PLA ist die Abkürzung für polylactic acid, auf Deutsch heißt der Stoff Polymilchsäure.
Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) haben zwei Vorteile: Sie werden aus nachwachsenden Rohstoffen produziert und sind auch biologisch abbaubar. Weitere Informationen zu diesem Kunststoff findest du in diesem ScienceSpot.
Je nach Land wird das Ausgangsmaterial (Kohlenhydrate, wie Zucker oder Stärke) für Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) aus unterschiedlichen Quellen bezogen, zum Beispiel in Deutschland hauptsächlich aus Mais und in Brasilien zum Großteil aus Zuckerohr. Beide Pflanzenarten können auf Feldern angebaut werden, sind also erneuerbare, nachwachsende Rohstoffe.
Will man Polymilchsäure-Kunststoffe herstellen, muss man im ersten Schritt über einen biochemischen Prozess, die bakterielle Fermentation, aus Kohlenhydraten (Zucker oder Stärke) Milchsäure gewinnen. Vom Milchsäure-Molekül gibt es zwei Formen, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten: Die Atome sind dabei gleich verknüpft, aber unterschiedlich im Raum orientiert. Derartige Verbindungen nennt man Stereoisomere. Die folgende Abbildung zeigt 3D-Modelle der Stereoisomere des Milchsäure-Moleküls:
Eine andere Art der Darstellung ist die sogenannte Keilstrichformel. Diese bietet eine Möglichkeit, den räumlichen Aufbau von chemischen Verbindungen zweidimensional darzustellen. Die Buchstaben sind Elementsymbole und stehen für bestimmte Atome (C für Kohlenstoff, O für Sauerstoff und H für Wasserstoff). Ein ausgefüllter Keil bedeutet, dass dieser Teil der Verbindung aus der Bildebene herausragt (also nach vorne zu dir zeigt). Strichlierte Keile hingegen zeigen an, dass der jeweilige Teil der Verbindung hinter der Bildebene liegt (also nach hinten und weg von dir zeigt). Die folgende Abbildung zeigt die beiden Stereoisomere des Milchsäure-Moleküls in Keilstrichformel.
Diese Milchsäure-Moleküle können in weiteren Schritten mittels Polymerisation zur Polymilchsäure verknüpft werden. Am Ende dieses Prozesses erhält man lange Ketten aus über 100.000 Einheiten von Milchsäure-Molekülen, die Polymilchsäure (PLA) (siehe nächste Abbildung).
Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) sind in ihren physikalischen Eigenschaften Polystyrol (PS) sehr ähnlich: Beide sind spröde und besitzen eine geringe Dichte. PLA hat eine deutlich höhere Durchlässigkeit für Sauerstoff-Moleküle und Feuchtigkeit als petrochemische Kunststoffe. Das kann ein Vorteil bei der Verpackung von frischem Obst, Gemüse oder Brot sein, weil sich weniger Kondenswasser in der Verpackung sammelt.
Der große Nachteil von PLA ist seine geringe Wärmeformbeständigkeit: Schon ab 55 °C kann es seine ursprüngliche Form verlieren. Damit ist es für heiße Anwendungsbereiche (z. B. als Kaffeebecher) ungeeignet.
Durch Zugabe von anderen Kunststoffen zu PLA entstehen sogenannte „Blends“. Diese können verschiedene Eigenschaften des Produktes, unter anderem die Wärmeformbeständigkeit, verbessern.
Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) ist sehr vielseitig einsetzbar.
Außerdem wird PLA auch in der Medizintechnik, dem Kosmetikbereich:(Dosen für Cremen, Flaschen für Shampoo), dem Bausektor (Dämmmaterial) und der Textilindustrie (T-Shirts, Vliese, Filze) verwendet.
Der Marktpreis für ein Kilogramm Polymilchsäure (PLA) liegt (Stand 2019) bei ungefähr 2,40 €. Vergleichbare herkömmliche Kunststoffe kosteten im selben Jahr rund 1,50 €.
Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) sind also immer noch teurer als die petrochemische Konkurrenz. Trotzdem gilt Polymilchsäure (PLA) als vielversprechendster biogener und biologisch abbaubarer Kunststoff. Vor allem wenn Erdöl in den nächsten Jahrzehnten teurer wird, zahlt es sich für Firmen aus, auf Polymilchsäure-Kunststoffe umzusteigen.
Ein großer Vorteil der Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) ist die biologische Abbaubarkeit. Einen Langzeitversuch zur biologischen Abbaubarkeit hat Olivia Froschauer am Österreichischen Kompetenzzentrum für Didaktik der Chemie (AECC Chemie) an der Universität Wien durchgeführt. Eine kurze Zusammenfassung des Versuches findest du im folgenden Video:
Langzeitversuch zur biologischen Abbaubarkeit von Polymilchsäure-Kunststoffen (PLA)
Versuch und Video: Olivia Froschauer
Wie sich in diesem Versuch zeigt, hängt der Grad des Abbaus stark von der Umgebungstemperatur ab. Das deckt sich mit den Angaben in der Fachliteratur. Für Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) wird eine Temperatur von 50-60 °C benötigt, welche nur in industriellen Anlagen erreicht werden. Hierbei werden Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) in wenigen Wochen vollständig abgebaut. Unter normalen Bedingungen (bei unter 30 °C) im Kompost oder allgemein im Boden zerfallen Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) allerdings nur sehr langsam. Bei Versuchen zeigte sich ein geringer bis gar nicht vorhandener Abbau über Zeiträume von mehreren Monaten.
Diese Beobachtung bestätigt sich auch beim Abbau von Polymilchsäure-Kunststoffen (PLA) in Süßwasser: Bei 60 °C sind Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) nach 120 Tagen vollständig abgebaut, bei 20 °C ist selbst nach 180 Tagen kaum ein Abbau erkennbar.
Auch wenn Polymilchsäure-Kunststoffe (PLA) unter Normalbedingungen nur schlecht abbaubar ist, ist es immer noch leichter zersetzbar als petrochemische Kunststoffe.
Durch eine breitere Nutzung von Polymilchsäure-Kunststoffen (PLA) würde das Problem der Umweltbelastung durch Kunststoffe reduziert werden, vorausgesetzt, wir werfen sie nicht achtlos in die Umwelt.
Mag. Gerda Heinzle
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Benjamin Eckhart
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