Am Leibniz-Institut für Katalyse, Likat, entstand aus Abfällen der Holz- und Papierproduktion ein Baustein für ein Polymer, das Bauteile zusammenfügen kann und eine Art Memoryfunktion besitzt. Das katalytische Verfahren dafür wurde von Chemiker Bernhard Stadler im Rahmen seiner Dissertation am Institut entwickelt. Forscher des Industrie- und Konsumgüterherstellers Henkel erkunden derzeit, welche Potenziale das biobasierte Material auf dem Markt, etwa in der Klebstoffindustrie, hat. Die Arbeiten sind Teil des EU-Projektes „Green Sol Res“, das den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zur Herstellung von Biochemikalien erforscht.
Die Fachwelt geht von etwa einem Dutzend so genannter Plattform-Chemikalien aus, die sich biobasiert herstellen lassen und somit geeignet sind, die Petrochemie zu ersetzen. Dazu zählt Lävulinsäure. Sie entsteht in hoher Ausbeute, wenn man zum Beispiel Holzabfälle mit Wasser und verdünnter Schwefelsäure auf 200 Grad Celsius erhitzt. Diese chemische Reaktion ist seit hundert Jahren bekannt.
Medizin-geeigneter Kleber verhält sich gummiartig
Bernhard Stadlers Aufgabe im Green-Sol-Res-Projekt ist es, Abkömmlinge der Lävulinsäure zu innovativen Materialien zu veredeln. Das gelingt dem Chemiker mittels Katalysatoren sowie neben der Lävulinsäure noch Wasserstoff und Vernetzungsmittel. Zunächst entsteht ein Zwischenprodukt, ein so genanntes Diol (1,4-Pentandiol), das sich in einem weiteren Schritt zu einem Polyester verbindet. Endprodukt ist eine klare, zähe Flüssigkeit, die sich als Klebstoff eignet. Im ausgehärteten Zustand verhält sich das Material gummiartig.
Mit Hilfe der Forscher von Henkel gelang es, auf der Basis von 1,4-Pentandiol ein Polymer herzustellen, das mit einem Formgedächtnis überrascht: Es lässt sich zusammenrollen und behält diese Form unterhalb einer Temperatur von 9 Grad Celsius. Sobald es sich wieder auf Raumtemperatur erwärmt, entrollt es sich in seine ursprüngliche Form. Formgedächtnispolymere sind zwar bekannt, doch zeigt sich der Effekt bei ganz bestimmten Temperaturen, oft eher zwischen 60 und 70 Grad Celsius. Oft ist es allerdings wünschenswert, Schalttemperaturen möglichst flexibel einzustellen – je nach Verwendung, zum Beispiel im Bereich der Körpertemperatur oder typischen Kühltemperaturen. Dadurch ergeben sich Anwendungspotentziale in Medizin und Logistik bei der Kühlung von Gütern.
Verfahren ist zum Patent angemeldet
Da es möglich ist, mit bio-basiertem 1,4-Pentandiol in Polymeren verschiedene Schalttemperaturen einzustellen, könnte 1,4-Pentandiol ein zentraler bio-basierter Baustein werden. Das Material und das Verfahren ist zum Patent angemeldet. Henkel fertigt das Produkt zu Musterzwecken bereits im Kilogramm-Maßstab.
Kontakt:
Leibniz-Institut für Katalyse
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Website: www.catalysis.de
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cssc.201902988
