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Verwendung von Itaconsäure als zyklischer Baustein für Alkydharze mit Anwendung für biobasierte Malerfarben, Teilvorhaben 1: Monomersynthese und Formulierung/Applikation Malerfarben

Verwendung von Itaconsäure als zyklischer Baustein für Alkydharze mit Anwendung für biobasierte Malerfarben, Teilvorhaben 2: Alkydharzsynthese und Anwendungsuntersuchungen

Verwendung von Itaconsäure als zyklischer Baustein für Alkydharze mit Anwendung für biobasierte Malerfarben

Ökologisch und ökonomisch nachhaltige Materialien für die Kathoden- und Anodenbeschichtung in der Lithium-Ionen-Batterie, OekoMatBatt - Ökologisch und ökonomisch nachhaltige Materialien für die Kathoden- und Anodenbeschichtung in der Lithium-Ionen-Batterie

Weiterentwicklung einer neuen Hybridlackgeneration

Als primäres Ziel wurde die Ablösung von lösemittelbasierenden Alkydharzlacken im DIY Bereich definiert. Hintergrund sind Restriktionen hinsichtlich des Umwelt- und Verbraucherschutzes. Durch die gesetzliche VOC-Begrenzung (Deco Paint-Richtlinie), erste Stufe 2007 und zweite Stufe im Jahr 2010, in welcher der VOC-Gehalt bei lösemittelhaltigen Lacken auf 300 mg/L begrenzt wurde, sind alkydharzbasierte Systeme als klassische Maler- und Do-It-Yourself Lacke kaum mehr in zufriedenstellender Qualität darstellbar. Als zusätzliche Restriktion aus der REACH-Verordnung, war die Einstufung von Co-II-Salzen als karzinogen Cat. 3, anzusehen. Die gewohnte Performance der Systeme hinsichtlich Stabilität, Trocknung und Oberflächenhärte ist daher nur sehr eingeschränkt zu erreichen. In naher Zukunft ist zudem auch mit einer Einstufung der oximhaltigen Hautverhinderer als karzinogen Cat. 3 zu rechnen. Da es bis heute keinen Ersatzrohstoff gibt, gefährdet dies die Marktfähigkeit von Alkydharzsystemen im Bereich der DIY-Branche. Hiermit ist spätestens ab Juli 2015 zu rechnen. Die seitens der DBU geförderte Entwicklung hat dazu beigetragen, neue und bereits existierende Technologien so zu kombinieren, dass ein Lacksystem entstanden ist, welches in der Lage ist, die im DIY Markt etablierten lh-System zu substituieren und das Potenzial hat, sogar den Profi Anwender zu überzeugen. Aufbauend auf den Ergebnissen der geförderten Entwicklungsarbeiten ist es gelungen, eine neue Lackgeneration zur Serienreife zu entwickeln, die künftig unter dem Markennamen 'UltraColor' vermarktet werden soll. Damit ist ein wesentlicher Schritt erfolgt, zukünftigen gesetzlichen Restriktionen vorauszugreifen und gleichzeitig einen signifikanten Beitrag in Bezug auf einen proaktiven Umwelt- und Verbraucherschutz zu leisten.

Kostengünstige biopolymere Innenraumbeschichtungen

Die Endlichkeit fossiler Rohstoffe und die Klimawandeldiskussion gibt Anlass, fossile Rohstoffe durch biobasierte Ausgangsstoffe zu ersetzen. Im Bereich der organischen Beschichtungen existieren bereits in einigen Anwendungsbereichen marktfähige biobasierte Produkte; diese sind jedoch nur eigenschränkt anwendbar und decken den Bedarf in der Breite nicht ab. Das Ziel dieses Forschungs-vorhabens ist es daher, auszuloten, in welchen Anwendungsbereichen Beschichtungen auf welcher biopolymeren Basis so formuliert werden können, dass hieraus kostengünstige, marktgerechte Produkte resultieren können. Biopolymere Matrices weisen oft keine optimalen Eigenschaften hinsichtlich Beständigkeit und Schutzwirkung auf. Biopolymere Systeme mit starker Schutzwirkung sind daher oft nur zu hohen Kosten zugänglich. Daher sollen sich die im Rahmen dieses Projektes auszuführenden Arbeiten auf Innenraum-Formulierungen konzentrieren. Speziell zielen die auszuführenden Ansätze auf Wandfarben, Metall- und Holzbeschichtungen ab. Ziel ist es, diese in einem Preis/LeistungsVerhältnis zugänglich zu machen, das dem der konventionellen, marktetablierten Produkte nahe kommt. Hierbei sollen biopolymer basierende Formulierungen entstehen, die auf der Grundlage von Estern und Ethern (stärke-, und proteinbasiert) sowie auf Polyurethan- und Alkydbasis hergestellt werden. In Optimierungszyklen werden die polymeren Syntheseprodukte, dann die anwendungsspezifisch mit Funktionsadditiven auszustattenden Klarlacke und schließlich die Modellformulierungen charakterisiert und hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeitsbilanz und Aussicht auf Transfer in den Markt bewertet. Abschließend soll ausgesagt werden können, auf welcher chemischen Basis unter Anwendung welcher Additive welche Innenraumbeschichtungen mit Aussicht auf Markterfolg hergestellt werden können. Hierdurch wird es KMU möglich sein, mit minimalem unternehmerischem Risiko selbst biobasierte Innenraumbeschichtungen zu entwickeln und in den Markt einzuführen.

Teilvorhaben 2: Anwendungstechnische Untersuchungen verschiedener Anhydroalditole^Entwicklung von Alkydharzen mit Anhydroalditolen als Alkoholkomponenten, Teilvorhaben 1: Untersuchung der Alkohol-Komponenten verschiedener Anhydroalditole

Alkydharze werden seit Jahrzehnten aus Pflanzenölen und verschiedenen technischen Tri- oder Tetraolen sowie Carbonsäuren dargestellt. Ihre Anwendung als Bindemittel in Lacken ist von Bedeutung, und die Herstellungsbreite der verschiedenen technischen Produkte enorm. Hier geht es um die Nutzung neuartiger Alkohole aus Kohlenhydratgrundbausteinen. Insbesondere untersucht werden sollen die thermisch hinreichend stabilen Anhydroalditole. Basierend auf klassisch verwendeten Polyolen ist die Gewinnung von Tri- und Tetraolen vorgesehen. Monoanhydroalditole sollen ausgehend von Sorbit aus Stärke nach einfachen Verfahren optimiert dargestellt und charakterisiert werden. Als Modellfälle sind Linolsäurederivate herzustellen und abschließend mit Phthalsäure zur Vernetzung umzusetzen und die Produkte zu analysieren. Auf Basis dieser Labordaten soll bei der Fa. Worlée ein technisches Upscaling in 100g-/1kg-Maßstab in Kooperation mit dem Unilabor vorgenommen werden. Die besten Komponenten sind dann im größeren Maßstab darzustellen und entsprechend umzusetzen. Im Industrielabor geht es abschließend um die Ermittlung des Eigenschaftsprofils der neuen Komponenten im Vergleich mit denen etablierter Produkte. Aus positiven Befunden des Unilabors sind das Upscaling und erste Umsetzungen im Industrielabor zu bearbeiten. Die neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden in Publikationen und auf Tagungen vorgestellt. Die Nutzung allgemein relevanter Ergebnisse wird so der Öffentlichkeit vorgestellt. Eine Umsetzung zur Herstellung neuartig modifizierter Alkydharze mit essentiellen Anteilen aus nachwachsenden Rohstoffen ist mithin ein wesentliches Ziel dieser Untersuchungen. An der Ausarbeitung von speziellen Rezepten für die Gewinnung von funktionsspezifischen angepassten Produkten werden der Industriepartner bzw. Industrieunternehmungen interessiert und engagiert sein. Damit ist davon auszugehen, dass neuartige Generationen von Alkydharzen zur Einführung in den Markt verfügbar werden.

Entwicklung von Alkydharzen mit Anhydroalditolen als Alkoholkomponenten, Teilvorhaben 2: Anwendungstechnische Untersuchungen verschiedener Anhydroalditole

Alkydharze werden seit Jahrzehnten aus Pflanzenölen und verschiedenen technischen Tri- oder Tetraolen sowie Carbonsäuren dargestellt. Ihre Anwendung als Bindemittel in Lacken ist von Bedeutung, und die Herstellungsbreite der verschiedenen technischen Produkte enorm. Hier geht es um die Nutzung neuartiger Alkohole aus Kohlenhydratgrundbausteinen. Insbesondere untersucht werden sollen die thermisch hinreichend stabilen Anhydroalditole. Basierend auf klassisch verwendeten Polyolen ist die Gewinnung von Tri- und Tetraolen vorgesehen. Monoanhydroalditole sollen ausgehend von Sorbit aus Stärke nach einfachen Verfahren optimiert dargestellt und charakterisiert werden. Als Modellfälle sind Linolsäurederivate herzustellen und abschließend mit Phthalsäure zur Vernetzung umzusetzen und die Produkte zu analysieren. Auf Basis dieser Labordaten soll bei der Fa. Worlée ein technisches Upscaling in 100g-/1kg-Maßstab in Kooperation mit dem Unilabor vorgenommen werden. Die besten Komponenten sind dann im größeren Maßstab darzustellen und entsprechend umzusetzen. Im Industrielabor geht es abschließend um die Ermittlung des Eigenschaftsprofils der neuen Komponenten im Vergleich mit denen etablierter Produkte.

Autooxidativ trocknende Reaktivverdünner und High-Solid Harze

Die europäische Union bemüht sich seit Jahren den Anteil an VOC Emissionen zu verringern, denn diese Verbindungen führen zusammen mit NOX unter UV Bestrahlung zur Bildung von bodennahem Ozon (Sommersmog). Dazu wird auch im Bereich Farben und Lacke eine deutliche Einsparung von organischen Lösemitteln nötig. Bisher konnte dies durch Rezepturanpassungen erreicht werden. Zur weiteren Reduzierung von Lösemitteln im Beschichtungsstoff reichen die herkömmlichen lösemittelhaltigen Alkyd-systeme aber nicht aus und wasserverdünnbare Lösungen können wegen zum Teil unzureichender an-wendungstechnischer Eigenschaften nicht in allen Bereichen eingesetzt werden. Deshalb soll im Rahmen dieses Projektes ein reaktiver Verdünner und ein entsprechendes High-Solid-Alkydsystem entwickelt werden, das bei gleichen anwendungstechnischen Eigenschaften wie herkömmliche lösemittelhaltige Systeme mit möglichst geringem Lösemittelanteil auskommt. Die entwickelten High-Solid-Harze und der Reaktivverdünner werden dabei im Gegensatz zu den wasserverdünnbaren Wettbewerbern zu einem großen Anteil aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Durch die speziellen modifizierten Fettsäuren konnten Verbesserungen in High-solid-Harzen hinsichtlich Viskosität, Trocknung und Geruch bei der Trocknung erzielt werden. Es wurden verbesserte Reaktivverdünner entwickelt, die zusammen mit den neuen High-Solid-Harzen zu sehr vielversprechenden Gesamtsystemen führen. Sowohl die verbesserten Reaktivverdünner als auch die speziell modifizierte Fettsäurekomponente wurden in den Produktionsmaßstab überführt und sind kommerziell erhältlich. Die entwickelten Reaktivverdünner sind noch nicht auf dem Stand des alten HOBUM Reaktivverdünners, der aufgrund von Acroleinabspaltung nicht einsetzbar ist. Zurzeit sind deshalb autooxidativtrocknende High-Solid-Bindemittelsysteme gänzlich ohne Zusatz von Lösemittel und damit nahezu VOC-frei noch nicht erreichbar. Die entwickelten Reaktivverdünner sind momentan nur für Langölsysteme eingeschränkt auch für Mittelöl-Systeme einsetzbar. Im Markt besteht aber auch Bedarf im Bereich Kurzölsysteme. Da Akydharze das einzige Bindemittelsystem darstellen, die einen hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen aufweisen und den Nachhaltigkeitsgedanken im hohen Maß unterstützen, sollte diese wichtige Entwicklung unbedingt weitergeführt werden. Es wurde ein ökobilanzieller Vergleich (cradle-to-gate Ansatz) zwischen High-Solid-Alkydharz und wässrigem Acrylat durchgeführt, bei dem je nach Bewertungsmethode, Wirkungskategorie und Fettsäureart die High-Solid-Alkydharze gegenüber dem Acrylat ökologische Vorteile aufweisen.

Calendulaöl als Lackrohstoff für Naturfarben

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Aufgrund gesetzlicher Vorgaben muss die Gesamtemission von VOCs (flüchtige organische Verbindun-gen) in Deutschland bis 2010 auf 950 kt/a gesenkt werden. Das bedeutet eine Steigerung um ca. 30% im Vergleich zum Stand von Oktober 2002. Gegenwärtig wird der prozentual größte Anteil an VOCs bei der Verarbeitung von Farben und Lacken emittiert, in Deutschland ca. 350 kt/a. Gegenstand des Projektes ist insbesondere die Entwicklung und Optimierung einer Methode zur Umesterung von Calendulaöl zu Calendulasäuremethylester und dessen Untersuchung im Hinblick auf seine Eignung als Reaktivverdünner für Natur- und Kunstharze, weiterhin die Umesterung von Calendulaöl mit mehrwertigen Alkoholen zu Monoestern und deren Prüfung als Reaktivemulgator für wasserverdünnbare Lacke und schließlich die Untersuchung der Eignung von Calendulaöl für die Produktion von vollständig auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Bindemitteln. Ziel des Vorhabens ist a) ein industriell einsetzbares Verfahren zur Umesterung von Calendulaöl zu Calendulasäuremethylester; b) ein Verfahren zum Einsatz von Calendulasäuremethylester als Reaktivverdünner für die Naturharzbindemittel der Firma bio pin, das aber auch allgemein für Alkydharze einsetzbar ist; c) ein Verfahren zur Umesterung von Calendulaöl zu Calendulasäuremonoestern von mehrwertigen Alkoholen; d) Klärung der Frage, ob diese als Reaktivemulgator für wasserverdünnbare Lacke geeignet sind; e) Substitution von Tungöl durch Calendulaöl als Rohstoff für die Produktion von Farben und Lacken. Fazit: Das Projekt hat im Ergebnis gezeigt, dass Calendulaöl ganz analog zu Holzöl zu Bindemitteln für Natur-farben verarbeitet werden kann. Es hat weiter gezeigt, dass Ester des Calendulaöls, insbesondere Ethyl- und Isopropylester in einigen Anwendungsbereichen als Reaktivverdünner für Alkydharze eingesetzt werden kann. Die Umsetzung dieser wichtigen Ergebnisse erfordert eine Fortsetzung des Projekts, in der der Anbau von Calendula in Deutschland, insbesondere in der Region Weser-Ems, die Entwicklung der Extraktion und Raffinierung des Öls und die technische Umesterung entwickelt wird.

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