Ob beim Basteln daheim oder im Automobil- und Möbelbau: Klebstoffe sind aus dem Alltag nicht wegzudenken. Die universellen Leichtgewichte verbinden unterschiedlichste Materialien, dichten sie ab und schützen so vor Feuchtigkeit, ohne zu rosten – wie das bei Schraubverbindung der Fall sein kann. So breit das Einsatzfeld für Klebstoffe ist, so groß ist auch die Nachfrage nach einer nachhaltigen und biobasierten Alternative.

In dem vom Bundeslandwirtschaftsministerium geförderten Projekt KERAbond wurde dafür der Weg geebnet. Darin haben Forschende vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Straubing gemeinsam mit dem Klebstoffhersteller Henkel ein Verfahren zur Nutzung von Keratin aus Hühnerfedern zur Herstellung von biobasierten Klebstoffen entwickelt.

Biopolymer Keratin aus Federn für biobasierte Klebstoffe

Ziel des Projektes ist es, erdölbasierte Rohstoffe in Klebstoffen und Spezialchemikalien durch biobasierte Rohstoffe zu ersetzen. Als Rohstoffquelle kommen daher Federn zum Einsatz, die bei der Herstellung von Geflügelfleisch als Reststoff anfallen. Bisher wurden Hühnerfedern entweder entsorgt oder ins Tierfutter gemischt.

Doch die Federn sind mehr als nur Abfall. Sie enthalten das Biopolymer Keratin, ein Strukturprotein, das von Tieren für Krallen, Klauen, Hufe oder eben Federn gebildet wird und aufgrund seiner Faserstruktur für eine hohe Festigkeit sorgt. Die langkettigen Moleküle der Polymer-Struktur sowie die Eigenschaft, dass Keratin über seine funktionellen Gruppen sich vernetzen kann, macht das Biopolymer zu einem vielversprechenden Kandidaten für biobasierte Klebstoffe. „Die für Klebstoffe erforderlichen Merkmale sind im Ausgangsmaterial gewissermaßen schon angelegt und müssen nur freigelegt, modifiziert und formuliert werden“, erklärt Projektleiter Michael Richter.

Neues Verfahren zur Klebstoffherstellung entwickelt

Im Projekt wurde daher gemeinsam mit Henkel ein neues Verfahren entwickelt und optimiert. Dafür wurden zunächst die Federn aus dem Schachthof sterilisiert, gewaschen und mechanisch zerkleinert.  In einem enzymatischen Prozess wurden anschließend die langkettigen Polymere beziehungsweise Protein-Ketten mittels Hydrolyse in kurzkettige Polymere gespalten. Als Nächstes will das Team die Federn für die Entwicklung einer Plattformchemikalie nutzen, die als Ausgangsstoff für die Weiterentwicklung speziell formulierter Klebstoffe verwendet werden kann.

„Wir nutzen das Verfahren und die Plattformchemikalie wie eine Toolbox, mit der wir die gewünschten Merkmale des Endprodukts herstellen“, erklärt Richter. Den Forschenden zufolge können mithilfe dieser sogenannten Toolbox die für Spezialkleber erforderlichen Parameter wie Aushärtezeit, Elastizität, Temperaturverhalten oder Festigkeit eingestellt, aber auch verwandte Substanzen wie Härter, Beschichtungen oder Grundierungen produziert werden.

Erste Materialtests sind vielversprechend

Im Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna wurde das neuartige Verfahren bereits hochskaliert. Mehrere Kilogramm Hühnerfedern wurden verarbeitet, und das dabei produzierte Material für Tests verwendet. Die Ergebnisse waren vielversprechend und sind zugleich der Beweis, dass die Herstellung einer Plattformchemikalie auf Keratin-Basis im industriellen Maßstab auch kostengünstig erfolgen kann.

Die Projektgruppe ist daher überzeugt, dass sich mithilfe der neuen Technologie auf Keratin-Basis viele Plattformchemikalien nachhaltig und bioinspiriert produzieren lassen werden. Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet. Die Entwicklung wurde im Rahmen des Projektes KERAbond „Spezialchemikalien aus maßgeschneiderten funktionalen Keratin-Proteinen“ über drei Jahre vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.

bb