Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.
Wasserlösliche Polymere (WSPs) werden in großen Mengen produziert (1.000-1.000.000 Tonnen pro Jahr, je nach Polymer) und haben zahlreiche Anwendungen, die einen Eintrag in die aquatische Umwelt zur Folge haben können. In den wenigen Fällen in denen Konzentrationen zumindest abgeschätzt werden konnten wurde je nach Polymer und Nähe zu einer Quelle von Konzentrationen im µg/L bis mg/L Bereich berichtet. Dennoch sind zu wenige Informationen zu ihrem Vorkommen und Verhalten in der aquatischen Umwelt verfügbar, um eine Bewertung ihrer Umweltrelevanz vornehmen zu können. Dies liegt zum einen daran, dass spurenanalytische Methoden für WSPs in komplexen Umweltmatrizes noch nicht etabliert sind und zum anderen daran, dass die in Studien zum Abbau verwendeten analytischen Methoden oft nur die Betrachtung eines Primärabbaus oder des Grades der Mineralisierung zuließen. In vielen Fällen fanden Transformationsprodukte wenig oder keine Beachtung. Für andere WSPs fehlen solche Studien noch komplett. Auf Basis des Literaturstandes untersucht PolyAqua das Umweltvorkommen und Umweltverhalten (Biotransformation, gebildete Transformationsprodukte und Sorption) von 5 ausgewählten Polymeren (Polyethyleneoxid - PEO, Polyvinylpyrrolidone - PVP, Polydiallyldimethylammonium chlorid - PolyDADMAC, Polyacrylsäure - PAA und Polyacrylamid - PAM) in drei Arbeitspaketen. Im Arbeitspaket 1 werden spurenanalytische Methoden für WSPs entwickelt und somit der Grundstein für die weitere Untersuchung gelegt. Es werden verschiedene analytische Methoden betrachtet, die bereits vereinzelt für WSPs angewendet wurden oder auf die Übertragbarkeit von Mikro- oder Nanoplastik auf WSPs schließen lassen. In Arbeitspaket 2 werden die Biotransformation und das Sorptionsverhalten der ausgewählten WSPs in Laborstudien untersucht. Die vorrausgegangenen Arbeiten werden in Arbeitspaket 3 auf reale Systeme übertragen (Oberflächenwässer und potentielle Quellen wie kommunale Kläranlagen). In diesem Arbeitspaket wird ein Umweltmonitoring für die ausgewählten WSPs und deren in Arbeitspaket 2 identifizierten Transformationsprodukte durchgeführt das nicht nur die wässrige Phase, sondern auch feste Phasen wie Sediment, Schwebstoffe und Klärschlamm untersucht. Dieses Monitoring dient zur Bestätigung der in Arbeitspaket 2 erzielten Ergebnisse in realen Systemen. Die kombinierten Ergebnisse zeigen, in welchen Mengen WSPs in die aquatische Umwelt eingeleitet werden. Zudem verdeutlichen sie, wie sich die WSPs zwischen verschiedenen Phasen verteilen und welche Rolle Transformationsprozesse für ihr Umweltverhalten spielen.
Chemosynthetische wasserloesliche Polymere finden eine weite industrielle Anwendung. Da es keine Moeglichkeiten zum Sammeln, zum Rezyklisieren oder zum Verbrennen dieser Polymere gibt, kommt der biologischen Abbaubarkeit eine erhoehte Bedeutung zu. Ziel dieser Arbeit ist es, Mikroorganismen zu isolieren, die in der Lage sind, wasserloesliche Polymere abzubauen und als Kohlenstoffquelle zu verwenden, und die Abbaumechanismen aufzuklaeren. Dies soll zunaechst an Polymeren, wie Polyethylenglycol, Polyvinylalkohol und Polyacrylsaeure geschehen.
Die breite Verfügbarkeit des Naturstoffs Pektin in Deutschland mit vielfältigen positiven Eigenschaften (Wasserlöslichkeit, Biokompatibilität, Bioabbaubarkeit) und der breiten öffentlichen Akzeptanz gepaart mit einem enormen, bisher ungenutzten Potential zur Entwicklung von biobasierten Produkten und Materialien sind Ausgangspunkt für die geplanten Untersuchungen. Die aus Pektin gut zugängliche Plattformverbindung Pektinhydrazid weißt interessante Reaktivitäten auf, die es erlauben eine praktisch unüberschaubare Zahl von funktionellen Gruppen in das Pektin einzuführen, wobei vor allem natürlich vorkommenden Aldehyde und Ketone im Mittelpunkt des Interesses stehen. Damit ist auch eine breite Palette von Funktionspolymeren und Materialien zugänglich, im Vordergrund stehen Tenside und Emulgatoren für die Kosmetik und die Waschmittelindustrie, um Stoffe auf der Basis von synthetischen Polymeren zu ersetzen. Hier wird ein Beitrag zur Vermeidung von Mikroplastik und/oder der Wasserverschmutzung durch wasserlösliche Polyacrylate geleistet. Weiterführend sollen für den medizinischen Sektor funktionalisierte, vernetzte Materialien hergestellt und auf ihre Einsatzfähigkeit hin untersucht werden. Gleichzeitig sollen die biologisch relevanten Eigenschaften (Biokompatibilität sowie Bioabbaubarkeit) auf gezielte Anwendungen hin maßgeschneidert werden. Hier sollen besonders vernetzte Pektinhydrazidderivate zur Blutreinigung, speziell zur Entfernung von gesundheitsschädlichen, carbonylierten Proteinen, untersucht werden. Weiter sind funktionalisierte Pektinmaterialien als Wundauflagen, die einem Infektionsschutz dienen und keine allergenen Reaktionen auslösen, attraktive Verwendungszwecke dieser neuen intensiv zu erforschenden Materialgruppe.
Polyurethane (PUs) und Polyacrylate (PAC) haben für die Beschichtung von Textilien eine herausragende Bedeutung erlangt. Im Zuge nachhaltiger Produktentwicklungen - was u.a. auch eine Abkehr von petrochemisch basierten Einsatzstoffen bedeutet -, tritt bei diesen beiden Polymerklassen mehr und mehr die Suche nach Alternativen in Richtung biogener Rohstoffquellen in den Vordergrund. Gesamtziel des Projekts ist es, (teil)biobasierte Polyurethane und -acrylate, die potenziell für die Beschichtung von technischen Textilien geeignet sind, mit der zusätzlichen Funktionalität 'Flammschutz' (FR) zu versehen. Dies soll durch Zumischung von flammhemmend wirkenden phosphorhaltigen Cellulosederivaten zur Beschichtungsmatrix erfolgen. Für die Herstellung der biobasierten Matrizes sollen von den chemischen Industriepartnern (CHT, Covestro) bereits bekannte, aber auch neue Systeme auf biogener Rohstoffbasis Verwendung finden bzw. entwickelt werden. Mittelfristig soll durch die zu entwickelnden neuen Flammschutzbeschichtungen ein Ersatz der bei Schutztextilien v.a. im Objekt- und Fahrzeugbereich noch häufig eingesetzten halogen- und/oder antimonhaltigen Flammschutzmittel ermöglicht werden. Hierzu ist die Einstellung einer guten Permanenz erforderlich. Um dieses Ziel zu erreichen, sind sowohl von Seiten der PU-Beschichtungsmatrix als auch von Seiten der Cellulosederivatisierung und Additivierung umfassende Entwicklungsarbeiten und Anpassungen bezüglich Synthese, Rheologie, Applikation, ausgebildeter Beschichtungs- und Textilstruktur sowie der erzielbaren Effekte nötig. Die Ergebnisverwertung ist mit Produktinnovationen in folgenden Einsatzbereichen verknüpft: - FR-Sonnenschutztextilien, FR-Gewebe für Heimtextilien und den Automotive-Bereich, sonstige technische Gewebe (TVE Drechsel) - FR-Nonwovens im Automotive-Bereich (Tenowo)
Polyurethane (PUs) und Polyacrylate (PAC) haben für die Beschichtung von Textilien eine herausragende Bedeutung erlangt. Im Zuge nachhaltiger Produktentwicklungen - was u.a. auch eine Abkehr von petrochemisch basierten Einsatzstoffen bedeutet -, tritt bei diesen beiden Polymerklassen mehr und mehr die Suche nach Alternativen in Richtung biogener Rohstoffquellen in den Vordergrund. Gesamtziel des Projekts ist es, (teil)biobasierte Polyurethane und -acrylate, die potenziell für die Beschichtung von technischen Textilien geeignet sind, mit der zusätzlichen Funktionalität 'Flammschutz' (FR) zu versehen. Dies soll durch Zumischung von flammhemmend wirkenden phosphorhaltigen Cellulosederivaten zur Beschichtungsmatrix erfolgen. Für die Herstellung der biobasierten Matrizes sollen von den chemischen Industriepartnern (CHT, Covestro) bereits bekannte, aber auch neue Systeme auf biogener Rohstoffbasis Verwendung finden bzw. entwickelt werden. Mittelfristig soll durch die zu entwickelnden neuen Flammschutzbeschichtungen ein Ersatz der bei Schutztextilien v.a. im Objekt- und Fahrzeugbereich noch häufig eingesetzten halogen- und/oder antimonhaltigen Flammschutzmittel ermöglicht werden. Hierzu ist die Einstellung einer guten Permanenz erforderlich. Um dieses Ziel zu erreichen, sind sowohl von Seiten der PU-Beschichtungsmatrix als auch von Seiten der Cellulosederivatisierung und Additivierung umfassende Entwicklungsarbeiten und Anpassungen bezüglich Synthese, Rheologie, Applikation, ausgebildeter Beschichtungs- und Textilstruktur sowie der erzielbaren Effekte nötig. Die Ergebnisverwertung ist mit Produktinnovationen in folgenden Einsatzbereichen verknüpft: - FR-Sonnenschutztextilien, FR-Gewebe für Heimtextilien und den Automotive-Bereich, sonstige technische Gewebe (TVE Drechsel) - FR-Nonwovens im Automotive-Bereich (Tenowo).
Das Ziel des Vorhabens ist es, die Produktion des nachwachsenden Rohstoffes Cyanophycin in Pflanzen weiter zu optimieren. Dazu soll in transgenen Kartoffelknollen die Produktion industriell verwertbarer Mengen das cyanobakteriellen Proteins Cyanophycin ermöglicht werden. Die Synthese größerer Mengen im Cytoplasma führte jedoch zu einer leichten Beeinträchtigung der Fitness der Pflanzen. Daher soll die Cyanophycinproduktion soll durch verschiedene Ansätze wie einer gewebespezifischen Expression, Optimierung der Transgensequenz, sowie durch Anpassung des Aminosäurepools, insbesondere Arginin, gesteigert werden. Parallel dazu wird die kostengünstige Isolierung von Cyanophycin aus Kartoffeln neben der Stärke weiter etabliert und optimiert. Cyanophycin besteht aus den beiden Komponenten Polyaspartat und Arginin, die vielfältige Anwendung finden. Polyaspartat dient als Ersatzstoff für nicht biologisch abbaubare Polyacrylate in Detergentien, Lösungsmitteln und in der Ölproduktion. Hingegen dient Arginin unter anderem als Stimulator des Immunstatus und ist ein wachstumsfördernder Stoff. Das Polymer soll als Nebenprodukt der Stärkeisolierung anfallen, und daher äußerst kostengünstig sein.
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Der zunehmende Einsatz weicher, fließfähiger und selbstverdichtender Betone in Bauwerken erfordert immer größere Mengen an Betonzusatzmitteln wie z.B. Superplastifizierer. Betonverflüssiger auf Basis von Polycarboxylatethern (PCE) sind als dritte Generation der Superplastifizierer z.Z. die wirksamsten Fließmittel. Für die Synthese dieser PCEs werden petrochemische Rohstoffe eingesetzt. Es soll untersucht werden, ob die petrochemischen Rohstoffe von PCE s teilweise durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden können. Es ist Ziel, PCE s auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln und somit einen Beitrag zur Verbesserung des Klimaschutzes durch Reduktion der CO2-Emissionen zu leisten. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Zu Beginn des Projektes steht eine Evaluierungsphase, in der verschiedene Ansätze verfolgt werden. Nach dem Abschluss wird entschieden, ob nur ein Ansatz oder ein Haupt- und ein Parallelweg weiterverfolgt werden sollen. PCEs setzen sich beispielweise aus Polyacrylsäuren und Polyethern zusammen. Aus synthetischer Sicht sollte es möglich sein, eine der beiden Komponenten zu ersetzen. Der erste Ansatz zielt deshalb darauf ab, Acrylsäure durch natürliche Hydroxycarbonsäuren wie z.B. Zitronensäure zu ersetzen. Diese sollen nach klassischen Verfahren mit Polyethern modifiziert werden. Der zweite Ansatz zielt darauf ab, den sehr hohen Anteil an Alkylenpolyethylenglykolen von bis zu 90 Massenprozent im PCE zu reduzieren. Diese werden über eine Polyaddition von Ethylenoxid an einen Starteralkohol, üblicherweise Methanol, erhalten. Es soll geprüft werden, ob Fettalkohol-Derivate an Stelle von Alkylenpolyethylenglykolen eingesetzt werden können. Ziel ist es, die Menge an Ethylenoxid-Einheiten um 50 Prozent zu reduzieren. MC-Bauchemie übernimmt die chemische Entwicklung der neuen Verflüssiger, die zum Teil von einem Subunternehmer durchgeführt werden. Dies gilt besonders für die geplanten Ethoxylierungen. Diese Produkte werden entweder chemisch modifiziert oder unverändert nach Vorprüfung bei der MC-Bauchemie dem Institut für Baustoffe zur eingehenden Untersuchung übergeben. Das Institut für Baustoffe wird weitergehende Vergleichstests zur Verträglichkeit dieser Synthesemuster mit verschiedenen Zementen und weiteren Zusatzmitteln durchführen. Hierbei soll auch die Leistungsfähigkeit der neuen Zusatzmittel im Vergleich zu konventionellen Produkten quantifiziert werden. Ein ständiger Informationsaustausch zwischen den Projektpartnern soll zur weiteren Verbesserung der entwickelten Fließmittel führen. Fazit: Aufgrund dieser Ergebnisse ist es nach aktueller Datenlage hinsichtlich kumulierten Energieaufwand günstiger, eher höher ethoxilierte Produkte einzusetzen, um den Anteil des energieintensiveren Stoffes (Meth)acrylsäure so weit wie möglich zu reduzieren. Wir überlegen, ob wir diesen Weg weiterverfolgen sollen. usw.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 25 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 8 |
| Förderprogramm | 17 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 8 |
| offen | 17 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 25 |
| Englisch | 1 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 17 |
| Webseite | 8 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 11 |
| Lebewesen und Lebensräume | 10 |
| Luft | 8 |
| Mensch und Umwelt | 25 |
| Wasser | 5 |
| Weitere | 17 |