Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Verbundvorhaben (FSP-Klebstoffe): Entwicklung innovativer Klebstoffsysteme auf Basis von Biopolymeren – optimierte Strukturen zur Verbesserung der Klebeigenschaften (Bioadhesives); Teilvorhaben 1: Polysaccharidderivate zur Anwendung in Klebstoffsystemen

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. Waltraud Vorwerg
Tel: +49 331 568-1609
E-Mail: vorwerg@iap.fhg.de
FKZ
22027914
Anfang
01.07.2015
Ende
30.06.2018
Aufgabenbeschreibung
Klebstoffe auf Stärkebasis werden industriell z.B. bei der Herstellung von Wellpappe oder Papiertüten, aber auch für Zwecke wie Flaschenetikettierung, Tapetendekoration oder Klebestifte eingesetzt. Auch der industrielle Einsatz von Materialien auf Cellulosebasis ist bekannt. Häufige Beispiele sind Methylcellulose als Tapetenkleber oder Celluloseacetat als Thermoplast. Eine andere Situation ergibt sich im Bereich der Holzverklebungen. Hier werden vorwiegend synthetische Klebstoffe in Holzwerkstoffen wie Möbeln, Böden oder in anderen Bauprodukten für den Innenbereich eingesetzt. Ziel des Projekts war es nun das Potenzial von Stärke- und Cellulosederivaten als Holzklebstoff zu untersuchen. Dazu sollte für Dispersionsklebstoffe eine Kombination von Degradation und Funktionalisierung durch Veresterung/ Veretherung mit Variation des Substituenten und des Substitutionsgrades durchgeführt werden, um den Einfluss der chemischen Struktur auf das Klebevermögen von Biopolymerderivaten für verschiedene Materialien zu untersuchen. Ausgehend von verschiedenen industriellen Rohstoffen wurden Stärke-, Hemicellulose und Cellulosederivate am Fraunhofer IAP hergestellt, in der Entwicklung von Formulierungen am Fraunhofer IFAM verwendet und für Anwendungen als Dispersionskleber, Schmelz- und Reaktivklebstoff am IFAM und bei renommierten Klebstoffproduzenten getestet.
Ergebnisdarstellung
Stärkepropionate auf Basis der Rohstoffe Kartoffel und Erbse wurden mit unterschiedlichen Substitutionsgraden und Molmassen nach verschiedenen Syntheserouten hergestellt und auf ihre Klebkraft in der Holzverklebung getestet. Die Abhängigkeiten der Holzverbindungsstärke von der chemischen Struktur und den physikalischen Eigenschaften wurden im ersten Schritt unter Berücksichtigung der folgenden Anwendungskriterien untersucht: Wasserdispergierbarkeit, technische Verarbeitbarkeit hinsichtlich Viskosität und Kohäsion, ausreichende Haftung auf ausgewählten Holzarten. Es zeigte sich, dass verschiedene jeweils gut lösliche Stärkederivate auf Basis der untersuchten Rohstoffe Kartoffel- und Erbsenstärke unabhängig von der Molmasse der Derivate hohe Klebkräfte erzielen und die D1 – Kriterien zur Verklebung von Holz erfüllen können. Bei entsprechender Optimierung der Molmasse war auch eine industrielle Verarbeitbarkeit der Klebstoffe bei hohen Konzentrationen > 30 % gewährt. In einem Anwendungsversuch zur Furnierverklebung wurde schließlich das Potential stärkebasierter Dispersionsklebstoffe zur Holzverklebung belegt. Bei Cellulosederivaten für Dispersionsklebstoffe wurden vielversprechende Experimente durch Derivatisierung von Methylcellulose mit einem Silylierungsmittel durchgeführt. Mit den silylierten Methylcelluloseprodukten wurden neben den D1 Kriterien auch die D2-Kriterien erfüllt. Auch die Anwendbarkeit von Stärke- und Cellulosederivaten in Schmelzklebstoffen wurde untersucht. Stärkeester mit relativ hohen Substitutionsgraden führten zu Produkten, die nach Additivierung mit geeigneten Weichmachern in ähnlicher Weise wie typische Schmelzklebstoffe verarbeitet werden konnten. Längerkettige Fettsäurestärkeester ließen sich dabei besser verarbeiten als kurzkettige Fettsäurestäkeester. Die Klebkraftwerte der stärkebasierten Produkte waren mit denen kommerzieller Schmelzklebstoffe vergleichbar.

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