Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Europäische Union

Verbundvorhaben (FSP-Klebstoffe) Biomimetischer Klebstoff aus ligninhaltigen Pflanzenresten (BioBond)

Ziel des Forschungsvorhabens „Biomimetischer Klebstoff aus ligninhaltigen Pflanzenresten“ ist die Nachahmung der Haftkraft von Muscheln an glatten Oberflächen zur Entwicklung eines Klebstoffes, der frei von giftigen Stoffen (z.B. Formaldehyd) ist und auf nachwachsenden Rohstoffen basiert. Durch die Kombination von Lignin mit den Hafteigenschaften von Muscheln soll ein kostengünstiger und starker Klebstoff entwickelt werden, der biologisch abbaubar ist. 

Muscheln verfügen über die Fähigkeit der reversiblen Adhäsion an glatten und feuchten Oberflächen. Für die primäre Komponente von Muschelkleber, L-DOPA, wurden außerdem gute Hafteigenschaften auf metalloxidischen Verbindungen festgestellt. L-DOPA ist eine Aminosäure mit einer Catechol-Gruppen, die durch Hydroxylierung des Hydroxyphenylrings der kanonischen Aminosäure Tyrosin entsteht. In der Literatur ist beschrieben, dass Klebstoffe, die auf Polymerisierung von Catechol-Gruppen (z.B. Tannine oder demethyliertes Lignin) mit Polyiminen basieren, ähnlich leistungsfähig wie Phenol-Formaldehyd-Harze sind. 

L-DOPA ist teuer und daher kein geeigneter Grundbaustein für einen kostengünstigen Klebstoff. Lignin hingegen bildet die strukturelle Grundlage von Grünpflanzen und Bäumen und ist daher kostengünstig und reichhaltig verfügbar. Lignin ist ein phenolhaltiges Polymer, dass enzymatisch schwer zugänglich ist und daher derzeit hauptsächlich thermisch verwertet wird. Kommerziell erhältliches Kraftlignin ist ein Nebenprodukt der Zellstoffherstellung und ist daher chemisch sulfatiert, sodass die mikrobiologische Abbaubarkeit beeinträchtigt sein kann. Durch ein Organosol-Verfahren, das am Institut für Bioverfahrenstechnik bereits etabliert ist, kann ein sulfatfreies Lignin aus den Pflanzenabfällen gewonnen werden. Optimierungen des Organosolv-Verfahrens mit anderen Lösemitteln und Mediatoren können zu einer besseren Abbaubarkeit von Lignin führen.

Die Ausbildung der Adhäsionkräfte eines Klebstoffs, das sogenannte Härten, geschieht häufig durch radikalische Polymerisation von Monomere. Laccasen und Peroxidasen sind dafür bekannt, dass sie durch die Bildung von Radikalen den Aufbau oder Abbau von Polymeren (z.B. Lignin) in der Natur katalysieren. Laccasen sind Oxidoreduktasen, die die Oxidation phenolischer Substanzen unter Reduktion von Sauerstoff katalysieren. Die Phenolgruppe wird zu einem Radikal oxidiert, während Sauersoff zu Wasser reduziert wird. Durch enzymatische Polymerisierung von vielversprechenden Muschelkomponenten (u.a. L-DOPA) mit Lignin soll ein innovativer Klebstoff entwickelt werden. 

Kooperationspartner

StatusLaufendes Projekt
Förderzeitraum10/2015-09/2018
Förderkennzeichen22030514, BMEL/FNR Teilvorhaben 1


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