Neue biobasierte und "entklebbare" Klebstoffe

Im Vorhaben BIOVIN stellten das Leibniz-Institut für Katalyse e. V. (LIKAT) und die Henkel AG & Co. KGaA auf Basis von Kohlehydraten und Pflanzenölen neue Synthesebausteine für innovative, biobasierte Klebstoffe her, die sich entkleben lassen.

Solche reversiblen Verbindungen würden die Reparaturfreundlichkeit und Recyclingfähigkeit z. B. von Elektronikprodukten oder Haushaltsgeräten stark befördern. Die Forschenden erzielten zudem interessante Nebenergebnisse, insbesondere mit der Entwicklung eines neuen, hochselektiven Katalyseverfahrens zur Herstellung von Divinylethern.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Der Abschlussbericht steht in der Projektdatenbank des FNR zur Verfügung.

Im Vorhaben BIOVIN gelang es, aus kommerziell verfügbaren, biobasierten Plattformchemikalien neue Diole und Polyole mit hohen Ausbeuten kostengünstig herzustellen. Mit diesen Zwischenprodukten verfolgten die Forschenden zwei Ansätze: Zum einen testeten sie die Polyole als Reaktivkomponenten in Polyurethanklebstoffen. Die entstandenen Polyesterpolyole zeichneten sich durch ähnliche Eigenschaften und Kennzahlen wie vergleichbare petrochemische Verbindungen aus.

Zum anderen wurden die Diole und Polyole zu neuen, biobasierten, multifunktionellen Divinylethern (DVE) verarbeitet. Dazu entwickelte das LIKAT eine katalytische Synthesemethode, die es ermöglicht, nahezu jedes biobasierte Polyol oder Phenol in einen Vinylether umzuwandeln. Mit einer Ausbeute von bis zu 98 Prozent und einer deutlich geringeren Bildung unerwünschter Beiprodukte ist der Prozess selektiver, effizienter und umweltfreundlicher als das bisher bedeutendste, kommerzielle Verfahren. Forschungsbedarf besteht noch bei der Suche nach einem effizienten und preisgünstigen Katalysator.

Aus den Vinylethern stellten die Forschenden neue Klebstoffformulierungen her, die eine Alternative zu den kommerziell sehr erfolgreichen Acrylatsystemen sein könnten. Es zeigte sich, dass sie bei ähnlichem Aushärteverhalten schlechter auf Metallen, aber besser auf Kunststoffen haften. Als weitere Pluspunkte kamen ihre niedrigere Toxizität, der angenehmere Geruch und der Ursprung aus nachwachsenden Rohstoffquellen hinzu.

DVE stellten zudem die Basis für Klebstoffe dar, die sich durch Hitze, Licht oder Säure gezielt wieder "entkleben" lassen. Solche spaltbaren Verbindungen könnten bei Elektronik- und Haushaltsgeräten ein Recycling ermöglichen und die Kreislaufwirtschaft unterstützen. Im Vorhaben BIOVIN wurden für dieses Ziel insgesamt 14 verschiedene Prepolymere aus DVE und biobasierten, kommerziell verfügbaren Dicarbonsäuren hergestellt.

Additive oder Katalysatoren und größtenteils auch Lösungsmittel waren dabei verzichtbar. Die Entklebung gelang bei milden Versuchsbedingungen sowohl durch thermische als auch durch chemische Spaltung und wurde durch spektroskopische Untersuchungen nachgewiesen. Auch wenn es noch weiteren Optimierungsbedarf gibt, zeigen die entwickelten Prepolymere damit bereits ihr enormes Potenzial für neue, recyclingfreundliche Klebstoffsysteme.

Henkel sieht in den aus BIOVIN hervorgegangenen Vinylether-basierten Polymeren Eigenschaftsvorteile, die sich zur Entwicklung marktfähiger Klebstoffprodukte eignen. Das Unternehmen führt derzeit verschiedene Prototypentests durch, um Anpassungen an ein größeres Materialspektrum zu erzielen. Fallen die Ergebnisse dieser Tests weiterhin positiv aus, wird Henkel im nächsten Schritt an spezialisierte Lieferanten herantreten, die ausgewählte Vinylether aus Biomasse in kommerziellem Maßstab herstellen können.

» Abschlussbericht Förderkennzeichen 2219NR171 und 2219NR373

Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)