Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Funktionalisierte Ligninspaltprodukte als Synthesebausteine für die Herstellung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxyden (Lignoplast); Teilvorhaben 1: Rohstoffbereitstellung, Scale-up und Koordination

Anschrift
Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP
06237 Leuna
Am Haupttor Bau 1251
Kontakt
Dipl.-Chem. Gerd Unkelbach
Tel: +49 497214640-605
E-Mail: gerd.unkelbach@igb.fraunhofer.de
FKZ
22014212
Anfang
01.07.2013
Ende
31.12.2016
Aufgabenbeschreibung
Im Verbundvorhaben LIGNOPLAST entwickeln 5 Forschungseinrichtungen und 8 Industrieunternehmen innovative Verfahren zur Herstellung aromatischer Synthesebausteine aus verschiedenen Lignintypen und deren Anwendung in Klebstoff-, Lack-, Polyurethan- und Epoxidsystemen. Als Rohstoffe werden unterschiedliche technische Lignine aus der Zellstoffproduktion, wie z.B. Kraft-Lignin und Lignine aus "Bioraffinerieverfahren" (Organosolv-Lignin oder Hydrolyse-Lignine, die als Reststoffe der enzymatischen oder sauren Verzuckerung anfallen) eingesetzt. Die gewünschten Synthesebausteine werden durch hydrolytischen Abbau der makromolekularen Struktur der Lignine und anschließende chemische und enzymatische Funktionalisierung gewonnen. Die Struktur der Synthesebausteine wird dabei so gezielt angepasst, dass neue Klebstoff-, Lack-, Polyurethan- und Epoxidsysteme formuliert werden können. Diese werden in Musterwerkstoffen und -bauteilen eingesetzt, welche anwendungstechnisch charakterisiert und mit konventionellen Systemen verglichen werden. Über die gesamte Prozesskette findet eine ökonomische und ökologische Bilanzierung sowie abschließend eine Konzeptentwicklung für eine industrielle Umsetzung statt. Das am Fraunhofer CBP entwickelte Verfahren zur Herstellung von Organosolv-Lignin bildet eine wesentliche Grundlage für die Rohstoffbereitstellung innerhalb dieses Projektes. Die adressierten Synthesebausteine werden anschließend durch hydrolytischen Abbau der makromolekularen Struktur der Lignine und der gezielten chemischen und enzymatischen Funktionalisierung erhalten. Eine Schlüsseltechnologie stellt die basenkatalysierten Spaltung von Lignin dar. Dieser Prozess wird angewendet und weiterentwickelt mit dem Ziel das Scale-up am Fraunhofer CBP umzusetzen, den Prozess in industrierelevanter Umgebung darzustellen und somit relevante Mustermengen für anwendungs-technische Untersuchungen bereitstellen zu können.
Ergebnisdarstellung
Neben Kraft-Ligninen wurde Organosolv-Lignin bereitgestellt. Darüber hinaus wurden Musterlösungen synthetischer Monomere sowie Ligninfraktionen mit maßgeschneiderten Molaren Massen, erhalten durch Fraktionierung mittels Lösungsmittel unterschiedlicher Polaritäten, an die Partner übergeben. Dadurch können die Produkteigenschaften gezielt eingestellt werden. Relevante Mustermengen im kg-Maßstab wurden für nachfolgende Arbeitspakete herstellt. Es wurde die mehrstufige Prozesskette aus kontinuierlicher basenkatalysierter Spaltung (BCD) von Lignin und anschließender Separation und Aufreinigung der organischen und wässrigen Spaltproduktphasen in den Pilotmaßstab übertragen. Grundlage dafür lieferten die Voruntersuchungen im Labormaßstab am Fraunhofer ICT. In Parameterstudien an der eigens für das Verfahren errichtete Hochdruckanlage des Fraunhofer CBP wurde der Einfluss der Prozessparameter (Ligninkonzentration, NaOH-Konzentration, Temperatur und Verweilzeit) auf die basenkatalysierten Spaltungen von Organosolv-Lignin und Kraftlignin untersucht. Ziel war die Ermittlung von Betriebspunkten mit hoher Ausbeute an Spaltprodukten und großem Depolymerisierungsgrad, d.h. geringe molare Massen der BCD-Oligomeren und hohe Monomeranteile. Es zeigte sich, dass im Allgemeinen mit zunehmender Prozessintensität die BCD-Öl-Bildung steigt und die BCD-Oligomer-Bildung sinkt. Generell konnten die Labordaten auf die Pilotanalge übertragen werden, jedoch kam es bei der Durchführung der Versuche zu erheblicher Korrosion an Anlagenbauteilen. Nach intensiver Untersuchung der Bauteile anhand von bspw. computertomographischen Untersuchungen konnte Spannungsrisskorrosion (stress corrosion cracking SCC) als Ursache durch gleichzeitiges Vorliegen mehrerer Einflussfaktoren festgestellt werden. Systematische Untersuchung der Korrosionseigenschaften verschiedener hochkorrosions-beständiger Stähle wurde durchgeführt, um geeignete Materialien für die Umsetzung eines Industrieprozesses zu identifizieren.

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