Biopolymere

Der Forschungsbereich Biopolymere konzentriert sich zum einen auf industriell verfügbare Biopolymere wie Cellulose, Stärke, Lignin, Chitosan, pflanzliche und tierische Proteine, zum anderen werden Biopolymere aus Produkten der Agrar- und Forstwirtschaft mit neu entwickelten Methoden gewonnen, um die Nutzungsmöglichkeiten für nachwachsende Rohstoffe zu erweitern und eine ganzheitliche Wertschöpfung unserer Biomasse zu erreichen.

Bei der Entwicklung biobasierter Produkte stehen Aspekte wie Funktionalität, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit mit dem Ziel im Vordergrund, in vielen Anwendungen Erdöl als Grundstoff durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. Dabei werden neue Lösungsansätze zur Rohstoffsicherung unserer chemischen Industrie, für die Sicherung der Welternährung sowie zur Reduzierung schädlicher Emissionen erschlossen.

Die Anwendung von Biopolymeren ist beispielsweise in den Industriezweigen Lebensmittelherstellung, Pharmaprodukte, Medizintechnik, Chemische Industrie, Kunststoffverarbeitung und Fahrzeugbau etabliert.

Cellulose

• Viskoseverfahren / Carbamatverfahren / Lyocellverfahren
• Optimierung von Prozessen zur Papierherstellung
• Bakteriencellulose

Lignin

• Ligninanalytik
• Präkursormaterial für Carbonfasern
• Anwendung in thermoplastischen Systemen und Compositen

Stärke

• enzymatische und chemische Derivatisierung 
• Reaktivextrusion
• Anwendung z. B. als Barrierecoating, Bindemittel, funktioneller Lebensmittelzusatzstoff, Tablettiermittel, Klebemittel für Holzfaserplatten

Rohstoffuntersuchung, Materialcharakterisierung und -prüfung

• umfassende chemische und physikalische Analytik 
• Charakterisierung von organischen und anorganischen Substanzen und Gemischen
• einsatzorientierte Prüfung (z. B. thermisch, mechanisch, Barriereeigenschaften) von Pulver, Fasern, Folien, Formkörpern  

Kunststoffverarbeitung

• Materialentwicklung aus Biopolymeren, biobasierten Polymeren und aus Biomasse (Thermoplaste, Composite)
• Verfahrensentwicklung zur physikalischen, enzymatischen und chemischen Modifizierung von Biopolymeren und Biomasse für Materialien und Spezialprodukte
• Materialerprobung und –optimierung von Verarbeitungseigenschaften und –verfahren
• Entwicklung von Fasern und Vliesstoffen
• Compoundieren und Additivieren 
• Strangextrusion und Granulierung
• Blasfolien- und Flachfolienherstellung (3-Schicht-Folien)
• Blasformverfahren (Ein- und Zweischichtaufbau)
• Spritzgießen
• Thermoformen 
• 3D-Druck / Fused Deposition Modeling (FDM), inkl. 3D-Druck-Filamentherstellung

Carbonfasern

• Präkursorherstellung inkl. Spinn-Technologien 
• PAN- und lignocellulosische Präkursoren
• kontinuierliche Konversion bis 3000 °C
• begleitende physikalische, chemische und strukturelle Charakterisierung bis zur Carbonfaser
  

Biopolymere bieten als Syntheseprodukte der Natur eine beeindruckende Vielfalt von makromolekularen Strukturen und davon abhängigen physikalischen Eigenschaften. Sie werden in erneuerbaren Rohstoffen gebildet, die nicht endlich verfügbar sind. Traditionell werden spezifische Verfahren zu ihrer Isolierung im industriellen Maßstab weltweit genutzt. Diese Biopolymere stehen für Produktentwicklungen zur Verfügung und besitzen ein unerschöpfliches Potenzial zur Optimierung für verschiedene Anwendungen.

Der Forschungsbereich Biopolymere forscht mit wissenschaftlichen und technologischen Expertisen mit folgenden Schwerpunkten:

• Gewinnung von Biopolymeren
• Anwendung und Optimierung chemischer und biotechnologischer Prozesse zur direkten stofflichen Verwertung von Biomasse durch Extraktion und Verarbeitung von Inhaltsstoffen aus Produkten der Agrar- und Forstwirtschaft
• Untersuchung von Morphologie, Struktur im Festkörper und physikalischer Eigenschaften
• Ermittlung der chemischen Zusammensetzung und molekularer Eigenschaften
• Entwicklung funktionaler Biopolymere durch physikalische, enzymatische und chemische Modifizierung
• Untersuchung von Prozessbedingungen unterschiedlicher Technologien in der Entwicklung von  Materialien wie z. B. Composite, Folien, Fasern, Nonwovens, Thermoplaste und Duromere, Membranen, Polyole, Hygieneartikel
• Erweiterung des Eigenschaftsprofils durch Verarbeitung in Kombination mit biobasierten und synthetischen Polymeren
• Entwicklung von Specialties wie Mikro- und Nanopartikel, verkapselnde Biopolymere und Wirkstoffträger, Papieradditive, Bauhilfsstoffe, Adsorbtionsmittel, Klebstoffe, Latexersatzstoffe, Polymerlösungen und -dispersionen, Gele, funktionale Lebensmitteladditive

Compound-Herstellung

• flexibel konfigurierbare Doppelschneckenextruder bis 15 kg / h
• konische Doppelschneckenextruder für Kleinstmengen ab 5 cm³
• Messkneter
• Extrusionsblasformmaschine
• physikalische Verschäumungseinheit Optifoam
• Plattenpressen bis 300 x 300 mm² Pressfläche
• 3D-Drucker

Folien-Herstellung

• Chill-Roll Anlagen
• Werkzeuge für Gießfolien und Flachfolien in 1-Schicht, 3-Schicht und 5-Schicht Ausführung
• Labor-Blasfolien-Anlagen
• monoaxiale Labor-Reckanlage für Folien und Fasern
• Thermoform- und Skin-Pack-Geräte

Spritzguss

• Kolben-Spritzgießgerät für Kleinstmengen
• Spritzgießautomaten

Faserspinn-Anlagen

• Fourné Labor-Bikomponenten-Schmelzspinnanlage
• Lyocell-Laborspinnanlage
• Nassspinnanlagen
• Technikums-Viskose-Anlage nach Blaschke

Carbonfaser-Anlagen

• Batch-Ofen bis 1700 °C
• Stabilisierung bis 400 °C (Durchlauföfen)
• LT-Carbonisierung bis 1000 °C (Durchlauföfen)
• HT-Carbonisierung bis 2000 °C (Durchlaufofen)
• UHT-Carbonisierung / Graphitisierung bis 3000 °C (Durchlaufofen)

Spektroskopie

• hochauflösende NMR-Spektrometer für Flüssigkeiten und Festkörper
• konfokales Raman / PL Mikroskop-System
• optisches Emissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES)
• Massenspektrometer
• UV / VIS-Spektrometer

Chromatographie

• Kapillar-Gaschromatograph mit Flammionisationsdetektor (FID) und Massenspektrometer
• Hochleistungs-Flüssig-Chromatograph (HPLC)
• Hochleistungs-Anionenaustausch-Chromatograph (HPAEC)
• Ionenchromatograph (IC) und Combustion Ionenchromatograph (CIC)
• Gel-Permeations-Chromatograph mit Multidetektion (VISCO, MALLS, UV, RI, ELSD)           

Morphologie und Strukturaufklärung

• Lichtmikroskope mit Video- und Bildanalysetechnik
• Polarisationsmikroskop
• Rasterelektronenmikroskop (REM) inkl. Röntgenmikroanalyse (EDX) und Kryopräparation feuchter Proben
• Transmissionselektronenmikroskop (TEM) inkl. Ultradünnschnitttechnik, Kryomikrotomie und Abdrucktechniken
• Röntgengeräte für Weitwinkel- (WAXS) und Kleinwinkelstreuung (SAXS)

Materialkenndaten

• klimatisiertes, mechanisches Prüflabor (u. a. Universal-Zugprüfmaschine, Kerbschlaggerät, Dauerbiegeprüfgerät)
• Dart-Drop (Fallbolzen)-Gerät
• dynamisches Scanning-Kalorimeter (DSC)
• Gerät zur dynamisch-mechanischen Analyse (DMA)
• Geräte zur Bestimmung der Materialfeuchte
• Dichtebestimmung von Festkörpern und Flüssigkeiten (u. a. Gradientensäule, Helium-Pyknometer)
• Vibroskop zur Bestimmung der Feinheit von Fasern
• Permeations-Messstände für Gase (Wasserdampf, Sauerstoff) und Flüssigkeiten
• Respirometer (biologischer Abbau)
• Messstände zur Brandprüfung

Rheologie

• automatisches Kapillar-Viskosimeter für Lösungsviskosität
• Oszillationsrheometer
• Rotationsviskosimeter
• Rheometer-Hochdruckmesszelle für Lösungsviskosität bis 160 °C
• Schmelzindex-Prüfgeräte