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Projekte - Details

Geruchsreduzierung bei thermoplastischen Ligninblends (LigOdor) - Akronym: LigOdor

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam
Projektleitung
Dr. rer. nat. Johannes Ganster
Tel: +49 331 568-1706
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FKZ
2219NR172
Anfang
01.03.2020
Ende
28.02.2023
Ergebnisverwendung
Der Geruch eines Ligninblends wird maßgeblich vom verwendeten Lignintyp und dem Matrixpolymer beeinflusst. In diesem Projekt wurden Ligninblends mit 30 wt% Lignin hergestellt. Die Verwendung von Einjahrespflanzenlignin in Kombination mit einem bis etwa 220 °C schmelzenden Polyester als Matrixpolymer, hier PBSA bzw. PA11, erzielte zum einen den als angenehmsten empfundenen, nach Heu/Honig duftenden, und zum anderen den intensitätsschwächsten Geruch. Um den Geruch weiter zu reduzieren wurden verschiedenste Adsorber als auch unterschiedlich modifizierte Lignine verwendet. Der Einsatz von 5 wt% Aktivkohle als auch eine Si-Modifizierung des Lignins bei pH=4 bewirkten eine weitere Reduzierung der Geruchsintensität. Um bereits vor der Compoundierung leicht flüchtige und olfaktorisch wirksame Bestandteile aus dem geruchsverursachendem Lignin entfernen zu können, wurde das Lignin thermisch vorbehandelt. Die thermische Behandlung fand bei 120 °C in einem Vakuumofen statt und sollte die Ligninstruktur nicht maßgebend verändern. Durch diese Vorbehandlung konnte ein Großteil der VOC (volatile organic compounds) erfolgreich entfernt werden, sodass nur ein geringer Anteil während der Compoundierung und dem anschließenden Spritzguss emittiert wurde. Die Anwendung dieser Maßnahmen führte bereits zu signifikant geruchsreduzierten Formteilen, welche nur noch einen Hauch von Ligningeruch freisetzten. Die spritzgegossenen Formteile wurden im Anschluss plasmabehandelt und mit einem kalthärtenden Diamin als VOC-Barrierefilm beschichtet. Durch die Kombination der verschiedenen geruchsreduzierenden Maßnahmen konnte ein vollständig geruchsneutrales und thermoplastisch verarbeitetes Ligninblend hergestellt werden, was im 300 g als auch im 20 kg Maßstab realisiert werden konnte.
Aufgabenbeschreibung
Projektziel ist die vollständige Geruchsentfernung bei thermoplastischen Ligninblends. Hierzu werden thermoplastisch verarbeitbare ligninbasierte Polymerblends entwickelt, welche entgegen den kommerziell verfügbaren Blends ohne erheblichen Mehraufwand in ihrer Herstellung durch die Geruchsreduzierung für Außen- und Innenraum-Anwendungen zugänglich werden. Für dieses Vorhaben wird sich primär auf vier Ebenen der Materialentwicklung fokussiert. Die erste Stufe umfasst die Evaluierung geeigneter Ausgangsmaterialien, wie dem Matrixpolymer und einem geeigneten Lignintyp. Die Freisetzung olfaktorisch relevanter Bestandteile des Lignins wird von dessen physikochemischen Eigenschaften maßgeblich beeinflusst, sodass Lignine unterschiedlichen botanischen Ursprungs und Aufschlusses verwendet werden. Weiterhin spielt die Diffusion der geruchsrelevanten Komponenten durch das Matrixmaterial eine grundlegende Rolle, sodass entsprechende Materialien geeigneter Eigenschaften ausgewählt werden. Die zweite Stufe beinhaltet eine Additivierung mit Adsorbern, welche die geruchsintensiven Substanzen im Material binden sollen. In diesem Zusammenhang gilt es verschiedene Adsorbertypen wie Zeolithe und Aktivkohle, welche sich in ihrem Adsorptionsvermögen, Porengröße und –verteilung unterscheiden, zu testen. In Stufe drei steht die Modifizierung von Lignin im Mittelpunkt. Durch die thermoplastische Verarbeitung kommt es zu hohen thermischen und mechanischen Belastungen. Die Stabilität des modifizierten Lignins wird durch die verschiedenen chemischen Funktionalitäten und einem hohen Molekulargewicht maximiert, wodurch zumindest ein bedeutender Anteil des thermoplastisch zu verarbeitenden Lignins nicht an der Freisetzung geruchstypischer Substanzen beteiligt sein sollte. Stufe vier betrifft die vollständige Versiegelung der Oberfläche der Produktformkörper. Dafür wird ein Lack entwickelt, welcher eine zusätzliche, möglichst hohe Barriere für geruchsintensive Substanzen darstellt.

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