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Biokunststoffe und Biopolymere

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Lerntext zum Thema Biokunststoffe und Biopolymere

Biopolymere und Biokunststoffe – Makromoleküle von großer Bedeutung

Makromoleküle, also große Moleküle mit hoher Molekülmasse, spielen sowohl in lebendigen Organismen als auch in der technischen Anwendung eine wichtige Rolle. Was genau diese Stoffe so besonders macht und wie natürliche Substanzen als Vorlage für synthetisch erzeugte Stoffe dienen können, darum geht es in diesem Text.

Biopolymere und Biokunststoffe – Definition

Das Wort Polymer bezeichnet generell große Moleküle, die aus einzelnen, in der Regel sich wiederholenden, Bausteinen, den Monomeren, zusammengesetzt sind. Beispielsweise gehören Kunststoffe chemisch betrachtet zu den Polymeren.

Biopolymere sind von Organismen produzierte Polymere. In Abgrenzung dazu beschreibt der Begriff Biokunststoffe technisch hergestellte Kunststoffe, die von Biopolymeren abgeleitet sind.

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Was sind Biopolymere?

Biopolymere spielen im Stoffwechsel und Aufbau von Menschen, Tieren und Pflanzen eine entscheidende Rolle. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Biopolymere:

Biopolymer Aufbau Funktion und Beispiele
Polysaccharide (Vielfachzucker) Sie bestehen aus Monosacchariden. Beispielsweise wird das Polysaccharid Stärke durch Verknüpfung von vielen Tausenden Glucosemolekülen gebildet. Energiespeicher und Energiestoffwechsel (Stärke, Glykogen), Zellwand bei Pflanzen (Cellulose), Exoskelett bei Insekten (Chitin)
Proteine Aminosäuren werden als Monomere über Peptidbindungen zu Proteinen verknüpft. strukturgebende Substanzen in Pflanzen und Tieren: Keratin (Haare und Nägel), Kollagen (Bindegewebe), Elastin (Haut, Lunge, Blutgefäße)
Polynucleotide Viele Nucleotide, die wiederum Einheiten aus Zucker, Phosphat und Stickstoffbasen sind, werden zu Polynucleotiden verbunden. Träger der Erbinformation: DNA und RNA

Biopolymere bilden komplexe räumliche Strukturen und Netzwerke. Dazu zählen nicht nur biologisch wichtige Substanzen, sondern auch wirtschaftlich bedeutende Stoffe, beispielsweise Kautschuk, Lignin und Seide.

Was sind Biokunststoffe?

Biokunststoffe sind von Menschen produzierte Substanzen, die auf Biopolymeren beruhen oder von diesen abgeleitet sind und eine oder mehrere der folgenden Kriterien erfüllen:

  • Aus nachwachsenden Rohstoffen produziert
  • Biologisch abbaubar
  • Verträglich mit menschlichen oder tierischen Organismen

Im Folgenden werden die wichtigsten Biokunststoffe vorgestellt.

Polyhydroxybuttersäure (PHB)

Polyhydroxybuttersäure ist ein Biopolymer, das zur Stoffklasse der Polyester gezählt wird. Die Synthese erfolgt enzymatisch durch Bakterien. Da Polyhydroxybuttersäure biologisch abbaubar ist, soll es langfristig Kunststoffe auf Erdölbasis ersetzen. Durch Beimengung verschiedener anderer Stoffe findet Polyhydroxybuttersäure ein weites Anwendungsspektrum, z. B. als Kleber oder Gummi.

Polyhydroxybuttersäure

Celluloseacetat (CA)

Celluloseacetat ist ein thermoplastischer Kunststoff, der aus Cellulose gewonnen wird. Dieses Biopolymer ist in vielen Materialien des Alltags zu finden. So wird Celluloseacetat bei der Herstellung von Displays von Computern und Handys verbaut, ist Bestandteil von Brillenfassungen und findet Anwendung als Textilfaser.

Celluloseacetat

Polymilchsäure (PLA)

Polymilchsäure ist ein biologisch abbaubarer Kunststoff, der ähnliche Eigenschaften wie PET aufweist. Somit spielt dieses Biopolymer eine wichtige Rolle in der Verpackungsindustrie und kann zur Produktion von Folien, Dosen, Bechern und Flaschen eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet von Polymilchsäure ist die Medizin. Aufgrund seiner biologischen Abbaubarkeit kann dieser Kunststoff als Nagel oder Platten bei der operativen Behandlung von Knochenbrüchen eingesetzt werden. Diese Teile werden vom Körper aufgenommen und abgebaut, was eine zweite Operation überflüssig macht.

Polymilchsäure

Stärke

Die meisten Biokunststoffe auf Basis von Stärke bestehen aus zwei Phasen: zum einen die reine Stärke und dann noch ein weiterer biologisch abbaubarer Kunststoff, wie Polyester, Polyesteramide, Polyesterurethane oder Polyvinylalkohol. Diese zwei Phasen von Kunststoffen werden als Stärkeblends bezeichnet und dienen als Ausgangsstoff zur Produktion von Verpackungsmaterialien, Einweggeschirr und -besteck, Medikamenten und vielen weiteren Produkten des täglichen Bedarfs.

Stärke

Biopolymere und Biokunststoffe – Zusammenfassung

  • Biopolymere und Biokunststoffe spielen eine wichtige Rolle für lebende Organismen und in der Industrie.
  • Biokunststoffe leiten sich von Biopolymeren ab.
  • Biokunststoffe sollen in der Industrie die erdölbasierten Kunststoffe ersetzen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Biopolymere und Biokunststoffe

Biokunststoffe und Biopolymere Übung

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