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Naturfaserverstärktes Polymer für Zugscherprüfungen nach DIN EN 1465

Naturfaserverstärktes Polymer für Zugscherprüfungen nach DIN EN 1465

BioBond - Entwicklung eines biomimetrischen Klebstoffs aus ligninhaltigen Pflanzenresten

Projektname: BioBond
Biomimetrischer Klebstoff aus ligninhaltigen Pflanzenresten
Projektleiter: Dipl.-Ing. Sebastian Wagner
Geldgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
FKZ: 22004615
Laufzeit von: 01.10.2015
Laufzeit bis: 30.09.2018

Bisher wird ein Großteil der Klebstoffe immer noch auf Erdölbasis hergestellt. Erst langsam bietet die Industrie auch strukturelle Klebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen an. Daraus ergibt sich in dem angestrebten Projekt das Ziel, einen Klebstoff auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln, der hinsichtlich seiner technischen Eigenschaften mit denen konventioneller Klebstoffe auf petrochemischer Basis konkurrieren kann.

Beschreibung

Zur Erreichung der notwendigen Haftfähigkeit unter Berücksichtigung ökonomischer Aspekte ist die Kombination der strukturellen Vorteile von Lignin aus verholzten Pflanzen und einer Nachahmung der Haftkraft, die von u.a. Muscheln auf glatten Oberflächen erreicht werden kann, vorgesehen.

Lignin bildet die strukturelle Grundlage von Grünpflanzen und Bäumen. Auf Basis seiner komplexen dreidimensionalen polymeren Struktur werden die weiteren Pflanzenbestandteile Cellulose und Hemicellulose in einer ausgesprochen tragfähigen Konstruktion verbunden. Das zugrundeliegende Lignin kann aus nachwachsenden Rohstoffe bzw. Reststoffen gewonnen werden, somit ist das Ausgangsmaterial CO2-neutral. Ferner ist durch die Kombination eines natürlichen Holzbestandteils mit einer häufig vorkommenden Aminosäure ein unbedenklicher Klebstoff gegeben.
So kann ein neuer biomimetischer Klebstoff entwickelt werden, der zum größten Teil aus Pflanzenresten besteht. Ein besonderer Vorteil des neuen Materials ist dessen biologische Abbaubarkeit, die ein Recycling durch "Kompostierung" mit ligninolytischen Enzymen oder Pilzen möglich macht.

Trotz der prinzipiellen Einsatzbarkeit von Lignin als Klebstoff kann das Material nicht mit technischen petrochemischen Derivaten konkurrieren. Dies ist insbesondere in einer geringen Haftung an glatten Oberflächen begründet. Aus diesem Grund ist eine Kombination der Ligninstruktur mit der primären Komponente von Muschelklebern, dem 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA), vorgesehen. Hierbei wird eine biokatalytische Kopplung der Aminosäure DOPA mit dem Heteropolymer Lignin verfolgt. Es besteht eine strukturelle Ähnlichkeit der beiden Komponenten, so dass eine chemische Bindung an der Oberfläche des Lignins gut durchführbar ist. DOPA zeigt sehr gute Hafteigenschaften, insbesondere auf metalloxidischen Verbindungen. Durch die Kombination beider Materialien können zwei erfolgreiche natürliche Bindungsmittel in biomimetischer Weise genutzt werden, um einen neuen, biologisch abbaubaren Klebstoff zu erschaffen.

Eine Zielanwendung des neuen Klebstoffs ist das Bioconcept-Car des Projektpartners FOUR MOTORS GmbH. Das aktuelle Bioconcept-Car, ein Porsche Cayman GT4 Clubsport, tritt als Vorreiter für eine neue Kraftstoffgeneration an, dem E20 - ein Ottokraftstoff mit 20 Prozent Bioethanol-Zusatz. Ferner bestehen Teile des Rennwagens aus einem mit Naturfasern verstärktem Bio-Polymer.
An diesem Punkt soll das geplante Forschungsprojekt ansetzen, sowohl für die Verbindung biobasierter Kunststoffe als auch metallischer Fügepartner.

Projektpartner

  • 3M Deutschland GmbH
  • Direvo Industrial Biotechnology GmbH
  • FOUR MOTORS GmbH
  • Freudenberg SE
  • Herotron E-Beam Service GmbH
  • Linotec GmbH & Co. KG
  • SIMONA AG
  • Technische Universität Kaiserslautern

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