Biokunststoffe sind nicht vollständig künstlich. Der Wortteil "Bio" zeigt an, dass Biokunststoffe in Teilen natürlichen Ursprungs sind. Manchmal werden als Biokunststoffe auch Kunststoffe bezeichnet, die biologisch abbaubar sind. Das heißt, dass sie von Mikroorganismen zersetzt werden können. Biokunststoffe haben eine spannende Geschichte, weil sie einerseits vor über 100 Jahren die ersten Ansätze für die Entwicklung von Kunststoffen lieferten und andererseits heute zu den modernsten Formen von Kunststoffen zählen (Abb. 1).
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Gummi als erste Veränderung des Naturstoffs Kautschuk
Bei Biokunststoffen wird ein Naturstoff (z.B. Kautschuk vom Kautschukbaum) chemisch verändert, so dass er neue Eigenschaften erhält (Abb. 2.1). Natürlicher Kautschuk wird hart, wenn er kalt wird, und schmilzt, wenn er heiß wird. Erst durch das Verfahren des sogenannten Vulkanisierens, bei dem der Kautschuk mit Schwefel gemischt und erhitzt wird, entsteht Gummi, wie wir es zum Beispiel von Autoreifen kennen. Gummi ist im Gegensatz zu Kautschuk noch bei kalten Temperaturen elastisch und die Autoreifen schmelzen an einem heißen Sommertag nicht.
Die Vulkanisation wurde im Jahr 1839 von Charles Goodyear erfunden. Du kannst seinen Namen noch heute auf Autoreifen von der Firma Goodyear finden (Abb. 2.2). Goodyear hat mit seiner Erfindung andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler motiviert, sich intensiv mit den Eigenschaften der Naturstoffe zu beschäftigen. Es entwickelte sich eine Forschung zu Naturstoffen, die es ermöglichte, dass Naturstoffe beliebig formbar wurden.
Celluloid aus Cellulose zum Ersatz teurer Stoffe
Ein weiterer wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Biokunststoffen stellt Celluloid dar. Celluloid wurde von einer Vielzahl von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den 1840er bis in die 1860er Jahre entwickelt und verbessert. Die Herstellung von Celluloid erfolgt aus Cellulose. Cellulose ist ein Bestandteil von Pflanzen, aus dem auch Papier hergestellt wird.
Wie viele der frühen Biokunststoffe wurde Celluloid als Ersatz für seltene, natürlich vorkommende Materialien, z.B. Elfenbein, verwendet. Elfenbein war sehr teuer und selten, weil es vor allem aus den Stoßzähnen von Elefanten gewonnen wurde, die durch die Jagd immer seltener wurden. Ein bekanntes Produkt aus Celluloid sind Tischtennisbälle. Tischtennisbälle wurden schon Ende des 19. Jahrhunderts aus Celluloid hergestellt (Abb. 3). Erst seit 2018 werden fast alle Tischtennisbälle aus einem anderen Kunststoff produziert, um das leicht brennbare Celluloid durch ein sichereres Material zu ersetzen.
Kunststoffe verdrängen vorerst die Biokunststoffe
Der Boom der frühen Biokunststoffe endete mit der verstärkten Nutzung von Kunststoffen, bei denen auch die Ausgangsstoffe künstlich hergestellt wurden. Diese echten Kunststoffe, die meist aus Erdöl oder Erdgas hergestellt werden, dominierten seit den 1930er-Jahren die Kunststoffnutzung. Sie brachten eine Vielzahl von unterschiedlichen Kunststoffsorten hervor und sorgten dafür, dass Kunststoffe heute in jedem Bereich unseres Lebens vorkommen.
Moderne Biokunststoffe
Trotz der breiten Vermarktung der Kunststoffe werden noch heute viele der frühen Biokunststoffe genutzt. Auch moderne Autoreifen bestehen zum Beispiel noch zu einem kleinen Anteil aus Gummi, der aus Kautschuk hergestellt wurde. Biokunststoffe werden seit einiger Zeit wieder mehr beachtet, weil wir wissen, dass sich der Gebrauch von klassischen Kunststoffen negativ auf die Umwelt auswirken kann. Außerdem werden fossile Rohstoffe, wie Erdgas, im knapper, sodass andere Rohstoffquellen für die Kunststoffherstellung gesucht werden. Doch Biokunststoffe sind kein Allheilmittel für das weltweite Problem mit Plastikmüll. Der Begriff Biokunststoff kann nämlich in die Irre führen. Nicht alle Biokunststoffe werden wirklich aus natürlichem Material (z. B. Stärke) hergestellt oder sind biologisch abbaubar. Viele der heute produzierten Biokunststoffe werden zwar auf Basis von pflanzlichen Stoffen hergestellt, sind aber genauso langlebig wie auch herkömmliche Kunststoffe. Auch deshalb ist noch nicht klar, wie nachhaltig die Nutzung von Biokunststoffen ist.
Zusammenfassung
Biokunststoffe gibt es seit mehr als 100 Jahren. Ihre Entwicklung stellt einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu künstlichen Kunststoffen dar. Bei Biokunststoffen wird ein Naturstoff chemisch so verändert, dass er ganz andere Eigenschaften erhält. Hierzu zählt zum Beispiel die Entwicklung von Celluloid, das aus Cellulose, dem Zellstoff von Pflanzen, hergestellt wird. Nach der Entwicklung von Kunststoffen, bei denen auch die Ausgangsstoffe künstlich hergestellt wurden, verloren Biokunststoffe an Bedeutung. Seit einigen Jahren werden wieder verstärkt Biokunststoffe entwickelt und verwendet, um der Umweltbelastung durch Kunststoffe zu begegnen.
Aufgabe
Aufgabe
Ein wichtiger Biokunststoff für uns heute ist Polymilchsäure. Die Abkürzung PLA leitet sich von der englischen Bezeichnung polylactid acid ab.
a) Informiere dich über den Grundbaustein von PLA, die Milchsäure: Formel und IUPAC-Bezeichnung, Vorkommen und biologische Bedeutung.
b) Auf den PLA-Bechern findest du die Hinweise: 'MADE FROM CORN, 100% COMPOSTABLE' (Abb. 4). Informiere dich über die Herstellung von PLA und über die Abbaubarkeit.
c) Eine weitere wichtige Verwendung von PLA findest du in der Medizintechnik: als Nahtmaterial. Überlege, welche Vorteile PLA hier gegenüber einem herkömmlichen Kunststoff wie z.B. Nylon hat.