Kinderspielzeug, Lebensmittelboxen oder Einkaufstüten: Viele Produkte bestehen bereits aus biobasierten Rohstoffen und gelten damit als nachhaltig. Um als nachhaltig eingestuft zu werden, muss der Bio-Anteil des Materials allerdings mindestens 35% betragen. Fraunhofer-Forscher arbeiten seit Jahren daran, den biogenen Anteil von Materialien wie Kunststoffen zu steigern. Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) konzentrieren sich die Wissenschaftler daher auf die Entwicklung von Bioklebstoffen, einschließlich der dazugehörenden Harze uind Härter, um die neuartigen Kleber noch ökologischer zu machen.

Mit Harzen aus Pflanzenölen zu hochbelastbaren Kunststoffen 

Bisher bestehen Klebstoffe meist aus erdölbasierten duroplastischen Kunstharzen, auch Epoxidharze genannt. Einmal erwärmt, lassen sich diese nicht mehr verformen. Kombiniert mit einem Härter können die Harze funktionalisiert - also besser verarbeitet, eingefärbt oder vor Feuer geschützt werden. Eine biobasierte Alternative könnten Harze aus Pflanzenölen wie Drachenkopföl sein. In Verbindung mit entsprechenden Härtern lassen sich daraus ebenfalls hochbelastbare Kunststoffe herstellen.

Antibakterielle Wirkung durch Thymianöl

Noch müssen die IMWS-Forscher einige Hürden nehmen, bis die Bio-Kleber aus dem Fraunhofer-Labor auf den Markt kommen: Da das Harz aus der Saat von Ölpflanzen extrahiert wird, kann die chemische Zusammensetzung schwanken, was bei natürlichen Rohstoffen üblich ist. Die Forscher müssen daher zunächst ergründen, wie sich die variierenden Inhaltsstoffe auf die Harze auswirken. „Wir untersuchen die Harze von der Mikro- bis zur Makroebene“, erklärt Andreas Krombholz, Gruppenleiter am IMWS. Darüber hinaus wird erforscht, welche Füll- und Funktionsstoffe welchen Nutzen haben, ob sie beispielsweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit oder gar eine antibakterielle Wirkung besitzen. Letzterer Effekt kann etwa durch die Zugabe von modifiziertem Thymianöl entstehen.

Epoxidierung auf Enzymen umgestellt

Auch bei der Klebstoffentwicklung setzt das IMWS-Team Pflanzenölepoxide ein. Da nicht nur das Material selbst, sondern auch der Härter durch ökologischere Stoffe ersetzt wurde, liegt der biobasierte Anteil der neuen Öko-Kleber mittlerweile bei 86 Prozent. Darüber hinaus gehen die Fraunhofer-Forscher auch bei der Epoxidierung nachhaltigere Wege, wie Krombholz berichtet. „Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben wir die Epoxidierung erstmalig auf Enzyme umgestellt. Wir können die Pflanzenöle also ohne Erdöl-basierende Chemikalien mit diesem Verfahren behandeln. Und da dies via Enzymen bei 40 Grad Celsius vonstatten geht statt bei über 100 Grad Celsius wie bisher, sparen wir zudem Energie.“ Auch die Lieferwege und damit die Umweltbilanz konnten die Forscher durch den Einsatz heimischer Pflanzenöle zur Herstellung der Bio-Kleber deutlich verbessern.

bb