TerPa – Terpene als Bausteine für biobasierte Polyamide

Lactame aus Abfällen der Papierherstellung

© LI CHAOSHU/shutterstock
Papierherstellung.

Eine konkrete Lösung auf dem Weg zu einer biobasierten Wirtschaft aufzuzeigen, wie sie im Rahmen der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie oder der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie 2030 gefordert werden, ist das Ziel des Projekts.

Thematisch fokussiert sich das Projekt auf ein in großen Mengen anfallendes Nebenprodukt der Holzverwertung bzw. Papierherstellung, das Terpen 3-Caren. Für die Umsetzung von 3-Caren zu einem bicyclischen Lactam, einem Monomer für Polyamide soll ein technisch gangbares Verfahren ausarbeitet werden. Ein erster Schritt ist die Optimierung der in Vorarbeiten entwickelten Synthese des Lactams auf Basis von 3-Caren im Hinblick auf Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Dazu gehört auch die Entwicklung einer Reinigungsmethode, die es erlaubt, das Zielprodukt in einer für die nachfolgende Polymerisation ausreichenden Reinheit herzustellen. Die optimierte Synthese soll dann in einen größeren Laborreaktor übertragen werden, um Daten für das weitere Scale-up in die Pilotproduktion beim Projektpartner Fraunhofer UMSICHT zu liefern.

Hier werden ausreichende Mengen des auf 3-Caren basierenden Lactams hergestellt, um die assoziierten Industriepartner mit Mustermengen zu beliefern. Das neue Monomer soll anschließend zu Homo- und Copolyamiden polymerisiert und die Eigenschaften der neuen Polymere untersucht werden. Diese Charakterisierung soll erste Eigenschaften der neuen Werkstoffklasse und damit Hinweise zu technologischen Anwendungsfeldern liefern. Die Machbarkeit, das erhaltene Lactam anionisch zu polymerisieren, wurde bereits in Vorarbeiten gezeigt.

Die anionische Polymerisation soll im Rahmen des Projekts optimiert werden. Schließlich soll untersucht werden, wie die Ergebnisse auf die kommerziell wichtigere hydrolytische Polymerisation übertragen werden können.

Publikation

Ein Forschungsteam der Fraunhofer-Gesellschaft und der Technischen Universität München (TUM) unter Leitung des Chemikers Volker Sieber hat eine neue Polyamid-Familie entwickelt, die sich aus einem Nebenprodukt der Zelluloseproduktion herstellen lässt – ein gelungenes Beispiel für nachhaltigere Wirtschaftsweise mit biobasierten Materialien.

Die Arbeiten wurden in Nature Communications veröffentlicht.

Biobased Chiral Semi-Crystalline or Amorphous High-Performance Polyamides and their Scalable Stereoselective Synthesis

Paul N. Stockmann, Daniel Van Opdenbosch, Alexander Poethig, Dominik L. Pastoetter, Moritz Hoehenberger, Sebastian Lessig, Johannes Raab, Marion Woelbing, Claudia Falcke, Malte Winnacker, Cordt Zollfrank, Harald Strittmatter, Volker Sieber.

Nature Communications 24.01.2020 – DOI: 10.1038/s41467-020-14361-6

Projektinformationen

Projekttitel

TerPa – Terpene als Bausteine für biobasierte Polyamide

 

Projektlaufzeit

April 2017 – März 2020

 

Kooperationspartner

  • Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Institutsteil Bio-, Elektro- und Chemokatalyse BioCat, Straubing, Deutschland (Koordinator)

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) für die Förderung des Projekts »Terpene als Bausteine für biobasierte Polyamide«, Förderkennzeichen 22015916.

Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft.
Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft.