Nachwachsende Rohstoffe in der Wikipedia, Band 4 - nova-Institut ...

Stärkepolymer 131
Stärkepolymer
Als Stärkepolymere werden grundsätzlich alle Polymere bezeichnet, die auf das natürlich vorkommende
Polysaccharid Stärke aufbauen. Während im Umfeld der biologisch-chemischen Forschung auch das Polymer der
Stärke selbst als Stärkepolymer bezeichnet wird, bezieht sich diese Bezeichnung im technischen Sprachgebrauch vor
allem auf Kunststoffe und andere Werkstoffe, die auf der Basis von Stärke hergestellt werden und als Biowerkstoffe
Verwendung finden.
Aufbau und Eigenschaften der Stärke
→ Hauptartikel: Stärke, Stärke als nachwachsender Rohstoff
Stärke ist als Polysaccharid ein natürliches Biopolymer, das in Form
von Stärkekörnern als Energiespeicherstoff in die Zellen von Pflanzen
eingelagert wird. Sie besteht aus α-D-Glucose-Einheiten (Monomere),
die über glykosidische Bindungen miteinander verknüpft sind.
Dadurch ergibt sich die chemische Formel (C 6 H 10 O 5 ) n , wobei C für
den enthaltenen Kohlenstoff, H für den Wasserstoff und O für den
Sauerstoff steht. Im Normalfall besteht ein Stärkemolekül aus 10 4 bis
10 6 Glucoseeinheiten, wobei es zwei verschiedene Typen gibt:
• 20–30 % der Stärke besteht aus Amylose, linearen Ketten mit
helikaler (Schrauben-)Struktur, die nur α-1,4-glykosidisch
verknüpft sind und
• 70–80 % besteht aus Amylopektin, stark verzweigten Strukturen,
mit α-1,6-glykosidischen und α-1,4-glykosidischen Verknüpfungen.
Ausschnitt aus einem Amylosepolymer
Ausschnitt aus einem Amylopektinpolymer
Aufgrund der OH-Gruppen sowie der glykosidischen Bindung der einzelnen Monomere lässt sich Stärke auf
unterschiedliche Arten chemisch modifizieren und so für unterschiedliche Zwecke nutzbar machen. So gewinnt man
durch verschiedene Substitutionen Stärkeether (Stärke-O-R) oder Stärkeester (Stärke-O-CO-R), außerdem lassen
sich verschiedene Moleküle mit dem Stärkepolymer verknüpfen (R-O-Stärke-O-R und/oder
R-OC-O-Stärke-O-CO-R). Durch Oxidation der primären OH-Gruppen lassen sich oxidierte Stärken sowie
Stärkemoleküle mit vermehrten COOH- oder CHO-Gruppen gewinnen, bei einer Oxidation der sekundären
OH-Gruppen resultieren vermehrte CHO- und CO-Gruppen sowie Ringbildungen der Moleküle C 2 und C 3 . Bei der
Thermolyse und der Pyrolyse lässt sich unter Abscheidung von Wasser Laevoglucosan gewinnen, das als
Ausgangsstoff für eine Reihe von Produkten genutzt werden kann. [1]
Durch Hydrolyse mit Hilfe von Enzymen oder Säuren können die glykosidischen Bindungen aufgebrochen werden,
wodurch verschiedene modifizierte Stärken, Dextrine sowie stärkebasierte Zuckerstoffe entstehen.
Stärkebasierte Werkstoffe
→ Hauptartikel: Biokunststoff
Bei der Herstellung von Biobasierten Kunststoffen spielt Stärke eine Rolle. Die wichtigsten Biokunststoffe auf
Stärkebasis sind extrudierte Thermoplastische Stärken (TPS) und Stärkeblends sowie Polymilchsäure (PLA) (in der
Reihenfolge ihrer Marktanteile). Alle weiteren Biokunststoffe wie Polyhydroxyalkanoate (PHA) machen zusammen
weniger als 5% aus.
Während Thermoplastische Stärke, Stärkemischungen und stärkegefüllte Polyolefine eine direkte Nutzung von
Stärke bzw. modifizierten Stärken darstellen, werden PHAs und PLA durch Fermentation produziert. Das