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Biologisch abbaubare Polymere

Polyhydroxyalkanoate (PHA)

Polyhydroxybuttersäure (PHB) bzw. Poly-β-hydroxyalkanoate (PHA) wurden schon Ende der 1970er Jahre entwickelt. PHAs sind natürlich vorkommende semikristalline Thermoplaste mit relativ hohem Kristallinitätsgrad von 70 % bis zu sehr niedrigem kristallinen Anteil.

Abb.1
Strukturformel der Polyhydroxyalkanoate

R = Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffkette mit bis zu 13 Kohlenstoffatomen, x = 1-3 oder auch mehr, x und R beeinflussen Hydrophobität, Glastemperatur und Schmelzpunkt.

Herstellung

Sofern R=CH3 und x=1 sind, handelt es sich um Poly(3-hydoxybuttersäure), PHB, das Basis-Homopolymer der PHA-Familie. PHAs aus PHBs sind optisch aktiv. Sie werden per Fermentation hergestellt. Viele Mikroorganismen produzieren aus Zuckern und Fettsäuren PHAs zur Energiespeicherung als abgeschlossene, inerte Kugeln. Mit speziellen, gentechnisch veränderten Mikroorganismen wie E. coli K12 kann mittlerweile eine ausreichende Ausbeute gewährleistet werden (bis zu 100 g/L PHA in 40 h). Am Endpunkt der Fermentation besteht die Reaktionsmasse aus Wasser, Salzen und Mikroorganismen, die mit bis zu 90 % ihres Trockengewichtes aus PHA bestehen. Neueste Entwicklungen gehen von den Mikroorganismen weg zu Pflanzen, die per Photosynthese als Energiequelle nur aus Wasser und Kohlendioxid PHA produzieren und so auf lange Sicht nicht nur eine Unabhängigkeit von den Erdöl produzierenden Ländern gewährleisten, da PHAs auch als Quelle für C3- und C4-Chemikalien dienen können, sondern auch eine bessere Bilanz bezüglich des Treibhauseffektes aufweisen.

Biosynthese der Polyhydroxyalkanoate (PHA)

Eigenschaften

Die Molmasse variiert von 1.000 bis zu 1.000.000 g/mol. Ab 200 °C werden PHAs unstabil. Es gibt sowohl PHAs, die Elastomere sind wie auch solche mit den klassischen Eigenschaften der Thermoplaste. Da es sich um Polyester handelt, sind sie zu einem gewissen Grad hydrolysierbar. Unter normalen Bedingungen sind sie aber stabil. PHAs sind UV-stabil. Als Verpackungsmaterial, z.B. für Lebensmittel, sind sie gut geeignet, da sie wenig Wasser durchlassen.

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