Rostock Einsatz und Potential biobasierter Additive in ......Einsatz und Potential biobasierter Additive in Kunststoffen Dr. Kerstin Schmidt, Dr.-Ing. Marieluise Lang 27.10.2020 Prüfung

Einsatz und Potential biobasierter

Additive in KunststoffenDr. Kerstin Schmidt, Dr.-Ing. Marieluise Lang 27.10.2020

Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 1

Rostock

Hintergrund

100 % Biokunststoff-Ziel wird nicht erreicht durch Zugabe konventioneller Additive

Klassische PVC-Rezeptur / Bio-TPE-Rezeptur

Biobasierte Additive in KunststoffenMotivation


Kabel

Komponente Menge [phr]

PVC 100

Füllstoff 30

Stabilisator 2

Weichmacher 50

Bio-TPE

Komponente Menge [phr]

PHB 100

Füllstoff 28

Weichmacher 34

Elastomer 9

Verträglichkeitsvermittler 4

Gleitmittel 0,9

19,3 %

27,5 %

Konsortium BioMath GmbH (Dr. Kerstin Schmidt)

SKZ – KFE gGmbH (Dr. Marieluise Lang)

Projektziele Erstellung einer Übersicht der aktuell am Markt eingesetzten

Additive (Anzahl, Art, Menge) in biobasierten Kunststoffen sowie

des Anteils von biobasierten Additiven (für das Jahr 2016).

Erarbeitung einer realistischen Einschätzung des Potentials und

eines Handlungsbedarfes zum zukünftig sinnvollen Einsatz

biobasierter Additive.

Projektlaufzeit April 2018 – Januar 2020

Biobasierte Additive in KunststoffenEckdaten


Primärerhebung: Befragung von Experten

Telefoninterviews mit Fachgesellschaften, Forschungseinrichtungen

und Unternehmen

Online Fragebogen

Expertenworkshop und Befragung

Sekundärerhebung: Literaturrecherche

Marktstudien

Wissenschaftliche Fachpublikationen

Biobasierte Additive in KunststoffenMethodik


Telefoninterviews mit Fachgesellschaften, Forschungseinrichtungen

und Unternehmen

Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung


Druck durch

gesundheitliche

Risiken

Additive hindern

am 100 %

Biokunststoffziel

Konventionelle

Kunststoffe haben

100 Jahre Vorsprung

Vergleich der

Molekülgeometrie

konventioneller und

biobasierter AdditiveWerkzeuge zur

Verarbeitung

biobasierter

Additive

„Bio“ sorgt für

positives Image Druck durch

Verbote

Kosten bremsen

die Entwicklung Funktionstests, Vergleichsstudien

erdölbasierter Additive

Welche Additive

können in

welchem Maß

ersetzt werden?

Online Fragebogen – Rückläufer von Okt. 2019 bis Feb. 2020



0 5 10 15 20

Stabilisatoren (Antioxidantien, Thermo-/ UV Stabilisatoren))

Oberflächenaktive Stoffe (Trenn-/ Gleitmittel, Schmierstoffe,Antistatika etc.)

Funktionelle Additive (Flammschutzmittel, Farbmittel,Schlagzähmodifika-toren, Nukleierungs-mittel, Treibmittel etc.)

Verarbeitungshilfsmittel (Weichmacher, Verarbeitungs-hilfsstoffe)

Füllstoffe

Anzahl Antworten

2. Mit welchen biobasierten Additiven in Kunststoffen beschäftigen Sie sich?

Forschung Entwicklung Produktion Vermarktung Prüfung kein

38,1%

66,7%71,4%

23,8%

76,2%

38,1% 38,1%

19,0%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

1. Mit welcher Art von Kunststoffen arbeiten Sie/ wo setzen Sie Additive/ biobasierte Additive ein?

76,2%

52,4%

33,3%

57,1%

47,6%

23,8%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

Umweltverträglichkeit Image Kostenersparnis Markterfordernisse Staatliche Auflagen Sonstiges

7. Was ist für Sie mögliche Motivation zum Umstieg auf biobasierte Additive?

Online Fragebogen – Rückläufer von Okt. 2019 bis Feb. 2020



61,9%

66,7%

38,1%

33,3%

28,6%

23,8%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

Kosten Eigenschaften derKomponenten

Rohstoffe Verarbeitung Zusammenspielunterschiedlicher

Komponenten

Sonstiges

8. Was sind für Sie Probleme beim Umstieg auf biobasierte Kunststoffe?

Buchautor Dr. Michael Schiller - „Handbuch Kunststoffadditive“

Annahme: PVC-Verbrauch in Dt. (2016) etwa 1.560 kt

Betrachtung der PVC-Additive: Stabilisatoren und Weichmacher

Rezepturen der fünf größten PVC-Anwendungsbereiche:

Profiles, Pipes, Cables, Calander/Plastisols und Rigid Packaging

Stabilisatoren: 2 – 12 phr* 48,6 kt in Dt.

Weichmacher: etwa 45 kt in der EU - 9.964 kt in Dt.



*phr = parts per hundred rubber



Expertenworkshop

Deutlich weniger Additive und Verarbeitungs-Know-how zu Biokunststoffen als zu

konventionellen Kunststoffen

Wirkungsweisen und Wechselwirkungen sind teilweise noch unklar

Sinnvoller Einsatz biobasierter Additive, wenn...

... diese günstig sind

... diese das beste LCA besitzen

... chemische Vorläuferstrukturen ein Design der Struktur erlauben

Der Markt verlangt Funktionalität, geringe (Lager-) Kosten und einfache Handhabung

Bsp. Biobasierte Weichmacher

Bereits marktfähige biobasierte Alternativen vorhanden (Lanxess, Oxea, Segestis)

Nicht durchsetzungsfähig aufgrund des Preises



Zusammenfassung der Primärerhebung

Keine konkreten Zahlen zu biobasierten Additiven vorhanden

Abschätzung zu biobasierten Weichmachern und Stabilisatoren für PVC

Vergleichbarkeitsstudie konventioneller und biobasierter Additive ist nötig

Screening pflanzlicher Inhaltstoffe

Verarbeitbarkeit biobasierter Additive muss geprüft werden

Etablierung bereits existierender und marktfähiger Produkte

Marktstudien

Keine Studien speziell zu Bio-Kunststoffen

und Bio-Additiven

IfBB und European Bioplastics liefern

jährlich Zahlen zu Bio-Additiven

Bauindustrie und Verpackungsindustrie

benötigen am meisten Additive

Ca. 1,55 Mrd. € Umsatz mit Kunststoff-

Additiven in 2016 in Deutschland

Die meisten Kunststoff-Additive wurden in

PVC eingesetzt

Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Sekundärerhebung


Verbrauch von Kunststoff-Additiven in Deutschland, aufgeteilt nach Additiv-Typen. (Quelle: Ceresana)

Fachpublikationen Biobasierte Weichmacher

173 Artikel wurden in die Datenextraktion eingeschlossen



Fachpublikationen



Additiv-Typeingeschlossene

Publikationen

Anzahl

verschiedener

Additive

Art Anwendung

Weichmacher 173 121Glycerin, Acetyltributylcitrate,

epoxidiertes SojabohnenölPLA, PVC

Biozide 64 60Chitosan, Extrakte/Öle aus Zimt,

Carvacol, Nisin und ThymolPLA, Stärke, Chitosan

Flammschutz-

mittel105 85 Lignin, Phytinsäure PLA, Epoxidharze

Nukleierungs-

mittel40 30

ligninbeschichtete Cellulose-

Nanokristalle, PDLAPLA

Schlagzäh-

modifikatoren22 20

Epoxidiertes Sojabohnenöl,

Naturkautschuk, PHA, PHBPLA

Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse


Handlungsempfehlung

Entwicklung und Etablierung biobasierter Weichmacher

Viele F&E-Aktivitäten in Industrie und Forschungsinstituten in der Vergangenheit

bereits gelaufen

Weichmacher besitzen großes Marktvolumen

Entwicklung von Drop-In-Lösungen

Chemisch identische Zwischenprodukte

Bsp. Milchsäure zu Acrylsäure Verwendung für Schlagzähmodifikatoren

Grundlagenforschung

Nukleierungsmittel, Flammschutzmitteln, Biozide

Identifizierung potentieller Materialien

Struktur-Eigenschaftsbeziehungen müssen erforscht werden

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Kontakt:

Dr.-Ing. Marieluise Lang

Mail: [email protected]

Tel: 0931/4104-391

mailto:[email protected]

Documents

Rostock Einsatz und Potential biobasierter Additive in ......Einsatz und Potential biobasierter Additive in Kunststoffen Dr. Kerstin Schmidt, Dr.-Ing. Marieluise Lang 27.10.2020 Prüfung