Biokunststoffe aus Pflanzenölen

Dr. rer. nat. med. habil. Eva Gottfried

Stand: 14.11.2026

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Ein Umstieg von klassischen Kunststoffen auf Biokunststoffe aus Pflanzenölen ist gut für Klima und Ressourcenschonung. Differenzierte Verfahren ermöglichen neue Materialien, mit denen auch die Gesundheitsbranche ihren Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten kann.

Immer ausgefeiltere Materialien mit begehrten Eigenschaften wie Robustheit trotz Geschmeidigkeit, Haltbarkeit, Festigkeit und Transparenz lassen die weltweite Kunststoffproduktion stetig wachsen. Allerdings mahnen die Ziele der Kreislaufwirtschaft zum Ersatz fossiler Rohstoffe durch nachhaltigere Lösungen, um CO₂-Fußabdruck und Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern und Alternativen angesichts der Verknappung von fossilem Öl zu entwickeln. Mit dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe, möglichst auch nach dem Prinzip der Kaskadennutzung, bei der Biomasse zunächst für Primärmaterialien verwendet wird, dann wiederverwertet und zuletzt noch energetisch genutzt werden kann, lässt sich neben dem Rohstoffthema auch das wachsende Abfallproblem angehen [1, 2].

Vielfältige Möglichkeiten der Herstellung von Biokunststoffen kombinieren unterschiedliche biogene Ausgangsstoffe, Materialeigenschaften und Abbaubarkeit. Die bisherigen Produktionskapazitäten von rund 2,47 Millionen Tonnen Biokunststoffen jährlich sind allerdings noch weit entfernt vom weltweiten Bedarf von fast 414 Millionen Tonnen Kunststoff jährlich (2024). Folglich wird der Bedarf nach wie vor auf Basis von fossilem Öl gedeckt [2]. Auch wenn ein deutlicher Anstieg von Biokunststoffen auf etwa 5,73 Millionen Tonnen für das Jahr 2029 prognostiziert wird, sind weitreichendere Entwicklungen für Herstellung und Recycling gefordert [1, 2].

Kunststoffe sind Polymere

Der Begriff Kunststoffe bezeichnet aus chemischer Sicht verschiedene Makromoleküle (Polymere) aus sich wiederholenden kleineren Bausteinen (Monomeren). Das trifft auf klassische Kunststoffe aus fossilem Öl wie auf Biokunststoffe zu. Für Biokunststoffe gibt es keine einheitliche Definition; grob vereinfacht sind es Polymermaterialien mit den Eigenschaften biobasiert und/oder bioabbaubar. Die Begriffe Biokunststoff, Bioplastik und Biopolymere werden in Kunststoffverarbeitung und Materialwissenschaften häufig als Synonyme verwendet [3].

Der Zusatz „biobasiert“ bezieht sich auf das Ausgangsmaterial, das zumindest teilweise aus Biomasse wie Pflanzen gewonnen wird. „Biologisch abbaubar“ bezeichnet den Abbau der Materialien durch    Mikroorganismen, was weniger mit der Herkunft der Materialien, als mehr mit der chemischen Struktur und den Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Mikroorganismen und Feuchtigkeit des Milieus zusammenhängt [3]. Der Begriff „bio-kompostierbar“ wiederum steht für den biologischen Abbau speziell in industriellen oder Haushalts-Kompostern [1, 3].

Damit lassen sich drei Hauptgruppen von Biokunststoffen unterscheiden [1, 3, 4]:

1. Biokunststoffe, die per se biobasiert und biologisch abbaubar sind, wie jene aus Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxyalkanoate (PHAs), Polybutylensuccinat (PBS),

2. biobasierte/teilweise biobasierte aber nicht biologisch abbaubare Kunststoffe, wie biobasiertes Polyethylen (Bio-PE), Polypropylen (BioPP) und Polyethylenterephthalat (Bio-PET), Polyamid (Bio-PA), Polytrimethylenterephthalat (Bio-PTT), Polyethylenfuranoat (Bio-PEF)

3. und Kunststoffe, die auf fossilem Öl basieren, aber biologisch abbaubar sind, wie beispielsweise Polybutylenadipat-Terephthalat (PBAT).

Unter den 4,5 Millionen Tonnen biobasierten Polymeren, die im Jahr 2025 produziert wurden, waren 30% Epoxidharz aus Pflanzenstärke und Pflanzenölen, 25% Celluloseacetat (CA), 9% Polyurethane (Bio-PU) insbesondere aus Sojaöl, 9% PLA aus Stärke und 8% Polyamide (Bio-PA) unter anderem aus Rizinusöl [4]. Die Bandbreite der Ausgangsstoffe für biogene Materialien ist groß; im Gesundheitsbereich wurden bisher überwiegend Stärke aus Mais und Zuckerrohr sowie Cellulose genutzt, vor allem für Wundverbandsmaterial, Verpackungsmaterial und Einwegartikel [1]. Aber auch Pflanzenöl-basierte Biokunststoffe kommen hier zunehmend in den Blick [1, 5].

Pflanzenöle für Biopolymere

Pflanzliche Öle, die hauptsächlich aus Früchten und Ölsaaten gewonnen werden, bestehen aus einer Mischung von Lipiden, die bei Raumtemperatur oft flüssig sind, darüber hinaus aber ganz unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen. Zu den gängigsten pflanzlichen Ölen zählen Oliven-, Soja-, Erdnuss-, Sonnenblumen-, Lein-, Mais- und Rapsöl; sie werden nicht nur als Frittieröle und in Würzmitteln genutzt, sondern auch für die Herstellung von Seifen, Farben, Ölfarben und Biokraftstoffen [5].

Die Hauptbestandteile von Pflanzenölen sind Triglyceride, die in den Pflanzenzellen durch die Veresterung von Glycerin mit drei Fettsäuren gebildet werden und insbesondere in den Samen als Energiespeicher vorkommen werden. Für die Synthese von Biopolymeren müssen die Triglyceride entsprechende funktionelle Gruppen besitzen. Rizinusöl gilt als Paradebeispiel eines Ausgangsmaterials, weil die Ricinolsäure im Rizinusöl per se schon ausreichend funktionelle Gruppen wie Doppelbindung und Hydroxylgruppe besitzt. Diese können zur Polymerisierung der Moleküle in Polyester, Bio-Polyurethan (bio-PU) und mit weiteren Schritten auch Polyamid genutzt werden [5, 6].

So stehen für die Bau- und Handwerkerbranche schon länger Befestigungsdübel aus mehr als 58% Rizinusöl (Green line Produktlinie) zur Verfügung. Das eingesetzte Material Bio-Polyamid (PA 6.10) wird teils auch als bio-basiertes Nylon bezeichnet. Im Jahr 2020 erhielt das Unternehmen den Deutschen Nachhaltigkeitspreis für seine Befestigungsmaterialien, die von der Prüf- und Zertifizierungsstelle DIN CERTCO/TÜV Rheinland in die Klasse „BIOBASED 50-85%“ eingruppiert wurden [7].

Schläuche, Katheter und Wundversorgungsmaterial aus Rizinusöl

Das im englischsprachigen Raum als castoir oil bezeichnete Rizinusöl wird auch zur Produktion von Verbrauchsmaterialien im Gesundheitsbereich genutzt, von Schläuchen und Notches, Kathetern bis  Wundversorgungsmaterial und Gehäuseteilen. Bereits vermarktet werden hierzu Bio-Polyamid 11 (PA11, Rilsan^® PA11) und VESTAMID^® Care ME/VESTAMID^® Care ML. Außerdem wird glasfaserverstärktes Bio-Polyamid 11 (Rilsan^® MED PA 11) zur Herstellung von chirurgischen Einweg-Instrumenten wie Skalpellgriffen, Spreizer, Pinzetten und Schalen genutzt [8, 9].

Pflanzenöle ohne funktionelle Gruppen werden funktionalisiert

Viele andere Pflanzenöle besitzen wenige oder keine direkt polymerisierbaren funktionellen Endgruppen, können aber im Vorfeld an reaktiven Stellen chemisch modifiziert werden. Durch Umesterung, Aufbrechen und Neuverbinden von Doppelbindungen (Metathese), Acrylierungs- und Epoxidierungsreaktionen können sie chemisch so modifiziert werden, dass sie als Monomere zur Polymerisierung geeignet sind [5]. Für die Polymerisation stehen zwei Prozessklassen mit unterschiedlichen chemischen Reaktionsmechanismen zur Verfügung, die Kettenpolymerisationen und die Stufenpolymerisationen. Bei der Stufenpolymerisation verbinden sich zwei Monomere mit zwei oder mehr reaktiven Stellen zu einem größeren Molekül, mit oder ohne Abspaltung eines kleinen Restmoleküls wie beispielsweise Wasser (chemisch eine Polykondensation bzw. Polyaddition). Bei der Kettenpolymerisation erfolgt die Verlängerung der Polymerkette durch die Anlagerung aufeinanderfolgender Monomere an das Reaktionszentrum des Moleküls am Ende der Kette. Ausgelöst wird diese Reaktion durch einen reaktiven Faktor, wie ein Radikal, ein Carbanion oder ein Carbokation [5]. Auf diesen Wegen können dann verschiedene Polymerklassen gebildet werden, wie Bio-Polyamide (Bio-PA), Bio-Polyurethane (Bio-PU, Bio-PUR), Bio-Polyester (Bio-PES) und Bio-Expoxidharze (Bio-Epoxide) [5].

Polyurethane aus Soja-, Sonnenblumen- und Leinöl

Verschiedene Pflanzenöle, wie Soja-, Sonnenblumen- oder Leinöl, werden an Doppelbindungen der Fettsäuren mittels Peroxysäuren zu Epoxiden umgesetzt. Die sogenannten epoxidized vegetable oils (EVOs) können mittels Alkohol und Säure zu Polyolen umgesetzt werden, die wiederum als Hauptkomponenten für die Polymerisation von Polyurethanen (PU) fungieren [5]. Polyurethanschäume, -klebstoffe oder -elastomere können bei der Herstellung von Dekubistus-Matrazen und Rollstuhlsitzen, Schuhsohlen, Klebstoffen und Wundverbände genutzt werden [5]. So wurden Wundverbände aus Bio-Polyurethan aus Sojaöl, versetzt mit quarternären Ammoniumverbindungen entwickelt und im Tiermodell ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften wie Wasserabsorption und Transmission sowie antimikrobielle Eigenschaften bestimmt [10].

Darüber hinaus können EVOS mittels Photoinitiatoren photochemisch aktiviert und für die 3D-Drucktechnologie genutzt werden [5].

Wundverband aus biogenen Compositfolien

Zur Nutzung in Wundverbänden wurden auch biokompatible und biologisch abbaubarer Nano-Compositfolien entwickelt, deren Matrix aus Pflanzenölen besteht, die mit Chitosan (CS)-modifizierten ZnO-Nanopartikeln versetzt wurde [6]. Die Elastizität, Festigkeit und Flexibilität der Folien wurde unter trockenen Bedingungen wie auch unter physiologischer Umgebung nachgewiesen; auch Wasseraufnahme und Zytokompatibilität wurden getestet. Durch den Einbau von ZnO-Nanopartikeln konnte darüber hinaus die biozide Wirkung insbesondere gegenüber grampositiven Bakterien verbessert werden [6].

Bio-Epoxidharze als Klebstoffe für die Medizintechnik

Expoxidharze, d.h. Kunstharze mit Ringstrukturen werden aufgrund ihrer hohen Haftfestigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und nicht-toxischen Zusammensetzungen u.a. als Klebstoffe in der Medizin eingesetzt, sei es im Kontext von Endoskopie, Kathetern, Infusionspumpen, Wandlern, Prothesen und Diagnosegeräten. Sie können sowohl auf Basis von pflanzlicher Stärke als auch epoxidierten Pflanzenölen, wie expoxidiertes Leinöl (ELO) und epoxidiertes Sojaöl (ESO), oder auch wiederverwerteten epoxidierten Altspeiseölen (UCO - Used Cooking Oils). Auch außerhalb der Gesundheitsbranche kommen sie als Beschichtungen, Klebstoffe, Verbundwerkstoffen und Bodensysteme wie Laminat zum Einsatz [4, 5].

Standards und Labels für Biokunststoffe

Die Standardisierung von Bezeichnungen und Angaben zum biobasierten Anteil beziehungsweise Kohlenstoffgehalt sind bisher nicht einheitlich geregelt, was die Beurteilung der Materialien und Produkte erschwert. So wird bei manchen Produkten der „biobasierte Kohlenstoffgehalt“, bei anderen der „biobasierte Massen-Anteil“ angegeben, was sich in unterschiedlichen Maßeinheiten und verschiedenen prozentualen Werten niederschlägt. Zur Bestimmung des biobasierten Kohlenstoffgehalts steht beispielsweise die 14C-Methode zur Verfügung, gemäß EU-Norm EN 16640, internationaler Norm ISO 166202, US-Norm ASTM 6866). Verschiedene Zertifizierungsstellen, wie die Zertifizierungsstelle TÜV Austria (mit Hauptsitz in Belgien) oder die deutsche Zertifizierungsstelle DIN CERTCO („OK biobased“ und „DIN geprüft biobased“) übernehmen Produktzertifizierungen [1, 3].

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