Celluloseester für biobasierte Reaktionsharze und Hochleistungsklebstoffe

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat multifunktionelle Harzkomponenten aus Cellulose für industrielle Anwendungen entwickelt. Die Forschenden wiesen die Eignung als Reaktivharze im Baubereich und als LED-lichthärtender Industrieklebstoff nach.

Als Rohstoffquelle eignet sich Holzzellstoff, der dank der Gewinnung aus Holzabfällen mit Nachhaltigkeit und vergleichsweise günstigen Kosten punkten kann.

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

Neuer Syntheseweg für biobasierte Methacrylate

Im Projekt erzeugten und untersuchten die Wissenschaftler strukturell unterschiedliche Celluloseester u. a. mit flammwidrigen, phosphorhaltigen, auf Zuckeralkoholen basierenden Gruppen sowie Ester, die neben Acrylat- auch Diacrylatgruppen enthielten.

Zur Herstellung nutzten sie eine Methode, die im Vorfeld am Fraunhofer LBF entwickelt worden war. Für die Erzeugung cellulosebasierter Methacrylate musste dieser Syntheseweg angepasst werden, dafür identifizierten die Forscher u. a. neue, hochaktive Veresterungskatalysatoren.

Als Rohstoffquelle eigneten sich sowohl Baumwolle als auch chlorfrei gebleichter Langfaser-Holzzellstoff aus Holzabfällen, wobei letzterer in ökonomischer und ökologischer Hinsicht vorteilhaft ist. Auch andere Zellstofftypen können eingesetzt werden.

Anwendung in Reaktionsdübelmassen ...

Der Bauausrüster Hilti testete die Cellulosemethacrylate in Reaktionsdübelmassen. Im Ergebnis erfüllten die Harze wichtige mechanische Kennwerte sowie Anforderungen zur Hydrolysestabilität bei gleichzeitiger Verbesserung der Viskositätseigenschaften. Sie eigneten sich außerdem für Verdickungsmittel und verursachten hier im Gegensatz zu etablierten Produkten keine Verschlechterung der Festigkeiten.

... und in Industrieklebstoffen

Der Industrieklebstoffhersteller Hoenle Adhesive Systems (vormals Panacol) prüfte wiederum die Celluloseacrylate als LED-lichthärtende Hochleistungsklebstoffe für Elektronik-Anwendungen. Auch hier waren die Ergebnisse vielversprechend: Die Acrylate ließen sich mit bestimmten Reaktivverdünnern gut mischen, erzeugten klare, harte und fest haftende Schichten auf Glas sowie verschiedenen Kunststoffen und wiesen ebenfalls gute Eigenschaften bei Viskosität und eine hohe Glasübergangstemperatur auf. Als weitere Variante synthetisierte das Forscherteam eine klare, transparente, phosphorhaltige und flammhemmende Beschichtung für Acrylglas.

LBF sucht Hersteller

Die biobasierten Acrylate sind marktreif, das Fraunhofer LBF sucht derzeit nach einem interessierten Hersteller. Bei den Methacrylaten sind die Voraussetzungen für den kommerziellen Einsatz als Verdickungsmittel ebenfalls gegeben. Die Anwendung als Harzkomponente in Reaktionsdübelmassen erfordert noch weiterer Strukturanpassungen.

Weitere potenzielle Anwendungsbereiche sehen die Forschenden bei Lacken und Holzbeschichtungen. Die phosphorhaltigen Celluloseester eignen sich zudem generell als Flammschutzmittel für Kunststoffe, die Fraunhofer-Gesellschaft hat sich das Herstellungsverfahren für diese Anwendung patentieren lassen.

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» Abschlussbericht des Projektes

Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)