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Klebstoff Neuartiger, biobasierter Klebstoff mit Formgedächtnis

| Redakteur: Katharina Juschkat

Wissenschaftler haben einen biobasierten Klebstoff aus Holzabfällen entwickelt, der bei kühlen Temperaturen über ein Formgedächtnis verfügt.

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Bernhard Stadler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock, entwickelt Klebstoff aus Holzabfällen.
Bernhard Stadler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock, entwickelt Klebstoff aus Holzabfällen.
(Bild: Thomas Häntzschel / Nordlicht / Likat)

Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Katalyse, kurz Likat, gelang es, aus den Abfällen der Holz- und Papierproduktion ein Polymer mit Füge- und Memoryfunktion herzustellen. Derzeit untersuchen Forscher des Klebstoffherstellers Henkel, inwiefern das biobasierte Material etwa als Klebstoff für die Industrie dienen kann. Die Arbeiten sind Teil des EU-Projektes „GreenSolRes“, das den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Herstellung von Biochemikalien erforscht.

Biobasiert statt Erdöl und Erdgas

Langfristiges Ziel von „GreenSolRes“ ist die Umstellung chemischer Prozesse von erdöl- und erdgasbasierten Prozessen hin zu erneuerbaren Ressourcen. Die Fachwelt geht von etwa einem Dutzend sogenannter Plattform-Chemikalien aus, die sich biobasiert herstellen lassen und somit geeignet sind die Petrochemie zu ersetzen. Dazu zählt Lävulinsäure. Sie entsteht in hoher Ausbeute, wenn man z.B. Holzabfälle mit Wasser und verdünnter Schwefelsäure auf 200 Grad erhitzt. Diese chemische Reaktion ist seit hundert Jahren bekannt.

Das katalytische Verfahren dafür wurde von Likat-Chemiker Bernhard Stadler im Rahmen seiner Dissertation entwickelt. Der Chemiker veredelt Abkömmlinge der Lävulinsäure zu innovativen Materialien – das gelingt mittels Katalysatoren sowie neben der Lävulinsäure noch Wasserstoff und Vernetzungsmittel. Endprodukt ist eine klare, zähe Flüssigkeit, die sich als Klebstoff eignet. Im ausgehärteten Zustand verhält sich das Material gummiartig.

Formgedächtnis bis neun Grad

Das Polymer verfügt über ein Formgedächtnis. Es lässt sich zusammenrollen und behält diese Form unterhalb von neun Grad Celsius. Sobald es sich wieder auf Raumtemperatur erwärmt, entrollt es sich in seine ursprüngliche Form. Formgedächtnispolymere sind zwar bekannt, doch zeigt sich der Effekt bei ganz bestimmten Temperaturen, oft eher zwischen 60 und 70°C.

Bei diesen Effekten ist es allerdings wünschenswert, Schalttemperaturen möglichst flexibel einzustellen – je nach Verwendung z.B. im Bereich von Körpertemperatur oder typischen Kühltemperaturen. Dadurch ergeben sich Anwendungspotentiale in Medizin und Logistik bei der Kühlung von Gütern. Da es möglich ist, mit bio-basiertem 1,4-Pentandiol in Polymeren verschiedene Schalttemperaturen einzustellen, könnte 1,4-Pentandiol ein zentraler bio-basierter Baustein werden.

Die Industrie spürt am Markt ein wachsendes Bewusstsein in Klima- und Umweltbelangen und öffnet sich für biobasierte Produkte. Doch die sollen nicht einfach nur fossile Ressourcen ersetzen, sondern mit neuen Eigenschaften einen zusätzlichen Leistungsvorteil bringen.

Chemiker Bernhard Stadler

Der Klebstoff auf Basis von Lävulinsäure ist das Ergebnis der engen Zusammenarbeit mit der Entwicklungsabteilung von Henkel. Für das Material und das Verfahren haben beide Partner ein gemeinsames Patent angemeldet. Henkel fertigt das Produkt zu Musterzwecken bereits im Kilogramm-Maßstab.

„GreenSolRes“ läuft seit 2017 bis Ende 2020, wird mit 7,45 Millionen Euro gefördert und vereint sechs Partner aus Industrie und Wissenschaft in vier Ländern. Dieses internationale Konsortium wird von der RWTH Aachen koordiniert. Darüber hinaus wird an der RWTH Aachen in Kooperation mit Industriepartnern eine Anlage für die Produktion der Lävulinsäure optimiert. Die Aachener übernehmen auch das Lifecycle-Assessement. Denn das „grüne Verfahren“ soll möglichst komplett auf Basis erneuerbarer Rohstoffe stehen. De facto sei das noch nicht der Fall, sagt Bernhard Stadler, im Prinzip aber möglich.

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