1、Juni 2010 Normenausschuss Kunststoffe (FNK) im DINPreisgruppe 10DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 01.040.83; 83.080.01Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen versch
2、iedene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$aU;“1625024www.din.deDDIN SPEC 1206Kunststoffe Empfehlung fr die Terminologie und Charakterisierung vonBiopolymeren und Biokunststoffen;Deutsche Fassung CEN/TR 15932:20
3、10Plastics Recommendation for terminology and characterisation of biopolymers and bioplastics;German version CEN/TR 15932:2010Plastiques Recommandation pour la terminologie et la caractrisation des biopolymres et desbioplastiques;Version allemande CEN/TR 15932:2010Alleinverkauf der Spezifikationen d
4、urch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN-Fachbericht CEN/TR 15932DIN SPEC 1206:2010-06 Nationales Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 15932:2010) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 249 Kunststoffe“ (Sekretariat: NBN, Belgien) erarbeitet. Das zustndige deutsche Gremium
5、 ist der Arbeitsausschuss NA 054-01-07 AA Bioabbaubare Kunststoffe“ im Normenausschuss Kunststoffe“ (FNK) des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. 2 TECHNISCHER BERICHT TECHNICAL REPORT RAPPORT TECHNIQUE CEN/TR 15932 Mrz 2010 ICS 01.040; 83.080.01 Deutsche Fassung Kunststoffe Empfehlung fr die Te
6、rminologie und Charakterisierung von Biopolymeren und Biokunststoffen Plastics Recommendation for terminology and characterisation of biopolymers and bioplastics Plastiques Recommandations pour la terminologie et la caractrisation des biopolymres et bioplastiques Dieser Technische Bericht (TR) wurde
7、 vom CEN am 17. August 2009 als eine knftige Norm zur vorlufigen Anwendung angenommen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malt
8、a, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. Management-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2010 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in we
9、lcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten. Ref. Nr. CEN/TR 15932:2010 DE U RO P I S C H E SKO M I T E EF RN O R M U N GEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION C O M I T E U RO P E N D E N O R M A L I S AT I O NCEN/TR 15932:2010 (D) 2 Inhalt Seit
10、e Vorwort 3 Einleitung.4 1 Anwendungsbereich .5 2 bliche Begriffe .5 2.1 Bio“-Polymere: Polymere auf der Grundlage von erneuerbaren Rohstoffen5 2.1.1 Allgemeines5 2.1.2 Natrliche Polymere aus Biomasse.6 2.1.3 Aus Biomasse hergestellte synthetische Polymere 6 2.2 Bio“-Polymere: Polymere, mit einer Bi
11、o“-Funktionalitt .7 2.2.1 Polymere fr biomedizinische Anwendungen7 2.2.2 Bioabbaubare Polymere7 2.3 Schlussfolgerungen 7 2.4 ffentliche Wahrnehmung8 3 Normungsbedarf8 3.1 Empfehlung fr die Terminologie 8 3.1.1 Allgemeines8 3.1.2 Definitionen von Benennungen9 3.2 Genormte Prfverfahren .10 3.3 Genormt
12、e Bezeichnung des Begriffs Biopolymer11 Literaturhinweise 13 DIN SPEC 1206:2010-06 CEN/TR 15932:2010 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 15932:2010) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 249 Kunststoffe“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom NBN gehalten wird. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, d
13、ass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Dieses Dokument ist ein Arbeitspapier. DIN SPEC 1206:2010-06 CEN/TR 15932:2010 (D) 4 Einleitung Der Hauptgrund fr das der
14、zeitige Interesse an Biokunststoffen ist in der Herkunft (d. h. der Verwendung von biobasierten Rohstoffen) oder in der biologischen Abbaubarkeit (Bioabbaubarkeit) des Endproduktes begrndet, die zum Beispiel fr die organische Verwertung notwendig ist. Der Einsatz von biobasierten Rohstoffen knnte in
15、 Bezug auf zwei aktuelle Probleme von Nutzen sein: die Erschpfung fossiler Ressourcen und die Klimanderung. Heutzutage muss, bezglich des letzteren Problems, bewusst mit dem Kohlenstoff umgegangen werden, um dessen Akkumulation in der Atmosphre zu vermeiden. Eine effiziente Verwendung aller verfgbar
16、en Ressourcen und eine verantwortliche Nutzung von erneuerbarem Kohlenstoff ist ein Weg an dieser Verringerung mitzuwirken. Kunststoffe sind wichtige Materialien, die wesentlich zum Umweltschutz beitragen: dank ihrer individuell abgestimmten Eigenschaften (z. B. leicht, hervorragendes Isolationsverm
17、gen, abstimmbare Eigenschaften fr einen optimalen Schutz von Lebensmitteln usw.) reduzieren sie den Energieverbrauch um 26 % und verringern die Treibhausgasemissionen um 56 % bei einer Vielzahl von Anwendungen im Vergleich zu den Alternativen1). Bei der weltweiten Herstellung von Kunststoffen in all
18、en Anwendungen wird nur ein geringer Anteil des gesamten verbrauchten Mineralls verwendet: in Europa betrgt er nur etwa 4 %2). Der Hauptanteil ( 80 %) des verbliebenen fossilen Materials wird fr die Energieerzeugung genutzt, vorzugsweise fr Transport- und Heizzwecke. Neben Rohl, Erdgas und Kohle ist
19、 Biomasse eine weitere Rohstoffquelle fr Kunststoffe. Die derzeit verfgbare Biomasse wird in verschiedenen Segmenten verarbeitet: Lebens- und Futtermittel-herstellung, Strom- und Wrmeerzeugung, Herstellung von Biobrennstoffen und industrielle Anwendungen (z. B. Herstellung von Papier, Feinchemikalie
20、n). Durch das begrenzte Leistungsvermgen von kosystemen mssen der Nutzungsgrad erneuerbarer Ressourcen und Aspekte der Verfgbarkeit in Rahmen der gesamten Bio(tech)-Wirtschaftslandschaft betrachtet werden. Die kologische Effizienz dieser konkurrierenden Nutzung (z. B. energetische Nutzung gegenber H
21、erstellung von Waren) sollten immer im Vordergrund stehen. Nach Ansicht verschiedener Wissenschaftler3)scheint fr landwirtschaftliche Rohstoffe vorzugsweise eine Kaskadennutzung angemessen, statt sie direkt in fen oder Motoren zu verbrennen. Das bedeutet zum Beispiel zuerst die Herstellung eines Bio
22、kunststoffs aus Biomasse: etwa 2 t bis 10 t Biokunststoff knnen je Hektar landwirtschaftlich genutzter Flche hergestellt werden. Der Biokunststoff speichert dabei CO2in der Form von pflanzlichem Kohlenstoff und entzieht es der Atmosphre. Es ist wnschenswert, dieses CO2mglichst lange im Kunststoff fe
23、stzuhalten. Abschlieend, nach einer maximalen Verwertung, einschlielich Rezyklierung, sofern ausfhrbar und angemessen, kann das Polymer dann entweder als Energiequelle oder als Bodenverbesserungsmittel verwendet werden um den gebundenen Kohlenstoff in Form von CO2wieder dem Naturkreislauf zuzufhren.
24、 Zur Sicherstellung einer verantwortlichen und umweltbewusste Nutzung von natrlichen (fossilen und erneuerbaren) Ressourcen ist eine klare und eindeutige Terminologie von besonderer Bedeutung. 1) GUA Gesellschaft fr umfassende Analysen, The Contribution of Plastic Products to Resource Efficiency“ Wi
25、en, 2005. 2) PlasticsEurope, WG Market Research siehe Bild 1) ab. Die meisten industriellen Polymere und Kunststoffe werden derzeit ausgehend von fossilen Ressourcen hergestellt, die nicht erneuerbar sind, weil sie nicht mit einer Geschwindigkeit regeneriert werden knnen, die mit der Abbaurate vergl
26、eichbar ist (langfristiger Kohlenstoffkreislauf, erwarteter Zeitrahmen zur Umwandlung von Biomasse in Erdl, Gas und Kohle: 106Jahre). 4) Entscheidung 2007/589/EG der Kommission vom 18. Juli 2007: Biomasse“ bedeutet nicht-fossile, biologisch abbaubare organische Stoffe pflanzlichen, tierischen und mi
27、kroorganischen Ursprungs. DIN SPEC 1206:2010-06 CEN/TR 15932:2010 (D) 6 Bild 1 Globaler Kohlenstoffkreislauf5)Das gleiche Polymer kann oft sowohl aus Biomasse als auch aus fossilen Ressourcen hergestellt werden. Aus Biomasse hergestellte Polymere knnen bioabbaubar (2.2.2) sein oder eine lange Lebens
28、dauer aufweisen. Aus Biomasse hergestellte Polymere knnen natrlich (2.1.2) oder synthetisch (2.1.3) sein. Einige Bio-kunststoffe knnen eine Kombination sowohl aus natrlichen als auch synthetischen Polymeren darstellen, in diesem Zusammenhang wurde bereits der Begriff Bioverbundwerkstoff verwendet. 2
29、.1.2 Natrliche Polymere aus Biomasse In der Biochemie sind Biopolymere Polymere, die von lebenden Organismen (Tiere, Pflanzen, Algen, Mikroorganismen) hergestellt werden. Die in der Natur am hufigsten vorkommenden Biopolymere sind Polysaccharide. Cellulose und Strke sind Polymere von Glucose und kom
30、men in der Biosphre extrem hufig vor. Proteine und bakterielle Polyhydroxyalkanoate sind auch Polymere. Alle dieser Polymere sind natrlicher Herkunft, d. h. sie werden von lebenden Organismen hergestellt, im Wesentlichen in der Form, in der sie am Ende verwertet werden. Die direkte industrielle Verw
31、ertung ist nach der Extraktion und Reinigung mglich, d. h. durch physikalische Prozesse. Eine andere industrielle Ver-wertung ist auch mglich, z. B. falls das natrliche Polymer einem chemischen Prozess der Funktionalisierung unterzogen wird. 2.1.3 Aus Biomasse hergestellte synthetische Polymere Der
32、Begriff Biopolymer wird auch zur Definition von Polymeren verwendet, deren Monomere aus erneuer-baren Ressourcen stammen statt aus fossilen Ressourcen, auch wenn Polymerisation auf chemischem Wege erfolgt. Im Prinzip knnen viele Polymere aus erneuerbarem Ausgangsmaterial synthetisiert werden. Innerh
33、alb dieser Gruppen ist Poly-Milchsure ein gutes Beispiel. Maisstrke wird zu Dextrose hydrolysiert, die als Fermentationsrohstoff genutzt und (mikro)biologisch in Milchsure umgewandelt wird. Dieses Produkt auf Biomassebasis wird auf chemischem Wege zu Poly-Milchsure verarbeitet. In diesem Fall ist da
34、s Polymer erneuerbar, weil das Ausgangsmaterial aus der Landwirtschaft stammt, jedoch nicht natrlich, d. h. es wurde nicht aus einer Pflanze oder einem Bakterium extrahiert, sondern in einer chemischen Anlage synthetisiert. 5) Narayan, Ramani, Biobased and Biodegradable Materials, Rationale, Drivers
35、 sie hngt nicht von der Herkunft der Rohstoffe ab. So befinden sich verschiedene fossil-basierte Materialien auf dem Markt, die nach den vorstehend angefhrten Normen bioabbaubar sind; andererseits gibt es auch Polymere, die aus Biomasse hergestellt wurden und eine hohe Bestndigkeit gegen Bioabbau au
36、fweisen. Ein historisch relevantes Beispiel ist Polycaprolacton (PCL), das industriell aus Cyclohexanon, einer typischen Petrochemikalie, hergestellt wird. Die Bioabbaubarkeit von PCL in verschiedenen Umgebungen ist seit den Siebzigerjahren gut bekannt. 2.3 Schlussfolgerungen Eine Folge der derzeiti
37、gen Mehrdeutigkeit ist, dass dasselbe Wort verwendet wird, um Polymere oder Kunststoffe, Produkte mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften, zu bezeichnen, wobei alle Kombinationen mglich sind (Tabelle 1). DIN SPEC 1206:2010-06 CEN/TR 15932:2010 (D) 8 Tabelle 1 Verwendung des Begriffs Biopolymer“ Her
38、kunft des Materials Umweltleistung Beispiel erneuerbar bioabbaubar Polyhydroxyalkanoat (PHA) nicht erneuerbar bioabbaubar Polycaprolacton (PCL) erneuerbar nicht bioabbaubar Polyethylen (PE) aus Zuckerrohr nicht erneuerbar nicht bioabbaubar Polyetheretherketon (PEEK) fr biomedizinische Anwendungen 2.
39、4 ffentliche Wahrnehmung Die Vorsilbe bio“ wird oft als Synonym fr gut fr die Umwelt oder, in anderen Fllen, gut fr die Gesundheit betrachtet. Die Vorsilbe bio“ kann, wenn sie mit Kunststoffen verbunden ist, von den Verbrauchern als ein Hinweis auf Bioabbaubarkeit wahrgenommen werden. Anders ausgedr
40、ckt, von einem Biopolymer“ wird angenommen, dass es biologisch abgebaut wird (um im Naturkreislauf aufgenommen zu werden). Andererseits vermittelt der Begriff Biopolymer auch stark die Idee der natrlichen Herkunft, da Bio“ als ein Hinweis auf die biologische Welt angesehen wird. Eine Analogie ist de
41、r Begriff Biobrennstoff“ im Allgemeinen wird darunter ein Brennstoff verstanden, der aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt wurde. Wie jedoch aus der vorstehend angefhrten Darstellung ersichtlich ist, sind derzeit alle unterschiedlichen Klassen (Tabelle 1) auf dem Markt vorhanden oder werden in Krz
42、e vorliegen. Das ist Anlass zur Besorgnis, da es die Quelle fr irrefhrende Informationen und Verwirrung bei den End-verbrauchern sein kann. Besonders in Bezug auf die Handhabung am Lebensende von Biokunststoffen (End-of-Life-Management“) ist es wichtig, zwischen bioabbaubaren und langlebigen Biokuns
43、tstoffen zu unterscheiden. Aus diesem Grund trgt ein Hinweis auf die Bioabbaubarkeit durch eine geeignete Kennzeichnung sehr dazu bei, mehr Klarheit zu schaffen. Aussagen zur Kompostierbarkeit (d. h. Bioabbaubarkeit in industriellen Kompostieranlagen) von Ver-packungen sind durch die Anforderungen d
44、er Europischen Richtlinie ber Verpackungen und Verpackungs-abflle 94/62/EG und der harmonisierten Norm EN 13432 geregelt. Die derzeitige Abfallwirtschaft beruht mehr und mehr auf der Sammlung von Abfllen, die an der Quelle getrennt wurden. Die Entscheidung, ob eine Verpackung in die Biotonne“ zu ent
45、sorgen ist, erfolgt auf der Grundlage der geltenden Gesetze und/oder zur Verfgung stehender Informationen, wie z. B. den auf der Verpackung angegebenen Verwertungs-mglichkeiten. Die Verbreitung von verwirrenden, uneindeutigen oder irrefhrenden Informationen sollte verhindert werden, um den Erfolg de
46、rartiger Abfallsammel- und -verwertungssysteme sowie die Glaubwrd-igkeit der Industrie selbst nicht zu gefhrden. Aussagen zur Bioabbaubarkeit sollten durch entsprechende Normen untersttzt werden. 3 Normungsbedarf 3.1 Empfehlung fr die Terminologie 3.1.1 Allgemeines Der Begriff Biokunststoff“ kann fr
47、 verschiedene Materialien gelten: 1) biobasierte Kunststoffe, Bezug nehmend auf die Rohstoffquelle; 2) bioabbaubare Kunststoffe, Bezug nehmend auf die Funktionalitt; 3) biokompatible Kunststoffe, Bezug nehmend auf die Vertrglichkeit mit dem menschlichen oder tierischen Krper. DIN SPEC 1206:2010-06 C
48、EN/TR 15932:2010 (D) 9 ANMERKUNG 1 In dem vorliegenden Fachbericht bezieht sich der Begriff Biokunststoff“ sowohl auf Biokunststoffe als auch auf Biopolymere. Zur Vermeidung von Uneindeutigkeit wird die Verwendung der in 3.1.2 angefhrten Terminologie empfohlen. ANMERKUNG 2 Ein zustzliches Vokabular
49、fr das Gebiet der abbaubaren und bioabbaubaren Polymere ist in CEN/TR 15351 zu finden. 3.1.2 Definitionen von Benennungen 3.1.2.1 organisches Material Material, das eine Verbindung auf Kohlenstoffbasis enthlt, in der das Element Kohlenstoff an andere Kohlen-stoffatome, Wasserstoff, Sauerstoff oder andere Elemente in einer Ketten-, Ring- oder dreidimensionalen Struktur gebunden ist 3.1.2.2 Polymer Polymerisat Substan
