Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Bioinspirierte Chemie

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Zugang zu biobasierten Chemikalien und Materialien

In nahezu allen Bereichen des Alltags der modernen Gesellschaft stecken Erzeugnisse der Chemischen Industrie und unsere Lebensqualität hängt entscheidend von der zukunftsfähigen Verfügbarkeit funktionaler chemischer Syntheseprodukte ab.

Das zentrale Thema des Innovationsfelds Bioinspirierte Chemie ist es, im Rahmen des Rohstoffwandels die gesteuerte Nutzung biomolekularer Funktionalitäten zu ermöglichen, um über neue Syntheserouten innovative und grüne Fein- und Spezialchemikalien, biobasierte Polymere sowie Funktionsmaterialien zu entwickeln. Unter Bioinspiration verstehen wir die Verwendung exklusiver molekularer Strukturen nachwachsender Rohstoffe und deren maximale Funktionsintegration in chemische Produkte. Dadurch werden Innovationen in neuen Syntheseräumen möglich, die exakt wegen des biologischen Ursprungs vorteilhafte Eigenschaften aufweisen.

Dazu verbinden und kombinieren wir biobasierte Chemie mit bereits in der Industrie etablierten Technologien für Zukunftsmärkte. Somit treiben wir bedarfsgerechte Entwicklungen ressourcen-, funktionsorientiert und angelehnt an die Chemie der Natur voran. Die bioinspirierte Chemie sehen wir als wertvolle komplementäre, erweiternde und passfähige Alternative zur etablierten weitgehend fossilbasierten Chemie an.

Unsere Herangehensweise läuft über fokussierte interdisziplinäre Ansätze synthetischer und retrosynthetischer Strategien, die chemische und biologische Aspekte vereinen und somit zu innovativen Herstellungsprozessen führen.

Über einen adaptiven Matrixansatz erarbeiten wir ganzheitliche Lösungen für vielfältige und komplexe Problemstellungen. Wir nutzen dazu Wissen aus den Bereichen der Organischen Chemie, der Bioorganischen Chemie, der Biotechnologie, der Polymerchemie und der Materialverarbeitung. Dadurch können wir spezifisch und agil über unsere ineinandergreifenden Themenfelder auf die Herausforderungen der Zeit inklusive der techno-ökonomischen Anforderungen/Umsetzbarkeit Antworten finden.

Ziel der Aktivitäten ist eine Erweiterung des Werkzeugkastens für die nachhaltige Synthese durch eine Gesamtbetrachtung von Rohstoffen, Konversionsmethoden, den gewünschten Produkteigenschaften, der Verarbeitungstechnologie sowie dem End‑of‑Life der Produkte. Die Funktionalität der Produkte wird anhand anwendungstechnischer Anforderungen bewertet und im Hinblick auf eine industrielle Nutzung optimiert. Damit sollen Technologiesprünge zu neuen »grünen« Chemikalien und Materialien mit gleichzeitig neuer Funktionalität erreicht werden. »Einfach zugänglich, technologisch machbar und hochfunktional aufgrund der biobasierten Komponenten« ist dabei unser Leitthema.

Bioinspirierte Syntheserouten

 

© Fraunhofer IGB

Organische Chemie

  • Syntheseentwicklung
  • Organische Synthese kleiner Moleküle
  • Bausteine für neue biobasierte Thermoplaste und Epoxidharze
  • Modifizierte Biopolymere
  • Entwicklung von Aufreinigungsverfahren
  • Optimierung mittels Statistischer Versuchsplanung
  • Scale-up der Synthesen
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© Fraunhofer IGB

Bioorganische Chemie

  • Chemo-enzymatische Syntheserouten
  • Funktionsproteine: Proteine in der Material- und Anwendungsentwicklung
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Biobasierte Polymere und Materialien

 

Biobasierte Polymere und Additive

  • Chemische Modifikation von Polysacchariden
  • Kontrollierter Abbau von Lignin
  • Umwandlung von Biomolekülen zu Spezialpolymeren
    • Polyamide aus Monoterpenen
  • Entwicklung biobasierter Weichmacher und Nukleierungsmittel
  • Additivierung von Polymeren
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Kunststofftechnik

  • Herstellung und werkstoffliche Verarbeitbarkeit
    • Extrusion
    • Spritzguss
    • Thermische Umformprozesse
  • Prüfung neuer entwickelter Werkstoffe
    • Chemische Analyse
    • Materialcharakterisierung
    • Materialprüfung
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© Fraunhofer IGB

Biohybride Materialien

  • Katalytisch aktive Materialien
  • Intelligente oder schaltbare Materialien
  • Maßgeschneiderte Lösungen für die Agrarwirtschaft auf Basis von Reststoffen
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Labor für Technische Biopolymere ‒ LTBP

In diesem vom bayerischen Staatsministerium geförderten Projekt decken wir die gesamte Wertschöpfungskette biobasierter Materialien ab: von der Identifikation geeigneter Ausgangsstoffe über die Funktionalisierung, Polymerisation und Additivierung bis hin zur Wiederverwertbarkeit und Bioabbaubarkeit.

 

Damit sind wir ein kompetenter Ansprechpartner für die regionale und überregionale Industrie und Forschung zum Thema biogene Kunststoffe.

 

Dr. Robert Scherf

Dr. Harald Strittmatter

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Terpenbasierte Polyamide: Caramid-R® und Caramid-S®

Caramid-R® und Caramid-S® sind Vertreter einer neuen Polyamidklasse, die aus Terpenen hergestellt wird. Diese fallen bei der Herstellung von Zellstoff als Nebenprodukt an. Mit dem patentierten Verfahren werden aus 3-Caren Lactame synthetisiert, die anschließend zu Caramid-R® und Caramid-S® polymerisiert werden.

 

© Fraunhofer IGB

 

... mehr Informationen finden Sie in unserer Presseinformation:

zur Presseinformation

Wir sind Ihr Ansprechpartner für die Entwicklung nachhaltigerer Syntheseprozesse und innovativer chemischer Produkte. Dabei beraten wir Sie auch gerne hinsichtlich der Auswahl geeigneter Förderszenarien.

Im Detail unterstützen wir Sie bei:

Forschung und Entwicklung

  • Identifikation geeigneter Rohstoffe für neue Syntheseprodukte und Materialien
  • Identifikation von Anwendungsmöglichkeiten neuer biobasierter Stoffe
  • Durchführung von Studien (Literatur, Patente, usw.)
  • Molekularbiologische und technische Optimierung von Enzymen und Enzymreaktionen
  • Auftragssynthese und -screening
  • Entwicklung von Verfahren zur Reststoffverwertung
  • Entwicklung von Verfahren zur Integration nachwachsender Rohstoffe und deren Strukturen in bereits bestehende Prozesse --> Synthese biobasierter Alternativen zu fossilen Verbindungen
  • Evaluierung des optimalen Syntheseweges hin zu gewünschten Zielprodukten
  • Reaktionsoptimierung mittels statistischer Versuchsplanung
  • Skalierung von Reaktionen (bis zu 4 L, weitere Skalierung am Fraunhofer CBP)

Kooperation über Forschungsprojekte

  • Identifikation geeigneter Förderprogramme und -szenarien (national, EU)
  • Unterstützung bei der Zusammenstellung eines Projektkonsortiums und Kommunikation mit möglichen Partnern
  • Unterstützung in der Antragsphase
  • Kommunikation zu Fördergebern

Charakterisierung

  • Chemische Analytik und Strukturaufklärung
  • Auftragsanalytik

Weitere Leistungen rund um Materialien und (biobasierte) Polymere bieten wir im Rahmen des Labors für Technische Biopolymere (LTBP):

  • Auswahl geeigneter biogener Roh- und Abfallstoffe
  • Screening von Polymerisationsmethoden
  • Polymerisation im Kleinmaßstab
  • Funktionalisierung natürlicher Biopolymere
  • Auswahl und Entwicklung biobasierter Kunststoffadditive
  • Entwicklung von Verbundwerkstoffen mit Naturmaterialien
  • Polymeranalytik
  • Materialcharakterisierung
  • Werkstoffprüfung
  • Schadensanalyse und -bewertung
  • Biokompatibilität
  • End-of-Life-Szenarien (in Planung)
    • Stoffkreisläufe
    • Bioabbaubarkeit

Wir sind Ihr Ansprechpartner für die Entwicklung nachhaltiger Syntheseprozesse und innovativer chemischer Produkte der Zukunft. Zentrale Aktivitäten umfassen die Auswahl von biobasierten Rohstoffen, die Entwicklung moderner Konversions- und Herstellungsverfahren, besonders auch unter Nutzung von katalytischen Prozessen (Chemo-, Bio- und Elektrokatalyse).

Dazu gehört ebenfalls die analytische und funktionale Bewertung der Prozesse und Produkte. Unser Ziel ist es, gemeinsam mit Partnern ressourcenschonend neue Produkte und Materialien aus biogenen Rohstoffen, Reststoffströmen und Kohlenstoffdioxid (CO2) herzustellen.

Dafür stehen am Standort Straubing des Fraunhofer IGB moderne Labore für biotechnologische und chemisch-synthetische Arbeiten sowie ein (Bio-)Polymerlabor und ein Materialverarbeitungstechnikum mit folgender Ausstattung zur Verfügung:

Synthese/Verarbeitung

  • Automatische Laborreaktoren
  • Hochdruckreaktoren
  • Katalysator-Screening
  • 10-Liter-Fermenter
  • Polymerisationsreaktoren/Hydrierreaktor
  • UV-Kammer
  • Glovebox
  • Öfen
  • Vakuumtrockenschrank
  • Labordestillationsanlage
  • Presse
  • Schneidmühle
  • Mini-Compounder
  • Laborkneter
  • Spritzguss
  • Extrusion
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Analytik

Strukturaufklärung

  • 400-MHz-Kernresonanzspektroskopie (NMR)
  • FTIR-Spektroskopie (Transmission und ATR)

Chromatographische Methoden

  • Gaschromatographie (GC)
  • Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)
  • Größenausschlusschromatographie/ Gelpermeationschromatographie (SEC/GPC)
  • Fast protein liquid chromatography (FPLC)

Weitere Methoden

  • Autotitrator
  • TOC Analyzer 
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Materialcharakterisierung

Thermische Analyse

  • Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
  • Thermogravimetrische Analyse (TGA)
  • Wärmeformbeständigkeit (HDT)
  • Schmelzindexprüfgerät (MFI)

Mechanische Eigenschaften

  • Schlagzähigkeit (Pendelschlagwerk)
  • Universalprüfmaschine
  • Härteprüfung (DIN ISO 7619-1)
  • Rheologie/DMA (ab 2025)
  • Kapillarviskosimetrie mit Ubbelohde-Viskosimeter

Weitere Methoden

  • Mikroskopie, Spektralphotometer
  • Dichtebestimmung
  • Konditionierung von Prüfkörpern
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1. Synthese/Verarbeitung

 

Automatische Laborreaktoren

Datenerfassung zur Entwicklung neuer Synthesen, Optimierung von Reaktionsverläufen sowie Ausarbeitung robuster und sicherer Prozesse.

 

Ausstattung Beschreibung
Doppelmantelreaktoren aus Glas 0,5 L – 4 L vorhanden
Bis zu 50 L aufrüstbar
Temperatur -10 °C – 200 °C
Parameterkontrolle Temperatur, pH-Wert, Rührgeschwindigkeit, Dosierung von Flüssigkeiten

Hochdruckreaktoren

Möglichkeit zur chemischen Synthese mit Beteiligung der Gasphase unter erhöhtem Druck.

 

Hochdruckreaktor Beschreibung
Kleinautoklaven Volumen: 50 mL + 100 mL
Druck: bis 150 bar
Temperatur: bis 250 °C
Material: Edelstahl
Säureaufschlussautoklaven Volumen: 45 mL + 125 mL
Druck: bis 120 bar
Temperatur: bis 250 °C
Material: PTFE-Becher mit Edelstahl-Außenkörper
Parr Batchreaktor Volumen: 2 L
Druck: bis 100 bar
Temperatur: bis 350 °C
Material: Edelstahl
Rührer: Begasungsrührer und Blattrührer

Katalysator-Screening

Paralleles Katalysatorscreening unter definierten Bedingungen.

 

Screening-System Beschreibung
Heterogene Katalysator-Screeningstation Vier Parallelreaktoren
Temperatur: bis 500 °C
Druck: bis 80 bar pro Reaktor
Material: Stahl
Gase: CO, CO2, H2, N2, Ar, Luft, Kohlenwasserstoffe
Gasfluss: 10 – 100 mL min-1 pro Reaktor
Flüssigkeiten: Wasser (0 – 2,5 g h-1)
Dreiphasenreaktor (Festbett) Volumen: D = 6 mm; H = 200 mm
Druck: bis 10 bar
Temperatur: bis 450 °C
Material: Stahl oder Glas
Gase: NH3, N2, Luft
Volumenströme: flüssig bis 2 mL/min; Gas bis 100 mL/min

10-Liter-Fermenter

 

Ausstattung Beschreibung
BBI BIOSTAT® C C10-3
15-L-Kessel (Verhältnis Höhe zu Durchmesser 3:1)
 Arbeitsvolumen: 3 – 10 L
Druckfestigkeit -1 – 3 bar
Begasungssteuerung 0,6 – 30 L min-1 (0,04 – 2 vvm), Luft, N2
Rührung 2 x 6 Blatt Rushton-Turbine
900 W bürstenloser Motor
Pumpensteuerung 4 x Schlauchpumpen (max. 300 mL min-1)
Sensoren pH, pO2, Antischaum,
Temperatur
Überwachung und Steuerung Regelung pH (1 – 13) und pO2 (0 – 100 %)
Antischaummittelzufuhr
Medien-/Substratzufuhr
Temperatur (8 – 150 °C)
Rührung (10 – 1500 rpm)

300-mL-Polymerisationsreaktor

Autoklav zur Synthese von Polyestern und Polyamiden im Labormaßstab.

 

Ausstattung Beschreibung

Arbeitsvolumen

300 mL

Max. Temperatur

350 °C

Max. Nenndruck

200 bar

Besonderheit

mit Destillationsaufbau inkl. Vakuumanschluss

Polymerisationsreaktor/Hydrierreaktor

2-stufige Pilotanlage für Demonstrationen von Polykondensationen unter anwendungsnahen Bedingungen und zur Durchführung von Hydrierungen organischer Verbindungen.

 

Ausstattung Beschreibung
Arbeitsvolumen Zwei 1,5-L-Autoklaven mit Destillationseinheit
Überwachung und Steuerung Pilotanlage voll steuer- und regelbar
Möglichkeit der gesteuerten Gasdosierung
Temperatur Bis 350 °C
Druck Bis 200 bar

UV-Kammer

Zur Aushärtung von Polymerbeschichtungen und Klebungen im Labormaßstab.

 

Ausstattung Beschreibung

Innenmaße

20 x 20 x 20 cm

UV-Quelle

UV-LEDs, 365 nm und 395 nm, getrennt steuerbar

Besonderheit

Integrierter Radiometersensor zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke

Glovebox

 

Ausstattung Beschreibung
Schutzgasbefüllung mit Argon und Stickstoff Durchführung von luft- und wasserempfindlichen Reaktionen
(< 1 ppm Sauerstoff und Feuchte)
Druck -15 – 15 mbar
(Über- oder Unterdruck)

Öfen

Muffel- und Kalzinieröfen mit Schutzgasfunktion und Steuereinheit.

 

Ausstattung Beschreibung
Gase N2, Luft
Temperatur Bis 1200 °C

Vakuumtrockenschrank

 

Ausstattung Beschreibung
Füllvolumen 115 L
Vakuum Bis 15 mbar
Temperatur Bis 110 °C

Labordestillationsanlage

In der einstufigen Anlage kann unter sehr niedrigen Druckbedingungen sehr produktschonend destilliert werden. Schon mit kleinen Produktmengen können erste Machbarkeitsversuche durchgeführt sowie Prozesse entwickelt werden. Zudem ist es möglich, mit etwas höherem Durchsatz, Mustermengen im Bereich von mehreren 100 Gramm herzustellen.

 

Ausstattung Beschreibung

Betrieb diskontinuierlich

Produktförderung erfolgt mithilfe des Schwerkraftprinzips

Verdampfertyp

Kurzwegverdampfer (Innenkondensator)

Verdampferoberfläche

Ca. 0,040 m²

Kondensatoroberfläche

Ca. 0,065 m²

Durchsatz

0,1 kg/h – 1,5 kg/h (produktabhängig)

Temperaturbereich Verdampfer

30 °C bis 300 °C (abhängig vom Heizmedium)

Temperaturbereich Kondensator

-20 °C bis 200 °C (abhängig vom Temperiermedium)

Werkstoffe

Dosiertropftrichter, Verdampfer, Kondensator und Kühlfalle aus Borosilikatglas 3.3

Wischersystem

SKR Block Wischersystem, Wischerblöcke aus PTFE/Graphit

Destillat- und Rückstandsaustrag, Einförderstutzen

Beheizbar

Dosiertropftrichter

Beheizbar (20 °C bis 200 °C)

Nadelventil (Dosiertropftrichter)

Produktdosierung

Vakuumsystem

< 10­-² mbar

Nadelventil (Vakuumsystem)

Druckregulierung und Belüftung

Presse

Zur Durchführung von thermischen Umformprozessen.

 

Ausstattung Beschreibung
Oberflächentemperatur Bis 300 °C
Presskraft Bis 200 kN

Schneidmühle

Die Schneidmühle dient zur Zerkleinerung von weichem bis mittelhartem, sprödem oder faserigem Probenmaterial.

 

Ausstattung Beschreibung
Schneideinsatz 3 Rotormesser mit 4 Gegenmessern aus Stahl
Siebeinsätze

0,2 mm, 0,5 mm, 1,0 mm und 1,5 mm Trapezloch
Drehzahlbereich 6000 – 22000 U/min, einstellbar in 1000er Schritten
Zeit-Funktion Zeitvorgabe/Stoppuhr
Verspröden des Probenmaterials Eine Verarbeitung von versprödetem Probenmaterial, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, ist möglich.
Aufgabematerial Stückgröße max. 15 mm
Durchsatzmenge

Bis 15 l/h -> Probenabhängig

Mini-Compounder

Es handelt sich um einen Doppelschneckenextruder zur Verarbeitung von Kleinstmengen. Dient zur Ermittlung erster materialspezifischer Kenndaten.

 

Ausstattung Beschreibung
Zylindervolumen 15 ml
Temperatur Bis 400°C
Rotationsgeschwindigkeit Bis 250 rpm
Drehmoment Max. 40 Nm
Materialeigenschaft
Zylinder (64 HRC, 2000 Vickers) und Schnecken (56 HRC, 1000 Vickers) sind verschleißfest, abriebresistent und chemikalienbeständig.
Bypass-Ventil Möglichkeit der Materialrückführung oder einer kontinuierlichen Extrusion
Datenaufzeichnung über Software

Grafische Darstellung und Aufzeichnung der Extrusionsparameter (Temeratur, Schmelzvisikosität, Scherkräfte, Drehmoment). Speicherbar als Excel Datei.

Laborkneter

Ein modularer Labormischer zur Analyse und Entwicklung von Polymer- und Kautschukmischungen ermöglicht die präzise Bestimmung materialspezifischer Eigenschaften wie Viskosität, Schmelzverhalten und Verarbeitungseigenschaften unter realitätsnahen Bedingungen.

 

Ausstattung Beschreibung
Kammervolumen (netto) 70 – 100 cm³
Temperaturbereich Bis 400 °C
Drehzahlbereich < 250 min-1
Maximales Drehmoment 160 Nm
Messsystem
 Messung von Drehmoment, Temperatur und Schmelzverhalten zur Materialcharakterisierung
Werkstoffe in der Mischkammer Korrosions- und verschleißbeständiger Stahl
Datenaufzeichnung

Grafische Darstellung und Export aller relevanten Prozessdaten (z. B. Drehmoment, Temperatur, Energieeintrag)

Spritzguss

 

System Beschreibung
MiniJet Kolbenplastifizierung
Spritzgussanlage
 Schneckenplastifizierung

Extrusion

  • Planetwalzenextruder

2. Analytik

 

2.1. Strukturaufklärung

 

400-MHz-Kernresonanzspektroskopie (NMR)

NMR-Spektroskopie

Strukturaufklärung organischer Moleküle, Endgruppenbestimmungen von Polymeren und Reaktionsverfolgung von chemischen Synthesen qualitativ und quantitativ.

 

Ausstattung Beschreibung
9,4-Tesla-Magnet

Frequenz 400 MHz
5-mm-Probenkopf

Automatisch abstimmbar im Bereich von 1H bis 19F und 31P bis 109Ag, Feldgradient bis 140 G/cm
2-Kanalspektrometer Messung sowohl von 1D als auch von 2D COSY-, HMQC-, HMBC-, NOESY-, ROESY-, TOCSY- und DOSY-Spektren möglich
Variable Temperiereinheit -100 °C – 150 °C 

FTIR-Spektroskopie (Transmission und ATR)

Strukturaufklärung organischer Moleküle und Reaktionsverfolgung von chemischen Synthesen.

 

Ausstattung Beschreibung
ATR-Einheit

Zerstörungsfreie Prüfung der Identität von Feststoffen und bekannter Substanzen
Transmissionsmessung von KBr-Presslingen

Quantitative Analysen 

 

2.2. Chromatographische Methoden

 

Gaschromatographie (GC)

Die Gaschromatographie dient sowohl zur qualitativen als auch zur quantitativen Analyse von organischen Substanzgemischen. Grundbedingung hierfür ist die zersetzungsfreie Verdampfung der einzelnen Komponenten.

 

GC-Ausstattung Beschreibung
Single-Quad-MS-Detektor (Massenspektrometrie)

Identifizierung und Bestimmung unbekannter Substanzgemische aus z. B. Lacken, Naturstoffproben, Aroma- und Geruchsstoffen
FID (Flammenionisationsdetektor)

Robuster Detektor für organische Stoffe mit zugleich sehr hoher Empfindlichkeit (Nachweisgrenze 1 ng)
WLD (Wärmeleitfähigkeitsdetektor) Universeller Detektor
Headspace Analysemethode leichtflüchtiger Substanzen
SPME (Festphasenmikroextraktion)

Analysemethode von Proben mit geringer Konzentration mittels Adsorption
Probenaufgabe-Optionen On-column, SSL (split/splitless), PTV (programmed temperature vaporizer)

Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)

Die Hochdruckflüssigkeitschromatographie dient sowohl der qualitativen als auch der quantitativen Analyse von organischen Stoffgemischen in Lösung. 

 

HPLC-Ausstattung Beschreibung
DAD (Dioden-Array-Detektor)

Detektion des kompletten UV/Vis-Bereiches 
ELSD (Evaporative Light Scattering Detector)

Detektion von Substanzen durch strukturspezifische Lichtstreuung 
RID (Refractive Index Detector) Detektion über Brechungsindexänderung
MS-Detektor (Massenspektrometrie)  Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen, MSn-Spektren 

Größenausschlusschromatographie/Gelpermeationschromatographie (SEC/GPC)

Bestimmung von Molekulargewichtsverteilungen mit Molmassen von 102 – 107 g/mol.

 

Ausstattung Beschreibung
GPC

Isokratische Pumpe, HFIP-kompatible Geräte

Druck: 200 bar
Differenzial-Refraktometer RI-Detektor

Konzentrationsdetektor für klassische GPC mittels Standard-Kalibrierung
Mehrwellenlängen UV-Vis Detektor Detektion von Strukturverteilungen in Co‑Polymeren
Mehrwinkel-Lichtstreudetektor (MALLS) SLD7100 Molmassensensitive Detektion über die Streuwinkel, geeignet ab 10 000 g/mol, u. a. von natürlichen Peptiden und Biopolymeren
Viskositätsdetektor DVD 1260

Molmassensensitive Detektion über die Viskosität, geeignet ab 5 000 g/mol

Fast protein liquid chromatography (FPLC)

Reinigung von (rekombinanten) Proteinen aus Zelllysaten.

 

Ausstattung Beschreibung
Säulen

Verschiedene Säulenmaterialien zur Proteinreinigung
UV-Detektor (UV-900)

Insbesondere zur Detektion von Proteinen
Leitfähigkeits- und pH-Detektor (P/C-900) Überwachung der Leitfähigkeit und des pH-Wertes

 

2.3. Weitere Methoden

 

Autotitrator

 

Mögliche Anwendungen BESCHREIBUNG
Anwendungen
  • Verseifungszahl nach DIN 53401
  • Verseifungszahl modifiziert für Lignin
  • Säurezahl DIN 53402
  • OH-Zahl nach DIN 53240
  • Endgruppenbestimmung für Polymere
  • Säure-Base-Titrationen
  • Karl-Fischer-Titrationen 

TOC – Analysator

Der TOC Analysator dient zur Bestimmung der Umweltparameter von TOC, NPOC, TC, TIC sowie POC in wässrigen Proben. Durch das TN-Zusatzmodul lässt sich ebenfalls der TNb bestimmen.

 

Ausstattung Beschreibung
Aufschlussmethode

Hochtemperaturverbrennung bis 950 °C
TN Detektor

Elektrochemischer „solid-state“ Detektor
Messbare Parameter TC, TIC, TOC, NPOC, NPOCplus, POC, TN
Messbereich (Nachweisgrenze)

0 – 30.000 mg/l C (4 µg/l C)

0 – 100 mg/l TNb (0,05 mg/l TNb)
Probenzufuhr

Automatische Fließinjektion mit automatischer Ansäuerung/Ausblasen der Proben, Spültechnik und Verdünnungsoption

3. Materialcharakterisierung


3.1. Thermische Analyse

 

Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)

Messung von Wärmestromänderungen, die aufgrund von temperatur- oder zeitabhängigen Veränderungen der physikalischen oder chemischen Probeneigenschaften entstehen (Phasenübergänge).

 

Ausstattung Beschreibung
Temperatur

-80 °C – 500 °C
Messgase

N2, Luft
Heizrate 0,02 – 300 K/min
Kühlrate 0,02 – 50 K/min

Thermogravimetrische Analyse (TGA)

Messung der Massenänderung einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur und Zeit.

 

Ausstattung Beschreibung
Temperatur

Bis 1100 °C
Heizraten

0,02 – 150 K/min
Tiegelvolumen Bis zu 900 µL
SORPTIONSEINHEIT  
Temperatur

Bis 95 °C
Rel. Luftfeuchtigkeit 100 %

HDT/Vicat (noch nicht in Betrieb)

Das HDT/Vicat dient zur Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur, der Erweichungstemperatur sowie des Zeitstandverhaltens verschiedener Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Temperatur

Bis 300 °C
Normen ISO 75 1-3, ISO 306

Messstationen
4
Ergebnisauswertung
  • Statistische Auswertung und Darstellung als Ergebnistabelle und Grafik
  • Erstellen eines Prüfprotokolls

Schmelzindexprüfgerät (MFI)

Das Gerät dient zur Charakterisierung des Fließverhaltens von Polymerschmelzen.

 

Ausstattung Beschreibung
Prüfmöglichkeiten   

Bestimmung der Schmelze-Massenfließrate (MFI) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVI)
Normen

ISO 1133; nachrüstbar für ASTM D 1238 und ASTM D 3364
Temperaturbereich
 Bis 400 °C
Prüfgewicht 2,16 kg, 5 kg
Kapillarenverschluss Für Proben mit niedriger Schmelzviskosität
Prüfkammer Korrosions- und verschleißbeständiger Stahl
Datenaufzeichnung
  • Software für die Messwerterfassung und grafische Darstellung der Messergebnisse
  • Datenexport als CSV-Datei
  • Erstellen eines PDF-Dokuments

3.2. Mechanische Eigenschaften

 

Pendelschlagwerk

Das Pendelschlagwerk dient zur Bestimmung der Schlagzähigkeit verschiedener Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Arbeitsvermögen Bis 50 J
Prüfung nach

ISO 179 (Charpy), ISO 180 (Izod)
Jeweils 3 Pendel 0,5 J, 2 J und 5 J (Charpy), 1 J, 2,75 J und 5,5 J (Izod)
Ergebnisauswertung

Statistische Auswertung und Darstellung als Ergebnistabelle und Grafik. Erstellen eines Prüfprotokolls.

Universalprüfmaschine

Für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften verschiedener Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Prüfmöglichkeiten Zugprüfung nach ISO 527 1-3, 3-Punkt Biegeprüfung nach ISO 178
Prüfkraftbereich

Bis 20 kN
Nennkraft Kraftaufnehmer 2,5 kN
Dehnungsaufnehmer Videoextensometer (optisch)
Probenhalter Pneumatisch mit einstellbarem Schließdruck, Prüfkraft 2,5 kN
Ergebnisauswertung

Statistische Auswertung und Darstellung als Ergebnistabelle und Grafik. Erstellen eines Prüfprotokolls.

Härteprüfung (DIN ISO 7619-1)

Digitale Shore-Härteprüfer Typ A und Typ D mit Prüfstand.

 

Ausstattung Beschreibung
Typ A

Für weiche Materialien
Typ D

Für mittelharte bis harte Materialien
Auflösung 0,1
Genauigkeit ≤ 1 %

Rheologie/DMA (in Planung für 2025)

Anschaffung eines leistungsfähigen Kombinationsgeräts, welches sowohl scherrheologische Untersuchungen in Rotation und Oszillation als auch dynamisch-mechanische Analysen an Festkörpern in Biegung, Zug und Kompression ermöglicht.

Kapillarviskosimetrie mit Ubbelohde-Viskosimeter

Bestimmung der reduzierten, intrinsischen Viskosität von verdünnten Lösungen thermoplastischer Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Prüfung nach

DIN EN ISO 307, DIN EN ISO 1628 etc.
Lösungsmittel

m-Kresol

Schwefelsäure

Ameisensäure
Viskosimeter Ubbelohde und Mikro-Ubbelohde (DIN 51562)

3.3. Weitere Methoden

 

Mikroskopie

Für Auflicht- und Durchlichtanwendungen.

 

Ausstattung Beschreibung
Objektive

Faseranalysen: 5x, 10x, 20x, 50x

Mikrobiologie: 40x, 100x (Ölimmersion)
5-Mpx-Kamera

Hochauflösende Kamera zur optimalen Bildgebung
3-Achsen-Motorisierung des Probentisches Automatisierte Erstellung tiefenscharfer Bilder über Software möglich

Hellfeld-/Dunkelfeldpolarisation

Phasenkontrast Ph1/Ph2/Ph3

Durchlichtpolarisation mit zusätzlicher Lambda-Platte 

 Diverse Kontrast-/Polarisationseinstellungen für Auf- und Durchlichtanwendungen möglich, um Strukturen optimal darstellen zu können

Farbbestimmung mittels Spektralphotometer

 

Ausstattung Beschreibung

Messmethoden

a) Reflexionsmessungen an Festkörpern, Granulaten, Pulvern, Pasten unter Glanzeinschluss (SCI) oder Glanzausschluss (SCE)

b) Transmissionsmessungen an transparenten Festkörpern (z. B. Folien) und Flüssigkeiten

Wellenlängenbereich

360 – 740 nm

Normlichtarten

verschiedene, z. B. D65

Farbräume

verschiedene, z. B. CIE L*a*b*

Indizes

verschiedene, z. B. Whitness Index und Yellowness Index (ASTM E313), Gardner-Farbzahl, APHA-Hazen-Farbzahl

Dichtebestimmung von Feststoffen und Flüssigkeiten

Feststoffe: Dichtewaage nach DIN EN ISO 1183.

Flüssigkeiten: Dichtemessgerät (Biegeschwinger) zur Bestimmung nach DIN EN ISO 5725 mit Adapterheizung zur Messung von hochviskosen Proben.

 

Ausstattung Beschreibung
Bereich der Dichte

0 g/cm³ – 3 g/cm³
Temperaturbereich

0 °C – 100 °C
Probenvolumen Ca. 1 mL
Genauigkeit 0,0001 g/cm³

Konditionierung von Prüfkörpern

Konstant-Klimaschrank zur Lagerung von Prüfkörpern unter Normklimabedingungen bei 23 °C und 50 % r. F.

Infomaterialien

 

Broschüre »Labor für technische Biopolymere«

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Produktblatt »Miniplant-Anlage im Labor für Technische Biopolymere«

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Broschüre »Biotechnologische und chemische Verfahren – BioCat«

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Wissenschaftliche Publikationen

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BioSurf

Ziel des Projekts ist es, petrochemisch hergestellte Tenside verstärkt durch Biotenside aus nachwachsenden Rohstoffen zu ersetzen.

 

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ChiBio

BioCat erarbeitet Prozesse zur Erschließung von Chitin aus Fischereiabfällen als Rohstoff zur Herstellung von Spezialchemikalien.

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ChitoLogEn

ChitoLogEn ist ein innovatives redoxaktives Polymer auf Chitosan-Basis. Es dient als biobasierte Matrix für die Immobilisierung von Redoxenzymen auf Elektroden in bioelektrokatalytischen Prozessen (Bioelektrosynthese, Energieumwandlung).

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ChitoMat

Ziel des Projekts ist die Synthese thermoplastisch verarbeitbarer Chitinderivate.

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DiMeFu

Ziel ist die weitere Optimierung und die anschließende Hochskalierung eines heterogen katalysierten Prozesses.

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eBioCO2n

Um CO2 mithilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen zu Chemikalien umzusetzen, wird CO2 mithilfe elektronenübertragender Biokatalysatoren fixiert. Das Projekt wird gemeinsam von Fraunhofer- und Max-Planck-Wissenschaftlern bearbeitet.

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November 2023 – Oktober 2026

ECOMO

Elektrobiokatalytische Kaskade zur Reduktion von CO₂ zu CO gekoppelt mit der fermentativen Produktion hochwertiger Diamin-Monomere

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Januar 2024 – Dezember 2026

eCO2DIS

Simulationsgeleitete Entwicklung eines strom- oder H₂-getriebenen In-vitro-Acetyl-CoA-Produktionsmoduls als Plattformchemikalie aus CO₂ für eine diversitätsorientierte Synthese

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Fraunhofer-Leitprojekt »ShaPID«

Im Leitprojekt werden Technologieentwicklungen in vier komplementären Bereichen vorangetrieben, um zu demonstrieren, dass eine nachhaltige, grüne Chemie durch Prozessintensivierung und Digitalisierung erreicht werden kann.

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HanAkku

Innovative hundertprozentig biobasierte Hanfschäben-Materialien zur gezielten Stoffspeicherung aus Lösungen und der gesteuerten Wiederabgabe (Biodepots) für die Verwendung in der Energie-, Wasser- und Agrarwirtschaft.

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Hydrophobe Proteine zur Oberflächen- funktionalisierung

Proteine verleihen Textilien wasser- und schmutzabweisende Eigenschaften – ohne Chemikalien.

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KERAbond

Kunststoffe und Spezialchemikalien aus dem biopolymeren Rohstoff Keratin (Hauptbestandteil tierischer Federn) als Ersatz für fossile Quellen.

 

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Labor für Technische Biopolymere

Das Projekt LTB deckt die gesamte Wertschöpfungskette biobasierter Materialien ab.

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Liberate

Ziel des Projekts Liberate ist die elektrochemische Spaltung von Lignin zur Herstellung biobasierter substituierter Phenole als Ersatz für fossile Rohstoffe.

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Lignoplast

Verfahren um Kunststoffe aus Holz herzustellen. Als Basis dienen in verholzter Biomasse enthaltene Lignine.

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LiMeOx

In LiMeOx werden, ausgehend von Monoterpenen, maßgeschneiderte biobasierte Weichmacher hergestellt.

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Oktober 2023 – September 2024

MycoSorb –

Pilzbasiertes Adsorbermaterial 

Die Adsorber können als Filter in der Abwasserreinigung eingesetzt werden, um Medikamentenrückstände zu entfernen. 

 

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PFIFF

Ziel des bei Fraunhofer bearbeiteten Projektteils war die Entwicklung eines Verfahrens zur Reinigung von Furandicarbonsäure (FDCA).

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PFIFFIG

Ziel des am Fraunhofer IGB bearbeiteten Teilprojekts ist die Optimierung eines Verfahrens zur Reinigung von Furandicarbonsäure (FDCA), einem Baustein für die Herstellung des vielversprechenden Biokunststoffs Polyethylenfuranoat.

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Januar 2022 – Dezember 2025

SUBI2MA

Fraunhofer-Leitprojekt: Biotransformation der Kunststofftechnik durch biobasierte Materialbausteine mit exklusiven molekularen Funktionalitäten

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Tape2Grape

Tape2Grape ist ein zu hundert Prozent biobasiertes multifunktionales Veredelungsband für Obst- und Ziergehölze, welches mit individuellen biologischen Inhaltsstoffen ausgerüstet werden kann.

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TerPa

Im Projekt TerPa werden aus Terpenen, die als Abfälle bei der Holzverarbeitung anfallen, amorphe oder teilkristalline Polyamide entwickelt. Damit wollen wir neue Einsatzbereiche für diese High-Performance-Materialien erschließen.

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Xylophon

Xylan aus biogenen Abfallströmen wird mikrobiell zu Chemikalien umgesetzt, um biobasierte Schmierstoffadditive oder Basisöle für Schmiermittel herzustellen.

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Weitere Projekte

 

BiOptik

MapLup

TAKEMA