Beim Übergang der Pflanzen vom Wasser- zum Landleben haben komplexe phenolische Verbindungen (Lignin) und natürliche Polyester (Cutin, Suberin) eine wichtige Rolle gespielt indem sie neue Grenzflächen und Oberflächen mit hydrobisierenden Eigenschaften ermöglichten. Die Einlagerung von Lignin zwischen den Cellulose Mikrofibrillen und Hemicellulosen war wesentlich für die Entwicklung funktionsfähiger Leitbahnen (Xylem) und die mechanische Festigkeit. An den Grenzflächen zur Luft musste der Wasserverlust minimiert werden, was durch die Einlagerung von Cutin (Blätter) und Suberin (Stamm, Wurzel) erreicht wurde. Auch wenn Basiswissen über die drei Polymere vorhanden ist, macht sie ihre große Variabilität sowohl im Vorkommen als auch in ihrer Zusammensetzung und offene Fragen bezüglich der Polymerisation zu den am wenigsten verstandenen pflanzlichen Polymeren. Durch die Adaptionen um in den sehr vielfältigen Lebensräumen zu überleben entwickelten sich verschiedenartigste Erscheinungsformen, die hoch spezialisierte Gewebe erfordern um damit unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen zu erfüllen. Das wird erreicht durch eine sich ändernde Zusammensetzung und Struktur auf den verschieden hierarchischen Ebenen (mm-ìm-nm) und es gibt immer noch eine große Wissenslücke bezüglich Verteilung der Polymere und Struktur auf Mikro- und Nanoebene. Wir werden diese Lücke durch die Anwendung von Raman Imaging und Rasterkraftmikroskopie (AFM) füllen. Raman Imaging ermöglicht die chemische Zusammensetzung auf Mikroebene zu verfolgen und AFM ergänzt durch die Aufklärung von Nanostruktur und -mechanik. Jedes Raman-Image basiert auf Tausenden von Spektren, wovon jedes ein molekularer Fingerabdruck der Zellwand auf Mikroebene ist. Derzeit gelingt es nur einen Teil der chemischen und strukturellen Informationen die in der Raman-Signatur stecken, zu extrahieren. Durch mehr Wissen über die Raman-Spektren der Pflanzen und ihrer Komponenten und neue Ansätze der multivariater Datenanalyse wollen wir mehr Informationen zugänglich machen. Um auf Nano-Ebene die chemische Zusammensetzung von kleinsten Oberflächen und Grenzflächen zu entschlüsseln, werden wir Tip-enhanced Raman-Spektroskopie (TERS) anwenden. Mit diesen anspruchsvollen in-situ Ansätze werden wir 1) die Lignifizierung innerhalb der nativen Zellwand verfolgen und ungelöste Fragen rund um die Lignin Polymerisation angehen 2) die Chemie und Struktur der Tracheiden und Gefäßwände auf Mikro-und Nano-Ebene und etwaige Auswirkungen auf die hydraulischen und mechanischen Eigenschaften aufklären 3) die Mikrochemie und Nanostruktur von Cuticula und Periderm und ihren Einfluss auf die Barriereeigenschaften entschlüsseln und 4) beantworten ob Trockenstress sich auch auf der Mikroebene und Nanoebene widerspiegelt. Neue Einblicke in die Variabilität, Verteilung und Zusammensetzung der Pflanzenpolymere und den Einfluss von Trockenstress werden gewonnen und wichtige Struktur-Funktions-Beziehungen aufgeklärt. usw.
Ziel von TANIPU ist die Entwicklung / Validierung von wasserbasierten, 100%-biogenen, VOC- und Isocyanat-freien Polyurethan-Klebstoffen (NIPU) aus kommerziellen Tannin (TAN) für nichtstrukturell und strukturell verleimte Holzprodukt-Anwendungen. Die Prozesse, die auf biogenen und CO2-Derivaten sowie grünen Lösungsmitteln basieren, orientieren sich an Prinzipien der grünen Chemie / des grünen Engineerings. Aufbauend auf gemeinsamen Erfahrungen der Partner (Derivatisierung, Verwertung) wird die Polykondensation von diversen TAN-Carbonaten und biogenen Diaminen systematisch untersucht, um diverse NIPU-Polymere und Mikrostrukturen zu liefern. Für diese neuartigen NIPU-Polymere werden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen evaluiert. Die NIPU-Klebe- und mechanischen Eigenschaften verklebter Holzprodukte werden bewertet, wobei ein Schwerpunkt auf Anwendungen im Struktur- und Außenbereich liegt. Zusätzlich werden flammhemmende und biozide Eigenschaften (inhärente Funktionen) der NIPU-Klebstoffe bewertet (Mehrwertfunktionalitätsprüfung). Die kontrollierte Synthese von NIPU-Mikrostrukturen, grundlegende Strukturkenntnisse/Verarbeitung/Eigenschafts-Beziehungen und die Charakterisierung der resultierenden Klebeleistung dienen der Auswahl der besten NIPU-Formulierungen für das Scale-up (TRL4 und höher). Bereits geprüfte, ausgewählte Prozesse zur Darstellung von TAN-Carbonaten werden auf 1,5 bis max. 100kg Chargen (TRL4 - 5/6) hochskaliert. Ebenso werden NIPU-Synthesen reproduzierbar auf TRL4 - 5/6 hochskaliert. Dies ermöglicht die Prüfung von Brettsperrholz-Demonstratoren im industriellen Umfeld. Hierdurch wird die neue Klebstofftechnologie im industriellen Maßstab validiert. Das Verfahren wird im Maßstabsvergleich als Grundlage für die Beschreibungen der Umwelt- sowie der Wirtschafts-/ Marktpotenziale neuartiger NIPU-Klebstoffe dienen.
Untersuchung der Kinetik von elementaren Einleitungs- und Folgeschritten.
Haftklebstoffe oder auch PSA (Pressure Sensitive Adhesive) finden seit Jahrzehnten Anwendung in industriellen Fertigungsprozessen wie auch im Haushalt. Haftklebstoffe werden fast ausschließlich in Form von Haftklebebändern oder Stanzteilen verwendet. Hochwertige Haftklebstoffe (PSA) basieren auf Polyacrylaten, meist auf Basis von Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat. Polyisoprene in Kombination mit verschiedenen Harzen stellen eine biobasierte Basis für PSA dar, haben aber aufgrund der vielen Doppelbindungen eine schlechte Alterungsbeständigkeit. Ziel des Vorhabens ist es Haftklebstoffe, mit Ausnahme des Release-Liners, mit hoher Beständigkeit auf Basis nachwachsender Rohstoffe zur Verfügung zu stellen. Auch der optionale Träger soll auf Basis nachwachsender Rohstoffe zusammengesetzt sein. Final soll ein Maschinenversuch zur Beschichtung und Konfektionierung eines Klebebandes oder von Stanzteilen stehen, so dass Demonstratoren für potenzielle Kunden zur Verfügung stehen.
Ziel von TANIPU ist die Entwicklung / Validierung von wasserbasierten, 100%-biogenen, VOC- und Isocyanat-freien Polyurethan-Klebstoffen (NIPU) aus kommerziellen Tannin (TAN) für nichtstrukturell und strukturell verleimte Holzprodukt-Anwendungen. Die Prozesse, die auf biogenen und CO2-Derivaten sowie grünen Lösungsmitteln basieren, orientieren sich an Prinzipien der grünen Chemie / des grünen Engineerings. Aufbauend auf gemeinsamen Erfahrungen der Partner (Derivatisierung, Verwertung) wird die Polykondensation von diversen TAN-Carbonaten und biogenen Diaminen systematisch untersucht, um diverse NIPU-Polymere und Mikrostrukturen zu liefern. Für diese neuartigen NIPU-Polymere werden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen evaluiert. Die NIPU-Klebe- und mechanischen Eigenschaften verklebter Holzprodukte werden bewertet, wobei ein Schwerpunkt auf Anwendungen im Struktur- und Außenbereich liegt. Zusätzlich werden flammhemmende und biozide Eigenschaften (inhärente Funktionen) der NIPU-Klebstoffe bewertet (Mehrwertfunktionalitätsprüfung). Die kontrollierte Synthese von NIPU-Mikrostrukturen, grundlegende Strukturkenntnisse/Verarbeitung/Eigenschafts-Beziehungen und die Charakterisierung der resultierenden Klebeleistung dienen der Auswahl der besten NIPU-Formulierungen für das Scale-up (TRL4 und höher). Bereits geprüfte, ausgewählte Prozesse zur Darstellung von TAN-Carbonaten werden auf 1,5 bis max. 100kg Chargen (TRL4 - 5/6) hochskaliert. Ebenso werden NIPU-Synthesen reproduzierbar auf TRL4 - 5/6 hochskaliert. Dies ermöglicht die Prüfung von Brettsperrholz-Demonstratoren im industriellen Umfeld. Hierdurch wird die neue Klebstofftechnologie im industriellen Maßstab validiert. Das Verfahren wird im Maßstabsvergleich als Grundlage für die Beschreibungen der Umwelt- sowie der Wirtschafts-/ Marktpotenziale neuartiger NIPU-Klebstoffe dienen.