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 3: Ligninfunktionalisierung und Grundlagenuntersuchungen von Klebstoff-, Lack- und Harzsystemen

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
38108 Braunschweig
Bienroder Weg 54 e
Kontakt
Dr. rer. nat. Olaf Deppe
Tel: +49 5312 155-357
E-Mail: olaf.deppe@wki.fraunhofer.de
FKZ
22024412
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. Ziel dieses Teilprojektes war es Ligninspaltprodukte mit radikalisch polymerisierbaren Gruppen zu funktionalisieren, um anschließend über eine Emulsionspolymerisation neue Bindemittel für Klebstoffe und Lacke herzustellen. Die Funktionalisierung wurde zunächst anhand der Modellsubstanzen Guajakol und Syringol untersucht, da der Spaltprozess Teil des Projekts war und somit die Ligninspaltprodukte nicht von Beginn an zur Verfügung standen.
Ergebnisdarstellung
Bei den Versuchen stellte sich heraus, dass Epoxidverbindungen aufgrund ihrer guten Reaktivität mit phenolischen OH-Gruppen am besten für eine Funktionalisierung geeignet sind. Für eine radikalische Polymerisation bereiten Restmengen der nicht umgesetzten p-Hydroxyphenole Probleme, da diese als Radikalfänger fungieren. Daher konnten keine Emulsionspolymerisate realisiert werden. Die Lignin-Spaltprodukten führen durch die vorhandenen p-Hydroxyphenole ebenfalls zu einer Inhibierung der Polymerisation. In Lösung hergestellte Polymere weisen aber trotz ihrer relativ geringen Molmasse eine gute Wasserbeständigkeit auf. Es zeigte sich, dass eine UV-Vernetzung der Ligninacrylate sehr erfolgreich verlief. Die Ligninacrylate verfügen nicht nur über eine gute Reaktivität, sondern weisen einen positiven synergistischen Effekt auf die Reaktionsgeschwindigkeit langsamer Monomere auf. Ein weiterer Ansatz war die Herstellung von Lignin-Polyestern bzw. Polyethern mit Disäuren und Dialkoholen bzw. Polyethylenglykolen. Das Lignin wird dadurch in eine schmelzbare Form gebracht und kann so zum Beispiel in Gießmassen eingesetzt werden. Die Vernetzung verläuft hierbei üblicherweise mit Isocyanaten.

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