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Verarbeitung
Aus Kunststoffen und Biokunststoffen macht die Industrie in einer Vielzahl von Verarbeitungsverfahren sowohl feste Formteile als auch Folien, die zu flexiblen oder harten Verpackungen und anderen Endprodukten weiterverarbeitet werden. Dabei unterscheidet man zwischen duroplastischen und thermoplastischen Kunststoffen. Während sich Erstere nach der Formgebung nicht mehr verändern lassen, können thermoplastische Materialien immer wieder aufgeschmolzen und plastifiziert werden. In diesem Zustand lassen sie sich umformen oder verschweißen und behalten nach dem Abkühlen die neue Gestalt.
Duroplastische Kunststoffe
Aufgrund ihrer Eigenschaften haben duroplastische Biokunststoffe verhältnismäßig geringe Bedeutung. Sie bestehen aus chemisch oder physikalisch modifizierten Stärken, Spezialstärken oder stärkehaltigen Rohstoffen wie Mehl, Grieß oder Pellets und lassen sich sowohl mit dem Extruder als auch mit der Expansionsformanlage herstellen.
1. Extrusion
Im Extruder sorgen Schnecken für die Durchmischung und Erwärmung der eingefüllten duroplastischen Masse. Sie tritt über eine Düsenplatte als Schaum aus, der sich entweder zu Chips konfektionieren oder noch heiß zu Formteilen pressen lässt. Je nach Temperatur, Druck und Einstellung von Schnecke, Düse und eingefüllter Mischung entstehen aus dem Stärkeschaum die unterschiedlichsten harten oder weichen Formteile: Verpackungschips, die sich in gefärbtem Zustand auch als Kinderspielzeug eignen, Zigarettenfilter, Formkörper, Schalen etc. Da der Stärkeschaum durch Befeuchten mit Wasser klebaktiv wird, lassen sich aus einzelnen Lagen Sandwichplatten mit Deck- und Unterseite aus Papier oder Pappe herstellen.
2. Einspritz-Expansion
Das Einspritz-Expansionsverfahren ist dem Backen von Waffeln vergleichbar: den Waffelteig ersetzt hier jedoch eine Stärkesuspension. Dabei werden mehrere gusseiserne, zwei- oder dreiteilige Formwerkzeuge auf einer Kette durch einen beheizten Ofen gefahren. Durch das Verdampfen des Wassers expandiert die Stärkemasse in der Form, nach etwa einer Minute ist das geschäumte Formteil fertig. Stärkeschaumformteile werden als Schalen, so genannte Trays, zum Verpacken von Lebensmitteln, Fleisch, Obst, Snacks, Pralinen, Gemüse und Tiefkühlkost eingesetzt. Im Fast-Food-Bereich sind sie als Becher und Teller bekannt.
Thermoplastische Kunststoffe
Thermoplastische Kunststoffe sind in der Verarbeitung und der Anwendung weitaus flexibler. Sie lassen sich nicht nur extrudieren und compoundieren, sondern auch auf den verschiedensten Wegen zu Folien und Formteilen verarbeiten, schäumen, schweißen und kleben.
Für die weitere Verarbeitung von Biokunststoffen ist in der Regel das Compoundieren im Doppelschneckenextruder die Grundlage: ein oder mehrere thermoplastische Kunststoffe und Additive werden aufgeschmolzen und vermischt. Je nach Bedarf wird der Kunststoffstrang am Ende entweder abgekühlt und zu Granulat zerschnitten oder durch weitere formgebende Werkzeuge geleitet. Mit ihnen lassen sich Halbzeuge wie Platten, Rohre, Profile und Flachfolien zur Weiterverarbeitung herstellen.
Spritzguss
Nahezu alle Größen und Formen von Biokunststoffformteilen werden heute im Spritzguss hergestellt. Ein Extruder sorgt für die Plastifizierung der Kunststoffmasse, die dann durch erwärmte Düsen und Kanäle in einer genau dosierten Menge unter Druck in den Hohlraum der kalten Form, des Werkzeugs, eingespritzt wird. Der Kunststoff kühlt an der Wandung des Werkzeugs ab und wird als gebrauchsfertiges Formteil ausgestoßen. Mit dieser Technik entstehen kurzlebige Einwegprodukte und Gebrauchsgegenstände für Catering, Gartenbau und andere Zwecke.
Folienblasen
anlage
Um Folien auf Stärkebasis zu blasen, wird dem Extruder am Ende eine Ringdüse nachgeschaltet. Die plastifizierte Kunststoffmasse wird zu einem Schlauch gepresst, der mit Luft auf ein Mehrfaches des ursprünglichen Durchmessers aufgeblasen und mit erhöhter Geschwindigkeit nach oben abgezogen wird. Nicht nur der Zug in Längs- und Querrichtung, sondern auch der Zeitpunkt des Abkühlens entscheiden über die Foliendicke. Biologisch abbaubare Folien kommen als Verpackungen, Müllsammelsäcke und Beutel für Biomüll, Hygienefolien für Windeln, Versandhüllen, Einmalhandschuhe und Tragetaschen in den Handel.
Spritzblasen von Flaschen
Um Hohlkörper wie Flaschen herzustellen, muss man thermoplastische Kunststoffe spritzblasen. Mit einem Extruder wird dabei zunächst ein Schlauch ausgepresst. Als Vorformling ins Blaswerkzeug eingeführt, wird er am unteren Ende verschlossen und verschweißt. Am oberen Ende wird die Flaschenmündung mit Gewinde geformt und die Flasche anschließend gegen die Werkzeugwandung aufgeblasen. Wenngleich PET-Flaschen den Markt dominieren (Polyethylenterephthalat), sind auch aus PLA hergestellte Flaschen bereits auf dem Markt.
Schaumkunststoffe
Mit dem Schäumextruder lassen sich Schaumkunststoffe mit gleichmäßiger Zellstruktur oder solche mit einem geschäumten Kern und einer kompakten Randzone (Integralschaum) produzieren. Sowohl geschäumte Formteile als auch thermoplastisch umformbare Folien sind damit herstellbar. Becher, Teller, Schalen, Portionsverpackungen, Tabletts oder Folien bestechen durch ihr geringes Gewicht und ihre Isoliereigenschaften. Wenngleich prinzipiell für Biokunststoffe anwendbar, ist dieses Verfahren noch kein industrieller Standard.
Mais- oder Kartoffelstärke
Formkörper aus Halbzeugen
Thermoplaste werden ab einer gewissen Temperatur so weich, dass sie sich in eine Form ziehen lassen, die sie nach dem Abkühlen auch behalten. Für die Weiterverarbeitung werden thermoplastische Halbzeuge wie Flachfolien tiefgezogen, also durch einen Stempel verformt, oder mit Druckluft oder Vakuum warmumgeformt.
