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<!DOCTYPE html>

<title>Polylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">Polylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends</h1>

</header>

</div>

<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><a href="Polylactide" title="Polylactide">Polylactid</a> (PLA) umgangssprachlich auch Polymilchsäure genannt und <a href="Polyhydroxyalkanoate" title="Polyhydroxyalkanoate">Polyhydroxyalkanoate</a> (PHA) und ihre Verbundstoffe werden als potenzielle Alternativen zum Ersatz von petrochemischen Kunststoffen beschrieben.

Durch Blenden der beiden Biopolymere lassen sich die Eigenschaften der Biopolymere verbessern. Die Verarbeitbarkeit der PLA-PHA-Blends sowie die thermische Stabilität können durch <a href="Plastifikation" title="Plastifikation">Plastifizierung</a>, Zugabe von <a href="Mikropartikel" title="Mikropartikel">Mikro-</a> und <a href="Nanopartikel" title="Nanopartikel">Nanopartikeln</a> weiter verbessert werden.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Biobasierte_Polymere">Biobasierte Polymere</h2></div>

Polylactid (PLA) ist ein <a href="Biologische_Abbaubarkeit" title="Biologische Abbaubarkeit">biologisch abbaubarer</a> <a href="Thermoplaste" title="Thermoplaste">thermoplastischer Polyester</a>. PLA wird durch direkte <a href="Polykondensation" title="Polykondensation">Kondensationspolymerisation</a> von <a href="Milchs%C3%A4ure" title="Milchsäure">Milchsäure</a> (LA) oder durch <a href="Ring%C3%B6ffnende_Polymerisation" title="Ringöffnende Polymerisation">Ringöffnende Polymerisation</a> (ROP) von zyklischem Lactidsäuredimer, bekannt als <a href="Lactid" title="Lactid">Lactid</a>, synthetisiert.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Die Eigenschaften wie die <a href="Zugfestigkeit" title="Zugfestigkeit">Zugfestigkeit</a> und der <a href="Elastizit%C3%A4tsmodul" title="Elastizitätsmodul">Elastizitätsmodul</a> von PLA sind denen von <a href="Hochleistungskunststoffe" title="Hochleistungskunststoffe">Hochleistungskunststoffen</a> sehr ähnlich, jedoch schränken seine <a href="Spr%C3%B6digkeit" title="Sprödigkeit">Sprödigkeit</a> und seine schlechten Barriereeigenschaften seinen Anwendungsbereich ein. PLA ist <a href="Biologisch_abbaubarer_Kunststoff" title="Biologisch abbaubarer Kunststoff">biologisch abbaubar</a> und <a href="Biokompatibilit%C3%A4t" title="Biokompatibilität">biokompatibel</a>.<a href="#cite_note-Danna-2">[2]</a>

Polyhydroxyalkonate (PHAs) sind <a href="Bio-basierter_Kunststoff" title="Bio-basierter Kunststoff">biobasierte</a> <a href="Polyester" title="Polyester">Polyester</a>. PHA-Polymere werden von einer Vielzahl von <a href="Mikroorganismenkultur" title="Mikroorganismenkultur">Mikroorganismen</a> (mindestens 75 verschiedene <a href="Mikroorganismus" title="Mikroorganismus">Gattungen</a>) in Gegenwart einer reichlich vorhandenen Quelle von <a href="Kohlenstoff" title="Kohlenstoff">Kohlenstoff</a> (z. B. <a href="Glucose" title="Glucose">Glucose</a> oder <a href="Saccharose" title="Saccharose">Saccharose</a>) oder <a href="Lipide" title="Lipide">Lipiden</a> (z. B. <a href="Pflanzen%C3%B6le" title="Pflanzenöle">Pflanzenöle</a> oder <a href="Glycerin" title="Glycerin">Glycerin</a>) als Reaktion auf die Nährstofflimitierung von <a href="Makroelemente" class="mw-redirect" title="Makroelemente">Makroelementen</a> (wie <a href="Phosphor" title="Phosphor">Phosphor</a>, <a href="Stickstoff" title="Stickstoff">Stickstoff</a>, <a href="Spurenelement" title="Spurenelement">Spurenelementen</a> oder <a href="Sauerstoff" title="Sauerstoff">Sauerstoff</a>) als intrazelluläre Nahrungs- und Energiereserve <a href="Synthese_(Chemie)" title="Synthese (Chemie)">synthetisiert</a>.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a><a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a> Hinsichtlich ihrer Eigenschaften sind PHAs <a href="Isotaktisch" class="mw-redirect" title="Isotaktisch">isotaktische</a>, <a href="Teilkristallin" title="Teilkristallin">teilkristalline</a>, thermoplastische Polymere mit hohem <a href="Molek%C3%BClmasse" title="Molekülmasse">Molekulargewicht</a>. Unter den PHAs ist <a href="Polyhydroxybutters%C3%A4ure" title="Polyhydroxybuttersäure">Polyhydroxybutyrat</a> (PHB) der einfachste und gebräuchlichste Vertreter von PHA. Er weist eine hohe <a href="Kristallinit%C3%A4t" class="mw-redirect" title="Kristallinität">Kristallinität</a> auf, die eine gute <a href="Gaspermeation" title="Gaspermeation">Gaspermeation</a> bietet. Für die kunststoffverarbeitende Industrie ist der Hauptnachteil von PHB die sehr geringe Beständigkeit gegenüber thermischer <a href="Zersetzung_(Chemie)" title="Zersetzung (Chemie)">Zersetzung</a>. Die <a href="Schmelztemperatur" class="mw-redirect" title="Schmelztemperatur">Schmelztemperatur</a> (ca. 170–180 °C) liegt nahe der Abbautemperatur.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

Das <a href="Biopolymer" title="Biopolymer">Biopolymer</a> Polyhydroxybutyrat (PHB) ist sowohl unter <a href="Aerobie" title="Aerobie">aeroben</a> als auch unter <a href="Anaerobie" title="Anaerobie">anaeroben</a> Bedingungen durch verschiedene <a href="Bakterien" title="Bakterien">Bakterien</a>, <a href="Pilze" title="Pilze">Pilze</a> und <a href="Algen" class="mw-redirect" title="Algen">Algen</a> vollständig <a href="Biologische_Abbaubarkeit" title="Biologische Abbaubarkeit">biologisch abbaubar</a>.<a href="#cite_note-Danna-2">[2]</a><a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="PLA-PHA-Blends_(Verbundstoffe)">PLA-PHA-Blends (Verbundstoffe)</h2></div>

Mit einer ähnlichen Schmelztemperatur und einer hohen Kristallinität ist Polyhydroxybutyrat (PHB) zum Mischen mit PLA gut geeignet.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

Aus industrieller Sicht ist die Modifizierung von PLA durch <a href="Schmelzen" title="Schmelzen">Schmelz</a><a href="Mischen" class="mw-disambig" title="Mischen">mischen</a> besonders interessant. Das Blending durch Schmelzmischen ist wesentlich einfacher und kostengünstiger als die <a href="Copolymerisation" title="Copolymerisation">Copolymerisation</a> oder die Lösungsmittel-Verdampfungsmethode und ist daher die im industriellen Bereich die häufiger eingesetzte Methode.<a href="#cite_note-Ylinen-4">[4]</a><a href="#cite_note-Leimann-5">[5]</a>

Mit dem Blenden von PLA mit PHA können einfache Verpackungsformulierungen mit gewünschten Eigenschaften durch Variation der Mischungszusammensetzung erhalten werden.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Vermischen_in_der_Schmelze_ohne_Kompaktierungshilfsmittel">Vermischen in der Schmelze ohne Kompaktierungshilfsmittel</h3></div>

PLAs weisen eine Schmelztemperatur im Bereich von 130–180 °C auf. Da das Polyhydroxybutyrat (PHB) eine Schmelztemperatur von etwa 170–180 °C aufweist, sollte die Verarbeitungstemperatur von PLA-PHB-Blends mindestens 180–190 °C betragen. Der Schmelzverarbeitungsansatz beinhaltet das Erhitzen von PLA-PHB-Mischungen über ihre Schmelzpunkte, das Modellieren der Polymermischung in die gewünschten Formen und schließlich das Abkühlen und Kristallisieren, um ihre Abmessungen zu stabilisieren.

Bei einem Mischungsverhältnis von 75 Gew. % PLA zu 25 Gew. % PHB ohne weitere Additive zeigt die <a href="Differenz-Thermoanalyse" title="Differenz-Thermoanalyse">Differenz-Thermoanalyse</a> (DTA) nur einen Kristallisationspeak bei PLA. Das bedeutet, dass der Blend ohne <a href="Mischungsl%C3%BCcke" title="Mischungslücke">Mischungslücke</a> vorliegt. Im Falle einer PLA-PHB-Mischung im Verhältnis 75:25 bilden sich gut dispergierte, kleine <a href="Sph%C3%A4rolith" title="Sphärolith">Sphärolithe</a> von PHB in der amorphen PLA-Matrix.

PLA zeigt eine begrenzte Mischbarkeit mit <a href="Niedermolekulare_Verbindung" title="Niedermolekulare Verbindung">niedermolekularem</a> PHB (MW=5000 g·mol−1), wenn der PHB-Gehalt unter 25 Gew. % liegt.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

Bei PLA und <a href="Makromolek%C3%BCl" title="Makromolekül">hochmolekularem</a> PHB (MW=650.000 g·mol−1) zeigt die <a href="Rasterelektronenmikroskop" title="Rasterelektronenmikroskop">Rasterelektronenmikroskopie</a> und die <a href="Dynamische_Differenzkalorimetrie" title="Dynamische Differenzkalorimetrie">Differentialscanningkalorimetrie</a> (DSC), dass Blends von PLA mit <a href="Polyhydroxyvalerians%C3%A4ure#PHB-PHV-Copolymer_(PHB_/_PHV),_(PHBV),_P(HB-HV)" title="Polyhydroxyvaleriansäure">PHBV</a> über den gesamten Zusammensetzungsbereich keine <a href="Mischbarkeit" title="Mischbarkeit">Mischbarkeit</a> aufweisen. Es sind zwei Kristallisationspunkte vorhanden. Es werden zwei unterschiedliche <a href="Glas%C3%BCbergangstemperatur" title="Glasübergangstemperatur">Glasübergangstemperaturen</a> und Schmelztemperaturen gemessen, die den reinen Polymeren zugeschrieben werden.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a><a href="#cite_note-Zembouai-6">[6]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Vermischen_in_der_Schmelze_mit_Kompaktibilisatoren">Vermischen in der Schmelze mit Kompaktibilisatoren</h3></div>

Die Einführung einer dritten Komponente, einem <a href="Emulsionsstabilisator" class="mw-redirect" title="Emulsionsstabilisator">Emulsionsstabilisator</a>, modifiziert die Grenzflächeneigenschaften der Mischung. Die Verringerung des <a href="Grenzfl%C3%A4chenspannung" title="Grenzflächenspannung">Grenzflächenspannungskoeffizienten</a> bewirkt eine Verfeinerung und Stabilisierung der <a href="Morphologie" class="mw-disambig" title="Morphologie">Morphologie</a>.

Um die <a href="Gemisch" title="Gemisch">Vermischbarkeit</a> von PLA mit PHA über einen weiten Verhältnisbereich zu verbessern, werden reaktive <a href="Kompatibilit%C3%A4t" class="mw-disambig" title="Kompatibilität">Kompatibilisatoren</a> für PLA- und PHB-Matrizes eingesetzt.

Bei Einsatz von <a href="Maleins%C3%A4ureanhydrid" title="Maleinsäureanhydrid">Maleinsäureanhydrid</a> (MA) wird nicht nur die Mischbarkeit verbessert, sondern auch die <a href="Flexibilit%C3%A4t" class="mw-disambig" title="Flexibilität">Flexibilität</a> der endgültigen Mischung erhöht. Eine PLA-PHB-MA-Mischung im Verhältnis von 70 Gew. % PLA: 30 Gew % PHB verwandelte sich als Funktion der MA-Zugabe (von 1 Gew.-% bis 9 Gew.-%) von einem spröden Material in ein <a href="Duktilit%C3%A4t" title="Duktilität">duktiles</a> Material und erreichte die optimale Flexibilität von mehr als 500 % durch <a href="Copolymer" title="Copolymer">Pfropfen</a> von 7 Gew.-% MA (PLA-PHB-MA) im Vergleich zu einer reinen PLA-<a href="Folie" title="Folie">Folie</a>.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a><a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

Als Kompaktibilisatoren werden auch <a href="Tensid" title="Tensid">Tenside</a> genutzt.

Synperonic (Syn) ist ein festes Polyalkylenoxid-<a href="Substanzpolymerisation" title="Substanzpolymerisation">Blockcopolymer</a> in Form von Flocken (bei 25 °C). Es ist ein polymerer Emulsionsstabilisator, der von <a href="Croda_International" title="Croda International">Croda International</a> unter dem Handelsnamen Synperonic PE-F87 vertrieben wird.<a href="#cite_note-Zang-7">[7]</a>

HLB12, Eine flüssige Mischung aus Span80 und Tween80. <a href="Sorbitanmonooleat" title="Sorbitanmonooleat">Span TM 80-LQ-(RB)</a> ist ein <a href="Sorbitanfetts%C3%A4ureester" title="Sorbitanfettsäureester">Sorbitanfettsäureester</a> und <a href="Polysorbat_80" title="Polysorbat 80">Tween TM 80-LQ-(CQ)</a> ist ein <a href="Polysorbate" title="Polysorbate">ethoxyliertes Sorbitan Ester</a>. Beide Additive sind biobasierte, flüssige <a href="Nichtionische_Tenside" title="Nichtionische Tenside">Nichtionische Tenside</a>, die von CRODA vertrieben werden.<a href="#cite_note-Zang-7">[7]</a> Die Einführung der beiden Tenside (Syn und HLB12) bewirkt eine signifikante Erhöhung des <a href="Kristallinit%C3%A4tsgrad" class="mw-redirect" title="Kristallinitätsgrad">Kristallinitätsgrads</a> der Systeme.<a href="#cite_note-Zang-7">[7]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Vermischen_in_der_Schmelze_durch_Zugabe_von_Weichmachern">Vermischen in der Schmelze durch Zugabe von Weichmachern</h3></div>

Bei Folien für die <a href="Lebensmittelverpackung" title="Lebensmittelverpackung">Lebensmittelverpackung</a> ist das doppelte Ziel, die PLA-PHB-Verarbeitungsleistung zu verbessern und <a href="Dehnbarkeit" title="Dehnbarkeit">dehnbare</a> Materialien zu erhalten. Dafür werden auch <a href="Weichmacher" title="Weichmacher">Weichmacher</a> zugesetzt. Sie reduzieren den Einfluss von noch vorhandenem halbkristallinen PHB und verbessern die PLA-Performance. Durch Zugabe von Weichmachern werden PLA-PHB-Blends <a href="Plastifikation" title="Plastifikation">plastifiziert</a>.

Als Weichmacher werden <a href="Polyethylenglycol" title="Polyethylenglycol">Polyethylenglycol</a> (PEG), <a href="Acetyltributylcitrat" title="Acetyltributylcitrat">Acetyltributylcitrat</a> (ATBC), <a href="Acylglycerine" title="Acylglycerine">Monoglyceride</a> wie z. B. <a href="Acylglycerine" title="Acylglycerine">Glycerin-Mono-Caprylat</a> (GMC,C11H22O4) oder Glycerin-Mono-Laurat (GML, C15H30O4) getestet.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Als erneuerbarer Bioweichmacher und Schmelzviskositätsverstärker wird auch Lapol 108 untersucht.<a href="#cite_note-Lapol108-8">[8]</a><a href="#cite_note-Abdelwahab-9">[9]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Vermischen_in_der_Schmelze_mit_Kristallisationshilfen">Vermischen in der Schmelze mit Kristallisationshilfen</h3></div>

PLA kristallisiert viel schneller durch Mischen mit PHB in Kombination mit <a href="F%C3%BCllstoff" title="Füllstoff">Füllstoffen</a> (z. B. <a href="Talk_(Mineral)" title="Talk (Mineral)">Talk</a>) oder Nanofüllstoffen (z. B. <a href="Cellulose" title="Cellulose">Nanocellulose</a>).<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Copolymerisation_während_dem_Vermischen_in_Gegenwart_von_Zinkacetat">Copolymerisation während dem Vermischen in Gegenwart von Zinkacetat</h3></div>

Erfolgt das Vermischen von PLA mit PHA in Gegenwart von <a href="Zinkacetat" title="Zinkacetat">Zinkacetat</a>, beginnen die beiden Biopolymere zu copolymerisieren. Mit den Copolymeren wird die Mischbarkeit erhöht. Weiterhin wird die Zersetzbarkeit des PHA während dem heißen Schmelzmischen herabgesenkt.<a href="#cite_note-Yang-10">[10]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Eigenschaften_der-Blends">Eigenschaften der-Blends</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Kristallinität">Kristallinität</h3></div>

Morphologische Analysen zeigen, dass eine Erhöhung des PHA-Gehalts in den Polymermischungen zu einer Erhöhung der PLA-Kristallinität führt. Die fein dispergierten, kleinen PHA-Sphärolithe, die gut in der amorphen PLA-Matrix dispergiert sind, fungieren als <a href="Keimbildung" title="Keimbildung">Keimbildner</a>.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a><a href="#cite_note-Zembouai-6">[6]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Sauerstoffdurchlässigkeit">Sauerstoffdurchlässigkeit</h3></div>

Das Zumischen von PHB zu PLA ermöglicht eine effizientere molekulare Verteilung in der Polymerstruktur. PHB ist in der Lage, die Kristallinität von PLA zu erhöhen. Die Kristalle erzeugen einen gewundenen Weg für kleine Moleküle, wie Sauerstoff. Die <a href="Permeation" title="Permeation">Sauerstoffdurchlässigkeitswerte</a> zeigen eine Verbesserung der Sperreigenschaften der PLA-PHB-Blends im Vergleich zu reinen PLA-Folien.

Im Vergleich zu einer reinen PLA-Folie, führt die Zugabe von 25 Gew.-% <a href="Polyhydroxyvalerians%C3%A4ure#PHB-PHV-Copolymer_(PHB_/_PHV),_(PHBV),_P(HB-HV)" title="Polyhydroxyvaleriansäure">Polyhydroxybutyrat-co-Polyhydroxyvalerat</a> (PHBV) zu einer Verbesserung der Sperreigenschaften und Senkung der Sauerstoffdurchlässigkeit von 40 %.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Atmungsaktive, biologisch abbaubare Verpackungen können als Folien auf Basis von PLA-PHB-Blends, die 0,5 % Weichmacher, Glycerin-Mono-Capryat (GMC) oder Glycerin-Mono-Laurat (GML) enthalten, gestaltet werden. Die Ergebnisse zeigen eine verbesserte Sauerstoffdurchlässigkeit und bessere mechanische Eigenschaften als bei Folien auf <a href="Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer" title="Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer">Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer</a> (EVOH)-Basis.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Wasserdampfdurchlässigkeit">Wasserdampfdurchlässigkeit</h3></div>

Die <a href="Wasserdampfdurchl%C3%A4ssigkeit" title="Wasserdampfdurchlässigkeit">Wasserdampfdurchlässigkeit</a> (WVTR) von PLA, das mit 15 Gew.-% des stark hydrophoben PHB vermischt wird, zeigt keine signifikante Veränderung gegenüber einer reinen PLA-Folie.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Im Vergleich zu einer reinen PLA-Folie, führt die Zugabe von 25 Gew.-% PHBV zu einer verbesserten Wasserdampfdurchlässigkeit um 46 %.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Bei PLA-PHB-Blend mit Weichmachern zeigt sich, dass eine Folie auf PLA-PHB Basis mit GML eine höhere Wasserdampfdurchlässigkeit besitzt als die Folienformulierung mit GMC als Weichmacher.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Konservierungstest">Konservierungstest</h3></div>

Eine Folie auf Basis von PLA-PHB-Blends mit GML hatte für gekühlten Lachs eine bessere <a href="Konservierung" title="Konservierung">Konservierungseigenschaft</a> als nicht biologisch abbaubare Verpackungen und verhinderte die <a href="Schimmelpilze" title="Schimmelpilze">Schimmelbildung</a>.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Im <a href="Konservierung" title="Konservierung">Konservierungstest</a> erreichte die <a href="Keimzahl" class="mw-redirect" title="Keimzahl">Gesamtkeimzahl</a> (TBC) von <a href="Lachse" title="Lachse">Lachs</a>, der mit einer Folie auf PLA-PHB-Blend Basis mit GML als Weichmacher verpackt war, am 15. Tag 4,65 <a href="Koloniebildende_Einheit" title="Koloniebildende Einheit">koloniebildende Einheiten</a> (KBE, CFU)/g. Dagegen erreichte der TBC von Lachswürfeln, die in einer Folie aus EVOH bzw. in einer aus PLA-PHB-Blend mit GMC versiegelt waren, am 15. Tag 6,65 bzw. 6,35 KBE/g. Diese Werte überstiegen die maximal zulässige Grenze (6,0 KBE/g) für <a href="Speisefisch" title="Speisefisch">Fisch</a>.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="UV-Schutz">UV-Schutz</h3></div>

Die Entwicklung transparenter Folien mit erhöhtem <a href="Ultraviolettstrahlung" title="Ultraviolettstrahlung">UV-Schutz</a> ist ein relevantes Thema in der Lebensmittelverpackung, da Lebensmittelverpackungen auch <a href="Lebensmittel" title="Lebensmittel">Lebensmittel</a> vor UV-Licht schützen sollen. Da PHB im <a href="Sonnenstrahlung" title="Sonnenstrahlung">UV-Lichtbereich</a> (250–400 nm) als bessere Lichtbarriere wirkt als PLA, besteht ein weiterer Vorteil durch die Zugabe von PHB zur PLA-Matrix.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Oberflächenbenetzbarkeit">Oberflächenbenetzbarkeit</h3></div>

Die Oberflächenbenetzbarkeit für Materialien, die den statischen <a href="Kontaktwinkel" title="Kontaktwinkel">Wasserkontaktwinkel</a> (WCA) von weniger als 65° aufweisen, sind <a href="Hydrophilie" title="Hydrophilie">hydrophile</a> <a href="Grenzfl%C3%A4che" title="Grenzfläche">Oberflächen</a>, während bei höheren Werten als 65° <a href="Hydrophobie" title="Hydrophobie">hydrophobe Oberflächen</a> vorliegen. PLA und PHB sind schon als reine Stoffe relativ hydrophobe Polymere. Vergleicht man PLA-PHB-Blends mit statischen Wasserkontaktwinkelwerten von mehr als 65° mit erdölbasierten Polymeren wie <a href="Polyethylen" title="Polyethylen">Polyethylen</a> (LDPE) und <a href="Polypropylen" title="Polypropylen">Polypropylen</a> (PP), die einen statischen Wasserkontaktwinkeln um 100° aufweisen, so besitzen PLA-PHB-Blends höhere Benetzungseigenschaften.

PLA-PHB (75:25)-Blends zeigen eine signifikante Verbesserung ihres hydrophoben Charakters mit reduzierter Wasseraffinität im Vergleich zu reinem PLA.

Die Zugabe von Weichmachern wie PEG oder ATBC, führt zu einer leichten Erhöhung des hydrophilen Charakters der PLA-PHB-Oberfläche.

Die Zugabe von D-<a href="Limonen" title="Limonen">Limonen</a> bewirkt dagegen eine Erhöhung der Oberflächenhydrophobie.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Zugfestigkeit_und_Bruchdehnung">Zugfestigkeit und Bruchdehnung</h3></div>

Arrieta gibt in einer Übersichts-Tabelle die Abhängigkeit der <a href="Bruchfestigkeit" title="Bruchfestigkeit">Bruchfestigkeit</a>, der <a href="Zugfestigkeit" title="Zugfestigkeit">Zugfestigkeit</a> und der <a href="Bruchdehnung" title="Bruchdehnung">Bruchdehnung</a> in Abhängigkeit vom PHB-Anteil (0, 15, 25, 50, 75, 100 Gew %) und der Weichmacher im PLA-PHB-Blend an.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a> Die Mischung mit 25 Gew.-% PHB weist aufgrund der fein dispergierten PHB-Kristalle, eine bessere mechanische Leistung als reines PLA auf.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

Die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung von PLA-PHB-Blends nehmen mit weiterem zunehmendem PHB-Gehalt ab. Bei höheren Gehalten an PHB sind in den Mischungen, in denen es die kontinuierliche Phase ist, sowohl die Zugspannung als auch die Bruchdehnung niedriger als die von reinem PLA.

Zugfestigkeitsergebnisse mit PLA-PHBV-Blends zeigen, dass die Bruchspannung für Mischungen mit zunehmendem PHBV-Gehalt abnahm.<a href="#cite_note-Zembouai-6">[6]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Young_Modul">Young Modul</h3></div>

PLA-PHB-Folien zeigen einen signifikant höheren Young-Modul als reines PHB und reines PLA. PLA-PHB-Blends mit weniger als 40 Gew.-% PHB, können wie typische thermoplastische Polymere gedehnt werden. Dagegen verhalten sich PLA-PHB-Blends mit einem hohen Anteil an PHB (bis zu 60 Gew.-%) wie spröde Polymersysteme und brechen bei sehr geringen Dehnungen (< 3 %).<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Schlagzähigkeit">Schlagzähigkeit</h3></div>

Die Schlagzähigkeit von PLA-PHB 75:25 ist höher als die der Homopolymeren.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Eigenschaften_nach_der_Nutzung">Eigenschaften nach der Nutzung</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Alterung">Alterung</h3></div>

Bei kurzzeitigen Anwendungen im Lebensmittelverpackungsbereich sollte die Leistungsfähigkeit des Verpackungsmaterials, zumindest während der <a href="Mindesthaltbarkeitsdatum" title="Mindesthaltbarkeitsdatum">Haltbarkeit</a> des Lebensmittels, gewährleistet sein. Die Eigenschaften von PLA und PHB sowie ihrer Mischungen können sich aufgrund der inhärenten biologischen Abbaubarkeit beider Polymermatrizen im Laufe der Zeit verändern. Zugversuche nach zweijähriger Verarbeitung von PLA, PHB und PLA-PHB-Mischungen zeigen eine signifikante Zunahme der Duktilität über die Alterungszeit.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Recycling">Recycling</h3></div>

Die Abfälle beider Biopolymere, PLA und PHB, können kompostiert, verbrannt oder recycelt werden.

Obwohl kommerzielle Biokunststoffe unter normalen Bedingungen keinem starken Abbau unterliegen, sollten sie nicht mit kommunalen Kunststoffabfällen entsorgt werden, da es zu einer Kontamination herkömmlicher <a href="Recycling" title="Recycling">recycelter</a> Kunststoffe führt und somit die Bemühungen zum <a href="Verwertung_von_Kunststoffabf%C3%A4llen" title="Verwertung von Kunststoffabfällen">Kunststoffrecycling</a> beeinträchtigt.

Einer der Hauptvorteile von PLA-PHB-Mischungen besteht darin, dass sie in verschiedenen Medien wie <a href="Kompostierung" title="Kompostierung">Kompostierung</a> oder <a href="Abfalldeponie" class="mw-redirect" title="Abfalldeponie">Deponierung</a> oder im Wasser abbaubar sind.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Abbau">Abbau</h2></div>

Biologisch abbaubare Polymere können sich in natürlichen Umgebungen – innerhalb von fast einem Jahr oder weniger – zu <a href="Wasser" title="Wasser">Wasser</a>, <a href="Kohlendioxid" class="mw-redirect" title="Kohlendioxid">Kohlendioxid</a>, <a href="Methan" title="Methan">Methan</a> und <a href="Biomasse" title="Biomasse">Biomasse</a> zersetzen.

Die attraktivste Eigenschaft von PLA und PHAs ist ihre biologische Abbaubarkeit und die ungiftige Natur der <a href="Biologische_Abbaubarkeit" title="Biologische Abbaubarkeit">Abbauprodukte</a>. Die Abbaurate wird anhand des Masseverlusts als Maß für den Zerfallsgrad von plastifizierten PLA-PHB-Blends gemessen.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Aerober_Abbau,_PLA-PHB-Blend">Aerober Abbau, PLA-PHB-Blend</h3></div>

PLA-PHB-Blend ist ein vollständig biobasiertes Material, das auch die Kompostierung unter aeroben Bedingungen als nachhaltige Option nach der Nutzung bietet. Der biologische Abbau von Mulchvliesen wird durch den Verlust der Zugfestigkeit, der Depolymerisation, dem Verschwinden der Esterbindung und Abnahme der Glasübergangstemperatur, Schmelztemperatur und Schmelzenthalpie gekennzeichnet. Der PLA-Abbau als kontinuierlichen Phase wird hauptsächlich mit einem nicht-enzymatischen <a href="Hydrolyse" title="Hydrolyse">Hydrolyseprozess</a> durch die Bakterien gestartet, Er ist stark temperaturabhängig.

Die verbesserte biologische Abbaubarkeit von PLA-PHB-Blends bei Raumtemperatur gegenüber reinem PLA ist auf das Vorhandensein von kristallinem PHB in der Matrix zurückzuführen. Es verstärkt durch die Kristallstruktur und Rauigkeit bei Raumtemperatur die Benetzbarkeit, <a href="Hygroskopie" title="Hygroskopie">Feuchtigkeitsabsorption</a>, und Wasserdiffusion, die zu einer verbesserten biologischen Abbaubarkeit beitragen.

Das biologische Abbauverhalten von PLA und PHB unter Kompostierungsbedingungen hängt stark von der Temperatur des Kompostierungsmediums ab. Während die Zugabe von PHB die biologische Abbaubarkeit von PLA bei Raumtemperatur beschleunigt, verzögert es die biologische Abbaubarkeit von PLA bei 58 °C. Bei <a href="Hitze" title="Hitze">Hitzeeinwirkung</a> wurde der geringste Abbau beobachtet.<a href="#cite_note-Arrieta_Lopez-11">[11]</a><a href="#cite_note-Sohail-12">[12]</a>

Bei Labortests unter Kompostierungsbedingungen in Anlehnung an die Norm ISO-20200 begann die Zersetzung bei 58 °C in der amorphen Phase der Polymere und zeigte sich in der Anfangsphase des Kompostierungsprozesses durch den <a href="Transparenz_(Physik)" title="Transparenz (Physik)">Transparenzverlust</a>.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a><a href="#cite_note-Zang-7">[7]</a>

Weichmacher, die der PLA-PHB-Blend Matrix zugegeben werden, bewirken eine hohe Kettenbeweglichkeit in der weichgemachten Mischung. Dies begünstigt die Oberflächenhydrolyse und führt zuerst zu erheblicher Abnahme der mechanischen Eigenschaften. Die verbesserte Hydrolysemöglichkeit beschleunigt den Zerfallsverlauf des PLA-Abbaus.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Aerober_Abbau,_PHB-PLA-Blend">Aerober Abbau, PHB-PLA-Blend</h3></div>

Der PHB-Abbau als kontinuierlichen Phase in einem PHB-PLA-Blend erfolgt hauptsächlich enzymatisch durch verschiedene <a href="Enzym" title="Enzym">Enzyme</a>, die die PHB-Oberflächen belegen. Wenn Mikroorganismen mit PHB in Kontakt kommen, sondern sie Enzyme ab, die die polymere PHB Matrix in immer kleinere Segmente aufbrechen und dadurch das durchschnittliche Molekulargewicht reduzieren. Enzyme wie <a href="Proteinase_K" title="Proteinase K">Proteinase K</a>, <a href="Serinproteasen" title="Serinproteasen">Serinproteasen</a> aus dem <a href="Subtilisin" title="Subtilisin">Pilz Tritirachium album</a>, <a href="Lipasen" title="Lipasen">Lipasen</a>, <a href="Esterasen" title="Esterasen">Esterasen</a> und Alcalasen beschleunigen den Abbau.<a href="#cite_note-Zembouai-6">[6]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Anaerobe_Abbau">Anaerobe Abbau</h3></div>

Der Abbau von Abfällen auf Deponien erfolgt hingegen durch anaerobe <a href="Fermentation" title="Fermentation">Fermentation</a>, die erheblich weniger <a href="Geruch" title="Geruch">Geruch</a> als ihr aerobes Gegenstück entwickelt und Methan produziert.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Verarbeitung_von_PLA-PHA-Blends">Verarbeitung von PLA-PHA-Blends</h2></div>

Die Verarbeitungsverfahren PLA-PHA-Blends basieren auf Schmelzverarbeitungsansätzen wie: <a href="3D-Druck" title="3D-Druck">3D-Druck</a>, <a href="Extrusion_(Verfahrenstechnik)" title="Extrusion (Verfahrenstechnik)">Extrusion</a>, Schaumextraktion, <a href="Spritzgie%C3%9Fen" title="Spritzgießen">Spritzguss</a>, <a href="Thermoformen" title="Thermoformen">Thermoformen</a>, <a href="Folienextrusion" title="Folienextrusion">Folienformen</a>, Folienblasen und <a href="Blasformen" title="Blasformen">Blasformen</a>, sowie auf <a href="Elektrospinnen" title="Elektrospinnen">Elektrospinnen</a>.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Hersteller_von_PLA-PHA-Blends">Hersteller von PLA-PHA-Blends</h2></div>

Beispiele für Hersteller solcher gebrauchsfertigen PLA-Blends sind <a href="BASF" title="BASF">BASF</a>, <a href="Biotec" class="mw-disambig" title="Biotec">Biotec</a>, Danimer, FKuR, Futura Mat, <a href="Kingfa_Science_%26_Tech" title="Kingfa Science & Tech">Kingfa Science & Tech</a>, <a href="NatureWorks" title="NatureWorks">NatureWorks</a> LLC, Total <a href="Corbion" title="Corbion">Corbion</a> PLA.<a href="#cite_note-Biokunststofftool-13">[13]</a><a href="#cite_note-Sternwald-14">[14]</a>

Filaments: colorFabb, filamentworld, Super-Filament

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendungen_von_PLA-PHB-Blends">Anwendungen von PLA-PHB-Blends</h2></div>

Siehe auch Kapitel * <a href="Polylactide#PLA-Blends" title="Polylactide">Polylactide#PLA-Blends</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHB-Blends_bei_Folienanwendungen_für_Verpackungen">PLA-PHB-Blends bei Folienanwendungen für Verpackungen</h3></div>

Siehe auch Kapitel <a href="Polylactide#Verpackung" title="Polylactide">Polylactide #Verpackung</a>

Die Forschung zu PLA-PHB-Blends hat das Niveau erreicht, dass die biobasierten Kunststoffe mit den Eigenschaften von Kunststoffen auf fossiler Basis konkurrieren und auf industrieller Ebene für Verpackungsanwendungen genutzt werden können.

Durch die Verwendung von Verpackungen auf Biokunststoffbasis können erhebliche Vorteile hinsichtlich der Umweltauswirkungen bezogen auf den gesamten Lebenszyklus des Produkts erzielt werden.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

Da Folien für Verpackungen elastisch und dehnbar sein sollen, werden Weichmacher eingesetzt. Als Weichmacher für PLA-PHA-Blends werden in Konzentrationen zwischen 10 Gew.-% und 30 Gew.-% für Folienanwendungen untersucht:

<ul><li><a href="Carboxygruppe" title="Carboxygruppe">Carboxygruppen</a>: oligomere <a href="Milchs%C3%A4ure" title="Milchsäure">Milchsäure</a> (OLA); <a href="Adipate" title="Adipate">Poly(adipate)</a>;</li>

<li><a href="Citrate" title="Citrate">Citratester</a>; <a href="Acetyltributylcitrat" title="Acetyltributylcitrat">Acetyltributylcitrat</a> (ATBC); <a href="Tributylcitrat" class="mw-redirect" title="Tributylcitrat">Tributylcitrat</a> (TbC); <a href="Triethylcitrat" class="mw-redirect" title="Triethylcitrat">Triethylcitrat</a> (TEC)</li>

<li><a href="Mehrwertige_Alkohole" class="mw-redirect" title="Mehrwertige Alkohole">Mehrwertige Alkohole</a>: Glycerin; Poly(ethylenglykol) (PEG); <a href="Pentaerythrit" title="Pentaerythrit">Pentaerythrit</a> (Penta); Tri(ethylenglycol)bis(2-ethylexanoat) (TEGB)</li>

<li><a href="Triglyceride" title="Triglyceride">Triglyceride</a>: <a href="Triacetin" title="Triacetin">Triacetin</a>, <a href="Tributters%C3%A4ureglycerinester" title="Tributtersäureglycerinester">Tributyrin</a> (TBL),</li>

<li><a href="Terpene" title="Terpene">Terpene</a>: <a href="Carvacrol" title="Carvacrol">Carvacrol</a>; D-<a href="Limonen" title="Limonen">Limonen</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHB-Blends_in_Landwirtschaft_und_Gartenbau">PLA-PHB-Blends in Landwirtschaft und Gartenbau</h3></div>

<div class="hauptartikel" role="navigation">→ Hauptartikel: <a href="Polylactide#Landwirtschaft_und_Gartenbau" title="Polylactide">Polylactide#Landwirtschaft und Gartenbau</a></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHA-Blends_als_Cateringartikel">PLA-PHA-Blends als Cateringartikel</h3></div>

<div class="hauptartikel" role="navigation">→ Hauptartikel: <a href="Polylactide#Cateringartikel" title="Polylactide">Polylactide#Cateringartikel</a></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHA-Blends_als_Büroartikel">PLA-PHA-Blends als Büroartikel</h3></div>

<div class="hauptartikel" role="navigation">→ Hauptartikel: <a href="Polylactide#Büroartikel" title="Polylactide">Polylactide#Büroartikel</a></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHA-Blends_als_Fasern">PLA-PHA-Blends als Fasern</h3></div>

Ein Verfahren zur Verarbeitung von PLA-PHB-Blends ohne Temperatur ist die <a href="Elektrospinnen" title="Elektrospinnen">Elektrospinntechnik</a>. Die Elektrospinntechnologie ermöglicht die Herstellung von langen und kontinuierlichen <a href="Polymerfasern" title="Polymerfasern">Polymerfasern</a> ausgehend von einer Polymerlösung und bei <a href="Raumtemperatur" title="Raumtemperatur">Raumtemperatur</a>, wodurch elektrogesponnene Fasern mit großen Oberflächen, kleiner <a href="Porengr%C3%B6%C3%9Fe" class="mw-redirect" title="Porengröße">Porengröße</a> zwischen den Fasern und hoher <a href="Porosit%C3%A4t" title="Porosität">Porosität</a> in Form einer <a href="Vliesstoff" title="Vliesstoff">Vliesmatte</a> erhalten werden.

Wie durch <a href="FTIR-Spektrometer" title="FTIR-Spektrometer">Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie</a> (FTIR) und <a href="Raman-Streuung" title="Raman-Streuung">Raman-Assays</a> gezeigt wurde, waren die besten elektrogesponnenen Mattenformulierungen bei einem Verhältnis PLA-PHB von 75:25 Gew %.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHB_als_Depot_für_langsame_Freisetzung">PLA-PHB als Depot für langsame Freisetzung</h3></div>

Aufgrund ihrer ungiftigen und biologisch abbaubaren Natur gelten PHAs als vielversprechendes Material für die Verwendung als Beschichtung in der <a href="Landwirtschaft" title="Landwirtschaft">Landwirtschaftsindustrie</a>. Eine <a href="Mikrokapsel" class="mw-redirect" title="Mikrokapsel">Mikrokapsel</a>, die aus elektrogesponnenen Fasern mit PHB/PLA Kern-Hülle hergestellt wird, kann den darin mikroverkapselten <a href="Harnstoff" title="Harnstoff">Harnstoff</a> und ein <a href="D%C3%BCngemittel" class="mw-redirect" title="Düngemittel">Düngemittel</a> langsam freisetzen und so den Zeitpunkt und die Art der Düngemittelabgabe steuern.

Die biologisch abbaubare Natur von PHAs macht sie zu einem potenziellen System zur kontrollierten Freisetzung von <a href="Pestizid" title="Pestizid">Pestiziden</a> und <a href="Herbizid" title="Herbizid">Herbizide</a>.<a href="#cite_note-Boey-1">[1]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHA-Blends_für_Leitfähige_PLA-PHA_Membranen">PLA-PHA-Blends für Leitfähige PLA-PHA Membranen</h3></div>

Elektrogesponnene Fliese aus PLA-PHBV-Blend werden elektrisch leitfähig, wenn sie mit Poly(3,4-Ethylen-Dioxyt-Thiophen)-Poly(Styrolsulfonat) gecoated werden.<a href="#cite_note-Chung-17">[17]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHA-Blends_in_der_Medizintechnik">PLA-PHA-Blends in der Medizintechnik</h3></div>

Siehe auch Kapitel <a href="Polylactide#Medizintechnik" title="Polylactide">Polylactide #Medizintechnik</a>

<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="PLA-PHA-Blends_als_Ersatz_für_Basalmembranen">PLA-PHA-Blends als Ersatz für Basalmembranen</h4></div>

<a href="Basalmembran" title="Basalmembran">Basalmembranen</a> sind spezialisierte Strukturen der extrazellulären Matrix, welche Zellverbände oder Einzelzellen <a href="Epithel" title="Epithel">Epithel</a> vom <a href="Bindegewebe" title="Bindegewebe">Bindegewebe</a> abgrenzen. Es ist Ziel durch 3D-<a href="Tissue_Engineering" title="Tissue Engineering">Tissue Engineering</a> die Wiederherstellung der Basalmembranregion zu ermöglichen. Ein Blend aus Poly-L-Milchsäure (PLA) und Polyhydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat (PHB-co-PHV) wurde zu Gerüsten elektrogesponnen. In die dreischichtige Gerüste wurde eine zentrale Schicht, die nanoporöse/nanofaserige Polyhydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat-Fasern umfasste, in die Masse der mikroporösen Poly-L-Milchsäure-Mikrofasern eingewebt, um die Basalmembran nachzuahmen. Keratinozyten und Fibroblasten, die auf diese Gerüste ausgesät und 2 Wochen lang kultiviert wurden, zeigten, dass keiner der Zelltypen in der Lage war, die zentrale nanoporöse Barriere zu überwinden. In dem umgebenden Gerüst aus mikrofaserige Poly-L-Milchsäure konnten Keratinozyten ein Epithel und Fibroblasten einen dermalen Ersatz bilden, der Kollagen ablagert. Obwohl die Zellen diese Barriere nicht durchdrangen, war die Interaktion der Zellen immer noch aktiv. Dies ist wesentlich für die Epithelentwicklung.<a href="#cite_note-Bye-18">[18]</a>

<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="PHA-PLA-Blends_als_Depotkapsel">PHA-PLA-Blends als Depotkapsel</h4></div>

Die Einkapselung von <a href="Progesteron" title="Progesteron">Progesteron</a> in <a href="Nanopartikel" title="Nanopartikel">Nanopartikel</a> aus PHBV/PLLA-Mischungen wurde untersucht. Die Nanopartikel (~153 nm) wurden durch Miniemulsions-/Lösungsmittelverdampfungstechnik mit Lecithin als Tensid hergestellt. Die Nanokapseln wiesen eine enge Größenverteilungen, eine hohe Einkapselungseffizienz und eine hohe Wirkstoffbeladung auf.<a href="#cite_note-Leimann-5">[5]</a>

<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="PLA-PHA-Blends_als_Ersatz_von_Metallplatten_bei_Knochenfrakturen">PLA-PHA-Blends als Ersatz von Metallplatten bei Knochenfrakturen</h4></div>

Das wachsende Interesse der Medizin bei der <a href="Knochenbruchbehandlung" title="Knochenbruchbehandlung">Knochenbruchbehandlung</a> gilt der Verwendung bioresorbierbarer Polymermaterialien um Fäden, Stiele und Metallplatten zu ersetzen.

<a href="Implantat" title="Implantat">Implantate</a> aus PLLA-PHBV-Blends, die mit einem Miniinjektor geformt wurden, wurden zur Wiederherstellung von Frakturen des <a href="Kaninchen" title="Kaninchen">Kaninchen</a><a href="Oberschenkelknochen" title="Oberschenkelknochen">Oberschenkelknochens</a> verwendet und im Vergleich mit dem kommerziell verwendeten Edelstahlgewinde nach Steinmann bewertet. Nach der Implantation der Artefakte wurden nach 6, 12 und 24 Wochen die Knochen mittels Röntgen, histologischer Untersuchung und mechanischem Test untersucht. Die Polymerimplantate wurden der <a href="Rasterelektronenmikroskop" title="Rasterelektronenmikroskop">Rasterelektronenmikroskopie</a> (REM), dem mechanischen Test und der modularen <a href="Dynamische_Differenzkalorimetrie" title="Dynamische Differenzkalorimetrie">Differentialscanningkalorimetrie</a> (DSC) unterzogen. Das Röntgenbild zeigte sowohl bei Verwendung des Polymerschafts als auch bei dem metallischen Kontroll-Implantat gute Schwielen im Knochen. Die histologische Untersuchung ergab, dass keine <a href="Entz%C3%BCndung" title="Entzündung">Entzündungsreaktionen</a> oder <a href="Osteolyse" title="Osteolyse">Osteolysen</a> auftraten. Der mechanische Test zeigte eine Knochenkonsolidierung. Im mechanischen Test und in den Kalorimetriestudien zeigte der Polymerschaft innerhalb der untersuchten Zeit Anzeichen einer fortschreitenden Zersetzung. Das Implantat PLLA-PHBV-Blend hat sich bei der Reparatur von Frakturen des Kaninchenfemurs als ebenso wirksam erwiesen wie ein vergleichendes metallisches Implantat.<a href="#cite_note-Ferraira-19">[19]</a>

<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="PLA-PHA-Verbundgerüste">PLA-PHA-Verbundgerüste</h4></div>

Beim Tissue Engineering werden lebende Zellen mit biologisch abbaubaren Polymeren kombiniert. Solche Verbundgerüste, die biologisch abbaubare Polymere und nanoskalige, osteokonduktive Biokeramik mit geeigneten Eigenschaften enthalten, sind vielversprechend für die Regeneration von <a href="Knochengewebe" title="Knochengewebe">Knochengewebe</a>.

Hybride poröse Gerüste aus Poly-L-Milchsäure-Gerüsten, gemischt mit bis zu 30 Gew.-% Polyhydroxyalkanoat wurden durch eine Thermisch induzierte Phasentrennungsmethode hergestellt. Durch direktes Abschrecken ohne Zwischenabkühlungsschritt erhielt man eine poröse Struktur mit kleinen, miteinander verbundenen <a href="Pore" title="Pore">Poren</a>. Wenn man jedoch die Lösung auf einer Temperatur im <a href="Metastabilit%C3%A4t" title="Metastabilität">metastabilen</a> Bereich (d. h. 30 und 35 °C) hielt, erhielt man größere Poren, aber eine geringere Konnektivität. Die morphologischen Untersuchungen ergaben eine Zunahme der Porengröße der Gerüste bei Erhöhung der Verarbeitungstemperatur und der PHA-Konzentration. Die Zugabe von PHA führte zu Gerüsten mit etwas höherer Benetzbarkeit. Die Elastizitätsmodule der PLA-PHA-Blend Gerüste mit der höchsten PHA-Konzentration, d. h. 30 Gew.-%, verdreifachten sich im Vergleich zum reinen PLA-Gerüst, was die verstärkende Wirkung von PHA auf PLA zeigt.<a href="#cite_note-Lopresti-20">[20]</a>

Dreidimensionale Verbundgerüste basierend auf Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat) (PHBV) und Poly(l-milchsäure)(PLLA) mit eingearbeitetem Nano-<a href="Hydroxylapatit" title="Hydroxylapatit">Hydroxylapatit</a> (HA) wurden mithilfe einer Emulsionsgefrier-/<a href="Gefriertrocknung" title="Gefriertrocknung">Gefriertrocknungstechnik</a> hergestellt. Es wurden die Morphologie, die mechanischen Eigenschaften und die hohe Porosität untersucht. Während einer biologischen In-vitro-Bewertungsstudie wurde beobachtet, dass <a href="Zellkultur" title="Zellkultur">SaOS-2-Zellen</a> eine starke Anhaftung an kollagenbeschichteten Gerüsten aufwiesen.<a href="#cite_note-Sultana-21">[21]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHA-Blends_als_Filaments_für_den_3_D_Druck">PLA-PHA-Blends als Filaments für den 3 D Druck</h3></div>

Filament ist aus dem lateinischen Filamentum=Fadenwerk abgeleitet.<a href="#cite_note-3D_Jake-22">[22]</a>

Die Abkürzungen FDM (Fused Deposition Modeling) bzw. FFF (Fused Filament Fabrication) bezeichnen beide ein und dasselbe additive <a href="Fertigungsverfahren" title="Fertigungsverfahren">Fertigungsverfahren</a> in dem Schicht für Schicht und Linie für Linie Kunststoffbahnen aus aufgeschmolzenen Filaments aufgetragen werden und so Bauteile erstellt werden.<a href="#cite_note-EVO-Tech-23">[23]</a>

Bei Filamenten für den 3D-Druck handelt es sich um thermoplastische Kunststofffäden auf Rollen. Für den <a href="3D-Druck" title="3D-Druck">3D-Drucker</a>, der nach dem <a href="Fused_Deposition_Modeling" title="Fused Deposition Modeling">Fused Deposition Modeling</a> (FDM-Verfahren) arbeitet, werden 3D-Druckmaterialien mit unterschiedlichen physikalischen und thermischen Eigenschaften kommerziell angeboten.

Für den Heimgebrauch ist PLA als 3D-Druck Material das am häufigsten verwendete Material. Die Herstellung des PLA-Filaments geschieht aus biologischen Grundstoffen wie z. B. Maisstärke. Deshalb ist PLA-Filament nachhaltig und umweltfreundlich.

Bei der Herstellung des Filament wird PLA-Granulat oder PLA-PHB-Blend einem Filament Extruder zugeführt. Er schmilzt den thermoplastischen Polyester auf. Der thermoplastische Kunststoff wird dank Druck und hoher Temperatur aus der Düse in Form eines gleichbleibend dicken Kunststoffstrangs herausgepresst. Gängige Filamentdurchmesser sind 1,75 mm und 2,85 mm. Filamente mit einem Durchmesser von 1,75 mm sind flexibler und belasten den Extruder des Druckers weniger. Dafür ist die Verarbeitung bei 2,85 mm Durchmesser präziser und bringt mehr <a href="Haftreibung" title="Haftreibung">Grip</a>. PLA-Filamente werden in einer großen Bandbreite an Farben und Spezialmischungen angeboten.

Beim nachfolgenden 3D-Druck wird das thermoplastische Filament, der beheizten Druckdüse zugeführt und als Schmelze auf die Form in dünnen Schichten aufgetragen.

PLA haltiges Filament eignet sich perfekt für Einsteiger, weil es bei niedrigen Temperaturen gedruckt wird und beim Abkühlen fast keinen Verzug erzeugt. Es kann auch von Anfängern im Modellbau genutzt werden. PLA hat eine niedrigere Drucktemperatur als z. B. ABS und verzieht sich beim Abkühlen nicht so leicht. Für den 3D-Druck mit PLA wird kein Heizbett benötigt und es entstehen beim Druck auch keine unangenehmen Gerüche. PLA-Filament ist schwerer zu entzünden als ABS, raucht nicht so stark und riecht süßlich.

In kochendem Wasser verliert Filament aus reinem PLA nach wenigen Sekunden seine Festigkeit, wie eine gekochte Spaghetti-Nudel. Dagegen weisen PLA-PHB-Blend Filaments in heißem Wasser eine höhere Festigkeit auf. Ihre daraus hergestellten Objekte sind weniger spröde als solche aus reinem PLA. Beide Biokunststoffe sind 100 % biologisch abbaubar. Da Filaments auf PLA Basis bei Umwelteinflüssen abzubauen beginnen, sind Objekte daraus vorzugsweise im Indoor-Bereich einzusetzen.<a href="#cite_note-PLA_Filament-24">[24]</a>

Die Spezifikationen von PLA-PHB Filament sind:

<th>Eigenschaft</th>

<th>Dimension</th>

<th>Wertebereich</th>

<th>Kommentar

</th></tr>

<tr>

<td>Dichte

</td>

<td>g·cm−3

</td>

<td>1,21–1,43

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Glasübergangstemperatur

</td>

<td>°C

</td>

<td>55

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Erweichungstemperatur

</td>

<td>°C

</td>

<td>60–70

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Schmelztemperatur

</td>

<td> °C

</td>

<td>170–210

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Drucktemperatur

</td>

<td>°C

</td>

<td>195–220

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Druckgeschwindigkeit

</td>

<td>mm/s

</td>

<td>40–100

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Bevorzugtes Wärmebett

</td>

<td>°C

</td>

<td>50–60

</td>

<td>jedoch nicht notwendig,

</td></tr>

<tr>

<td>Entflammbar

</td>

<td>

</td>

<td>Baustoffklasse B1

</td>

<td>Schwer entflammbar

</td></tr>

<tr>

<td>Abkühlen

</td>

<td>

</td>

<td>

</td>

<td>mit kaltem Fön

</td></tr>

<tr>

<td>UV-Beständigkeit

</td>

<td>

</td>

<td>hohe gegen Ausbleichung

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Formstabil

</td>

<td>°C

</td>

<td>bis maximal 65

</td>

<td>

</td></tr>

<tr>

<td>Einfärbbar

</td>

<td>

</td>

<td>ja

</td>

<td>Mit attraktiven Farben

</td></tr>

<tr>

<td>Recyclebar

</td>

<td>

</td>

<td>ja

</td>

<td>Nur sortenreines Material

</td></tr>

<tr>

<td>Biokompaktibel

</td>

<td>%

</td>

<td>100

</td>

<td>.

</td></tr></tbody></table>

Aufgrund unterschiedlicher Kompatibilität und geringer thermischer Beständigkeit ist die 3D-Druckbarkeit durch Schmelzfilament-Herstellung (FFF) von Mischungen aus Poly(3-hydroxybutyrat-co-3-hydroxyvalerat) (PHBV)/Poly(milchsäure) (PLA) begrenzt. Durch den Einbau eines funktionalisierten <a href="Styrol" title="Styrol">Styrol</a>-<a href="Acryls%C3%A4ure" title="Acrylsäure">Acrylat</a>-Copolymers mit <a href="Ethylenoxid" title="Ethylenoxid">Oxiraneinheiten</a> als Kettenverlängerer (CE) erfolgt eine Verflechtung der Polymerketten. Diese bewirken einen geringeren thermischen Abbau während des Schmelzprozesses. Dadurch können konsistente Filamente extrudiert und das Verarbeitungsfenster für den 3D-Druck erweitert werden, sodass die Mischungen auch bei höheren Temperaturen gedruckt werden können. Die rheologische Analyse zeigt eine Verbesserung der 3D-Druckbarkeit des PHBV-PLA-CE-Filament durch eine mögliche höhere Drucktemperatur (220 °C) und niedrigere Viskosität. Die optimierten Druckmuster zeigten einen höheren Speichermodul und eine höhere Festigkeit, was zu steiferen und stärkeren Teilen führt.<a href="#cite_note-Fuentes-25">[25]</a>

Gedruckte Teile aus dem 3D-Drucker auf Basis von PLA oder deren Mischungen werden angewendet:

<ul><li>Zum <a href="Visualisierung" title="Visualisierung">Visualisieren</a> von <a href="Architektur" title="Architektur">Architektur</a><a href="Modell" title="Modell">modellen</a>;</li>

<li>Dekorative <a href="Prototyp_(Technik)" title="Prototyp (Technik)">Prototypen</a> von <a href="Automobiltechnik" class="mw-redirect" title="Automobiltechnik">Automobilteilen</a> und <a href="Werkzeug" title="Werkzeug">Werkzeugen</a>.;</li>

<li><a href="Ersatzteil" title="Ersatzteil">Ersatzteile</a> von <a href="Oldtimer" title="Oldtimer">Oldtimern</a> in der Automobiltechnik;</li>

<li>Prothetic für <a href="Prothese" title="Prothese">Prothesen</a> und <a href="Orthese" title="Orthese">Orthesen</a> in der <a href="Medizintechnik" title="Medizintechnik">Medizintechnik</a>;</li>

<li>Figuren für <a href="Cosplay" title="Cosplay">Cosplay</a>;</li>

<li><a href="Modell" title="Modell">Modelle</a>, <a href="Design" title="Design">Design</a> und <a href="Kunstwerk" title="Kunstwerk">Kunstwerke</a> mit viel Freiraum;</li>

<li>Ausstellungsstücke für die <a href="Gastronomie" title="Gastronomie">Gastronomie</a>;</li>

<li>Für Landschaften, <a href="Br%C3%BCcke" title="Brücke">Brücken</a>, Figuren <a href="Fahrzeug" title="Fahrzeug">Fahrzeuge</a> oder <a href="Flugzeug" title="Flugzeug">Flugzeuge</a> im <a href="Modellbau" title="Modellbau">Modellbau</a>;</li>

<li><a href="3D" title="3D">Dreidimensionale</a> Modelle in der Ausbildung.<a href="#cite_note-Filament_Anwendungen-26">[26]</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="PLA-PHB-Nanoverbundwerkstoff">PLA-PHB-Nanoverbundwerkstoff</h2></div>

Siehe auch das Kapitel <a href="Polylactide#Verbundwerkstoffe" title="Polylactide">Polylactide #Verbundwerkstoffe</a>.

Wird die PLA-PHA-Matrix mit biobasierten <a href="Nanopartikel" title="Nanopartikel">Nanopartikeln</a> verstärkt, spricht man von Nanoverbundwerkstoffen anstelle von <a href="Verbundwerkstoff" title="Verbundwerkstoff">Verbundwerkstoffen</a>.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHB-CNC-Nanoverbundstoff">PLA-PHB-CNC-Nanoverbundstoff</h3></div>

An biobasierten verstärkenden Additiven werden untersucht:

<ul><li>Unfunktionalisierte <a href="Cellulose" title="Cellulose">Cellulose</a>-<a href="Nanokristall" title="Nanokristall">Nanokristalle</a> (CNC) </li>

<li>Mit Tensid funktionalisierte Cellulose Nanokristalle (CNC). Die funktionalisierten CNCs dispergieren besser als unfunktionalisierte.</li></ul>

Wenn die Faser des <a href="Nanopartikel" title="Nanopartikel">Nanofüllstoffs</a> in der Matrix eine homogene Verteilung aufweist, werden die mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung der PLA-PHB-Matrix verbessert. Der Einbau von Fasern verbessert die Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) der Matrix. Die Zugabe von CNC zu einer PLA-PHB-Mischung ohne Weichmacher führt nicht zu größeren Änderungen der Sauerstoffbarriere.<a href="#cite_note-Loureiro-27">[27]</a>

Wenn zusätzlich als Weichmacher noch Maleinsäureanhydrid oder ATBC zugesetzt wird, verbessert sich die Dispergierung. Die Bruchdehnung. von (PLA-PHB-CNCs-ATBC)-Folien erreichen die höchste Bruchdehnung von etwa 150 % in Bezug auf die nicht funktionalisierten CNC-basierten Nanokomposite und zeigen vergleichbare Werte wie für Lebensmittelverpackungen handelsüblicher, dehnbarer Folien. Da die Zugabe von Weichmacher die Nanopartikel besser dispergiert, entstehen gewundene Wege für kleine Moleküle wie Gase und Dämpfe, dies erhöht die Sauerstoffbarriere.<a href="#cite_note-Arrieta-3">[3]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHB-ChNC-Nanoverbundstoff">PLA-PHB-ChNC-Nanoverbundstoff</h3></div>

Als alternatives Verstärkungsmittel werden Nanokristalle aus <a href="Chitin" title="Chitin">Chitin</a> (ChNCs) untersucht. Zusätzlich werden noch Dispergierhilfsmittel wie oligomere Milchsäure (OLA) eingesetzt.<a href="#cite_note-Patel-28">[28]</a> Das Folienblasen des ChNC-Nanokomposits ist stabil und führt zu einer glatten und homogenen Folie.<a href="#cite_note-Patel-28">[28]</a>

Die optische Mikroskopie der geblasenen Nanokompositfolien zeigte gut dispergierte Chitin-Nanokristalle. Aufgrund der gut dispergierten Kristalle im Nanomaßstab sowie der Wechselwirkung zwischen Biopolymeren und den Chitin-Nanokristallen stieg die Festigkeit im Vergleich zum PLA-PHB-Blend ohne Nanopartikel von 27 MPa auf 37 MPa und zeigte eine fast 36-mal höhere Bruchdehnung, was zu einem 10-mal zäheren Material führte. Schließlich zeigte die Nanokomposit-Folie mit ChNCs eine verbesserte Sauerstoffbarriere sowie einen schnelleren Abbau.<a href="#cite_note-Patel-28">[28]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="PLA-PHB-Nano-Hydroxylapatit-Nanoverbundstoff">PLA-PHB-Nano-Hydroxylapatit-Nanoverbundstoff</h3></div>

Auf Polymilchsäure (PLA)-Polyhydroxyalkanoat (PHA)-basierte Nanokomposite wurden mit verschiedenen Gehalten an PHA und Nano-Hydroxylapatit (nHAp)- unter Verwendung des „Lösungsgussverfahrens“ hergestellt. Ihre mechanischen Eigenschaften, Mikrostruktur, thermische Stabilität, thermische Eigenschaften und In-vitro-Abbau der PLA-PHA-basierten Verbundstoffe wurden untersucht. Die mittlere Porengröße lag bei 270 μm.<a href="#cite_note-Sultana-21">[21]</a><a href="#cite_note-Sultana_Wang-29">[29]</a>

Eine PLA-20PHA/5nHAp-Lösung konnte durch Elektrospinnen zu Fasern verarbeitet werden. Bei den angelegten Hochspannungen zeigten alle erhaltenen Fasern glatte und kontinuierliche Fasern ohne Kügelchen. Die Durchmesser der Fasern sanken mit steigender angelegten Spannung von 3,7 auf 2,1 µm.<a href="#cite_note-Injorhor-30">[30]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

Jet Yin Boey, Lydia Mohamad, Yong Sen Khok, Guan Seng Tay, Siti Baidurah: <cite style="font-style:italic">A Review of the Applications and Biodegradation of Polyhydroxyalkanoates and Poly(lactic acid) and Its Composites</cite>. In: MDPI and ACS Style (Hrsg.): <cite style="font-style:italic">Polymers</cite>. Band 13 (10), Nr. 1544, 2021, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.3390/polym13101544">10.3390/polym13101544</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Polylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends&rft.atitle=A+Review+of+the+Applications+and+Biodegradation+of+Polyhydroxyalkanoates+and+Poly%28lactic+acid%29+and+Its+Composites&rft.au=Jet+Yin+Boey%2C+Lydia+Mohamad%2C+Yong+Sen+Khok%2C+...&rft.date=2021&rft.doi=10.3390%2Fpolym13101544&rft.genre=journal&rft.issue=1544&rft.jtitle=Polymers&rft.volume=13+%2810%29" style="display:none">

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<a rel="nofollow" class="external text" href="https://colorfabb.com/de/anwendungen">Filament Anwendungen.</a> Abgerufen am 10. Mai 2023.<span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3APolylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends&rft.title=Filament+Anwendungen&rft.description=Filament+Anwendungen&rft.identifier=https%3A%2F%2Fcolorfabb.com%2Fde%2Fanwendungen">

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Naznin Sultana, Min Wang: <cite style="font-style:italic">PHBV/PLLA-based composite scaffolds containing nano-sized hydroxyapatite particles for bone tissue engineering</cite>. In: International Society for Biofabrication (Hrsg.): <cite style="font-style:italic">Journal of Experimental Nanoscience</cite>. Band 3, Nr. 2, 13. August 2008, S. 121–132, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1080/17458080701867429">10.1080/17458080701867429</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Polylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends&rft.atitle=PHBV%2FPLLA-based+composite+scaffolds+containing+nano-sized+hydroxyapatite+particles+for+bone+tissue+engineering&rft.au=Naznin+Sultana%2C+Min+Wang&rft.date=2008-08-13&rft.doi=10.1080%2F17458080701867429&rft.genre=journal&rft.issue=2&rft.jtitle=Journal+of+Experimental+Nanoscience&rft.pages=121-132&rft.volume=3" style="display:none">

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Preeyaporn Injorhor, Tatiya Trongsatitkul, Jatuporn Wittayakun, Chaiwat Ruksakulpiwat, Yupaporn Ruksakulpiwat: <cite style="font-style:italic">Biodegradable Polylactic Acid-Polyhydroxyalkanoate-Based Nanocomposites with Bio-Hydroxyapatite: Preparation and Characterization</cite>. In: MDPI (Hrsg.): <cite style="font-style:italic">Polymers</cite>. Band 15, Nr. 5, 2. März 2023, S. 1261, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.3390/polym15051261">10.3390/polym15051261</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Polylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends&rft.atitle=Biodegradable+Polylactic+Acid-Polyhydroxyalkanoate-Based+Nanocomposites+with+Bio-Hydroxyapatite%3A+Preparation+and+Characterization&rft.au=Preeyaporn+Injorhor%2C+Tatiya+Trongsatitkul%2C+Jatuporn+Wittayakun%2C+...&rft.date=2023-03-02&rft.doi=10.3390%2Fpolym15051261&rft.genre=journal&rft.issue=5&rft.jtitle=Polymers&rft.pages=1261&rft.volume=15" style="display:none">

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<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

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Dieser Artikel wurde von <a class="external text" title="Zuletzt bearbeitet am 2025-11-01" href="https://de.wikipedia.org/wiki/?title=Polylactid-Polyhydroxyalkanoat-Blends&oldid=261115759">Wikipedia</a> herausgegeben. Der Text ist unter <a class="external text" href="https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de">Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0</a> verfügbar, sofern nicht anders angegeben. Für die Mediendateien können zusätzliche Bedingungen gelten.

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