Prüfung der Umweltverträglichkeit neu entwickelter Polymerwerkstoffe auf der Basis nachwachsender Rohstoffe durch ein einfaches Testsystem

Mit Hilfe des OxiTop®-Systems konnte gezeigt werden, wie sich verschiedene Polymerwerkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe im Hinblick auf ihre biologische Abbaubarkeit und Umweltvertraglichkeit unterscheiden. Der biologische Abbau von beispielsweise flachsfaserverstarkter, thermoplastischer Maisstarke mit Naturfaseranteilen von 10, 15 und 20% lag nach 14 Tagen in der Grosenordnung von nativer Starke. Dabei hat sich gezeigt, das der Flachsfasergehalt keinen signifikanten Einflus auf den biologischen Abbau ausubt, da die Abweichungen bei den Abbaukurven der mit 10, 15 und 20 Gew. % versehenen TPS/Flachsfaser-Verbunde kaum aufzulosen waren. Thermoplastische Starke (TPS) baut dagegen deutlich langsamer als die flachsfaserverstarkte TPS ab, was auf die wassereinleitende Wirkung der Fasern (Strohhalmprinzip) in das Innere der TPS zuruckzufuhren ist. Demnach mus der Fasergehalt eine Grenze uberschreiten, ab der dieser Effekt deutlich zum Tragen kommt. Der Abbau der TPS erfolgte zudem aufgrund der Probenform deutlich langsamer als bei nativer Maisstarke, da TPS als Granulat vorlag, wodurch die spez. Oberflache im Vergleich zu den Maisstarkepartikeln deutlich reduziert ist. PCL/TPS-Blends bauen praktisch unabhangig vom TPS-Gehalt (40 < ϕTPS < 70 Gew. %) innerhalb von 30 Tagen mit ahnlicher Geschwindigkeit wie native Maisstarke ab. Die in diesem Rahmen untersuchten thermoplastischen Polyurethane (TPU) unterliegen bei Temperaturen von 20 und 37°C keinem nennenswerten Abbau, sofern TPU als alleinige Kohlenstoffquelle vorliegt. Bei Zugabe einer leicht verwertbaren C-Quelle (z.B. Maisstarke) ist ein Anstieg des TPU-Abbaus zu beobachten. Eine Warmeeinwirkung (80°C) beschleunigt die Hydrolyse, was zu einem drastisch gesteigerten Abbau fuhrt, wobei Zwischenprodukte auftreten konnen, die in hohen Dosen toxisch wirken. Allerdings ist die toxische Wirkung der Zwischenprodukte dosisabhangig und unterliegt einer Kinetik, was mit Hilfe des OxiTop®-Systems gezeigt werden konnte und in begleitenden toxikologischen Untersuchungen bestatigt wurde. The OxiTop®-System was used to highlight the differences in biodegradability and environmental acceptance of various polymeric materials based upon renewable resources. For instance the degree of degradation of thermoplastic corn starch (TPS) which was reinforced with natural fibres by 10, 15 and 20% wt. was after a fortnight in the same range as native corn starch. The flax fibre content exerts no significant influence on the degree of degradation since the deviations between the degradation slopes could hardly be resolved. However, TPS itself degrades significantly slower compared to the reinforced TPS-compound using flax fibres. This is because water can penetrate the reinforced material faster due to the “straw effect”. Hence this effect is only detectable above a certain level of fibre content. The degradation of the TPS was slower in these tests compared to the biodegradation of native starch which was due to the sample shape. Contrary to native starch (powder) TPS were used as pellets which results in a reduced specific surface to the TPS. Independent of the TPS-content (40 < ϕTPS < 70% wt) the PCL/TPS-blends degrade practically by the same speed as native starch. The TPU investigated in this report do not degrade significantly at temperatures between 20 and 37°C as long as the TPU is the sole carbon source. With the addition of a carbon source which can be easily degraded (e.g. corn starch) an increase of the TPU-degradation is detected. A rise of the test temperature (e.g. 70°C) speeds up the hydrolysis which drastically accelerates the biodegradation process. However intermediates may occur which can be toxic at high concentrations. Yet the toxicological impact of such intermediates shows a kinetic behaviour which could be demonstrated not only by using the OxiTop®-System but also in accompanying toxicological tests.