Bio PBS-Dispersion für Klebstoffe und Beschichtungen
Projektleiter: Dr. Stefan Fischer
Projektnummer: 49MF210195
Laufzeit: 01.04.2022 – 30.09.2024
Aufgabenstellung
Mischungen, bei denen ein Feststoff fein verteilt in einer Flüssigkeit vorliegt, bezeichnet man als Dispersion. Diese Mischungen sind oft nicht stabil, da die Feststoffpartikel absinken, aufschwimmen oder sich zusammenballen. Um diese Effekte zu verhindern, werden daher stets geeignete Zusatzstoffe zugesetzt.
Dispersionen finden unter anderem Anwendung in Klebstoffen (Dispersionsklebstoffen), wie z.B. dem bekannten Holzleim. Die Flüssigkeit ist dabei wie in fast allen Anwendungen Wasser. Ein Problem dieser Klebstoffe ist ihre mangelnde biologische Abbaubarkeit. Ein weiteres Problem ist, dass der Feststoff, welcher für die Klebewirkung ursächlich ist, aus erdölbasierten Kunststoffen besteht. Diese Stoffe sollen im Zuge der angestrebten CO2-Neutralität in Zukunft ersetzt werden. Das vorrangige Ziel des Projektes bestand daher in der Entwicklung einer Kunststoffdispersion für Klebestoffanwendungen, mit den folgenden Teilschritten:
- Herstellung einer wasserbasierten Dispersion mit einem biobasierten und bioabbaubaren Kunststoff (PBS – Polybutylensuccinat)
- Entwicklung und Optimierung eines Klebstoffes – ausgehend von dieser Dispersion
- biologische Abbaubarkeit des Klebstoffes durch geeignete Versuche ermitteln
Ergebnisse
Erdölbasierte Kunststoffdispersionen werden gewonnen, indem die Polymerisation – die Reaktion zur Herstellung des Kunststoffes – in Wasser durchgeführt wird. Dies ist im Fall von PBS jedoch nicht möglich, denn dieser Polyester kann sich in wässriger Umgebung nicht bilden. Es wurde daher PBS-Feststoff in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und anschließend mit Wasser versetzt. Es bildet sich eine weiße milchige Mischung, die jedoch stabilisiert werden muss (siehe Aufgabenstellung). Es wurde herausgefunden, dass Methylcellulose (MC) – ein aus Zellstoff hergestelltes natürliches Verdickungsmittel – diese Aufgabe gut übernehmen kann. Das organische Lösungsmittel wurde durch Verdampfung aus der Dispersion entfernt und kann anschließend erneut eingesetzt werden.
Die so hergestellte Dispersion ist mindestens ein halbes lang Jahr stabil, weist aber noch keine Klebeeigenschaften auf. Diese werden (im Gegensatz zu kommerziellen Produkten) durch den Zusatz von natürlichen Harzen bzw. Dispersionen aus „Klebrigmachern“ (Tackifier) erreicht. Dies wurde in verschiedenen Zugversuchen bestätigt. Die Zugscherfestigkeit der Holzverklebung lag dabei bei ca. 1,4 MPa, was für eine gute Haftung spricht.
Anwendung
Der entwickelte Dispersionsklebstoff wurde getestet und die Herstellung soweit optimiert, dass mehrere Kilogramm hergestellt werden konnten, mit der Möglichkeit die Produktion weiter zu steigern. Der Klebstoff kann unter anderem eingesetzt werden:
- in der Verpackungsindustrie
- im Baubereich (Verkleben von Parkett und Teppichen)
- bei der Herstellung von Möbeln
