Braunalgen-inspirierter, multifunktionaler und bionischer Holzverbundstoffklebstoff auf Sojaproteinbasis
Rohstoffen, die auf erneuerbaren Quellen basieren, mangelt es oft an Leistung im Endprodukt, beispielsweise bei Klebstoffen. In der vorliegenden Arbeit wird dieser Mangel durch die spezifische Kombination von Sojaprotein mit Bambuszellulose-Nanofasern und Montmorillonit behoben, was zur Entwicklung alternativer, formaldehydarmer Holzverbundstoffe führt.
Die vielversprechenden Anwendungsperspektiven von Sojaproteinklebstoffen (SPI) als umweltfreundliche Alternativen zu formaldehydbasierten Harzen werden durch zwei wesentliche Herausforderungen begrenzt: die oft unzureichende Haftfestigkeit und die unbefriedigende Wasserbeständigkeit. Inspiriert von der Bionik der Braunalge und dem organisch-anorganischen Hybridisierungssystem wurde ein bionischer und multifunktionaler Sojaproteinklebstoff unter Verwendung von Kolophoniumderivat, Bambuszellulose-Nanofaser und Montmorillonit hergestellt.
Mittels der optimalen Formulierung wurde ein modifizierter SPI geschaffen, der unter Einsatz der Response-Surface-Methodik optimiert wurde. Der modifizierte SPI wies exzellente Trocken- und Nassscherfestigkeiten (2,41 und 1,41 MPa) auf, die im Vergleich zum reinen SPI um 270 % bzw. 231 % erhöht wurden. Des Weiteren wurde eine signifikante Überlegenheit der Festigkeit des modifizierten Klebstoffs gegenüber dem China National Standard (0,70 MPa) festgestellt.Die molekulare Andockstrategie und die Finite-Elemente-Analyse bestätigten ebenfalls starke Wechselwirkungen innerhalb von mod. SPI. Darüber hinaus wurde eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber Wasser und organischen Lösungsmitteln beobachtet, was auf die dichte Vernetzungsstruktur zurückzuführen ist.
Aufgrund seiner bemerkenswerten Beschichtungseigenschaften konnte mod. SPI sowohl in trockener als auch in feuchter Umgebung eine homogene Beschichtung gewährleisten. Darüber hinaus zeigte mod. SPI hervorragende flammhemmende Eigenschaften, was die Sicherheit im praktischen Einsatz erhöht. Die Ökobilanz von mod. SPI ist durch umweltfreundliche Eigenschaften wie z. B. eine geringe Formaldehydbelastung und Treibhausgasemissionen gekennzeichnet. Der vorgeschlagene umweltfreundliche, multifunktionale und bionische Klebstoff stellt somit eine umweltbewusste Alternative zu herkömmlichen Harzen auf Formaldehydbasis für die großtechnische Herstellung von Holzverbundwerkstoffen dar.
Quelle: ACS Sustainable Chem. Eng. 2025