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 1: Entwicklung und Applikation von Rezepturen

Anschrift
Papiertechnische Stiftung (PTS) - Institut für Zellstoff und Papier (PTS-IZP)
01809 Heidenau
Pirnaer Str. 37
Kontakt
Marcel Haft
Tel:
E-Mail: marcel.haft@ptspaper.de
FKZ
22012514
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 natur-belassene Öle auf porösen Oberflächen keine Schichten. Mit physikalischen und chemischen Methoden können selbige modifiziert werden, dass sie als Bindemittel in filmbildenden Be-schichtungssystemen nutzbar sind. Der Einsatz modifizierter Pflanzenöle im Papiersektor ist bisher nicht erschlossen. Ziel im Projekt ist daher, auf den Stand der Technik aufzubauen und anhand kommerziell erhältlicher, aber auch durch Eigenentwicklungen entsprechende neue Bindemittel für Papiere aufzubauen und deren systematische Überführung in Beschichtungs-rezepturen zu untersuchen. Es wird in den Entwicklungen 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. Das Vorhaben bearbeiten die Papiertechnische Stiftung Heidenau (PTS-IZP, Koordinator) sowie das Institut für Holztechnologie Dresden gGmbH (IHD). Aufgaben der PTS sind die Entwicklung der Beschichtungsformulierungen mit den natürlichen Ölen, um durch gezielte Technologieanpassung so neue Barrieren oder Funktionsbeschichtungen auf Papier zu erzeu-gen. Dazu werden neben den analytischen Rohstoffcharakterisierungen (AP2), Vernetzungsreaktionen (AP3) durchgeführt und Schwerpunktmäßig Rezepturen für Beschichtungen entwickelt, appliziert und Oberflächen untersucht (AP4,5). Diese Ergebnisse fließen in Optimierungen (AP6,7) ein sowie werden in AP8 charakterisier. Besonders wichtig auch, die Erarbeitung der Nutzungsprofile für den Verpackungsbereich (AP9) mit der einhergehenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
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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