{"id":56138,"date":"2018-09-04T07:32:03","date_gmt":"2018-09-04T05:32:03","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=56138"},"modified":"2018-08-30T13:33:52","modified_gmt":"2018-08-30T11:33:52","slug":"transparentes-und-hitzestabiles-polyamid-100-prozent-biobasiert","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/transparentes-und-hitzestabiles-polyamid-100-prozent-biobasiert\/","title":{"rendered":"Transparentes und hitzestabiles Polyamid \u2013 100 Prozent biobasiert"},"content":{"rendered":"

Der Naturstoff 3-Caren f\u00e4llt als Bestandteil von Terpentin\u00f6l bei der Herstellung von Zellstoff aus Holz an. Bislang wird das Nebenprodukt vor allem verbrannt. Mit neuen katalytischen Verfahren setzen Fraunhofer-Forscher 3-Caren zu Bausteinen f\u00fcr biobasierte Kunststoffe um. Die daraus hergestellten Polyamide sind nicht nur transparent, sondern weisen gleichzeitig auch eine hohe thermische Stabilit\u00e4t auf.<\/strong><\/p>\n

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Vom Holzabfall zum Hochleistungskunststoff: Terpene aus harzreichem Holz lassen sich mit neuen katalytischen Verfahren zu biobasierten Polyamiden synthetisieren, die transparent und zudem hitzestabil sind. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure>\n

Kunststoffe sind f\u00fcr vielf\u00e4ltige Anwendungen eine gefragte Alternative zu Glas oder Metall. Zur Herstellung hochwertiger Konstruktionsbauteile spielen Polyamide eine wichtige Rolle, da sie nicht nur schlag- und abriebfest, sondern auch stabil gegen\u00fcber vielen Chemikalien und L\u00f6sungsmitteln sind. Polyamide werden bisher vorwiegend aus Erd\u00f6l hergestellt.<\/p>\n

Nachhaltige Alternative: Monomere aus Holzabf\u00e4llen<\/h3>\n

Eine nachhaltige Alternative, um neue Hochleistungskunststoffe aus den in harzreichem Holz vorkommenden Terpenen herzustellen, untersucht das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Die Naturstoffe finden sich vor allem in Nadelh\u00f6lzern wie Kiefern, L\u00e4rchen oder Fichten. Bei der Herstellung von Zellstoff, bei der Holz zur Abtrennung der Zellulosefasern aufgeschlossen wird, fallen die Terpene in gro\u00dfen Mengen als Nebenprodukt an, dem Terpentin\u00f6l.<\/p>\n

Im Verbundvorhaben \u00bbTerPa \u2013 Terpene als Bausteine f\u00fcr biobasierte Polyamide\u00ab ist es Forschenden am Straubinger Institutsteil BioCat des Fraunhofer IGB nun gelungen, die Synthese von Lactamen aus dem Terpen 3-Caren zu optimieren und in ein f\u00fcr den Industriema\u00dfstab skalierbares, wettbewerbsf\u00e4higes Verfahren zu \u00fcberf\u00fchren. Lactame sind die Bausteine, aus denen sich dann Polyamide polymerisieren lassen. Bereits zuvor hatten die Straubinger Experten gezeigt, dass sich Terpene wie \u03b1-Pinen, Limonen und 3-Caren als Rohstoffe f\u00fcr die Synthese von biobasierten Lactamen eignen.<\/p>\n

Wirtschaftliche Ein-Topf-Reaktionssequenz<\/h3>\n

F\u00fcr die Umsetzung von 3-Caren zum entsprechenden Lactam sind vier aufeinanderfolgende chemische Reaktionen erforderlich. Das Besondere an der zum Patent angemeldeten Straubinger L\u00f6sung: Die Umsetzungen k\u00f6nnen als \u00bbOne-Pot-Reaktionssequenz\u00ab im gleichen Reaktor stattfinden \u2013 ohne die jeweiligen Zwischenprodukte nach jedem Schritt aufwendig aufreinigen oder umf\u00fcllen zu m\u00fcssen. \u00bbDies ist uns durch eine geschickte Wahl der Katalysatoren und Reaktionsbedingungen gelungen und spart Zeit und Kosten\u00ab, erl\u00e4utert Paul Stockmann, der das vielversprechende Verfahren entwickelt und optimiert hat.<\/p>\n

\u00bbBereits im Laborma\u00dfstab erhalten wir mit unserem Verfahren pro Ansatz \u00fcber 100 Gramm diastereomerenreines Lactam-Monomer. Diese Menge reicht f\u00fcr erste Untersuchungen zur Herstellung und Bewertung der neuen Kunststoffe vollkommen aus\u00ab, so Stockmann. Weiterer Vorteil: F\u00fcr die Synthese des Lactams sind weder giftige noch umweltgef\u00e4hrdende Chemikalien erforderlich.<\/p>\n

Biobasiert, transparent, hitzestabil<\/h3>\n

Doch das ist l\u00e4ngst nicht alles. Aufgrund der speziellen chemischen Struktur von 3-Caren hemmen die Seitenketten der Lactam-Monomere w\u00e4hrend der Polymerisierung eine m\u00f6gliche Kristallisation (siehe Infokasten). \u00bbUnsere biobasierten Polymere sind daher vorwiegend \u203aamorph\u2039 und damit erstmals transparent\u00ab, sagt Dr. Harald Strittmatter, der das Projekt am Straubinger Institutsteil BioCat leitet. Damit eignen sich die neuen Polyamide als Schutzschild, beispielsweise in Visieren oder Skibrillen, und lassen sich zudem mit wesentlich weniger Energieaufwand herstellen als auf Erd\u00f6l basierende transparente Polyamide. Im Gegensatz zu anderen Biokunststoffen, die vorwiegend aus Mais-, Weizen- oder Kartoffelst\u00e4rke hergestellt werden, konkurriert das biobasierte Polyamid auch nicht mit der Nahrungsmittelproduktion. Vielmehr f\u00fchrt es einen Abfallstrom, der bislang in erster Linie thermisch genutzt und verbrannt wird, einer st\u00e4rker wertsch\u00f6pfenden Nutzung zu.<\/p>\n

Weiterer Pluspunkt: Die neuen biobasierten Polyamide weisen auch exzellente thermische Eigenschaften auf. \u00bbDer Glas\u00fcbergangspunkt unserer Polyamide liegt bei 110 \u00b0C. Sie lassen sich daher auch dort einsetzen, wo dauerhaft hohe Temperaturen herrschen, beispielsweise als Bauteile im Motorraum von Kraftfahrzeugen\u00ab, so Strittmatter. Zwar gibt es auch unter den aus fossilen Rohstoffen hergestellten Polyamiden \u00e4hnlich tempe-raturstabile Materialien. Doch diese sind aufgrund ihrer aromatischen Bausteine weniger stabil gegen\u00fcber UV-Licht als die neuen biobasierten Polyamide und f\u00fcr die Anwendung im Freien nur bedingt geeignet.<\/p>\n

Caranlactame verleihen PA12 und PA6 neue Eigenschaften<\/h3>\n

Dar\u00fcber hinaus haben die Wissenschaftler die biobasierten Lactame auch mit anderen kommerziell erh\u00e4ltlichen Monomer-Molek\u00fclen \u2013 Laurinlactam (Monomer von PA12) und Caprolactam (Monomer von PA6) zu Mischpolymeren, sogenannten Copolymeren, polymerisiert. Die Kristallinit\u00e4t und damit die Transparenz der neuen Copolymere lie\u00dfen sich dadurch signifikant beeinflussen. So k\u00f6nnen prinzipiell auch die Anwendungsprofile der vielfach eingesetzten Kunststoffe PA12 und PA6 deutlich erweitert werden.<\/p>\n

Nach weiteren Optimierungen der Monomersynthese werden die Kolleginnen und Kollegen am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen das Verfahren in den 20-Liter-Pilotma\u00dfstab \u00fcbertragen und auch gr\u00f6\u00dfere Mustermengen der Lactame herstellen. Die Eigenschaften der neuen Polymere und Copolymere werden dann eingehend untersucht, um die verschiedenen Anwendungsm\u00f6glichkeiten identifizieren zu k\u00f6nnen. Zudem wollen die Wissenschaftler untersuchen, ob das Polyamid auch bioabbaubar ist. F\u00fcr die \u00dcbertragung in den Industriema\u00dfstab, so hoffen die Fraunhofer-Forschenden, finden sich dann interessierte Firmen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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