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 12: Untersuchungen zu Polyurethansystemen

Anschrift
ASK Chemicals GmbH - Werk Wülfrath
42489 Wülfrath
Dieselstr. 35 - 41
Kontakt
Dr. Carolin Wallenhorst
Tel: +49 2058 785-136
E-Mail: carolin.wallenhorst@ask-chemicals.com
FKZ
22025212
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. Prinzipiell setzt sich Lignin aus phenolverwandten Bausteinen zusammen, wodurch eine grundsätzliche Ähnlichkeit zu Phenolharzen resultiert. Im Teilprojekt "Untersuchungen zu Polyurethansystemen für Beschichtungszwecke" soll der prinzipielle Ersatz von synthetisch hergestellten Phenolharzen durch Lignin und seine Bausteine untersucht und die weitere Vorgehensweise festgelegt werden. Die hergestellten Harzformulierungen sollen als Polyolkomponente zur Herstellung von Polyurethanbeschichtungen wie z.B. zur Beschichtung von Düngemittelgranulaten mit kontrollierter Wirkstofffreisetzung dienen. Neben einer kostengünstigen Rohstoffquelle wäre der erhöhte Anteil an nachwachsenden Rohstoffen eine lohnenswerte Alternative gegenüber synthetischem Phenol.
Ergebnisdarstellung
Es konnte der erfolgreiche Ersatz von synthetischem Phenol durch Ligninspaltprodukte wie Guajacol zur Herstellung von Phenolharzen gezeigt werden. Hierbei wurde die Grundrezeptur eines Standardharzes beibehalten und lediglich eine prozentuale Menge von synthetischem Phenol durch Guajaol stöchiometrisch ersetzt. Die dabei maximal mögliche Ersatzmange an Guajacol lag bei den durchgeführten Versuchen bei 40 Gew.-%. Die resultierende PU-Harzformulierung ließ sich einwandfrei mit gängigen Diisocyanaten mischen und sich problemlos auf der Düngemitteloberfläche auftragen. Das Aushärten zum duroplastischen Polyurethan gelang mit üblichen Aminkatalysatoren. Im Vergleich zum Standardsystem basierend auf 100% synthetischem Phenolharz war mit steigendem Guajacolanteil eine abnehmende Barrierewirkung zu verzeichnen, wodurch die Wirkstoffabgabe bei gleichem Beschichtungsanteil signifikant erhöht und die resultierende Effizienz reduziert war. Die Spaltung von Lignin und die damit einhergehende Verfügbarkeit von Guajacol ist aktuell sehr begrenzt, zudem teuer und technisch aufwendig. Daher wurde in weiteren Arbeiten eine kostengünstigere Alternative auf Basis von Kraft-Lignin als Grundbaustein zur Harzsynthese untersucht. Für den erfolgreichen Einbau von Kraft-Lignin in das Phenolharz mussten die Rezeptur sowie die Verfahrensweise angepasst werden. Durch eine neue Syntheseroute gelang es 50 Gew.-% der synthetischen Phenolmenge durch Kraft-Lignin zu ersetzen. Die resultierenden Harzformulierungen waren niedrigviskos, ließen sich ebenso gut mit Diisocyanaten mischen, auf Düngemittelgranulate aufbringen und mit Aminen aushärten. Die Wirkstofffreisetzung der beschichteten Granulate zeigte eine ausgezeichnete Barrierewirkung. Allerdings wurde auch hier mit zunehmendem Anteil an Kraft-Lignin in der Harzformulierung ein leichter Effizienzverlust notiert.

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