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Nachhaltigkeit Biobasierter Klebstoff aus Hefebakterien

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Klebstoffe werden häufig petrochemisch hergestellt. Es geht aber auch biobasiert, wie das Forschungsprojekt Pure Glue der TH Köln und Covestro zeigt.

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Sophorolipide werden von den Hefebakterien des Stamms Starmerella bombicola als Stoffwechselprodukt ausgeschieden und sind eine neue Rohstoffquelle für biobasierte Klebstoffe.
Sophorolipide werden von den Hefebakterien des Stamms Starmerella bombicola als Stoffwechselprodukt ausgeschieden und sind eine neue Rohstoffquelle für biobasierte Klebstoffe.
(Bild: Physcical_appearance_of_sophorolipids / Physcical_appearance_of_sophorolipids / Vishalparekh999 / CC BY-SA 3.0 / CC BY-SA 3.0)

Klebstoffe auf Basis von Polyurethan können einfach hergestellt werden und sind äußerst vielseitig anwendbar. Rund 60 % der Masse solcher Klebstoffe besteht aus sogenannten Polyolen, eine Gruppe organischer Verbindungen, die in der Regel petrochemisch hergestellt werden.

„Da Polyole einen großen Anteil des Klebstoffs ausmachen, sind sie ein guter Hebel, um das Produkt nachhaltiger herzustellen. Als Ersatz für die Polyole haben wir Sophorolipide gewählt – eine spezielle Art von Biotensiden“, erläutert Projektleiter Prof. Dr. Ulrich Schörken von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln.

Starmerella bombicola dient als Grundlage

Um Sophorolipide zu erhalten, haben die Wissenschaftler den Hefepilz des Stamms Starmerella bombicola mit Zucker und Öl gefüttert. Als Folge scheiden diese Sophorolipide als Stoffwechselprodukt aus. „Durch Anpassungen der Fütterung der Bakterien entstehen Produktvariationen. Etwa eine lactonische Form der Sophorolipide, die sich durch eine geschlossene, ringartige Form auszeichnet; oder eine acidische, offenkettige Form. Mit unseren Versuchen haben wir auch eine neue Klasse der Sophorolipide synthetisiert, die zukünftig als Emulgator dienen kann“, beschreibt Schörken den biotechnologischen Prozess.

In einem lösemittelfreien Kristallisationsprozess und einer abschließenden Gefriertrocknung konnte die lactonische Form der Sophorolipide mit einer Reinheit von knapp 98 % hergestellt werden. Bei der acidische Form waren es hingegen 71 %.

Deshalb entschied sich das Forschungsteam, mit der lactonischen Form weiterzuarbeiten. „Wird das Sophorolipid als Ganzes verwendet, kann es als Vernetzerpolyol eingesetzt werden, um zum Beispiel die mechanische Festigkeit sowie die Chemikalienbeständigkeit der Klebstoffe zu erhöhen. Da diese aber nur einen sehr kleinen Anteil des Klebstoffs ausmachen, erhöht sich die Nachhaltigkeit kaum“, sagt Prof. Dr. Marc Leimenstoll von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften der TH Köln.

60 % des Klebstoffs aus nachhaltigen Quellen

Daher konzentrierte sich das Team auf den Fettsäurerest, der an jedem Sophorolipid-Molekül anhängt. Dafür spaltete das Team die sogenannte Hydroxyfettsäure ab und erzeugte damit ein biobasiertes Polyesterpolyol. Dieses ist vergleichbar mit petrochemischen Polyesterpolyolen und könnte diese ersetzen. „Somit wären 60 Prozent des Klebstoffs aus nachhaltigen Quellen“, sagt Leimenstoll.

Durch die neuen Polyole können sich aber die Eigenschaften des Klebstoffes verändern. So wäre er etwa deutlich wasserabweisender, was etwa beim Kleben von verölten Oberflächen von Vorteil sein könnte. Neben Klebstoffen könnten auch Schaumstoffe oder Lacke Anwendungsgebiete für die neuen Polyole sein.

Industrielle Fertigung noch weit entfernt

„Der Weg in die industrielle Fertigung ist aber noch weit“, betont Leimenstoll. Insbesondere bei der Aufreinigung und den chemischen Herstellungsprozessen bedürfe es noch weiterer, intensiver Forschungsarbeit. „Unser Projekt hat das Potential der Sophorolipide für eine nachhaltigere Produktion in der Klebstoffindustrie aufgezeigt“, so Leimenstoll weiter.

Das Forschungsprojekt PureGlue wurde über drei Jahre über das Programm Nachwachsende Rohstoffe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft gefördert. In seinem Rahmen wurden auch zwei kooperative Promotionen durchgeführt.

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