Klebstoffe sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Mit ihrer Hilfe lassen sich unterschiedlichste Materialien wie Glas und Kunststoff oder gar Holz und Metall verbinden und damit sorgen sie für eine lange Haltbarkeit der verschiedensten Produkte. Doch Klebstoffe basieren meist auf erdölbasierten Rohstoffen und sind äußerst stabil, wodurch das Recycling erschwert wird. Im Projekt BIOVIN haben Forschende vom Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock gemeinsam mit dem Klebstoffspezialisten Henkel an biobasierten Klebstoffen geforscht, die sich wieder lösen lassen.

Im Rahmen des dreijährigen Vorhabens, das vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert wurde, entwickelten die Projektpartner auf Basis von Kohlehydraten und Pflanzenölen neue Synthesebausteine für sogenannte entklebbare Klebstoffe. Aus den kommerziell verfügbaren biobasierten Plattformchemikalien, die aus Lignocellulose gewonnen wurden, konnte das Team eigenen Angaben zufolge mithilfe der Katalyse organische Verbindungen – konkret Diole und Polyole – in großen Mengen herstellen. Dabei handelt es sich um Zwischenprodukte, die zur Polymerherstellung benötigt werden.

Neue katalytische Synthesemethode entwickelt

Am LIKAT wurde hierfür eine katalytische Synthesemethode entwickelt, die es ermöglicht, „nahezu jedes biobasierte Polyol oder Phenol in Vinylether umzuwandeln“ – also in Monomere, die zur Herstellung polymerer Klebstoffe genutzt werden. „Mit einer Ausbeute von bis zu 98 % und einer deutlich geringeren Bildung unerwünschter Beiprodukte ist der Prozess selektiver, effizienter und umweltfreundlicher als das bisher bedeutendste, kommerzielle Verfahren“, berichten die Forschenden.

Im Projekt wurden die neuen Polyole zum einen als Reaktivkomponenten in Polyurethanklebstoffen getestet. Zum anderen wurden Diole und Polyole zu neuen, biobasierten, multifunktionellen Divinylethern (DVE) verarbeitet, aus denen wiederum entklebbare Klebstoffe entstanden.

Vinylether-basierte Polymere für entklebbare Klebstoffe

Diese neuen biobasierten Klebstoffverbindungen hafteten demnach besonders gut auf Kunststoffen, auf Metallen hingegen schlechter. Zudem überzeugten sie mit einer „niedrigeren Toxizität und einem angenehmeren Geruch“ im Vergleich zu den erdölbasierten Verbindungen. Auch lassen sich die neuen Klebstoffe durch Hitze, Licht oder Säure gezielt wieder entkleben, berichten die Forschenden. „Die Entklebung gelang bei milden Versuchsbedingungen sowohl durch thermische als auch durch chemische Spaltung und wurde durch spektroskopische Untersuchungen nachgewiesen.“

Enormes Potenzial für recyclingfreundliche Klebstoffe

Mithilfe entklebbarer Klebstoffe ließen sich viele Elektronikprodukte oder Haushaltsgeräte nicht nur besser reparieren, sondern auch besser recyceln und damit Rohstoffe einsparen. Auch wenn es noch Optimierungsbedarf gebe, so würden die neu entwickelten Vinylether-basierten Polymere bereits heute ihr „enormes Potenzial für neue, recyclingfreundliche Klebstoffsysteme“ zeigen, schreiben die Forschenden. Demnach testet der Projektpartner Henkel erste Prototypen der neu entwickelten Klebstoffverbindungen. Sollten die Tests erfolgreich sein, will das Unternehmen die ausgewählten Vinylether im kommerziellen Maßstab herstellen lassen. 

bb