rostock einsatz und potential biobasierter additive in ......einsatz und potential biobasierter...
TRANSCRIPT
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
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 2
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
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 3
Primärerhebung: Befragung von Experten
Telefoninterviews mit Fachgesellschaften, Forschungseinrichtungen
und Unternehmen
Online Fragebogen
Expertenworkshop und Befragung
Sekundärerhebung: Literaturrecherche
Marktstudien
Wissenschaftliche Fachpublikationen
Biobasierte Additive in KunststoffenMethodik
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 4
Telefoninterviews mit Fachgesellschaften, Forschungseinrichtungen
und Unternehmen
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 5
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
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 6
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
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 7
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.
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 8
*phr = parts per hundred rubber
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 9
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
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Primärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 10
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
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 11
Verbrauch von Kunststoff-Additiven in Deutschland, aufgeteilt nach Additiv-Typen. (Quelle: Ceresana)
Fachpublikationen Biobasierte Weichmacher
173 Artikel wurden in die Datenextraktion eingeschlossen
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Sekundärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 12
Fachpublikationen
Biobasierte Additive in KunststoffenErgebnisse - Sekundärerhebung
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 13
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
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 14
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
Prüfung • Bildung • Forschung • Zertifizierung • Vernetzung 15
Kontakt:
Dr.-Ing. Marieluise Lang
Mail: [email protected]
Tel: 0931/4104-391