Dr. F. Loth
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30.09.2004

Es konnte gezeigt werden, dass die Gewinnung von definiertem, qualitativ hochwertigen Xylan aus Haferspelzen sowohl im Labor- als auch im Technikumsmaßstab möglich ist. Die Arbeiten haben gezeigt, dass die Auswahl und Aufarbeitung des Rohstoffes einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der erhaltenen Xylane haben. Die Arbeiten zur Optimierung haben gezeigt, dass 5%ige NaOH-Lösungen eine effektive Extraktion des Xylans ermöglichen, wobei höhere Konzentrationen keinen deutlichen positiven Einfluss ergeben. Eine Erhöhung der Extraktionstemperatur wirkt sich positiv aus, sollte aber unterhalb von 100 °C bleiben. Dadurch kann ein Abbau der Xylane verhindert werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde ein Verfahrensvorschlag erarbeitet, der die grundsätzlichen Anforderungen an ein wirtschaftlich zu betreibendes Verfahren erfüllt. Eine Schlüsselrolle spielt hier die Frage, in welchem Maße die Rückgewinnung der bei der Extraktion eingesetzten Natronlauge gelingt. Erste Untersuchungen zeigen hier, dass das Prinzip der Nanofiltration grundsätzlich geeignet ist, einen Teil der eingesetzten Natronlauge aus dem Extrakt zurückzugewinnen. Das gewonnene Xylan unterscheidet sich insbesondere durch seine niedrige Molmasse von Cellulose, lässt sich jedoch auf ähnliche Art und Weise im Labormaßstab in die verschiedensten Derivate überführen. Es konnten verschiedene Verfahren zur Modifizierung und Derivatisierung des extrahierten Xylans entwickelt werden. Neben der in erster Linie betriebenen Carboxymethylierung von Haferspelzenxylan wurden Versuche zur Hydroxypropylierung, zur Dihydroxypropylierung, zur Succinylierung und zur Sulfatierung durchgeführt. Für diese Versuche wurden unterschiedliche Umsetzungsvarianten erarbeitet und der Einfluss der wichtigsten Reaktionsparameter untersucht. Mit den angesprochenen Derivatisierungsverfahren wurden generell wasserlösliche, chemisch modifizierte Xylane erhalten.

Im Rahmen dieses Verbundvorhabens sollen die Grundlagen und Technologien zur Verwendung von Hemicellulosen (Xylane) als hochwertige polymere Additive aus gering lignifizierten Resten von Einjahrespflanzen wie Haferspelzen, Stroh und Maisspindeln erarbeitet werden. Ziel ist dabei der weitgehende Erhalt des nativen Polymerisationsgrades des Xylans, so daß die Synthesevorleistung der Natur in vollem Umfang genutzt wird. Auf eine Delignifizierung der landwirtschaftlichen Rohstoffe kann bei Einjahrespflanzen verzichtet werden. Das Gesamtprojekt umfaßt den kompletten Aufbau einer Produktlinie von der Bereitstellung der Ausgangsmaterialien über die Isolierung und Derivatisierung der Wertstoffkomponenten, der Applikationsprüfung bis hin zur verfahrenstechnischen Entwicklung für eine spätere industrielle Verwendung in den Bereichen Baustoffe, Papier und Pharma. Im Rahmen des Teilvorhabens 2 sollen die bereitgestellten Xylane derivatisiert werden, wobei vor allem Carboxymethylierungen, Alkylierungen, Hydroxyalkylierungen und Veresterungen untersucht werden. Die Methodenentwicklung im Labormaßstab sowie die Charakterisierung der unterschiedlichen Reaktionsprodukte sind die Schwerpunkte des Teilvorhabens. Das Verbundvorhaben wird in Zusammenarbeit mit der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft, der Fa. Peter Kölln und der Fa. Wolff Walsrode AG durchgeführt werden.