Biobasierte Polymere

Der Begriff biobasierte Polymere umfasst sowohl natürliche polymere Verbindungen wie Cellulose, Lignin, Stärke und chemisch gewonnene Derivate wie Celluloseacetat, als auch aus biobasierten Monomeren hergestellte Polymere wie Polyamid 11 (PA11), das aus der aus dem Samen des Wunderbaums nach chemischer Umwandlung gewonnenen 11-Aminoundecansäure aufgebaut ist.

Werden aus der Petrochemie bekannte Monomere wie Ethylenglycol für Polyethylentherephtalat (PET) aus Bioressourcen hergestellt, spricht man von Drop-in-Monomeren. Die resultierenden Kunststoffe entsprechen molekularstrukturell und bezüglich ihrer Eigenschaften exakt den aus fossilen Rohstoffen aufgebauten Kunststoffen.

Daneben bieten die vielfältigen Strukturmotive natürlicher Rohstoffquellen die Möglichkeit, völlig neuartige Polymere mit besonderen Eigenschaften herzustellen. Am Fraunhofer IGB, Standort Straubing, wird die Neuentwicklung innovativer biobasierte Polymere und Additive intensiv erforscht. Die Aktivitäten erstrecken sich dabei über die chemische Modifikation von Polysacchariden, den kontrollierten Abbau von Lignin oder die Umwandlung von Biomolekülen zu Spezialpolymeren bis hin zur Entwicklung biobasierter Weichmacher und Nukleierungsmittel.

 

Im Fokus: Monoterpene für Kunststoffanwendungen

Monoterpene sind Biomoleküle, die von unterschiedlichsten Pflanzen, Mikroorganismen und Pilzen in hoher struktureller Vielfalt produziert und aus industriellen Abfallströmen, beispielsweise der Papier- und Saftindustrie, gewonnen werden können. Sie gelten aufgrund ihrer guten Zugänglichkeit für chemische Modifikation, des geringen Gehalts an Heteroatomen, der geeigneten Molekülgröße und ihrer zu speziellen (Polymer-)Eigenschaften führenden Molekularstrukturen als vielversprechender Ausgangsstoff für biobasierte Kunststoffanwendungen. Die chemische und enzymatische Modifikation –ausgehend vom natürlichen Monoterpen bis hin zu polymerisationsfähigen Monomeren oder (teil-)biobasierten Additiven – wird am Institutsteil Straubing des Fraunhofer IGB intensiv erforscht.

Leistungen

  • Identifikation geeigneter Biomoleküle für Kunststoffanwendungen
  • Zielgerichtete, chemische oder enzymatische Funktionalisierung von Biomolekülen
  • Polymerfunktionalisierung
  • Erstcharakterisierung neuer Moleküle
  • Bestimmung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
  • Syntheseskalierung bis zu 4 Liter Reaktionsvolumen
  • Kleinmengenpolymerisation
  • Polymercharakterisierung
  • Kleinmengenpolymerverarbeitung (Extrusion, Spritzguss)

Publikationen

Stockmann, P. N., Van Opdenbosch, D., Poethig, A., Pastötter, M., Lessig, S., Raab, J., Woelbing, M., Falcke, C., Winnacker, M,, Zollfrank, C., Strittmatter, H., Sieber, V. Biobased chiral semi-crystalline or amorphous high-performance polyamides and their scalable stereoselective synthesis. Nature Communciations, 2020, 11(1), 1-12, https://doi.org/10.1038/s41467-020-14361-6.

Stockmann P. N., Pastötter, D. L., Wölbing, M., Falcke, C., Winnacker, M., Strittmatter, H., Sieber, V. New Bio-Polyamides from Terpenes: α-Pinene and (+)-3-Carene as Valuable Resources for Lactam Production. Macromolecular Rapid Communications, 2019, 40 (11), 1800903, https://doi.org/10.1002/marc.201800903.

Stockmann, P., Strittmatter, H., Sieber, V., Falcke, C. Isomer-enriched 3-Caranlactams and polyamides based thereon with high optical purity and adjustable crystallinity for high-performance application, PCT/EP2019/055124

Ranganathan, S., Sieber, V. Development of semi-continuous chemo-enzymatic terpene epoxidation: combination of anthraquinone autooxidation and the lipase-mediated epoxidation process. Reaction Chemistry & Engineering, 2017, 2(6), pp. 885 – 895, https://doi.org/10.1039/C7RE00112F.

Roth, S., Funk, I., Hofer, M., Sieber, V. Chemoenzymatic Synthesis of a Novel Borneol‐Based Polyester. ChemSusChem, 2017, 10(18), 3574-3580, https://doi.org/10.1002/cssc.201701146.

Hofer, M., Strittmatter, H., Sieber, V. Biocatalytic Synthesis of a Diketobornane as a Building Block for Bifunctional Camphor Derivatives. ChemCatChem, 2013, 5(11): p. 3351-3357, https://doi.org/10.1002/cctc.201300344.

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.

 

 

... mehr Informationen finden Sie in unserer Presseinformation:

Neue Bausteine aus Terpenen

 

Terpene, sekundäre Inhaltsstoffe von Pflanzen, fallen bei der Herstellung von Zellulose für die Papierherstellung an. Für die stoffliche Verwertung von Terpenen erarbeiten wir neue Synthesewege.

Referenzprojekte

 

TerPa –

Terpene als Bausteine für biobasierte PolyamideLignin-Bioraffinerie mithilfe kontinuierlicher elektrochemischer Umsetzung

In dem vom BMEL über die FNR geförderten 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.

 

 

LTBP ‒

Labor für Technische Biopolymere

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.

ChitoMat –

Ganzheitliche Chitin-Konversion in Materialien für 3D-Druckanwendungen und hochwertige Futtermittelzusatzstoffe

Ziel ist die Synthese thermoplastisch verarbeitbarer Chitinderivate.

PFIFF –

Polymere Fasern aus biobasierten Furanoaten

Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Reinigung von Furandicarbonsäure (FDCA).

 

Weitere Projekte

 

LiMeOx

BiOptik

ShapID