Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Vorhaben (FSP-Klebstoffe): Neue biobasierte Oligomere als Diol- und Polyol-Komponenten in Polyurethan-Klebstoffen

Anschrift
Technische Hochschule Köln - Campus Leverkusen - Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften
Kaiser-Wilhelm-Allee, Gebäude E 39
51373 Leverkusen
Kontakt
Prof. Dr. Ulrich Schörken
Tel: +49 214 32831-4610
E-Mail: ulrich.schoerken@fh-koeln.de
FKZ
22013514
Anfang
01.10.2015
Ende
31.07.2019
Aufgabenbeschreibung
Das geplante Projekt soll die gesamte Entwicklungskette vom Rohstoff hin zum fertigen Klebstoff an ausgewählten Verbindungen aufzeigen. Auf Basis geeigneter biobasierter Rohstoffe werden Oligomere mit Hydroxylfunktionalitäten von 2 (und optional > 2) vergleichend über chemische und biokatalytische Routen hergestellt und analytisch charakterisiert. Wichtige Kenngrößen hierbei sind das Molekulargewicht, die Molekulargewichtsverteilung sowie der Funktionalitätsgrad der Verbindungen, die teilweise über die Synthesemethoden beeinflusst werden. Geplant ist, die kommerziell verfügbaren biogenen Rohstoffe für Synthesestudien zu erwerben und einige nicht oder nur schwer verfügbare Intermediate innerhalb des Projektes darzustellen. Nach Umsetzung der biobasierten Oligomere mit Isocyanaten zu Polyurethan-Präpolymeren stehen die Charakterisierung von Performance-Parametern der 1-Komponenten und 2-Komponenten Klebstoffe sowie Polyurethandispersionsklebstoffe im Fokus der industrienahen Entwicklung. Das Projekt gliedert sich in 6 Arbeitspakete, von denen die Arbeitspakete B – D in der ersten Promotion bearbeitet werden und die Arbeitspakete E und F Teil der zweiten Promotion zugeordnet sind. Die Etablierung von Analysenmethoden erfolgt gemeinsam durch beide Promovenden. Folgende Arbeitspakete sind Bestandteil des beantragten Projekts: A) Etablierung von Analysenmethoden B) Biokatalytische Herstellung von oligomeren Diolen / Polyolen C) Gezielte Optimierung von Lipasen für die Oligomerensynthese D) Synthese langkettiger Glykolipide und ¿-Hydroxyfettsäuren als neuartige Intermediate E) Chemische Synthese von Oligomeren und Präpolymeren F) Herstellung von Polyurethandispersionen sowie physikochemische Charakterisierungen
Ergebnisdarstellung
Im Vorhaben wurden Sophorolipidmuster im kg-Maßstab mit Starmerella bombicola und Muster im Maßstab von mehreren 100 g mit Candida kuoi hergestellt. Außerdem wurde ein Verfahren zur lösungsmittelfreien Aufarbeitung und zum Recycling der Biomasse entwickelt, mit dem die Sophorolipid-Produktionskosten gesenkt werden können. Über Fütterung unterschiedlicher Fettsäuren und nachträgliche Produkt Derivatisierung ließen sich Sophorolipide mit einem breiten Spektrum von Anwendungseigenschaften herstellen. Mit Fettalkoholen als Lipidsubstrate produzierten die Hefen eine neue Klasse von sehr langkettigen Sophorolipiden, die Emulgator-Eigenschaften besitzen und das Anwendungsspektrum der Sophorolipide erweitern können. Aus den Sophorolipiden konnten über saure Spaltung Hydroxyfettsäuren isoliert werden und daraus wurden sowohl über chemische als auch biokatalytische Synthesen Polyesterdiole dargestellt. Versuche zur Synthese von Polyurethan Präpolymeren konnten mit den oligomeren Diolen durchgeführt werden. Ein alternativer Weg zur Isocyanat-freien Herstellung von A/B-Typ Polyurethanen wurde ausgehend von den biobasierten Hydroxyfettsäuren über Curtius-Umlagerung beschritten. Erste Ergebnisse zeigen Polyurethanbildung und sind vielversprechend für weitere Entwicklungsarbeiten. Die Sophorolipide als gesamte Moleküle konnten ebenfalls mit Isocyanaten und Diisocyanaten umgesetzt werden. In Mischsystemen mit kommerziellen Polyesterdiolen konnte ein teilweiser Einbau des Sophorolipids gezeigt werden und die Sophorolipide zeigten Weichmacher-Eigenschaften in den ternären Systemen.

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