Polyamide aus Holzabfällen
Aus Abfällen der Papierproduktion lassen sich hochwertige Polymere oder auch Klebstoffe herstellen. Wie das geht, haben Forscher herausgefunden.
Auch wenn sich die Ölpreise im Sinkflug befinden, sind fossile Grundstoffe in der Polymerherstellung kein zukunftsweisender Weg. Zumal es in Zeiten des Klimawandels darum gehen muss, so wenig Kohlendioxid wie möglich freizusetzen und das Wirtschaften nachhaltiger zu gestalten – etwa, indem vermehrt nachwachsende Rohstoffe genutzt werden. Dabei lassen sich aus pflanzlicher Biomasse aufgrund der Vielfalt an chemischen Strukturen auch neue Chemikalien und Polymere mit herausragenden Eigenschaften gewinnen, wie das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB zeigt.
Aus Terpenen werden biobasierte Epoxide
Den Straubinger Forschern geht es um stabile High-Performance-Polymere für spezielle Anwendungen, die sich umweltfreundlich herstellen lassen. An dem Straubinger Institutsteil BioCat wurden Verfahren für die Umwandlung von Terpenen, sprich Reststoffe der Cellulosegewinnung aus Holz, zu Biotensiden, biobasierten Epoxiden oder Monomeren für besonders schlagfeste, kältestabile Polyamide entwickelt. „Diese Hochleistungspolyamide der terpenbasierten Monomere Campherlactam und Caranlactam weisen aufgrund ihrer amorphen Eigenschaften eine hohe Transparenz auf“, erklärt Projektleiter Dr. Harald Strittmatter. „So werden neue Anwendungen, etwa für Skibrillen oder Visiere von Helmen, möglich.“ Aus den biobasierten Polyamiden lassen sich aber auch Produkte wie Folien, Textilien oder Klebstoffe herstellen.
Unbedenkliche Stoffe ersetzen Chemikalien
Warum greifen die Forscher ausgerechnet zu Terpenen? „Sie sind ein nachwachsender Rohstoff, der als Abfallstoff der Zellstoffproduktion, aber auch in der Fruchtsaftindustrie in großen Mengen anfällt. Damit gibt es keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion, wodurch sich die Teller-Tank-Diskussion erübrigt“, erläutert Strittmatter. Bislang werden diese Abfälle meist verbrannt. Das ist auch insofern unbefriedigend, als die chemische Struktur von Terpenen in ihrer Komplexität äußerst interessant ist. „Entsprechende Verbindungen können aus fossilen Grundstoffen nur sehr aufwendig hergestellt werden“, sagt der Projektleiter.
Polyamide mit speziellen Eigenschaften
Die besondere Terpen-Struktur ermöglicht Polyamide mit speziellen Eigenschaften, wie der hohen Durchsichtigkeit, herzustellen. Hierfür müssen die Terpene chemisch modifiziert werden. Durch Oxidation wird eine sogenannte Carbonylgruppe eingeführt, die in einer weiteren Reaktionsstufe zu einem Lactam, dem Monomerbaustein für Polyamide, umgesetzt werden kann. Auch hier zeigt das Verfahren Vorteile: Es sind weniger Syntheseschritte als üblicherweise erforderlich. Vor allem aber: „Wir verwenden statt heikler Chemikalien Enzyme und andere unbedenkliche Stoffe“, betont Strittmatter.
Vom Labor- zum Produktionsmaßstab
Bislang werden die biobasierten Polymere noch im Labormaßstab hergestellt. Ziel ist es, das Verfahren in den Produktionsmaßstab zu überführen. Strittmatter und sein Team verfolgen aber noch eine weit größere Absicht: „Wir wollen einen Beitrag zur Biologisierung der Wirtschaft leisten.“