PHBV Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat)

Wichtigsten Fakten über PHBV

Biobasierter Anteil	100% biobasiert
Verarbeitung	Spritzguss Extrusion Thermoformen Faserspinnen 3D-Druck
Recycling	Möglich, aber im industriellen Maßstab nicht lohnenswert
Abbaubarkeit	Biologisch abbaubar (Industriekompost)
Zertifikate	Kompostierbar Biobasiert

Allgemein

PHBV ist ein Polymer vom Polyhydroxyalkanoat-Typ (PHA). Es ist ein biologisch abbaubarer, ungiftiger, biokompatibler Kunststoff und ein thermoplastischer linearer aliphatischer Poly-ester. PHBV wird in Spezialverpackungen, orthopädischen Geräten und bei der kontrollierten Freisetzung von Arzneimitteln verwendet.

Struktur

PHBV wird durch die Copolymerisation von 3-Hydroxybutansäure und 3-Hydroxypentansäure erhalten. Die Monomere 3-Hydroxybutansäure und 3-Hydroxypentansäure sind durch Esterbindungen verbunden. Das Rückgrat des Polymers besteht aus Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen.

Abbildung 1: chemische Struktur von PHBV

Eigenschaften

PHBV ist ein thermoplastisches Polymer. Es ist spröde, hat eine geringe Bruchdehnung und eine geringe Schlagzähigkeit.

Chemische Eigenschaften

Die Eigenschaft des PHBV hängt vom Verhältnis der beiden Monomere 3-Hydroxybutansäure und 3-Hydroxypentansäure ab. 3-Hydroxybutansäure sorgt für Steifheit, während 3-Hydroxypentansäure die Flexibilität fördert. Somit kann PHBV entweder Polypropylen oder Polyethylen ähnlich gemacht werden, indem das Verhältnis der Monomere geändert wird. Erhöhung des Verhältnisses von 3-Hydroxybutansäure zu 3-Hydroxypentansäure führt zu einer Erhöhung von Schmelzpunkt, Wasserdurchlässigkeit, Glasübergangstemperatur (Tg) und Zugfestigkeit. Die Schlagzähigkeit wird jedoch verringert.

Physikalische Eigenschaften

PHBV haben im Gegensatz zu PHB bessere Anwendungseigenschaften und bessere Verarbeitbarkeit, da die Kristallinität durch die längeren Seitenketten niedriger ist. Eine Parallelanordnung der Polymerhauptketten wird erschwert. Die Kristallinität sinkt linear mit dem Hydroxyvalerat-Anteil. Bei PHBV-Copolymeren mit bis zu 53 % Hydroxyvalerat-Anteilen sinkt der Schmelzpunkt mit zunehmendem 3HV-Anteil von 176 auf 101 °C ab. Die Glasübergangs-temperatur Tg sinkt mit zunehmenden 3HV-Anteil bis zu 25 % auf −6 °C ab, so dass das Material auch bei niedrigeren Temperaturen noch nicht spröde wird. Die Steifigkeit wird geringer, Flexibilität und Zähigkeit nehmen zu. Insgesamt werden die Eigenschaften damit dem Polypropylen ähnlicher. Die Gefahr der Degradation von PHBV durch Thermische Zersetzung bei der Verarbeitung nimmt ab und das Verarbeitungsfenster wird vergrößert.

Biologische Abbaubarkeit

PHBV zersetzt sich nicht in feuchter Luft, was eine lange Lebensdauer als Verpackungsmaterial garantiert. Der Kunststoff kann in der Natur durch Bakterien, Pilze oder Algen abgebaut werden. Die Abbaugeschwindigkeit hängt von den Umgebungsbedingungen und der Dicke des Materials ab.

Herkunft/Quellen

PHBV wird von Bakterien als Speicherverbindungen unter wachstumslimitierenden Bedingungen synthetisiert. Es kann von den rekombinanten Escherichia coli-Stämmen aus Glucose und Propionat hergestellt werden. Viele anderen Bakterien wie Paracoccus denitrificans und Ralstonia eutropha sind ebenfalls in der Lage, es zu produzieren. Es kann auch aus gentechnisch veränderten Pflanzen synthetisiert werden. PHBV kann auch aus Butyrolacton und Valerolacton in Gegenwart von oligomerem Aluminoxan als Katalysator synthetisiert werden.

Verarbeitung

PHBV kann als Fasern, Netze, Folien, Laminate und Formteile (Extrusion, Thermoformen) verarbeitet werden. Vor der Verarbeitung muss auf die Lagerung des Materials geachtet werden. Das PHBV darf nicht bei hoher Luftfeuchtigkeit und warmen Orten (< 50°C) gelagert werden. Eine Vortrocknung bei ca. 100°C für 2 Stunden ist erforderlich, um einen hydrolytischen Abbau zu vermeiden. Die Verarbeitungstemperatur beträgt 130 bis 180°C und darf 190°C nicht überschreiten, da in diesem Fall eine thermische Schädigung auftreten kann. Da PHBV eine hohe Wärmespeicherkapazität hat ist es empfehlenswert bei der Compoundierung eine Unterwassergranulierung zu verwenden.

Nachhaltigkeit

Für die Herstellung von einer Tonne PHB aus Zuckerrohr werden 0,3 ha Land benötigt. Somit ist PHB mit PLA einer der nachhaltigsten Varianten zur Herstellung von Biokunststoffen. Die Nachhaltigkeit ist natürlich immer abhängig von der Rohstoffpflanze. In der Literatur hat PHB eine allgemein sehr gute Nachhaltigkeitsbewertung.

Zertifikate

Kompostierung

PHBV ist vom DIN CERTCO als kompostierbar nach der Norm EN-13432 zertifiziert. Da die Kompostierbarkeit des Endprodukts auch von der Produktgeometrie abhängt, liegt es in der Verantwortung des Herstellers des Endprodukts, für die Einhaltung der Vorschriften zu sorgen.

Biobasierten Anteil

PHBV hat einen biobasierten Anteil von 100% gemäß EN16785-1. PHBV ist gemäß ASTM D6866 zu 100% biobasiert zertifiziert.

Substituenten für

PP und LDPE