Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Synthese von Lackharz unter Verwendung von biotechnisch erzeugter Itaconsäure für konventionelle Dispersionslacke und strahlenhärtbare Lacke; Teilvorhaben 1: Grundlagenforschung

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
38108 Braunschweig
Bienroder Weg 54 e
Kontakt
Dr. Stefan Friebel
Tel: +49 531 2155-329
E-Mail: stefan.friebel@wki.fraunhofer.de
FKZ
22020408
Anfang
01.08.2010
Ende
31.07.2013
Aufgabenbeschreibung
Das Projektziel ist die Erweiterung der Nutzung von biotechnologisch hergestellter Itaconsäure im Bereich Polymerharze für Lackanwendungen. Die einzelnen Teilprojekte decken die Wertschöpfungskette, ausgehend von der Funktionalisierung der Itaconsäure über die Poly- bzw. Copolymerisation zu Lackharzen, deren Formulierung zu Beschichtungsstoffen bis hin zur Applikation und Charakterisierung der Gebrauchseigenschaften, ab. In diesem Teilprojekt sollen Itaconsäurederivate radikalisch zu Arylat- bzw. Methacrylatanaloge für beschichtungstechnische Applikationen copolymerisiert und deren Werkstoff- und Verarbeitungseigenschaften ermittelt werden. Unter Verwendung von Itaconsäure werden zusätzlich auch Synthesewege zur Herstellung von Polyesterpolyolen erarbeitet, die dann in einem zweiten Schritt weiter zu UV-vernetzbaren PU-Dispersionen oder PU-Itaconatdispersionen konvertiert werden. Diese lassen sich durch die verbleibenden Doppelbindungen photochemisch vernetzen und erhalten damit eine zusätzliche Vernetzungsdichte, die zu einer höheren Härte für Möbel- oder Parkettlacke führt bzw. zu einer verbesserten Witterungsbeständigkeit für Außenlacke. Die beschriebenen Harztypen stellen somit eine Alternative zu den sehr modernen acrylatbasierten, wasserverdünnbaren UV-vernetzenden Lacken dar. Die Nutzung von Comonomeren auf Basis von z.B. Fettsäurederivaten und biotechnologisch hergestellten Synthesebausteinen ist ebenfalls vorgesehen, wodurch der Anteil an nachwachsenden Rohstoffen in der Grunddispersion zusätzlich erhöht wird. Die Eigenschaften der neu entwickelten Lackharze werden schließlich mittels anwendungstechnischen Prüfungen von Basisformulierungen bestimmt. Mit dem angestrebten Konzept, Itaconsäure für die Synthese von Acrylatanalogen zu nutzen, erweitern sich die Möglichkeiten nachwachsender Rohstoffe für die Herstellung von biogenen Lackharzen bzw. Lackformulierungen erheblich.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen dieses Projektes konnten zwei Klassen von Bindemitteltypen entwickelt werden. Wasserverdünnbare UV-PU-Itaconate stellen eine neue Klasse von umweltgerechten Bindemitteln dar. Sie sind prinzipiell für die Formulierung von lösemittelfreien UV-vernetzbaren Beschichtungsstoffen geeignet. Das Besondere daran ist die Verwendung von biobasierter Itaconsäure als Komponente für die UV-Vernetzung. Auf das üblicherweise in dieser Produktgruppe verwendete 2-Hydroxyethylacrylat kann verzichtet werden. Dadurch wird ein gesamter Prozessschritt eingespart, was zusätzlich durch die geringen Rohstoffkosten der Itaconsäure zu kostengünstigen Produkten führt. Die Außenbeständigkeit der Entwicklungsprodukte ist vergleichbar mit kommerziell am Markt erhältlicher UV-PU-Acrylate. Entwicklungsprodukte für die Möbellackierung erreichten bisher nicht die geforderte Performance. Hier ist noch weitere Entwicklungsarbeit nötig. Ein Up-Scaling im Technikumsmaßstab (120 kg Dispersion) konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Eine weitere potentielle Produktgruppe stellen die Polyesteritaconatacrylate dar. Durch Veresterung der itaconsäurehaltigen Polyesterpolyole mit Acrylsäure können niedrigviskose 100% UV-Bindemittel hergestellt werden, die neben den sonst üblichen endständigen Acryloylgruppen nun zusätzlich noch reaktive Doppelbindungen im Polymerrückgrat haben. Die Ergebnisse der anwendungstechnischen Tests zeigten, dass hier allerdings noch ein gewisses Maß an Entwicklungsarbeit nötig ist, um diese Produkte industriell nutzbar zu machen. Zurzeit ist die Sauerstoffinhibierung der Produkte noch zu hoch, um sie als Endbeschichtungen zu nutzen. Als Füllgrund, Grundierung oder Zwischenschicht sind sie aber bereits durchaus nutzbar.

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