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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.

Nanomed: PBPK-Modellierung auf der Basis kombinierter Freisetzungs- und Zellkulturstudien für die Entwicklung disperser parenteraler Arzneiformen^Teilprojekt 2, Teilprojekt 1

Nanomed: PBPK-Modellierung auf der Basis kombinierter Freisetzungs- und Zellkulturstudien für die Entwicklung disperser parenteraler Arzneiformen, Teilprojekt 2

Biogene Nebenprodukte aus Palm Fettsäure Destillat als hydrophobierende Synthesebausteine in Acrylatdispersionen für Beschichtungsstoffe (BIOPHOB), Biogene Nebenprodukte aus Palm Fettsäure Destillat als hydrophobierende Synthesebausteine in Acrylatdispersionen für Beschichtungsstoffe (BIOPHOB)

Das Hauptziel dieser Maßnahme ist der Aufbau eines gemeinsam nutzbaren Labors an der University of Gadja Mada (UGM). Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten, die dort etabliert werden sollen, ist die Entwicklung von neuartigen biobasierten, hydrophoben Acrylatdispersionen aufbauend auf der bereits vorhandenen Expertise im Bereich der Polymerwissenschaften. Durch die Kombination von grundlagenorientierter Hochschulforschung und anwendungsorientierter Forschung erhält die ganze Maßnahme einen Mehrwert. Das Labor soll als Startpunkt für eine nachhaltige Zusammenarbeit zwischen deutschen und indonesischen Forschungseinrichtungen dienen und so eine Basis für gemeinsame Vorbundvorhaben darstellen, die dieses Labor langfristig und nachhaltig finanziert. Es findet eine Abstimmung des Arbeitsplanes, der Kapazitäts- u Zeitplanung sowie Einarbeitung der Mitarbeiter in die Sachthematik vor Ort statt. Als Pilotmaßnahme sollen kostengünstige, biogene hydrophobe Komponenten auf Basis von Palm Fettsäure Destillat für die Acrylatharzsynthese entwickelt werden. Die Acrylatdispersionen werden zu geeigneten Beschichtungsstoffen formuliert. Die Eignung der Acrylatharze als Anwendung für Schutzbeschichtungen in tropischen Ländern soll nachgewiesen werden. Nach dem Aufbau des High-Tech-Labors an der UGM dienen die technischen Ergebnisse als Basis für die Akquise weiterer Projekte auf dem Gebiet der Polymersynthese und Beschichtungsentwicklungen.

Biogene Nebenprodukte aus Palm Fettsäure Destillat als hydrophobierende Synthesebausteine in Acrylatdispersionen für Beschichtungsstoffe (BIOPHOB)^Biogene Nebenprodukte aus Palm Fettsäure Destillat als hydrophobierende Synthesebausteine in Acrylatdispersionen für Beschichtungsstoffe (BIOPHOB), Biogene Nebenprodukte aus Palm Fettsäure Destillat als hydrophobierende Synthesebausteine in Acrylatdispersionen für Beschichtungsstoffe (BIOPHOB)

Das Hauptziel dieser Maßnahme ist der Aufbau eines gemeinsam nutzbaren Labors an der University of Gadja Mada (UGM). Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeiten, die dort etabliert werden sollen, ist die Entwicklung von neuartigen biobasierten, hydrophoben Acrylatdispersionen aufbauend auf der bereits vorhandenen Expertise im Bereich der Polymerwissenschaften. Durch die Kombination von grundlagenorientierter Hochschulforschung und anwendungsorientierter Forschung erhält die ganze Maßnahme einen Mehrwert. Das Labor soll als Startpunkt für eine nachhaltige Zusammenarbeit zwischen deutschen und indonesischen Forschungseinrichtungen dienen und so eine Basis für gemeinsame Vorbundvorhaben darstellen, die dieses Labor langfristig und nachhaltig finanziert. Es findet eine Abstimmung des Arbeitsplanes, der Kapazitäts- u Zeitplanung sowie Einarbeitung der Mitarbeiter in die Sachthematik vor Ort statt. Als Pilotmaßnahme sollen kostengünstige, biogene hydrophobe Komponenten auf Basis von Palm Fettsäure Destillat für die Acrylatharzsynthese entwickelt werden. Die Acrylatdispersionen werden zu geeigneten Beschichtungsstoffen formuliert. Die Eignung der Acrylatharze als Anwendung für Schutzbeschichtungen in tropischen Ländern soll nachgewiesen werden. Nach dem Aufbau des High-Tech-Labors an der UGM dienen die technischen Ergebnisse als Basis für die Akquise weiterer Projekte auf dem Gebiet der Polymersynthese und Beschichtungsentwicklungen.

Studie zum anlagenbezogenen Umgang mit wassergefaehrdenden Stoffen

Die Paragraphen 19g ff Wasserhaushaltsgesetz (WHG) regeln den anlagenbezogenen Umgang mit wassergefaehrdenden Stoffen. Seit seiner 5. Novelle 1986 unterliegen auch Anlagen zum Herstellen, Behandeln und Verwenden solcher Stoffe (HBV-Anlagen) dem Besorgnisgrundsatz des Paragraphen 19g (1) WHG. Es fehlte allerdings noch an der Umsetzung des von der Novelle vorgegebenen Rahmens durch die Bundeslaender in Landesgesetzen, -verordnungen oder -verwaltungsvorschriften (Selbst heute ist dieser Prozess noch nicht in allen Bundeslaendern abgeschlossen). In dieser Lage erhielt das IWS vom Umweltbundesamt den Auftrag, unter besonderer Beruecksichtigung der HBV-Anlagen den anlagenbezogenen Umgang mit wassergefaehrdenden Stoffen zu untersuchen. Das urspruengliche Ziel war, grundsaetzliche Anforderungen an den Umgang mit wassergefaehrdenden Stoffen vor dem Hintergrund des Gewaesserschutzes und eines methodischen Vorgehens fuer die Formulierung technischer Regeln fuer die wasserwirtschaftliche Genehmigungs- und Vollzugspraxis aus der Sicht des Bundes darzustellen. Dabei sollten gleichzeitig benachbarte Rechtsbereiche, die mit dem Wasserrecht verknuepft sind, beachtet werden. Es sollten Bereiche aufgezeigt werden, die bisher noch nicht im Sinne einer umfassenden Gesamtkonzeption des Besorgnisgrundsatzes beruecksichtigt oder realisiert waren, und Vorschlaege dazu gemacht werden. Insbesondere sollte auch die Praxis bei der Erfassung und Auswertungen von Unfaellen etc mit wassergefaehrdenden Stoffen im HBV-Bereich beleuchtet werden. Waehrend der Bearbeitung des Vorhabens erschien bei der Laenderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) eine neue Muster-Verordnung fuer Anlagen zum Umgang mit wassergefaehrdenden Stoffen (Muster-VAwS) sowie als Uebergangsmassnahme, da sich abzeichnete, dass die Einfuehrung der Muster-VAwS durch die Bundeslaender sich verzoegern wuerde, ein Anforderungskatalog fuer HBV-Anlagen. Das Schwergewicht der Studie verschob sich deshalb von der Erarbeitung neuer Ansaetze in diesem Bereich zu einer zusammenfassenden Darstellung und Kommentierung.

Formulierungstechniken für Brennstoffzellen

Die Dispergierung der Katalysatorpartikel sowie die anschließende Herstellung einer mit den Katalysatorpartikeln beschichteten Membran sind kritische Schritte in der Prozesskette zur Herstellung von Brennstoffzellen. Die geplanten Forschungsarbeiten sollen SolviCore zu einem besseren Verständnis der Prozesskette und der entsprechenden relevanten Prozessparameter der einzelnen Prozessschritte verhelfen. In einem ersten Arbeitspaket sollen Analytikmethoden zur Charakterisierung der verwendeten Rohprodukte sowie der hergestellten Dispersionen entwickelt und etabliert werden. Dabei liegt das Augenmerk insbesondere auf die Wechselwirkungen zwischen Katalysatorpartikel, Dispergiermedium und Stabilisator. Das verwendete Dispergierverfahren soll optimiert und die Dispersionen rheologisch charakterisiert werden, um die Eigenschaften hinsichtlich ihrem Fließverhalten und ihrer Stabilität zu beurteilen. Des Weiteren soll in einem zweiten Arbeitspaket die Schichtbildung bearbeitet werden. Hierbei sollen die Filmherstellung und -trocknung grundlegend untersucht werden. Dabei wird der Einfluss der Dispersionseigenschaften und der Trocknungskinetik auf die Schichtbildung insbesondere hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften und der Struktur der gebildeten Schichten betrachtet.

Funktionalisierte Ligninspaltprodukte als Synthesebausteine für die Herstellung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxyden (Lignoplast), Teilvorhaben 10: Anwendungsuntersuchungen von Klebstoff-, Lack- und Harzsystemen

Im Verbundvorhaben LIGNOPLAST entwickeln 5 Forschungseinrichtungen und 8 Industrieunternehmen innovative Verfahren zur Herstellung aromatischer Synthesebausteine aus verschiedenen Lignintypen und deren Anwendung in Klebstoff-, Lack-, Polyurethan- und Epoxidsystemen. Als Rohstoffe werden unterschiedliche technische Lignine aus der Zellstoffproduktion, wie z.B. Kraft-Lignin und Lignine aus 'Bioraffinerieverfahren' (Organosolv-Lignin oder Hydrolyse-Lignine, die als Reststoffe der enzymatischen oder sauren Verzuckerung anfallen) eingesetzt. Die gewünschten Synthesebausteine werden durch hydrolytischen Abbau der makromolekularen Struktur der Lignine und anschließende chemische und enzymatische Funktionalisierung gewonnen. Die Struktur der Synthesebausteine wird dabei so gezielt angepasst, dass neue Klebstoff-, Lack-, Polyurethan- und Epoxidsysteme formuliert werden können. Diese werden in Musterwerkstoffen und -bauteilen eingesetzt, welche anwendungstechnisch charakterisiert und mit konventionellen Systemen verglichen werden. Über die gesamte Prozesskette findet eine ökonomische und ökologische Bilanzierung sowie abschließend eine Konzeptentwicklung für eine industrielle Umsetzung statt. Jowat ist im Projekt für die Formulierung und das Austesten von Klebstoffen zuständig. Dazu werden die modifizierten Lignine zur Verwendung in Dispersionsklebstoffen entweder copolymerisiert oder als reaktive Füllstoffe verwendet. Ebenso werden Primer- und Schmelzklebstoffanwendungen untersucht.

Funktionalisierte Ligninspaltprodukte als Synthesebausteine für die Herstellung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxyden (Lignoplast), Teilvorhaben 3: Ligninfunktionalisierung und Grundlagenuntersuchungen von Klebstoff-, Lack- und Harzsystemen

Am WKI sollen im Labormaßstab aus der Öl-Fraktion der basenkatalysierten Depolymerisation von Lignin neuartige modifizierte Ligninfragmente entwickelt werden. Diese verfügen über ein großes Potential zur Substitution von petrochemisch basierten aromatischen Synthesebausteinen. Es lassen sich damit u.a. neue Synthesebausteine für Acrylat- und Vinylpolymere sowie Polyester und Polyurethane u.a. für Klebstoffe und Beschichtungen herstellen. Am WKI sollen mittels chemischer Modifikationen aus den Ligninspaltprodukten Klebstoffe für Holz und holzbasierte Produkte für nichttragende Anwendungen hergestellt werden. Als Ausgangsverbindungen sollen die Ölfraktionen des BCD-Verfahrens und des Hydrocracking dienen. Dazu werden die Ligninspaltprodukte z.B. mit einer Acrylat- oder Vinylverbindung ausgerüstet. Anschließend sollen mittels Copolymerisation der ligninbasierten Monomerbausteine mit kommerziellen Vinylverbindungen neue polymere Rohstoffe für Klebstoffe generiert werden. Desweiteren sollen die Ligninfragmente zu Polyolkomponenten für die Polyester- und Polyurethansynthese modifiziert werden. Die ligninhaltigen Polymerisate werden auf ihre Beschichtungs- und Adhäsionseigenschaften untersucht. Je nach Anwendung werden auch das Schmelzverhalten, die Kristallinität und die Filmbildeeigenschaften charakterisiert. Erfolgversprechende Polymerisate werden zu Klebstoffen ausformuliert und nach Normtests auf ihre Verarbeitungsparameter sowie anwendungstechnischen Eigenschaften geprüft.

Spitzencluster BioEconomy: TG2, PhytoZell, VP2.8 - Teilprojekt A

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Gewinnung von Phytosterolen aus dem Kraft-Aufschluss von Nadelholz. Dabei wird angestrebt, diese im Kiefernholz natürlich vorkommenden bioaktiven Bestandteile so zu extrahieren und aufzureinigen, dass sie zur Herstellung von Kosmetika und Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt werden können. An die Verfahrensentwicklung im Labormaßstab schließen sich der Scale-up des entwickelten Verfahrens in den Technikumsmaßstab sowie die Vorbereitung der industriellen Umsetzung des Prozesses am Zellstoffwerk Stendal an. Bei der Herstellung von Kraftzellstoff aus Kiefern- und Fichtenholz sammeln sich die Holzextraktstoffe in konzentrierter Form als Nebenproduktstrom an. Die Mischung der verschiedenen Holzextraktstoffe enthält auch Sterole in nicht unerheblichen Mengen. Die Verwendung von Sterolen im Rahmen von Formulierungen für (Natur)kosmetika oder auch Nahrungsmitteln ist ein wachsendes Feld mit hoher Wertschöpfung. Gegenüber etablierten Verfahren der Phytosterolgewinnung aus Destillationsrückständen der Tallölraffination werden deutliche wirtschaftliche Vorteile und Verbesserungen der Produktqualität erwartet. Das Fraunhofer CBP untersucht zu Beginn im Labormaßstab ein Extraktionsverfahren mit umweltfreundlichen Alternativen zu gängigen Lösungsmitteln. Basierend auf den Ergebnissen der Laborversuche wird dann das optimierte Gesamtverfahren am CBP in den Technikumsmaßstab überführt.

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