Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines katalytischen Verfahrens zur endocyclischen Bindungsspaltung in Polysacchariden am Beispiel von Zellstoff für eine erstmalige wirtschaftliche Erzeugung von Papierwerkstoffen mit thermoplastischen Grundeigenschaften

Das Vorhaben setzt sich zum Ziel, ein lange bekanntes Problem auf Seiten der Papierindustrie zu beheben: die fehlende Thermoplastizität von Cellulose und den daraus resultierenden, erheblichen Einschränkungen von Papieren bei der Verwendung in z.B. Tiefziehprozessen. Durch den erklärten Schwerpunkt des Projektes auf die Entwicklung spezieller, homogen-katalytischer Verfahren zur Herstellung von technischen, thermoplastischen Cellulosematerialien trägt es im Wesentlichen zur Schaffung von Basiswissen für die Entwicklung neuer Produkte bei.

Über ein Modellsystem werden hierzu homogene Katalysatoren entwickelt und auf Zellstoffe übertragen. Parallel dazu wird die erhaltene Dialkoholcellulose in einen Materialaufbau mit Additiven sowie Faser- und Füllstoffen eingebunden um die Verarbeitungsfähigkeit auf vorhandenen Papiermaschinen und die für Umformprozesse nötigen Eigenschaften sicherzustellen

Ergebnisse sind ein Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Materials auf Zellstoffbasis und ein Konzept zur Einbindung in einen thermoformbaren Papierverbund, der als Verpackungsrohmedium oder Trägermaterial in Verbundwerkstoffen eingesetzt werden kann.

Durch die Bereitstellung eines bislang nicht verfügbaren Materials auf Basis nachwachsender Rohstoffe erreichen Papiere Anwendungen, die aktuell Kunststofffolien vorbehalten sind wie geometrisch anspruchsvolle Strukturen für Verpackungen, Dekore oder Trägermaterialien. Weiterhin wird die entwickelte Reaktionstechnik ein weiteres Vordringen cellulosebasierter Produkte in neue Anwendungsfeldern wie Flockungs- und Bindemittel, Klebstoffe oder Farbempfangsschichten möglich machen und somit chemischen Erzeugnissen herstellenden KMU neue Märkte eröffnen.

Der potentielle Nutzerkreis erschließt sich u.a. aus Papierherstellern und –verarbeitern, chemischen Betrieben, Verpackern, und der Nahrungsmittelindustrie. Des Weiteren können bei erfolgreicher Umsetzung Betriebe, die bisher umgeformte 3D-Strukturen zu großen Teilen aus fossilen Ausgangsstoffen herstellen, ihr Produktportfolio in Zukunft auch auf nachhaltig produzierte Systeme diversifizieren.

Volkswirtschaftlich betrachtet kann das Projekt zu Ressourceneffizienz durch erweiterte Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen beitragen.

Die im Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft vorgesehenen Maßnahmen sind gut geeignet, möglichst viele Unternehmen im relevanten Nutzerkreis im KMU Umfeld anzusprechen.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des angestrebten Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer katalytischen und damit wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Route zur thermoplastischen Dialkoholcellulose-Modifikation von Zellstofffasern.

Das Projekt brachte einen deutlichen Erkenntnisgewinn hinsichtlich der chemischen Modifikation von lignocellulosischen Substraten zum Erhalt von thermoplastischen Faserstoffen und daraus abgeleiteten flächigen Papiermaterialien. Weiterhin stellten die Resultate im Bereich der katalytischen Reduktion von Sacchariden einen Meilenstein in der Transformation von Aldehyden auf Basis nachwachsender Rohstoffe dar.

Hierbei konnten relevante Material- und Prozessparameter identifiziert werden, welche direkt von KMU zur Optimierung eigener Problemstellungen im Bereich der Herstellung neuartiger papierbasierter Werkstoffe sowie von chemischen Produkten genutzt werden können.

Die im Projekt erzielten Ergebnisse können als Basis für eine weiterführende Forschungsarbeit zur Erzeugung von Lösungspolymeren auf Cellulosebasis genutzt werden. Dabei ist besonders eine weiterführende Untersuchung zur Erzeugung thermoplastischer Materialien auf Basis der aus Lösungspolymeren gewonnenen Feststoffe von Interesse, welche temperatursensitiv hohe Bruchdehnwerte aufweisen.