Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Einfluss des Lignintyps auf die Haftung in thermoplastischen PE-Lignin-Blends (LPEblends); Teilvorhaben 1: Ligninaufbereitung und -charakterisierung

Anschrift
Universität Hamburg - Fakultät für Mathematik, Informatik u. Naturwissenschaften - Fachbereich Biologie - Zentrum Holzwirtschaft
21031 Hamburg
Leuschnerstr. 91
Kontakt
Prof. Dr. Bodo Saake
Tel: +49 40 73962-510
E-Mail: bodo.saake@uni-hamburg.de
FKZ
22011216
Anfang
01.02.2017
Ende
31.01.2018
Aufgabenbeschreibung
Die Haftungseigenschaften ligninbasierter Polyethylen (PE) Blends werden unter Variation des Lignintyps systematisch untersucht und optimiert, um das finale Eigenschaftsprofil hinsichtlich der Mechanik zu verbessern. Bei diesen Untersuchungen können grundlegende Erkenntnisse bezüglich der Wechselwirkung von Lignin mit kommerziellen Haftvermittlern (maleierte Poly-mere) unter anderem bei variierender Reinheit bzw. chemisch-physikalischen Eigenschaften gewonnen werden. Ziel ist es, einen chemischen oder physikalischen Strukturparameter der Ligninkomponente zu identifizieren, der direkt mit dem Kopplungspotential zu maleierten Polymeren korreliert und somit signifikant verbesserte mechanische Eigenschaften der resul-tierenden Blends ermöglicht. Als Ausgangsproben werden Nadel- und Laubholz-Kraftlignin, Laubholz-Organosolvlignin sowie Soda-Graslignin beschafft. Durch Aufreinigungsverfahren sollen aus den ausgewählten Lignine jeweils mindestens drei verschiedene Qualitäten erhalten werden, die sich im Kohlenhydrat- und Aschegehalt unterscheiden. Die verschiedenen Lignine werden charakterisiert. Ziel ist es, einen chem. oder physikalischen Strukturparameter bzw. eine Eigenschaft des Lignins zu identifizieren, welche direkt mit dem Kopplungspotential zu MA-gepfropften PE Haftvermittlern korreliert. Zur Identifizierung der Haftung an den realen Blendsystemen zwischen den unterschiedl. Ligninen und der PE-Matrix werden qualitative, spektroskopische und indirekte Methoden eingesetzt. Da die Untersuchung im Blend aufgrund der geringen Mengenanteile der postulierten kovalenten Bindungen erschwert ist, werden zusätzlich Modellversuche mit Lignin und MAPE durchgeführt. Die modifizierten Produkte werden durch FTIR Spektroskopie mit ATR oder KBr Technik untersucht. Die Proben nach Quellung (DMSO-d6) in einem HR-MAS NMR-Rotor untersucht. Im Vergleich zu den unmodifzierten Ligninen soll es möglich sein, die neu entstandenen Bindungstypen für die unterschiedl. Produkte nachzuweisen.
Ergebnisdarstellung
Ein Nadelholz-Kraft-, ein Laubholz-Kraft- und ein Soda-Gras-Lignin wurden umfassend charakterisiert und durch Wasserwäschen sowie Umfällungen aus Aceton/Wasser Mischungen aufgereinigt. Die Umfällung aus Aceton-Wasser beseitigt die Asche fast vollständig und reduziert auch die Kohlenhydrate deutlich. Die Wasserwäsche war wenig selektiv. Durch alle Behandlungen stiegen die Molmassen geringfügig an, was durch den Verlust niedermolekularer Bestandteile erklärt werden kann. Die Umfällung aus Aceton/Wasser führte zudem zu einem deutlichen Anstieg der Glasübergangstemperaturen. Zusätzlich wurden drei Nadelholz-Organocell-Lignine einbezogen, die sich durch einen abgestuften Galactosegehalt auszeichneten. Damit sollte geprüft werden, ob die Galactoseseitengruppen in den Lignin-Kohlenhydratkomplexen der Nadelholz-Lignine für die Bindung zum Haftvermittler relevant sind. Durch FTIR Untersuchungen an dem Modellsystem aus Lignin und Haftvermittler konnte gezeigt werden, dass durch die Reaktion des Haftvermittlers mit den Lignin-Proben Esterbanden im Bereich von 1734 cm -1 entstehen. Diese Bande war bei dem Nadelholz-Kraft-Lignin am stärksten ausgeprägt. Dieses Lignin wies auch die besten Eigenschaften bei den mechanischen Prüfungen der LPE-Blends durch den Projektpartner IAP auf. Aus der Korrelation der Analysendaten der Lignine (UHH) mit den physikalischen Eigenschaften der Blends (IAP) konnte keine eindeutige Korrelation abgeleitet werden. Es ergaben sich aber einige Hinweise auf die Wirkung der Lignincharakteristik im Blend. Eine hohe Polydispersität, eine hohe Anzahl an Hydroxylgruppen und insbesondere eine hohe Konzentration an phenolischen Hydroxylgruppen scheint eine positive Wirkung auf die Zugfestigkeit auszuüben. Eine hohe Dispersität, eine hohe Anzahl an Hydroxylgruppen sowie ein geringes Verhältnis aus aliphatischen zu phenolischen Hydroxylgruppen scheinen die Schlagzähigkeit zu begünstigen.

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