Mais statt Erdöl: Maschinenbauer der TU Chemnitz entwickeln Spielzeug aus Biokunststoff

Grasgrüne Schäufelchen, sonnengelbe Eimerchen, himmelblaue Sandförmchen aus Kunststoff – was Kinderherzen höher schlagen lässt, schont jetzt auch die Umwelt. Herkömmlicher Kunststoff wird aus Erdöl produziert, also aus einer knappen und biologisch nicht abbaubaren Ressource. Wissenschaftlern der Technischen Universität Chemnitz ist es gelungen, Spielwaren aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. „Unser Kunststoffspielzeug besteht zu zwei Dritteln aus Polymilchsäure, kurz PLA, die aus Mais gewonnen wird“, sagt Dr. Roman Rinberg von der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung.

Die Chemnitzer Maschinenbauer kooperieren mit der Martin Fuchs Spielwaren GmbH & Co. KG in Zirndorf bei Nürnberg. Entstanden ist die Spielzeug-Serie „spielstabil bioline“, die den Sprung auf den Markt geschafft hat: „Die Artikel aus der spielstabil bioline sind im gut sortierten Fachhandel erhältlich und werden in einigen Onlineshops angeboten“, sagt Rinberg. Im Sortiment sind bisher Schaufeln, Harken, Pflanztöpfe, Untersetzer und Schilder zur Beschriftung, Sandeimer und -formen sowie Siebe. „Alle Artikel sind in natürlich vorkommenden Farben erhältlich. Dies trägt der Grundidee des Forschungsvorhabens Rechnung“, so Rinberg.

Noch mehr „bio“ ist technisch möglich

Zur Herstellung der Biokunststoffe kommen vorrangig chemische Verfahren zum Einsatz, die von der herkömmlichen Kunststoffproduktion bekannt sind. Der Unterschied liegt bei den Ausgangsrohstoffen – zum Einsatz kommen beim Biokunststoff nachwachsende Rohstoffe statt Erdöl. „Das schont nicht nur die knappen fossilen Ressourcen. Zusätzlich wird der Atmosphäre entzogenes Kohlenstoffdioxid langfristig im Werkstoff gespeichert“, erklärt Rinberg. Die für Biokunststoffe verwendete Milchsäure wird aus der Glucose von Mais gewonnen und zu Polymilchsäure weiterverarbeitet. Als Rohstoffe können allerdings auch viele anderer zuckerhaltiger Pflanzen dienen. „Studien zeigen, dass fünf Prozent der bestehenden Ackerfläche ausreichen würden, um den weltweiten Bedarf an Kunststoff mit nachwachsenden Rohstoffen zu decken“, so Rinberg.

In dem Material für das Spielzeug stecken vier Jahre Entwicklungsarbeit. Die verwendete Polymilchsäure ist in ihrer Grundform steif und spröde. Die Wissenschaftler mussten die Eigenschaften durch Beimischung anderer Werkstoffe so modifizieren, dass sie unzerbrechlich und elastisch wird. „Wir haben tausende Proben gefertigt und getestet, bis wir mit dem Material zufrieden waren“, sagt Rinberg. Ein Drittel des Materials ist derzeit noch petrochemischen Ursprungs – dabei wären 100 Prozent „bio“ technisch schon möglich: „Dazu ist aber ein sehr kostspieliger Rohstoff nötig – und dann stimmt der Preis für die Produkte nicht mehr“, erklärt Rinberg.

Aus „alt“ mach „neu“

Auch mit dem Recycling haben sich die Wissenschaftler beschäftigt. Ausgediente Spielwaren können die Kunden beim Hersteller wieder abgeben. Dort werden sie dann zerkleinert und dem neuen Material partiell beigemischt. „Das funktioniert ohne Verschlechterung der Eigenschaften“, betont Rinberg. Theoretisch sei der Biokunststoff auch industriell kompostierbar. Jedoch dauere der Abbau der Spielzeuge sehr lange, sodass das Recycling die nachhaltigere Lösung sei. Auf die bioline-Produkte gibt die Martin Fuchs Spielwaren GmbH & Co. KG zwei Jahre Garantie.

Derzeit forschen die Chemnitzer Maschinenbauer weiter am Thema: Die Eigenschaften des Materials wollen sie weiter verbessern und den Anteil der nachwachsenden Rohstoffe erhöhen. Ziel ist außerdem, das Spritzgießverfahren so anzupassen, dass das Spielzeug industriell in Serie produziert werden kann.

Ausgezeichnete Kooperation

„Die spielstabil bioline ist auf nationalen und internationalen Fachkongressen mehrfach ausgezeichnet worden. Dabei konnten sich die Produkte und der Werkstoff gegen namhafte Hersteller durchsetzen“, berichtet Rinberg. Preise gab es 2012 unter anderem beim europaweiten Wettbewerb „Biowerkstoff des Jahres“ und beim weltweiten „Bioplastic Award“.

Beteiligt sind an der Entwicklung neben der TU Chemnitz und der Martin Fuchs Spielwaren GmbH Co. KG auch die B & K Kunststoffwerke GmbH & Co. KG in Bonn sowie die Linotech GmbH & Co. KG in Forst (Lausitz). Die Zusammenarbeit läuft im Rahmen des Projektes FENAFA („Ganzheitliche Bereitstellungs-, Verarbeitungs- und FErtigungsstrategien von NAturFAserrohstoffen“). Dieses Vorhaben wird durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) und deren Projektträger Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) finanziell unterstützt und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Verfahren und Produkten aus Naturfasern und Biopolymeren. Die gesammelten Erfahrungen fließen auch ein in das 2012 an der TU Chemnitz gestartete Bundesexzellenzcluster „MERGE – Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“.

Weitere Informationen erteilen Dr. Roman Rinberg, Telefon 0371 531-32359, E-Mail roman.rinberg@mb.tu-chemnitz.de, und Sebastian Buschbeck, Telefon 0371 531-38921, E-Mail sebastian.buschbeck@mb.tu-chemnitz.de.