Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben (FSP-Klebstoffe): Synthese von ligninbasierten Polymeren und deren Formulierung zu Klebstoffspezialitäten (LignoGlue); Teilvorhaben 3: Scale-up

Anschrift
Synthopol Chemie Dr. rer. pol. Koch GmbH & Co. KG
21614 Buxtehude
Alter Postweg 35
Kontakt
Dr. Matthias Konrad
Tel: +49 4161 7071-150
E-Mail: mkonrad@synthopol.com
FKZ
22004515
Anfang
01.11.2015
Ende
30.04.2019
Aufgabenbeschreibung
Der Wunsch nach biobasierten Rohstoffen für die Verwendung in der chemischen Industrie ist seit Jahren ungebrochen. Durch seine gute Verfügbarkeit, vor allem als Reststoff bei der Zellstoffherstellung, stellt Lignin einen besonders attraktiven Rohstoff dar, der jedoch aufgrund seiner chemischen Eigenschaften, wie z.B. schlechter Löslichkeit in üblichen Lösemitteln, bisher wenig im Bereich der Klebtechnik genutzt wird. Im Projekt LignoGlue wurde der Ansatz verfolgt marktverfügbares Lignin als Polyether- oder Polyesterderivat zu modifizieren und somit als Rohstoff für Klebstoffe einsetzbar zu machen. Für diese Modifikationen war der Projektpartner Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI verantwortlich. Die Prüfung der Einsetzbarkeit dieser Modifikate in Klebstoffformulierungen wurde von dem Klebstoffhersteller Jowat wie auch vom WKI übernommen. Hierbei wurden die neuen Rohstoffe in den Polyurethansystemen PU-Prepolymere, PUR- Hotmelts, PU-Dispersionen (PUD), EPI-Dispersionen und 2K-PU untersucht. Der Projektpartner Synthopol Chemie Dr. rer.pol. Koch GmbH & Co. KG war sowohl für Scale-up Versuche der Modifikate und der Klebstoffformulierungen zuständig.
Ergebnisdarstellung
Da WKI konnte erfolgreich Ligninpolyether (LG-OH) aus Lignin und Polyolen mit Ligningehalten bis 50% herstellen. Zudem wurden Ligninpolyester mittels Ringöffnungspolymerisation aus Lignin und e-Caprolacton (LG-CL) hergestellt (bis zu 30,5% Lignin). Die LG-OH konnten unter genauer Beachtung der Syntheseparameter in eine lagerstabile Polyurethandispersion (PUD) eingearbeitet werden. In 2K-PU-Systemen wurde der Einsatz der LG-CL geprüft. Erfolgte die Verleimung bei erhöhter Temperatur, dann erfüllte der Klebstoff die Anforderungen eines D3-Klebstoffes. Zu verbessern ist die geringe Wärmestabilität. Die Untersuchungen zu einem möglichen Scale-up der Ligninderivate wurden größtenteils bei Synthopol durchgeführt. Hierbei konnten die Synthesen des WKI im Maßstab von 1-2 kg, bei ausgesuchten Modifikaten bis 4 kg, gut nachgestellt werden. Zudem wurde der Feststoffgehalt einer PUD auf Basis eines LG-OH durch Anpassung des Verfahrens von 20 % auf 50% erhöht. Jowat prüfte die Ligninderivate in der PU-Hotmelt-Technologie, wobei sich zeigte, dass die Derivate aufgrund ihrer Eigenschaften hier nicht geeignet sind. Bei den PU- Prepolymersynthesen konnte ein bei ca. 40°C schmelzbares Muster hergestellt werden, welches in Verklebungen prinzipiell gute Endfestigkeiten und einen guten Wärmestand aufwies. Dessen sehr lange offene Zeit und geringe Anfangsfestigkeit wären aber noch zu optimieren. Im Bereich der radikalischen Emulsionspolymerisation wurden Ligninderivate als Schutzkolloid untersucht. Hierbei zeigte sich, dass sie die Polymerisation inhibierten. Die PUDs der Projektpartner wurden ebenfalls geprüft, zeigten aber für eine Klebstoffanwendung keine adäquate Filmbildung und Abbindezeit. Als vielversprechendste Anwendung wurde der Einsatz der Ligninderivate als Postadditiv in EPI-Dispersionen identifiziert. Die Ligninderivate konnten 15% der derzeit genutzten Polymere in einer stabilen Klebstoffformulierung ersetzen, die die Anforderungen an D1 und D4 Klebstoffe erfüllte.

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