In der heutigen Gesellschaft, in der das Umweltbewusstsein der Menschen zunimmt, wird die Nachfrage nach nachhaltigen Materialien immer dringlicher. Polymilchsäure (PLA) hat als neuartiges biologisch abbaubares Material aufgrund seiner einzigartigen umweltfreundlichen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten große Aufmerksamkeit erhalten.
PLA kann nicht nur die Abhängigkeit von herkömmlichen erdölbasierten Kunststoffen effektiv reduzieren, sondern auch die Umweltverschmutzung deutlich verringern und so eine neue Lösung für eine nachhaltige Entwicklung bieten.
Dieser Artikel erläutert umfassend die Definition, Eigenschaften, Anwendungsgebiete und zukünftigen Entwicklungstrends von PLA und hilft Ihnen, ein tieferes Verständnis dieses wichtigen umweltfreundlichen Materials zu erlangen.
Was ist PLA?
PLA (Polymilchsäure oder Polylactid) ist ein thermoplastischer aliphatischer Polyester. Seine chemische Formel lautet (C3H4O2)n.
PLA ist kein Kunststoff, da es aus Pflanzenstärke hergestellt wird, einem biobasierten Polymer aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais und Zuckerrohr. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffen, die aus Erdöl gewonnen werden, ist PLA kein Kunststoff. Der Herstellungsprozess und die vollständige biologische Abbaubarkeit machen PLA zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen.
Woraus besteht PLA?
Der Produktionsprozess umfasst zunächst die Umwandlung von Pflanzenstärke in Glukose, anschließend die Fermentation von Glukose in Milchsäure und schließlich die Polymerisation der Milchsäure in PLA.
- Stärke zu Zucker: Stärke wird aus Pflanzen wie Mais gewonnen und in Zucker wie Glukose umgewandelt.
- Zuckerfermentation zu Milchsäure: Zucker wird durch mikrobielle Fermentation in Milchsäure umgewandelt.
- Milchsäure zu Lactid: Milchsäure wird chemisch in Lactid, einen zyklischen Diester, umgewandelt.
- Lactidpolymerisation zu PLA: Lactid wird durch Epoxid-Ringöffnungspolymerisation zu hochmolekularer Polymilchsäure polymerisiert.
Der Unterschied zwischen PLA und herkömmlichen Kunststoffen:
Rohstoffunterschied: Herkömmliche Kunststoffe werden hauptsächlich aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl hergestellt, PLA hingegen aus nachwachsenden Pflanzenstoffen.
Unterschiedliche Umweltauswirkungen: PLA ist gut biologisch abbaubar und kann unter bestimmten industriellen Kompostierungsbedingungen von Mikroorganismen in Kohlendioxid und Wasser zersetzt werden, was umweltfreundlich ist. Herkömmliche Kunststoffe sind auf natürliche Weise schwer abbaubar und neigen zur Weißschmutzbildung.
Eigenschaften von PLA
Physikalische Eigenschaften:
PLA ist ein thermoplastischer Werkstoff mit guter Verarbeitbarkeit und kann durch Extrusion, Spritzguss, 3D-Druck und andere Verfahren hergestellt werden.
Seine mechanische Festigkeit ähnelt der einiger herkömmlicher Kunststoffe und erfüllt vielfältige Anwendungsanforderungen.
Die Glasübergangstemperatur von PLA liegt bei etwa 60 °C, daher ist seine Hitzebeständigkeit relativ gering.
Biologische Abbaubarkeit:
Der biologische Abbau von PLA muss unter speziellen industriellen Kompostierungsbedingungen erfolgen. Bei einer Umgebungstemperatur von 60 °C und einer Luftfeuchtigkeit von über 90 % kann es von Mikroorganismen schnell zersetzt werden.
In normalen natürlichen Umgebungen ist die Abbaurate von PLA sehr langsam und kann mehrere Jahre dauern, bis es vollständig abgebaut ist.
Biologischer Abbau und Recycling von PLA
Die biologische Abbaubarkeit von PLA ist einer seiner größten Vorteile.
Biologisch-abbaubarer Mechanismus: Unter Kompostierungsbedingungen zersetzen Mikroorganismen PLA in Kohlendioxid und Wasser.
Kompostierungsbedingungen: Geeignete Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Mikroorganismen sind entscheidend für den PLA-Abbau.
Recyclingmethoden:
Industrielle Kompostierung: PLA-Produkte werden zur Verarbeitung an professionelle industrielle Kompostieranlagen geschickt.
Biorecycling: Eine neue Technologie, die Mikroorganismen oder Enzyme nutzt, um PLA zu zersetzen und seine Monomere zu recyceln.
Das Kunststoffklassifizierungssymbol von PLA lautet:
Vorteile und Nachteile von PLA (Polymilchsäure)
| Merkmal | Vorteile | Nachteile | Quelle |
|---|---|---|---|
| Erneuerbare Ressourcen (Maisstärke, Zuckerrohr) | Umweltfreundlich, nachwachsend | – | – |
| Umweltauswirkungen | Biologisch abbaubar (industrielle Kompostierung), geringere CO2-Bilanz | Benötigt spezifische industrielle Kompostierungsbedingungen | – |
| Verarbeitung | Einfach zu verarbeiten (3D-Druck, Extrusion, Spritzguss) | – | – |
| Mechanische Eigenschaften | Mäßige Festigkeit, Steifigkeit | Kann spröde sein, geringere Haltbarkeit im Vergleich zu einigen Kunststoffen | – |
| Thermische Eigenschaften | Niedrige Hitzebeständigkeit, erweicht bei relativ niedrigen Temperaturen | – | – |
| Anwendungen | Verpackung, 3D-Druck, Medizin, Textilien | – | – |
| Kosten | Wird zunehmend wettbewerbsfähig | Kann höher sein als einige traditionelle Kunststoffe | – |
| Feuchtigkeit | Empfindlich gegenüber Feuchtigkeit | – | – |
| Recycling | Erfordert separaten Recyclingstrom | – | – |
Anwendungen von PLA
3D-Druck:
PLA ist ein häufig verwendetes Material im 3D-Druck. Es wird aufgrund seiner Vorteile wie einfacher Druck, guter Formgebung und Umweltfreundlichkeit häufig im Prototyping und Modellbau eingesetzt.
Verpackungsindustrie:
PLA kann zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen, kompostierbaren Beuteln, Einweggeschirr usw. verwendet werden und reduziert so die Umweltbelastung durch herkömmliche Kunststoffe.
Textilindustrie:
PLA kann zu Fasern für die Textilherstellung verarbeitet werden.
Medizinindustrie:
PLA ist gut biokompatibel und kann zur Herstellung von medizinischem Nahtmaterial, Knochennägeln usw. verwendet werden.
Landwirtschaft:
PLA kann zur Herstellung von landwirtschaftlichem Mulch verwendet werden, der abbaubar ist und zum Schutz der Böden beiträgt.
Weitere neue Anwendungen:
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der PLA-Technologie erweitern sich die Anwendungsbereiche stetig, beispielsweise für Elektronikgehäuse und Fahrzeuginnenräume.
Umweltbedeutung von PLA
Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen: Die Rohstoffe von PLA stammen aus nachwachsenden Pflanzen, was den Verbrauch fossiler Ressourcen wie Öl reduziert.
Reduzierung der CO2-Emissionen: Die CO2-Emissionen im PLA-Herstellungsprozess sind deutlich geringer als bei herkömmlichen Kunststoffen, was zum Klimaschutz beiträgt.
Reduzierung der Plastikverschmutzung: PLA ist biologisch abbaubar und kann die Umweltbelastung durch Plastikmüll effektiv reduzieren.
Fazit
Als biologisch abbaubares Material aus nachwachsenden Rohstoffen trägt PLA maßgeblich zur Reduzierung der Umweltverschmutzung und zum Klimaschutz bei. Obwohl PLA noch einige Einschränkungen aufweist, wird es mit dem kontinuierlichen technologischen Fortschritt und der Erweiterung seiner Anwendungsgebiete eine immer wichtigere Rolle für eine nachhaltige Entwicklung spielen. Freuen wir uns auf die grüne Zukunft von PLA!
FAQ
Ist PLA biologisch abbaubar?
Ja, PLA kann unter industriellen Kompostierungsbedingungen biologisch abbaubar sein. Unter hohen Temperaturen und der Einwirkung bestimmter Mikroorganismen zersetzt sich PLA zu Kohlendioxid, Wasser und Humus.
Wie kann PLA recycelt werden?
PLA kann durch industrielle Kompostierung und chemisches Recycling recycelt werden. Chemisches Recycling kann PLA zu Milchsäure depolymerisieren, die dann zur Herstellung neuer PLA-Materialien verwendet werden kann.
Produziert PLA Mikroplastik?
Ja, auch PLA kann Mikroplastik produzieren. Studien haben gezeigt, dass die fortgesetzte Freisetzung von PLA-Mikroplastik die Umwelt stärker belastet, wenn PLA-Kunststoffabfälle nicht vollständig abgebaut werden können.
Wie schnell baut sich PLA ab?
PLA baut sich langsamer ab als andere biobasierte abbaubare Kunststoffe. In der Natur benötigt PLA lange, um vollständig zu zerfallen.
Kann PLA zu Hause kompostiert werden?
PLA kann nur unter industriellen Kompostierungsbedingungen effektiv abgebaut werden. Temperatur und Luftfeuchtigkeit beim Kompostieren zu Hause reichen in der Regel nicht aus, um PLA vollständig zu zersetzen.
Ist PLA klimaneutral?
PLA wird aus Biomasse wie Mais hergestellt, und Pflanzen absorbieren während ihres Wachstums CO2. Selbst die direkte Verbrennung von PLA erhöht daher den CO2-Gehalt in der Atmosphäre nicht.
