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Polyhydroxyalkanoate

Polyhydroxyalkanoate
Materialgruppen:
Kunststoff > Thermoplaste > Polyester Materialbeschrieb Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind Vertreter einer Familie natürlicher, von Mikroorganismen aus Stärke umgewandelter Polyester. Ausgangsmaterial dieses Biokunststoffs ist Stärke (auch Fett oder Zucker), die als Kohlestofflieferant durch Fermentation von Bakterien zu einem Biopolymer synthetisiert wird. Dieses wird zu verschiedenen Biokunststoffen verarbeitet. Die Vielfalt innerhalb dieser Polymerfamilie ist potentiell immens und bietet die Möglichkeit, PHA mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften für etliche Anwendungen herzustellen. Momentan werden erst rund 10 dieser Polymere verarbeitet. Die Produktionskosten sind hoch; konventionelle PHA aus mikrobieller Fermentation sind dreimal so teuer wie petrochemische Massenpolymere. Von wirtschaftlicher Bedeutung sind am ehesten [[Polyhydroxybutyrat|PHB (Polyhydroxybutyrat) ]] und PHV (Polyhydroxyvalerat). PHA sind thermoplastisch, biologisch abbaubar, biokompatibel und nicht-toxisch. Einige PHA sind annähernd so sauerstoffdicht wie Polypropylen oder Polyethylen. Aufgrund ihrer biologischen Abbaubarkeit und ihrer biotechnischen Herstellung aus biogenen Rohstoffen werden PHA als Alternative zu nicht abbaubaren Polymeren auf fossiler Rohstoffbasis angesehen. Im Hinblick auf ihre Verarbeitbarkeit unterscheiden sich PHA-Kunststoffe kaum von Kunststoffen mit petrochemischer Rohstoffbasis, so dass üblicherweise in der Kunststofftechnologie verwendete Anlagen auch für die Verarbeitung von PHA geeignet sind. PHA-Kunststoffe kann man vielfältig und flexibel bearbeiten; sie lassen sich bei hohen Temperaturen verformen, giessen und durch Düsen pressen. PHA sind als Folien und Spritzgusstypen und zunehmend auch als Extrusions- und Blasformentypen verfügbar. Polyhydroxyalkanoate sind vielfältig verwendbar als Gebrauchsartikel, als Einweggeschirr oder Verpackung, von der flexiblen Plastikfolie über den festen Becher bis zur starren Flasche. Besonders interessant ist die Verwendung als Lebensmittelverpackung infolge ihrer hohen Sauerstoffdichte. Andere Bezeichnungen/Synonyme:
Polyhydroxyfettsäuren Englische Bezeichnung:
polyhydroxy-alcanoates Ähnliche Materialien:
Polyethylen, Polypropylen Hintergrund Ökonomie:
Der Biokunststoff PHA birgt grosses Potential als Ersatzmaterial für Massenkunststoffe, besonders im Bereich der Verpackungen und Beschichtungen. Eine Fülle von Patenten befasst sich mit weiteren Einsatzgebieten: Unter vielen anderen werden zur Zeit Hygieneartikel (z. B. Windelbestandteile), Fasern, Klebstoffe, Bestandteile von Toner- und Entwicklerflüssigkeiten, Träger von Geschmacksstoffen in Lebensmitteln und biologisch abbaubare Fischernetze erprobt und getestet. Doch trotz langjähriger Forschungsarbeiten zu PHA blieb der kommerzielle Durchbruch bislang aus. Ein wichtiger Grund dafür sind die Kosten. Konventionelle PHA aus mikrobieller Fermentation sind dreimal so teuer wie petrochemische Massenpolymere. Ökologie:
Bei industrieller Kompostierung und in Biogasanlagen zerfallen PHA ebenso wie auf dem heimischen Komposthaufen, in Erde und im Meer vergleichsweise schnell und zu 100%. Herstellung Ausgangsmaterial:
Pflanzliche Stärke, Zucker (Glucose), Fett (Lipide) Fertigung:
Bestimmte Bakterienarten produzieren Polyhydroxyalkanoate unter sogenannten Mangelbedingungen wie Stickstoff-, Phosphor- oder Sauerstoffmangel, sofern gleichzeitig ein Kohlenstoffüberschuss gegeben ist. Sie lagern diese intrazellulär als Speicher- oder Reservestoffe ein (ähnlich der Fetteinlagerung bei Säugetieren). Durch Züchtung derartiger Bakterien, die mit Zucker, Maisstärke oder neuerdings auch mit Pflanzenöl gefüttert werden, werden PHA künstlich erzeugt. Die Bakterien können dabei Polyester mit unterschiedlichen Eigenschaften aus verschiedenen Hydroxyalkansäuren erzeugen. Um einen verarbeitbaren Kunststoff zu erhalten, wird das Biopolymer vom Zellmaterial der Bakterien getrennt sowie anschliessend gereinigt und [[Glossar:Compoundieren|compoundiert.]] Eigenschaften Besonderheiten:
PHA zerfallen zu 100%. Der biologische Zersetzungsprozess kann sowohl an der Luft als auch im Wasser stattfinden. So bauen sich Implantate wie Schrauben, die nach Knochenbrüchen eingesetzt werden, oder chirurgisches Nahtmaterial ohne weiteren Eingriff ab. Aber auch in PHA eingearbeitete Medikamente und Wirkstoffe sind zur zeitlich gezielten Freisetzung im menschlichen Körper einsetzbar. Bearbeitung Lieferformen:
Granulat Formen und Generieren: extrudieren, extrusionsblasformen, spritzgiessen, umformen (biege-, druck-, zug- und zugdruckumformen)

Anwendung Anwendungsgebiete:
Verpackung, Landwirtschaft, Medizin Anwendungsbeispiele:
Lebensmitttelbehälter, Flaschen, Folien, Beutel, Beschichtungen, Schläuche, Stents, Prothesen Quellennachweis Verwendete Quellen:
Thielen, M. (2012). Biokunststoffe. Grundlagen. Anwendungen. Märkte. Mönchengladbach: Polymedia Publisher GmbH.
www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-know-how/biokunststoff-arten/polyhydroxyalkanoate (Stand 13.11.2015)
www.nachwachsende-rohstoffe.biz/glossar/polyhydroxyalkanoate-pha-biokunststoff-polyhydroxybuttersaure-phb/ (Stand 13.11.2015) Weitere Quellen:
www.technologieforum.ch/documents/sonderveranstaltung/0_bakterien_kunststoff.pdf (Stand 13.11.2015) Material-Archiv-Signatur:
KUN_THE_PES_19 Text verfasst von:
ZHdK, fmr 2015

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