglichkeiten zu erweitern [1]. 
[[Bio-Kunststoffe]] sind eine vielfältige Werkstoffklasse von [[Polymer]]en, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Im Gegensatz zu konventionellen, auf fossilen Rohstoffen basierenden Polymeren bieten sie ökologische Vorteile, etwa durch geringere Treibhausgasemissionen und die Möglichkeit der Kompostierung. Beispiele für biobasierte Polymere sind Polylactid ([[Kurzzeichen]]: PLA), Polyhydroxyalkanoat ([[Kurzzeichen]]: PHA), Polyhydroxybutyrat ([[Kurzzeichen]]: PHB), Polyamid 11 ([[Kurzzeichen]]: PA11), Stärke-Derivate, Chitin und Chitosan sowie Cellulose. Sie finden Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen, zunehmend auch für technische Bauteile [2]. 
Biobasierte und biologisch abbaubare Kunststoffe werden jedoch häufig mit eingeschränkten mechanischen Eigenschaften assoziiert.

==Notwendigkeit einer Kristallisationssteuerung und Schlagzähmodifizierung von PBS==

Ein Ziel war deshalb die Herstellung von vollständig biobasierten schlagzähmodifizierten Polymeren mit insgesamt guter mechanischer Performance und vorteilhaften Morphologie-Eigenschafts-Beziehungen. Als Matrixmaterial wurde das biobasierte teilkristalline Polymer Polybutylensuccinat ([[Kurzzeichen]]: PBS) verwendet [3‒4], ein linearer aliphatischer Polyester, der im Vergleich zu Polylactid ([[Kurzzeichen]]: PLA) eine höhere biologische Abbaubarkeit aufweist, sogar in Süß- und Meerwasser. Mit Methoden zur Charakterisierung der [[Mikroskopische Struktur|Morphologie]] von isotherm kristallisiertem PBS konnte jedoch gezeigt werden (siehe '''Bild 1'''), dass die sphärolithische Morphologie von PBS innerhalb eines relativ kleinen Temperaturbereichs stark von eher feinsphärolithisch bis sehr grobsphärolithisch variiert (siehe [[Sphärolithische Struktur]]).

[[Datei:Bio-Kunststoffe_schlagzaeh-1.jpg|650px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px"|Mikrostruktur von PBS in Abhängigkeit von der Abkühlrate und einer Nukleierung
|}

Die sich bei grobsphärolitischer Morphologie bildenden Korngrenzen sind Defekte im regelmäßigen Strukturaufbau, die die Eigenschaften negativ beeinflussen. Außerdem kann es durch dieses Verhalten bei der [[Kristallinität|Kristallisation]] zu einem nicht akzeptablen Verzug in [[Kunststoffbauteil]]en während des Spritzgießprozesses kommen. Der ausgeprägte Einfluss der Verarbeitungsbedingungen (z. B. der Abkühlbedingungen, siehe '''Bild 1''') auf die Morphologie und die Eigenschaften von PBS erfordert daher eine Steuerung des Kristallisationsprozesses (z. B. durch eine Nukleierung, siehe '''Bild 1''') und/oder eine effiziente Schlagzähmodifizierung, wie im Folgendem dargestellt wird.

[[Datei:Bio-Kunststoffe_schlagzaeh-2.jpg|650px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px"|Untersuchte Naturkautschuklatices
|}

==Schlagzähmodifizierung von PBS durch modifizierte Naturkautschuklatices==

Eine prinzipielle Möglichkeit zur Schlagzähmodifizierung ist die Einbringung von Naturkautschuklatices ('''Bild 2''') in das PBS während der Compoundierung. Allerdings führte die Verwendung unmodifizierter Naturkautschuklatices nicht zum erwünschten Erfolg ('''Tabelle 1''' und '''Bild 3'''): Eine Erhöhung der [[Kerbschlagbiegeversuch|Kerbschlagzähigkeit]] gegenüber reinem PBS war demnach auf diese Art und Weise nicht möglich.

{| border="1px" style="border-collapse:collapse"
|+ '''Tabelle 1''': Prozeduren zur Verbesserung der Zähigkeit von PBS
!! style="width:220px; background:#DCDCDC" | Prozedur
!! style="width:220px; background:#DCDCDC" | Praktikabilität
!! style="width:220px; background:#DCDCDC" | Einfluss auf die Zähigkeit
|-
|Physikalische Vernetzung der Latexteilchen durch Elektronenbestrahlung
|Nicht möglich
|
|-
|Spritzguss unter Verwendung unmodifizierter Latices
|Möglich, jedoch ausgeprägte Agglomeration der Latexteilchen
|Kaum erhöhte Kerbschlagzähigkeit im Vergleich zu reinem PBS
|-
|Emulsion der Latices bei Variation des Emulgators und der Vorgehensweise; Spritzguss unter Verwendung modifizierter Latices
|Einfach durchführbar; deutlich verringerte Agglomeration der Latexteilchen
|Stark erhöhte Kerbschlagzähigkeit im Vergleich zu reinem PBS
|}

Als tatsächlich im Technikumsmaßstab (Losgröße: 100 kg) gangbarer Weg, die mechanischen Eigenschaften einschließlich der [[Zähigkeit]] auch bei niedrigen Temperaturen zu verbessern, stellte sich die Modifizierung von PBS mit Naturkautschuklatices in einem Lösungsprozess mit zusätzlichem Direktspritzguss heraus (siehe '''Tabelle 1'''). Im Vergleich zu reinem PBS zeigt dieses vollständig biobasierte schlagzähe PBS eine stark verbesserte Zähigkeit bei ‒20 °C und Raumtemperatur (siehe '''Bild 3'''). Dieses Verhalten steht mit einer relativ geringer Agglomerationsneigung der primären Latexpartikel durch ihre Modifizierung in Verbindung und hängt mit einem Übergang von instabiler (wie es auch für reines PBS typisch ist) zu stabiler [[Rissausbreitung]] zusammen. Das neu entwickelte schlagzähe PBS überschreitet den in der automotiven Industrie geforderten Schwellwert für die Kerbschlagzähigkeit von 15 kJ/m2 und kann sich dadurch ähnliche Anwendungsfelder wie schlagzähmodifiziertes Polypropylen ([[Kurzzeichen]]: PP) erschließen, dem es in Verarbeitbarkeit und Eigenschaftsprofil ebenbürtig ist. Vorteile gegenüber PP sind seine gute Recyclingfähigkeit und biologische Abbaubarkeit.

[[Datei:Bio-Kunststoffe_schlagzaeh-3.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px"|Zähigkeit der PBS-Werkstoffe
|}

==Ausblick==

Der hier dargestellte Ansatz ermöglicht die Herstellung mechanisch leistungsfähiger, vollständig biobasierter und biologisch abbaubarer Spritzgussmaterialien. Damit leisten diese schlagzähen [[Bio-Kunststoffe]] einen wichtigen Beitrag zum Ersatz erdölbasierter [[Kunststoffe]] und erweitern das Potenzial nachhaltiger Materialalternativen.

==Siehe auch==
*[[Bio-Kunststoffe]]
*[[Smart Materials]]
*[[Mikroskopische Struktur]]
*[[Zähigkeit]]
*[[Kerbschlagbiegeversuch]]

'''Literaturhinweise'''

{|
|-valign="top"
|[1]
|[https://researchgate.net/profile/Ralf-Lach Lach, R.], Henning, S. Putsch, E., Putsch, P., Kotter, I.: Gezielte Schlagzähmodifizierung von Polybutylensuccinat mit Naturkautschuk ‒ Kerbschlagzähigkeit auf Niveau von schlagzähmodifiziertem Polypropylen. Plastverarbeiter 06 (2025) 52‒54; [https://p7f.vogel.de/wcms/68/3d/683d75ce2cb64/plastverarbeiter--ausgabe-6-2025-v2.pdf#msdynmkt_trackingcontext=e2340da7-6702-4985-b8a0-24c216040000 Link zur Online-Ausgabe]
|-valign="top"
|[2]
|Niaounakis, M: Biopolymers: Applications and Trends. William Andrew Publishing, (2015); ISBN 978-0-323-35399-1; [https://doi.org/10.1016/C2014-0-00936-7 https://doi.org/10.1016/C2014-0-00936-7]
|-valign="top"
|[3]
|Aliotta, L., Seggiani, M., Lazzeri, A., Gigante, V., Cinelli, P.: A brief review of poly (butylene succinate) (PBS) and its main copolymers: Synthesis, blends, composites, biodegradability, and applications. Polymers 14/4 (2022) 844; [https://doi.org/10.3390/polym14040844 https://doi.org/10.3390/polym14040844]
|-valign="top"
|[4]
|Xu, J., Guo, B.-H.: Poly(butylene succinate) and its copolymers: Research, development and industrialization. Biotechnology Journal 5/11 (2010) 1149‒1163; [https://doi.org/10.1002/biot.201000136 https://doi.org/10.1002/biot.201000136]
|}

'''Weblinks'''
*European Bioplastics e. V.: [https://www.european-bioplastics.org/ https://www.european-bioplastics.org/]
*Wikipedia – Die freie Enzyklopädie: Biologisch abbaubare Kunstoffe [https://de.wikipedia.org/wiki/Biologisch_abbaubarer_Kunststoff https://de.wikipedia.org/wiki/Biologisch_abbaubarer_Kunststoff]
*Wikipedia – Die frei Enzyklopädie: Biobasierte Kunststoffe [https://de.wikipedia.org/wiki/Bio-basierter_Kunststoff https://de.wikipedia.org/wiki/Bio-basierter_Kunststoff]
*Umweltbundesamt: [https://www.umweltbundesamt.de/biobasierte-biologisch-abbaubare-kunststoffe#22-sind-biobasierte-kunststoffe-nachhaltiger-als-konventionelle-kunststoffe https://www.umweltbundesamt.de/biobasierte-biologisch-abbaubare-kunststoffe#22-sind-biobasierte-kunststoffe-nachhaltiger-als-konventionelle-kunststoffe]
*Bio-Plastics Europe: [https://bioplasticseurope.eu/about https://bioplasticseurope.eu/about]
*BiopolymerWiki: [https://biopolymerwiki.hof-university.de/ https://biopolymerwiki.hof-university.de/]

Bio-Kunststoffe – schlagzähmodifiziert - Versionsgeschichte

Oluschinski am 14. Januar 2026 um 12:56 Uhr

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