Biopolymere at TU Berlin

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2. Nennen Sie Beispiele für 

- abbaubare erdölbasierende Polymere

- abbaubare biobasierte Polymere

- Native und modifizierte native Polymere

- Polymerblends 

- nicht abbaubare Biopolymere

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3. Warum sind Biopolymere abbaubar?

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4. Welche Typen von Hilfsstoffen / Additiven kennen Sie? Nennen Sie Beispiele.

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5. Nennen Sie einige Herstellungswege von Biopolymeren.

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6. Erklären Sie den Zusammenhang von Anzahl der Heteroatome in der 

Polymerkette in Bezug zur Abbaubarkeit. Nennen Sie zwei Beispiele.

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7. Wie läuft ein biologischer Abbau ab?

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10. Wie wird Polylactid hergestellt?

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11. Erzählen Sie etwas über die Bedeutung von Polylactid?

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15. Was ist Amylose und Amylopektin?

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16. Nennen Sie Cellulosepolymere.

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17. Was sind Celluloseregenerate und Cellulosederivate?

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18. Was ist Lignin? Welche Eigenschaften besitzt es?

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Biopolymere

2. Nennen Sie Beispiele für 

- abbaubare erdölbasierende Polymere

- abbaubare biobasierte Polymere

- Native und modifizierte native Polymere

- Polymerblends 

- nicht abbaubare Biopolymere

- abbaubare erdölbasierende Polymere

PE; Polyvinylalkohol; Polycaprolactone (PCL)

- abbaubare biobasierte Polymere

Polylactid (PLA); Polyhydroxybutyrat (PHB); Lignin-basierende Thermoplaste

- Native und modifizierte native Polymere

Cellulosederivate:      R= Methyl, Ethyl, Acetyl, Propionyl, Hydroxymethyl, Carboxymethyl

 

Thermoplastische Stärke: 20–30 % aus Amylose, linearen Ketten mit helikaler (Schrauben-)Struktur 70–80 % aus Amylopektin, stark verzweigten Strukturen

- Polymerblends

oft mit Additiven für bessere Haftung untereinander und andere spezifische Eigenschaften

PLA-Polyesterblends: Handelsname Ecovio von BASF - Folienwerkstoff, bei dem derPLA-Anteil etwas geringer ist als der Polyesteranteil - Durch variierende Blendkomponenten und einen variablen Anteil der verschiedenen Blendkomponenten sowie weiterer möglicher Werkstoffkomponenten sind die Eigenschaften der PLA-Polyesterblends sehr variabel - Hinzu kommen die variablen Eigenschaften des PLAs selbst

- nicht abbaubare Biopolymere

- Erzeugung „konventioneller“ Polyolefine wie Polyethylen oder auch Polypropylen auf Basis erneuerbarer Rohstoffe durch spezifische Syntheseschritte

- Irreversible Quervernetzung von biobasierenden Polymeren über spezifische funktionelle Gruppen

- z.B. hochsubstituierte Celluloseacetate, vulkanisierter Kautschuk, Casein-Kunststoffe, Linoleum

Biopolymere

3. Warum sind Biopolymere abbaubar?

Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Oxidations- und Hydrolyseprozesse zu den Spaltprodukten Wasser, Kohlendioxid oder Methan und Biomasse.

Biologische Abbaubarkeit basiert in der Regel auf Vorhandensein von Heteroatomen (kein Kohlenstoff).

Das führt zur Spaltung der Ketten und Primärabbau wird induziert.

Endabbau erfolgt durch inteazelluläre Stoffwechselreaktion von Miktoorganismen. 

Kompostierbarkeit sagt aus ob ein Werkstoff unter def. Bed. in einem Kompostierungssystem innerhalb einer vorgg Zeitspanne vollständig zu CO2, H2O und biomasse umgewandelt werden kann. 



Biopolymere

 

4. Welche Typen von Hilfsstoffen / Additiven kennen Sie? Nennen Sie Beispiele.

Die Hilfstoffe müssen vollständig inert od kompostierbar sein. Für viele Additive gibt es zudem Mengebegrenzungen.

2 Gruppen: Füllstoffe (Anorg. - Aluminiumsilikate, Calciumcarbonat, eisenoxid, Gips; Org. - Nicht modifizierte native Cellulosen, Stärke, Pflanzenfasern, Holzfasern) und Verarbeitungshilfstdoffe (max. 10 Gew% - Glycerinmonosteart, Paraffine, Polyethylenglykol, nat. Wachse; max. 49 Gew% - Glycerin, Xylit, Sorbit).


Biopolymere

5. Nennen Sie einige Herstellungswege von Biopolymeren.

1. Chem Synthese petrochemischer Rohstoffe (Polyester, Polyesteramide, Polycaprolacton, Polyesterurethane)

2. Chem Synthese biotechnologisch hergestellter Polymerrohstoffe (Polylactide, Bio-Polyethylen, Bio-Polyester)

3. Direkte Biosynthese der Poly (Polyhydroxybutyrat PHB, Polyhydroxyalkanoate PHA)

4. Modifizuerung von molekularen nachwachsenden Rohstoffen (Calluloseregenerate, Derivate der Stärke)

5. Mischung/Blends (Stärke-oder Celluloseblends, PLA-Blends) 


Biopolymere

6. Erklären Sie den Zusammenhang von Anzahl der Heteroatome in der 

Polymerkette in Bezug zur Abbaubarkeit. Nennen Sie zwei Beispiele.

Die Abbaubarkeit nimmt mit der Anzahl von Heteroatomen zu; je mehr Arten von HA, desto größer die Liste der zu berücksichtigenden Einflussfaktoren, die Abbau verursachen; je größer ihrer Anzahl pro Monomer, desto größer ist die Rate der Abbau (Bindungsbrüche). 

Z.B. Cellulose hat mehr HA und zersetzt einfacher als PVA.

Biopolymere

7. Wie läuft ein biologischer Abbau ab?

Im Idealfall verläuft dieser chemische Metabolismus vollständig bis zur Mineralisierung, so dass die organische Verbindung bis hin zu anorganischen Stoffen wie Kohlendioxid, Sauerstoff und Ammoniak zerlegt wird, der Abbau kann aber auch bei abbaustabilen Transformationsprodukten stehen bleiben.

+ СМ ВОПРОС 3

Biopolymere

10. Wie wird Polylactid hergestellt?

Von Stärke bzw. Zucker erhaltet man die Milchsäure durch Fermentation, dann wird Lactid synthesiert, von Lactid wird durch Polymerisation PLA bekommen, dann werden Vlends und/oder Additive zugegeben so erhaltet man PLA Werkstoff und durch Verarbeitung bekommt man Produkt. 

Biopolymere

11. Erzählen Sie etwas über die Bedeutung von Polylactid?

Synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen. Sie sind aus vielen, chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut. PLA kann durch Wärmezufuhr verformt werden (Thermoplast). Polylactid-Kunststoffe sind biokompatibel.

- das mengenmäßig wichtigste Biopolymer

PLA ist neben den stärke- und cellulosebasierten Biopolymeren ein Werkstoff, der im preislichen Vergleich zu den konventionellen Polymeren auch zu konkurrenzfähigen Preisen auf dem Weltmarkt verfügbar ist

Biopolymere

15. Was ist Amylose und Amylopektin?

Stärkefraktionen:

Im Normalfall besteht ein Stärkemolekül aus den zwei strukturell verschiedenen Makromolekülen

*14–27 % der Stärke besteht aus Amylose, linearen Ketten 

und

*73–86 % besteht aus Amylopektin, stark verzweigten Strukturen

deren Mengenverhältnis die Eigenschaften der Stärke signifikant beeinflussen kann

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16. Nennen Sie Cellulosepolymere.

Celluloseacetat (CA) 

Callulosepropionat (CP)

Cellulosebutrytat (CB)

- aus Holz und Faserpflanzen oder fermentativ gewinnbar

- feste pflanzliche Cellulose bildet ein mikrokristallines Gefüge, in dem kristalline Bereiche mit hohem Ordnungsgrad mit amorphen Bereichen abwechseln

- kristallinen Bereiche der Cellulose sind polymorph je nach Herstellungsbedingungen kristallisieren sie in verschiedenen Kristallstrukturen

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17. Was sind Celluloseregenerate und Cellulosederivate?

Celluloseregenerate: (Viskose, Zellglas, Cellophan, Cellulosehydrat, Hydratcellulose etc.)   - überwiegend als Faser oder als Folie

- chemisch gelöste und wieder neu in Form von Fasern oder Folien zusammengesetzte Cellulose

Cellulosederivate:

- Celluloseether und Celluloseester

- Celluloseether:  überwiegend durch Veretherung mit Alkoholen erzeugten Celluloseether dienen hauptsächlich als Additive zur Viskositätsstabilisierung oder als Wasserbinder in Baustoffen, Klebstoffen, Kosmetika, Waschmittel, Farben, Bohrflüssigkeiten oder Papierindustrie

- Celluloseester: thermoplastische Formmassen, oft Mischpolymerisate, erhebliche Mengen (3 – 35 Gew.-%) an Weichmachern erforderlich

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18. Was ist Lignin? Welche Eigenschaften besitzt es?

-Dreidmensionalvernetztes Makromolekül, das in der Regel aus drei verschiedenen einwertigen Alkoholen, den sogenannten Lignolenaufgebaut ist.


  • -Anwendung oft als formbares Bindemittel fürnaturfaserverstärkte Polymere oder auch fürdie Spanplattenherstellung
  • -je nach Aufschlussverfahren sind die Eigenschaften des herausgelösten Lignins verschieden
  • Lignin ist sehr fest bis spröde und hell- bis dunkelbraun gefärbt. Es ist optisch isotrop, UV-Licht wird von dem Material fast vollständig absorbiert, sichtbares Licht zum Teil.

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