Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Hochleistungspolyamide aus Pflanzenölen

Anschrift
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Fakultät für Chemie und Biowissenschaften - Institut für Organische Chemie
76131 Karlsruhe
Fritz-Haber-Weg 6
Kontakt
Prof. Dr. Michael Meier
Tel: +49 721 608-48326
E-Mail: m.a.r.meier@kit.edu
FKZ
22006311
Anfang
01.09.2011
Ende
30.06.2015
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projekts ist es Monomersynthesen ausgehend von Ölsäure, Erucasäure und anderen, auch mehrfach ungesättigten, Fettsäuren zu entwickeln um einen Zugang zu Polyamiden aus heimischen nachwachsenden Rohstoffen aufzuzeigen. Die im Projekt erzielten Daten sollen unter anderem auch das mögliche Substitutionspotential der untersuchten nachwachsenden Polyamide aufzeigen und neue Anwendungsmöglichkeiten von heimischen nachwachsenden Rohstoffen im Nichtnahrungsmittelsektor demonstrieren. Neben klassischen organischen Synthesen sollen in diesem Projekt auch katalytische und nachhaltige Verfahren zur Monomersynthese untersucht und miteinander verglichen werden. Nach erfolgreicher Synthese von Fettsäurederivaten mit terminalen als auch innenständigen -NH2 Gruppen sollen diese zu den entsprechenden Polyamiden umgesetzt werden. Die so erhaltenen Polymere werden vollständig chemisch charakterisiert (NMR, GPC, IR, ...). Nach erfolgreicher Optimierung der Monomer- und Polymersynthese sollen größere Mengen der Polyamide dargestellt werden um deren Anwendungseigenschaften zu charakterisieren. Neben thermischen Daten (Tm, Tg, Stabilität) sollen auch mechanische Eigenschaften (Härte, Elastizität, Bruchzähigkeit, Steifigkeit, ...) untersucht werden um mögliche Einsatzgebiete der erhaltenen Kunststoffe aufzuzeigen.
Ergebnisdarstellung
Im Vorhaben wurden mehrere Synthesen von Amin-funktionalisierten Fettsäuren entwickelt und die so erhaltenen Monomere anschließend zu nachwachsenden Polyamiden umgesetzt. Auch wurden grundlegende Materialeigenschaften der erhaltenen Polyamide bestimmt. Zunächst wurde Cysteamin, ein Abbauprodukt der Aminosäure Cystein, erfolgreich in radikalischen Thiol-En Additionsreaktionen zur Amin-Funktionalisierung von Fettsäureestern der Öl- und Erucasäure verwendet. Durch anschließende Polykondensation der Monomere konnten fettsäurebasierende Polyamide hergestellt werden. Über eine Hydrobromierung und anschließende Modifizierung der halogenierten Fettsäuresubstrate konnten ebenfalls Aminofettsäuremethylester synthetisiert werden. Strukturanaloge Monomere konnten zudem über eine photokatalytische oder metallkatallytische oxidative Umsetzung von Fettsäureestern mit Sauerstoff zu Keto-Fettsäuren mit anschließender reduktiver Aminierung erhalten werden. Die aus solchen Monomeren erhaltenen Polyamide zeigten u.a. eine stark reduzierte Wasseraufnahme, gute mechanische Eigenschaften und Schmelzpunkte im zu erwartenden Bereich. Durch Wahl der zu Grunde liegenden Fettsäure lassen sich die Eigenschaften der nachwachsenden Polyamide zudem in vorhersehbarer Weise beeinflussen. Auch nicht verzweigte, lineare nachwachsende Polyamide (PA16, PA14, PA11, PA10) konnten einerseits über eine katalytische Lossen-Umlagerung mit anschließender Kreuzmetathese und andererseits auf Basis von biotechnologisch gewonnenen Fettsäurederivaten (PA16) teilweise erstmals synthetisiert werden.

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