Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Terpene als Bausteine für biobasierte Polyamide; Teilvorhaben 2: Synthese von Homo- und Copolymerisaten sowie Polyamidcompounds - Akronym: TerPA

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT)
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Kontakt
Dr. Rodion Kopitzky
Tel: +49 208 8598-1267
E-Mail schreiben
FKZ
22001417
Anfang
01.04.2017
Ende
31.07.2020
Ergebnisdarstellung
Bei der Entwicklung einer für die Übertragung in die industrielle Anwendung geeigneten Synthesesequenz zur Herstellung eines auf 3-Caren basierenden Lactams ist es gelungen, ein 1-Topf-Verfahren zu entwickeln. Damit ist bei einer späteren industriellen Produktion keine aufwändige Reaktorkaskade nötig. Es kann in einem einfachen Rührkessel gearbeitet werden. Die Umsetzung erfolgt bei Temperaturen zwischen 15°C und 60°C, wodurch auch bezüglich der Heiz- und Kühlkapazität der industriellen Anlage keine besonderen Anforderungen bestehen. Die Synthese wurde dahingehend entwickelt, dass die Zwischenstufen nicht mehr isoliert werden müssen. Zur Reinigung sind nur einfache Extraktionsschritte mit wässrigen Lösungen erforderlich. Die Synthese konnte soweit optimiert werden, dass für die 4 Reaktionsstufen und die Reinigung des Endprodukts eine durchschnittliche Ausbeute von 74% erzielt wurde. Bei der anionischen Polymerisation des Lactams konnte gezeigt werden, dass Polymere mit hohem Molekulargewicht hergestellt werden können. Es besteht eine lineare Abhängigkeit der erzielten Molmasse von der Aktivatorkonzentration in einem breiten Bereich. Weiter konnte gezeigt werden, dass das auf 3-Caren basierende Lactam sowohl mit Caprolactam (Monomereinheit von PA6) wie auch mit Laurinlactam (Monomereinheit von PA12) copolymerisiert werden kann. Die Einpolymerisation des neuen Monomers führt zu deutlich veränderten thermischen Eigenschaften dieser wichtigen kommerziellen Polyamide. Bei der Untersuchung der hydrolytischen Polymerisation wurde die Reaktionszeit, die Reaktionstemperatur, die Aktivatorkonzentration und die benötigte Menge an Wasser optimiert. Polyamide aus 3-Caren haben sich als sehr vielversprechende neue biobasierte Polymere erwiesen, die einen wichtigen Beitrag zu einer Rohstoffwende liefern könnten. Vielversprechend sind vor allem die hohe Glasübergangstemperatur und der hohe Schmelzpunkt der neuen Polymere.
Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen der Politikstrategie Bioökonomie, der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung und der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie 2030 soll der Weg zu einer biobasierten Wirtschaft beschritten werden. Im Rahmen des Projektes soll dazu ein in relevanten Mengen anfallendes terpenoides Nebenprodukt der Holzverwertung mittels einer Synthesesequenz zu einem neuem bicyclischem Monomer für Polyamide umgesetzt werden. Hierzu ist ein technisch relevantes Verfahren auszuarbeiten. Das neue Monomer soll anschließend zu Homo- und Copolyamiden polymerisiert und mit polymerphysikalischen Methoden beschrieben werden. Die Darstellung von Polymercompounds und deren Charakterisierung soll erste Eigenschaften der neuen Werkstoffklasse und dessen möglichen technologischen Anwendungsfeldern liefern. Im Teilvorhaben 2 "Up-Scaling , Homo- und Copolymerisate sowie Polyamidcompounds" werden die optimierten Laborsynthesen des neuen Monomeren des Teilvorhaben 1 auf einen 20 L-Reaktor hochskaliert. Mit den erzeugten Monomeren werden mittels der technisch relevanten hydrolytischen Polymerisation Poly- und Copolyamide hergestellt und relevante polymer-physikochemische Parameter ermittelt. Ein Augenmerk liegt hierbei auf der Abhängigkeit der Eigenschaften von der Zusammensetzung der Copolyamide. Da Polyamide in der technischen Praxis oftmals mit mineralischen Füllstoffen oder Glasfasern compoundiert sind, sollen von den hergestellten Homo- und Copolyamiden exemplarisch gefüllte Compouds im Kleinmaßstab (Messkneter) hergestellt und erste Materialkennwerte gewonnen werden. Abschließend wird die Synthese ausgewählter Homo-und Copolyamide mittels der hydrolytischen oder anionischen Polymerisation bis in den Kilogrammmaßstab kochskaliert. Die erzeugten Poly- und Copolyamide werden mit weiteren Bestandteilen zu Werkstoffen compoundiert und erste Werkstoffkennwerte ermittelt. Aus den gewonnenen Daten werden erste technologische Anwendungsfelder der neuen Werkstoffklasse abgeleitet.

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