Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Substitution synthetischer Bindemittel durch chemisch veränderte thermisch oder strahlenhärtende Pflanzenöle für den Einsatz auf zellulosehaltigen Substraten; Teilvorhaben 2: Modifizierung der Ausgangsstoffe und anwendungstechnische Untersuchungen

Anschrift
Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH
01217 Dresden
Zellescher Weg 24
Kontakt
Dr. rer. nat Christiane Swaboda
Tel: +49 351 4662-261
E-Mail: christiane.swaboda@ihd-dresden.de
FKZ
22005015
Anfang
01.01.2016
Ende
30.06.2018
Aufgabenbeschreibung
Traditionelle Pflanzenöle treten seit einigen Jahren als erneuerbare Rohstoffe immer mehr in den Blickpunkt des Interesses. Ihre Gewinnung ist Stand der Technik. Prinzipiell bilden naturbelassene Öle auf porösen Oberflächen keine Schichten. Mit physikal. und chem. Methoden können selbige modifiziert werden, dass sie als Bindemittel in filmbildenden Beschichtungssystemen nutzbar sind. Der Einsatz modifizierter Pflanzenöle im Papiersektor ist bisher nicht erschlossen. Ziel ist daher, auf den Stand der Technik aufzubauen u. anhand kommerziell erhältlicher, aber auch durch Eigenentwicklungen entsprechende neue Bindemittel für Papiere aufzubauen und deren systematische Überführung in Beschichtungsrezepturen zu untersuchen. Dabei wird darauf gesetzt, die Nachteile von Ölen gezielt zu beseitigen, um solche neuen natürlichen Binder in Papiercoatings einsetzen zu können. Angestrebt wird außerdem ein ganzheitliches Konzept zur Ressourcenschonung, d.h. zusätzlich die Optimierung der Technologie zur Energieeinsparung beim Prozess der Papierbeschichtung. So wird neben der thermischen - die Vernetzung auf UV-/UV-LED-Basis verfolgt. Schwerpunktaufgabe des IHD ist die Entwicklung und Bereitstellung der Basisbindemittel auf Basis natürl. Rohstoffe sowie deren Anpassung und Modifizierung für den Einsatz in Papierbeschichtungen. Dazu gehören u.a. die Durchführung von Analysenverfahren zur Charakterisierung der eingesetzten Bindemittel u. des Nachweises der Härtung mit verschiedenen Methoden (thermisch, radikalisch, ionisch mit u. ohne UV-Strahlung). Die Bindemittel werden weiterhin für die im Anschluss erfolgende Einarbeitung in spezielle Beschichtungsrezepturen optimiert sowie deren resultierende Eigenschaften im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit und Aushärtungsgrade bestimmt. Durch Feststellg. der nutzungsrelevanten Parameter u. Gebrauchseigenschaften der beschichteten Papieroberflächen lassen sich dann potentiell Anwendungsfelder für eine spätere Verwendbarkeit am Markt ableiten.
Ergebnisdarstellung
Im Projekt wurden zwei pflanzenölbasierte Beschichtungen für Papiersubstrate entwickelt und auf ihre Einsatzmöglichkeiten als Barriereschichten im Verpackungsbereich hin untersucht. Im Falle der UV-härtenden Beschichtungen wurde die Rezeptur so optimiert, dass ein im Gegensatz zu den üblichen antimonhaltigen Photoinitiatoren (PI) weniger gesundheitsschädlicher und UV-LED-fähiger PI eine vollständige Aushärtung und gute Oberflächeneigenschaften gewährleisten kann. Über den Zusatz von Reaktivverdünner kann die Flexibilität und Härte der Beschichtung in einem gewissen Rahmen eingestellt werden. Diese Systeme liegen unpigmentiert vor, da sich wässrige Pigmentslurries, wie in der Streichfarbenherstellung üblich, in die 100%-Ölsysteme nicht einarbeiten lassen. Die Beschichtung ist mit geringen Einschränkungen als Barriereschicht gegenüber wässrigen Medien geeignet, wenn eine Schichtdicke von 20 µm nicht unterschritten wird. Bei dünneren Schichten kommt es zu einer Versprödung und Rissen in der Oberfläche, durch die dann anliegende Medien (Flüssigkeiten, Gase) diffundieren können und die Barriere nicht mehr gegeben ist. Als Fettbarriere ist sie bei Anwendungen mit einfachen Anforderungen ebenfalls einsetzbar. Für eine Verwendung unter erhöhten Anforderungen muss eine weitere Optimierung des Polymernetzwerkes oder durch Zusatz von Additiven erfolgen. Im Gegensatz zu den UV-Ölen war bei den Hydroölen eine Vorbehandlung des Untergrunds nicht zwingend nötig. Die oxidativ thermisch trocknenden Hydroöle konnten mit den in der Papierindustrie üblichen Parametern gehärtet werden. Die Beschichtungen mit reinem Hydroöl zeigen eine gute Fettbarriere, die jedoch durch Falzen des Substrats deutlich schlechter wurde, bei gleichzeitig annehmbarer Barriere gegenüber Wasserdampf. Die pigmenthaltigen Beschichtungsvarianten erwiesen sich als inhomogen und teils spröde. Die Barrierewirkung gegenüber Fetten lag deutlich unterhalb der reinen Ölschicht.

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