Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

ERA-IB: Herstellung, Charakterisierung und anwendungstechnische Untersuchung neuer polymerer Materialien aus der Spaltung pflanzlicher Öle mit Hilfe neuer Enzymsysteme (NOEL); Teilvorhaben 1: Anwendungsuntersuchungen

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT)
76327 Pfinztal
Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
Kontakt
Dipl.-Chem. Rainer Schweppe
Tel: +49 721 4640-173
E-Mail: schweppe@ict.fraunhofer.de
FKZ
22008708A
Anfang
01.03.2009
Ende
31.08.2012
Aufgabenbeschreibung
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung Enzym-gestützter Technologien für die Wert-steigernde Konversion von preiswerten, ungesättigten Fettsäuren zu funktionalisierten Lipid-basierten Chemikalien, verwendbar in Beschichtungen, in Klebstoffen, Schmierstoffen, Weichmachern und bio-basierten Kunststoffen. Ein multidisziplinärer Projektansatz durch Kombination von biotechnologischer Expertise und technischer Chemie und Polymertechnologie wurde zur Lösung der Aufgaben gewählt Zusätzlich wurden neue Analysenmethoden für die Charakterisierung von generierten Chemikalien integriert. Die spezifischen Ziele des Projektes sind das Auffinden und die Produktion von neuen Enzymen, mit der Hauptaktivität ungesättigte Fettsäuren zu reaktiven Zwischenprodukten umzusetzen, und diese Zwischenprodukte zu Lipid-basierten Chemikalien zu konvertieren. Am Ende werden die technische und ökonomische Machbarkeit der entwickelten Prozesse und generierten Produkte betrachtet. Die Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Technologien für die Verwertung von üppigen Lipidquellen für neue stoffliche Anwendungen hat ein hohes geschäftliches Potential. Das Projekt soll die stoffliche Basis der europäischen Fettchemischen Industrie merklich ausweiten. Die Aufgaben des Fraunhofer ICT im Teilprojekt 1 fokussieren auf die chemische Charakterisierung der Zwischenprodukte der enzymatischen Prozesse an Pflanzenölen und ungesättigten Fettsäuren, auf die Anpassung der ökonomischen Trenntechniken sowie auf die Synthese von Endprodukten (Polymeren) und ihrer Eigenschaften. Das Fh-ICT wird Reaktionsprodukte des biotechnologischen Prozesses abtrennen und fraktionieren in AP 4. Betrachtet werden in diesem Rahmen Industrierelevante Aspekte, Machbarkeit und Ökonomie. In AP 5 sind die Aktivitäten auf die Entwicklung marktfähiger Polymerprodukte (Kleber, Harze) und Verbundmaterialien gerichtet. Es sollen generierte Chemikalien aus AP 4 verwendet werden.
Ergebnisdarstellung
Am Fh-ICT wurden im Teilprojekt 1 wässrige Fermentationslösungen des Partners AB Enzymes GmbH, welche Fettsäurehydroperoxide mit einem Gehalt von ca. 40% des theoretischen Wertes enthielten, in einem mehrstufigen Verfahren abgetrennt, die Hydroperoxide katalytisch gespalten, die Spaltprodukte durch Vakuumrektifikation in mehrere Fraktionen aufgetrennt und analysiert. Es konnten flüchtige Aldehyde und Ketone von langkettigen freien Fettsäuren getrennt werden. Eine Sumpfphase konnte frei von langkettigen Fettsäuren dargestellt werden. Die Fraktionen wurden eingehend mit analytischen Methoden (13C-NMR, 1H-NMR, SEC(Mw, Mn), GC-MS/FID, HPLC-DAD-MSD, Rheologie, Säure-Zahl) untersucht. Postulierte Zielverbindungen ( -oxo-Carbonsäuren) für die Polymersynthese konnten nur in Spuren nachgewiesen werden. Es wurden kommerziell erhältliche bi-funktionelle, mittelkettige Carbonsäuren für die Synthese von Polymeren (Click-Chemie via Huisgen, Polyester, Polyamide, Block-Co-Polymere) verwendet. An den verschiedenen synthetisierten Polymeren wurden umfangreiche, chemische Analysen (13C-NMR, 1H-NMR, SEC(Mw, Mn), EA (CHONS), TG, DSC, Zugfestigkeit) durchgeführt, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ableiten zu können. Die dargestellten Polymere weisen brauchbare Eigenschaften (Schmelzpunkt, Molgewicht, Zersetzungstemperatur, Zugfestigkeit) auf. Eine technische und ökonomische Betrachtung der Machbarkeit des biotechnologischen Prozessteils zur Darstellung von Fettsäurehydroperoxiden sowie zur Darstellung von Polyamiden, Polyestern und Block-Co-Polymeren wurde durchgeführt. Es besteht u.a. sowohl Optimierungsbedarf bei der Biotechnologischen Konversion von ungesättigten Fettsäuren zu Fettsäurehydroperoxiden als auch bei der Click-Chemie-Synthesestrategie. Auch müssen selektive katalytische Wege gesucht werden, um Fettsäurehydroperoxide zu den Zielverbindungen " -oxo-Carbonsäuren" in hohen Ausbeuten und unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten zu konvertieren.

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