Pflanzliche Proteine als Bindemittel in Farben und Lacken
Proteine gehören wie Cellulose, Lignin und Fette zu den nachwachsenden Rohstoffen. Ihr Potenzial für die chemische Industrie wird bisher kaum genutzt. Dies wollen Forscherteams des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV gemeinsam mit Partnern ändern und die vielversprechenden technofunktionellen Eigenschaften pflanzlicher Proteine für industrielle Anwendungen nutzen. Ziel des Projekts TeFuProt: die Abkehr vom Erdöl, hin zu nachwachsenden Rohstoffen.
Obwohl Proteine aus pflanzlichen Quellen bereits vor hundert Jahren eine große Rolle für die Chemieindustrie spielten, etwa als Bindemittel oder Leim, ist diese Verwendung mit dem Boom der Erdölchemie immer mehr zurückgegangen. Dies wollen die Partner im Projekt TeFuProt, kurz für technofunktionelle Proteine, nun ändern und aus landwirtschaftlichen Reststoffen Proteine für die industrielle Anwendung gewinnen. Mit diesem bioökonomischen Ansatz will man der Verknappung und der langfristigen Verteuerung fossiler Rohstoffe entgegenwirken – nachwachsende Rohstoffe sollen alternativ zum Erdöl genutzt werden.
Proteinquelle Raps
Beim Verarbeiten von pflanzlichen Agrarrohstoffen wie Raps fallen große Mengen an Proteinen an. Sie sind ein Nebenprodukt der Rapsölgewinnung, bei der Öl aus dem Korn gepresst wird. Übrig bleiben proteinhaltige Produktionsreste, sogenannter Rapsschrot oder Rapspresskuchen. »Dieser Rückstand wird bislang überwiegend als Futtermittel in der Nutztierhaltung eingesetzt. Allerdings gibt es hier wegen der enthaltenen Bitterstoffe Limitierungen«, erläutert Andreas Fetzer, Wissenschaftler am Fraunhofer IVV in Freising. Die Proteinfraktionen des Rapspresskuchens bieten aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaften wie Schaum-, Gel- und Filmbildungseigenschaften sowie Wasserhaltungsvermögen großes Potential für unterschiedlichste technische Anwendungen. Sie eignen sich etwa als Zusatzstoffe für Farben, Lacke, Klebstoffe, Schmiermittel, Baumaterialien, Reinigungsmittel oder Polymere. „Die Pflanzenproteine ermöglichen die Entwicklung neuartiger nachhaltiger, biobasierter Produkte mit verbesserten Eigenschaften“, so Fetzer. Zudem mache man sich weniger abhängig von fossilen Ressourcen und treibe eine klimaschonende Produktion voran.
Aufgabe der Forscher am Fraunhofer IVV war es, zu untersuchen, wie sich die Proteine aus dem Rapsschrot und -presskuchen isolieren lassen und entsprechende Verfahren zu entwickeln. Darüber hinaus waren sie mit der Modifikation der Eiweiße beauftragt ebenso wie mit deren Vorformulierung, um sie den Anwendungspartnern getrocknet in Pulverform oder flüssig für Tests zur Verfügung zu stellen. Bewertet wurden zudem die technofunktionellen Eigenschaften wie Löslichkeit, Schaum- und Emulgierverhalten so-wie das Filmbildungsvermögen.
Alternatives Bindemittel in Farben und Lacken
Insbesondere die filmbildenden Eigenschaften konnten in Tests überzeugen: „Trocknet man in Wasser gelöste Proteine, denen ein biobasierter Weichmacher hinzugefügt wurde, in einer Petrischale, so entweicht das Wasser und die Proteine vernetzen sich zu einem stabilen Film. Die Proteine eignen sich so prinzipiell als alternatives Bindemittel in Farben und Lacken, Holzlasuren oder Parkettbeschichtungen, die bislang in der Regel erdölbasierte Rohstoffe enthalten. Beispielsweise ließen sich so Acrylate durch Protein-präparate ersetzen“, so Fetzer. Hervorzuheben sei zudem die Fähigkeit der Proteine, Farbstoffe sehr gut zu binden bzw. als Barriere zu fungieren. Gerade im Holzbereich zeigte sich so ein Mehrwert der proteinbasierten Beschichtung: Ein „Ausbluten“ der Farbstoffe aus dem Holz konnte verhindert werden.
Weitere Informationen auf www.fraunhofer.de.