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 10: Anwendungsuntersuchungen von Klebstoff-, Lack- und Harzsystemen

Anschrift
Jowat SE
32758 Detmold
Ernst-Hilker-Str. 10-14
Kontakt
Dr. Hartmut Henneken
Tel: +49 5231 749-5300
E-Mail: hartmut.henneken@jowat.de
FKZ
22025012
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. Im Rahmen des Teilvorhabens hatte die Firma Jowat die folgenden Zielsetzungen zur Verwendung der Ligninfraktionen, Spaltprodukte und funktionalisierten Komponenten, die von den Partnern bereitgestellt werden: - Radikalische Polymerisation von funktionalisierten Spaltprodukten des Lignins zur Herstellung von wässrigen Klebstoffdispersionen und von UV-härtenden Klebstoffen und Lacken - Einsatz als hydroxylierte Komponente in Polyurethan-Additionsklebstoffen (PUR-Präpolymere und PUR-Hotmelts) - Untersuchung von definierten Ligninspaltprodukten als Abmischkomponenten (reaktive Füllstoffe) in diversen Klebstoffsystemen - Scale-Up Untersuchungen
Ergebnisdarstellung
Die Polymerisierbarkeit von funktionalisierten Ligninkomponenten mit Vinylacetat zur Herstellung von Weißleimen in der Emulsionspolymerisation, sowie die Einsetzbarkeit in UV-härtenden Lackrezepturen wurden untersucht. Im Bereich der Emulsionspolymerisation wurde bereits bei einer Einsatzkonzentration von 10% der Muster (bezogen auf Vinylacetat als Hauptmonomer) der Reaktionsverlauf so stark inhibiert, dass die Versuche abgebrochen werden mussten. Im UV-Lackbereich konnten bis zu 5% der Muster auf Gesamtrezeptur eingesetzt werden, ohne dass ein Einfluss auf das Aushärteverhalten beobachtet werden konnte. Ab 10 % wurde eine deutliche Reduzierung der Reaktivität / Vernetzungsdichte festgestellt, die vor allem in der Beständigkeit der ausgehärteten Lackoberfläche gegenüber Lösungsmitteln sichtbar wurde. Weitere Untersuchungen zu haftungsverbessernden Eigenschaften der o.g. Muster auf schwierig zu benetzenden Untergründen zeigten keine in die Richtung gehenden Eigenschaften. Daher lautet das Fazit, dass bis zu 5% eines Lignin basierten Musters (ohne Schaden zu verursachen) eingesetzt werden könnte, was aber aufgrund ebenfalls nicht vorhandener positiver Effekte technisch und wirtschaftlich keinen Sinn ergeben würde. Weiteres Projektziel war die Verwendung der Ligninfraktionen als reaktive Hydroxylkomponenten in der Formulierung von raumtemperaturhärtenden PUR Präpolymer Klebstoffsystemen. Mit MDI basierten Isocyanatmonomeren konnte weder bei Raumtemperatur, noch bei leichter Erwärmung irgendeine Reaktion nachgewiesen werden - auch nicht nach Katalysatorzugabe. Reaktive PUR Hotmelt Klebstoffe versprechen, zumindest von den Reaktionsbedingungen her, eine theoretische Einsatzmöglichkeit, da in der Schmelze und damit bei deutlich erhöhten Temperaturen gearbeitet wird, wo eine ausreichende Reaktivität vorhanden wäre. Da es nicht möglich war streng difunktionelle OH-Komponenten für die Formulierung zu erhalten, konnten hier keine Versuche durchgeführt werden.

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