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Kompostierbarer Kunststoff

18.04.2006
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Philip-Morris-Preis

Kompostierbarer Kunststoff

von Brigitte M. Gensthaler, München

 

Zu den weltweit wichtigsten Industriekunststoffen zählt Polypropylen (PP), das aus Erdöl gewonnen wird, sehr beständig ist und sich nur im Feuer zersetzt. Eine neuartige Synthese öffnet nun den Weg zu einem natürlichen Polymer mit ähnlich flexiblen, aber deutlich umweltfreundlicheren Eigenschaften.

 

Die neue Kunststoffklasse besteht aus Polyhydroxybutyrat (PHB). Hierbei handelt es sich um ein natürliches Polymer, das einige Bakterien auf enzymatischem Weg als Energiespeicher produzieren. In den Bakterien entsteht aus Glucose zunächst Hydroxybutyrat, das dann zu langen Ketten verknüpft wird. Das Polymer hat ähnliche Eigenschaften wie Polyolefine, entsteht aus nachwachsenden Rohstoffen und wird in Wärme und an der Luft biologisch abgebaut, was das Interesse der Industrie an dem Naturstoff weckte. Die enzymatische Biosynthese kann man zwar im Labor imitieren, sie ist aber aufwendig und teuer und das Produkt kann daher nicht mit PP konkurrieren. Darüber hinaus ist »Bio-PHB« isotaktisch aufgebaut, das heißt die Methylgruppen sind sterisch gleich ausgerichtet, was den Naturstoff stabil, aber spröde macht.

 

Diese Verbindung nahmen nun Professor Dr. Bernhard Rieger von der Universität Ulm und Dr. Gerrit Luinstra von der Polymerforschungsabteilung der BASF in Ludwigshafen genauer unter die Lupe. Bei der Analyse des chemischen Aufbaus entdeckten die beiden Chemiker, dass PHB auch aus zwei kleinen, technisch und industriell leicht zugänglichen Verbindungen aufgebaut werden kann: Propylenoxid und Kohlenmonoxid. Rieger und Luinstra entwickelten einen speziellen Katalysator auf Silizium-, Kobalt- und Stickstoffbasis, der die Synthese steuert. Vorbild solcher Katalysatoren sind in der Kunststoffchemie so genannte Ziegler-Natta-Katalysatoren und deren Weiterentwicklung, die Metallocene. Diese sandwichartigen Komplexe aus organischen Anionen mit einem zentralen Metallatom ermöglichen räumlich exakt bestimmbare chemische Reaktionen.

 

Rieger, ein Experte für Metallocene, kann den Katalysator so variieren, dass aus den gleichen Grundbausteinen Polymere mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen. Die Kettenlänge (Molmasse) steuert die Reißfestigkeit, die Anordnung der Methylgruppen die Elastizität, erklärte er. Es resultieren harte und weiche PHB-Varianten, die sich beispielsweise zu Tüten, Bechern, Autoteilen oder Windeln weiterverarbeiten lassen. Joghurtbecher oder Windeln könnten auf den Kompost geworfen, ein Autobauteil wiederverwertet werden. Denkbar sei auch ein Einsatz des bioabbaubaren, sterilisierbaren Materials in der Medizin, ergänzt Luinstra gegenüber der PZ.

 

Ganz ohne Erdöl kommt auch der neue Kunststoff nicht aus, denn dieses ist für die Herstellung des Epoxids nötig. Kohlenmonoxid entsteht aus Kohle und Wasser. Immerhin verbraucht die Synthese von PHB nur halb so viel Erdöl wie die von Polypropylen. Für ihre Entwicklung der katalysatorgestützten chemischen Synthese von Polyhydroxybutyraten erhielten die beiden Wissenschaftler den Philip-Morris-Forschungspreis 2006.

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