Quelltext der Seite Biopolymer

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[[Datei:Cellulose Sessel.svg|300px|mini|Ein in der Natur sehr häufiges vorkommendes, aber auch in technischen Anwendungen genutztes Biopolymer ist die Cellulose. Bis zu tausende Einheiten dieser Grundstruktur ([[Cellobiose]]-Rest) sind dabei zu einem Cellulosemolekül verknüpft.]]
Ein '''Biopolymer''' ([[Altgriechische Sprache|altgriech.]] βίος ''bíos'' ‚[[Leben]]‘ mit {{grcS|πολύ}} ''polý'' ‚viel‘ und {{lang|grc|μέρος}} ''méros'' ‚Teil‘) ist ein [[Polymer]], das in der Zelle eines [[Lebewesen]]s [[Biosynthese|synthetisiert]] wird. In Form z.&nbsp;B. von [[Polysaccharid]]en, [[Protein]]en, [[Nukleinsäure]]n etc. dienen Biopolymere als Energiespeicher ([[Glykogen]], [[Stärke]]), haben strukturelle Funktionen für die Zelle ([[Lipiddoppelschicht|Lipidmembranen]]) oder den gesamten Organismus ([[Cellulose]] in [[Faser]]n), wirken im [[Stoffwechsel]] (Stoffaufnahme, -transport, [[Enzym]], [[Exkretion]]), erkennen Zustände ([[Wahrnehmung|Sensorik]]), bewirken Veränderungen ([[Muskulatur]], [[Pigment|Farbwechsel]]), wehren schädigende Einflüsse aktiv ab ([[Toxin]]e, [[Immunologie]]), speichern oder vermitteln Information ([[Vererbung (Biologie)|genetisch]], [[Hormone|hormonell]], [[Nervensystem|ZNS]]).

Häufig wird der Begriff Biopolymer auch zur Unterscheidung von [[Werkstoff]]en benutzt. Hier wird auch von ''technischen Biopolymeren'' oder ''Biopolymerwerkstoffen'' gesprochen, um von ''nicht als Werkstoff nutzbaren Biopolymeren'' abzugrenzen. Eine einheitliche Definition für technische Biopolymere hat sich noch nicht etabliert. So werden darunter z.&nbsp;B. Werkstoffe zusammengefasst, die aus [[biogen]]en Rohstoffen ([[Nachwachsender Rohstoff|nachwachsenden Rohstoffen]]) bestehen und/oder [[Biologische Abbaubarkeit|biologisch abbaubar]] sind (''bio''gene und ''bio''logisch abbaubare Polymere). Darunter fallen also biobasierte Biopolymere, die biologisch abbaubar oder auch nicht biologisch abbaubar sind, als auch erdölbasierte Polymere, die biologisch abbaubar sind. Damit erfolgt eine Abgrenzung von den konventionellen, erdölbasierten Werkstoffen bzw. [[Kunststoff]]en, die nicht biologisch abbaubar sind, wie z.&nbsp;B. [[Polyethylen]] (PE), [[Polypropylen]] (PP) und [[Polyvinylchlorid]] (PVC).<ref name="Endres TB">H.-J. Endres, A. Siebert-Rath: ''Technische Biopolymere''. Hanser-Verlag, München 2009, ISBN 978-3-446-41683-3.</ref>

Bei anderen Definitionen werden Erdölprodukte nicht zu den Biopolymeren (''bio''genen Polymeren) gezählt. Dagegen können sowohl native Polymere (z.&nbsp;B. [[Cellulose]] und Cellulosederivate) als auch biobasierte Kunststoffe, die durch umfassende chemische Veränderung der biogenen Rohstoffe hergestellt wurden (z.&nbsp;B. [[Polylactide]] (PLA) aus mit Hilfe der [[Weiße Biotechnologie|weißen Biotechnologie]] erzeugter [[Milchsäure]]), dazugezählt werden.<ref name="IAP flyer">{{Internetquelle |url=http://www.iap.fraunhofer.de/de/Forschungsbereiche/Biopolymere.html |titel=Biopolymere |zugriff=2017-01-18 }}</ref>

Ein verwandter Begriff ist [[Biokunststoff]], der ebenfalls nicht einheitlich verwendet wird, und sich teilweise oder stark mit dem Begriff Biopolymer überschneidet. Auch hier wird die Vorsilbe ''Bio-'', abhängig von der jeweiligen Definition, als ''bio''gen oder ''bio''logisch abbaubar verstanden.<ref name="Euro Bioplast">[http://www.european-bioplastics.org/index.php?id=5 ''Biokunststoffe''.] european-bioplastics.org, Interessenverband ''European Bioplastics'', abgerufen am 27. März 2010.</ref>

== Natürliche Biopolymere ==
In der nachfolgenden Tabelle sind wichtige, in der Natur vorkommende (biogene) Biopolymere mit dem jeweiligen [[Monomer]], der Art der [[Chemische Bindung|chemischen Bindung]] und Beispielen zu ihrem Vorkommen aufgeführt:

{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 99%"
|- class="hintergrundfarbe8"
!width="19%"|[[Polymer]]
!width="19%"|[[Monomer|Monomer(e)]]
!width="17%"|[[Chemische Bindung|Bindungstyp]]
!width="44%"|Vorkommen
|-
| [[Protein]]e und [[Peptid]]e || [[Aminosäuren]] || Amid- bzw. [[Peptidbindung]] || in allen Lebewesen als [[Enzym]]e, Gerüstsubstanzen, [[Transportprotein|Stofftransportsysteme]], Chemorezeptoren usw.
|-
|[[Nukleinsäuren]] || [[Nukleotid]]e || Phosphodi</b>[[Ester|esterbindung]] || [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]] in allen Lebewesen und vielen Viren als Informationsträger der Erbsubstanz, [[Ribonukleinsäure|RNA]] z.&nbsp;B. als ''mobiler Informationsträger'' ([[mRNA]])
|-
| α-[[Polysaccharide]] || [[Einfachzucker|Mono-]] bzw. [[Zweifachzucker|Disaccharide]] || [[Glykoside|α-glykosidische Bindung]] || als Energiespeicher ([[Stärke]] in Pflanzen, [[Glykogen]] in Tieren)
|-
| β-[[Polysaccharide]] || [[Einfachzucker|Mono-]] bzw. [[Zweifachzucker|Disaccharide]] || [[Glykoside|β-glykosidische Bindung]] || als Gerüstsubstanz ([[Cellulose]] in Pflanzenwänden, [[Chitin]] in [[Pilze]]n, [[Arthropoden]] und [[Kopffüßer]]n, [[Chitosan]] in Pilzen)
|-
| [[Lipide]] || [[Carbonsäuren]] und [[Alkohole]] || [[Ester]]bindung || in allen Lebewesen als Energiespeicher und Bausteine von Zellmembranen, in manchen Hormonen und Pigmenten
|-
|[[Polyhydroxyalkanoate]] (PHA) || Hydroxyalkanoat || [[Ester]]bindung || als [[Bakterien|bakterieller]] [[Reservestoffe|Reservestoff]], wie z.&nbsp;B. [[Polyhydroxybutyrat]] (PHB)
|-
| [[Cutin]] || C<sub>16</sub>- und C<sub>18</sub>-Hydroxy[[fettsäuren]] || [[Ester]]bindung || zur Versiegelung von Pflanzenzellen gegen Wasser
|-
| [[Suberin]] || [[Glycerin]] und [[Polyphenole]] || [[Ether]]- und C-C-Bindungen || zur Versiegelung von Pflanzenzellen für Wassertransport
|-
| [[Lignin]] || Phenylpropanderivate ([[Cumarylalkohol|Cumaryl-]], [[Coniferylalkohol|Coniferyl-]] oder [[Sinapylalkohol]]) || [[Ether]]- und C-C-Bindungen || als Gerüstsubstanz bei verholzenden Pflanzen
|}

== Technische Biopolymere ==
{{Hauptartikel|Biokunststoff}}
Technische Biopolymere (Biowerkstoffe) lassen sich, laut der Definition von ''Endres und Siebert-Rath'', in die drei in den nachfolgenden Absätzen erläuterten Kategorien unterteilen.<ref name="Endres TB" /> Diese Definition deckt sich mit der von der European Bioplastics verwendeten Definition von Biokunststoff, die jedoch keine Allgemeingültigkeit hat.<ref name="Euro Bioplast" />

Werden Biopolymere dagegen als ''biologisch abbaubare Polymere'' definiert, sind nicht alle im Folgenden unter ''Native Polymere'' und ''Biobasierte Polymere'' aufgeführten Beispiele dazuzuzählen.

Kunststoffe sind meist keine homogenen Produkte, sondern benötigen verschiedene Hilfs- und Zusatzstoffe, die häufig erdölbasiert sind. Nur teilweise ist ein Ersatz durch biobasierte Komponenten möglich.

=== Native Polymere ===
: ''(siehe auch Artikel [[Cellulose]], [[Stärkepolymer]] und [[Stärke als nachwachsender Rohstoff]])''
[[Datei:Bio-K Blister CG.jpg|mini|Verpackung aus dem Biokunststoff [[Celluloseacetat]]]]
In der Natur bzw. in [[Biomasse]] vorkommende Polymere, wie z.&nbsp;B. Cellulose und Stärke, können ohne oder mit nur geringen Veränderungen bzw. unter Erhalt der Grundstruktur zur Erzeugung von Biopolymeren verwendet werden:
* Cellulose und bestimmte [[Cellulosederivate]]
** [[Regeneratfaser]]n wie [[Viskose]] und [[Cellophan]]
** [[Zelluloid]]
* Stärke
** [[Thermoplastische Stärke]]

=== Biobasierte Polymere ===
Organische Verbindungen, wie z.&nbsp;B. Stärke bzw. Saccharose, können umfassend modifiziert werden, um biobasierte Polymere herzustellen:
* [[Polylactid]] (PLA): Polymer der Milchsäure, das Monomer kann z.&nbsp;B. [[Fermentation|fermentativ]] mit Bakterien (Weiße Biotechnologie) aus [[Organische Verbindung|organischen Verbindungen]], wie z.&nbsp;B. Glucose, hergestellt werden
* [[Polyhydroxybutyrat]] (PHB): in der Natur als Speichersubstanz in Bakterien vorkommendes Polymer, durch Fermentation von Bakterien aus anderen organischen Verbindungen herstellbar
* [[Thermoplast]]e auf [[Lignin]]basis
* Epoxyacrylate auf der Basis von Ölen (aktuell vor allem [[Leinöl|Lein-]] und [[Palmöl]])

=== Abbaubare, erdölbasierte Polymere ===
Bestimmte erdölbasierte Kunststoffe sind biologisch abbaubar und werden daher gelegentlich als Biopolymere (oder Biokunststoffe) bezeichnet:<ref name="Euro Bioplast" />
* bestimmte [[Polyester]]
* [[Polyvinylalkohol]]
* [[Polybutylenadipat-terephthalat]] (PBAT)
* [[Polybutylensuccinat]] (PBS)
* [[Polycaprolacton]]e (PCL)
* [[Polyglycolid]] (PGA)

Einige erdölbasierte Polymere sind technisch und auch zunehmend kommerziell auf der Basis nachwachsender Rohstoffe herstellbar, vor allem Polybutylensuccinat (PBS) und Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT). In diesen Fällen werden [[Bernsteinsäure]] und/oder [[1,4-Butandiol]] biotechnologisch hergestellt.

== Biologischer Abbau ==
{{Hauptartikel|Biologischer Abbau|Biologisch abbaubarer Werkstoff}}

Die biologische Abbaubarkeit ist vor allem für die spätere Entsorgung des Werkstoffs relevant. Unter ökologischen und [[Nachhaltigkeit]]saspekten sind abbaubare Kunststoffe von zunehmendem Interesse und von zunehmender wirtschaftlicher Bedeutung.

Zu bedenken ist, dass Polymere aus natürlichen oder biobasierten Rohstoffen häufig biologisch abbaubar sind, aber auch Produkte erzeugt werden können, die beständig sind. Ebenso sind Polymere aus [[Fossile Energie|fossilen Rohstoffen]] zwar häufig von hoher Beständigkeit, aber auch abbaubare Produkte können erzeugt werden (siehe Absatz ''Abbaubare, erdölbasierte Polymere'').

Je nach Anwendung werden unmodifizierte Roh-Biopolymere mit anderen Roh-Biopolymeren vermischt (geblendet), um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Hersteller von solchen Blends sind z.&nbsp;B. [[Novamont]], [[Biotec]], [[FKuR]] und [[Limagrain]].

== Siehe auch ==
* [[Biowerkstoff]]

== Weblinks ==
* [http://biopolymer.materialdatacenter.com/bo/main/page/0/1 ''Biopolymer Database''], Datenbank mit Eigenschaften von Biopolymeren für technische Anwendungen, erstellt von der [[Hochschule Hannover|FH Hannover]] und M-Base Engineering + Software GmbH
* [http://www.iap.fraunhofer.de/ ''Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung''], Forschung und Entwicklung unter anderem im Bereich Biopolymere
* Umweltbundesamt, [http://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3986.pdf ''Untersuchung der Umweltwirkungen von Verpackungen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen''] (PDF; 3,1&nbsp;MB) 2012

== Literatur ==
* P. Eyerer, P. Elsner, T. Hirth (Hrsg.): ''Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften.'' 6. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg 2005, ISBN 978-3-540-21410-6, S. 1443–1482.
* Hans-Josef Endres, Andrea Siebert-Raths: ''Technische Biopolymere.'' Hanser-Verlag, München 2009, ISBN 978-3-446-41683-3.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Biopolymer| ]]
[[Kategorie:Biokunststoff| Biopolymere]]
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