Ziel der Entwicklung

Ziel der Untersuchungen im Vorhaben war es, einerseits konkrete Zusammenhänge zwischen der Molmassenverteilung zugänglicher a-1,3-Polyglucane und deren Verformungseigenschaften in Abhängigkeit vom angewendeten Verformungsprozess aufzuzeigen und andererseits erreichbare Eigenschaften der Formkörper zu optimieren. Ziel war weiterhin, durch eine entsprechende Optimierung der Molmasseverteilung der Polymere und damit verbunden einer „Spreizung“ der viskoelastischen Lösungseigenschaften die erforderlichen Prozessstabilitäten für einen nachfolgenden industriellen Verfahrenstransfer zu erreichen. Es sollten a-1,3-Polyglucan-Formkörper mit für gewünschte Applikationen geeigneten Eigenschaften erzeugt werden, die nach Maßstabsvergrößerung für eine spätere Nutzung im industriellen Maßstab geeignet sind.

Vorteile und Lösungen

Ausgehend von einer Standard-Polyglucanprobe enger Molmassenverteilung wurden durch Zumischung von Polyglucanen mit höheren beziehungsweise auch niedrigeren DPw-Werten gezielte Verbreiterungen der Polydispersitäten erreicht und Korrelationen zu erreichbaren Lösungs- und Verformungseigenschaften sowie daraus erzielbaren Formkörpereigenschaften abgeleitet. Durch eine Optimierung der Molmasseverteilungen der Polyglucanproben konnten diese zu 100 Prozent (ohne Zweitpolymerzusatz) für die Herstellung von Fasern sowohl mittels Trocken-Nassspinntechnologie als auch mittels Nassspinnverfahren erfolgreich getestet werden.
Upscalingversuche zur Herstellung von Polyglucanfilamenten mittels Nasspinnverfahren wurden erfolgreich in einem Technikumsmaßstab durchgeführt und die hergestellten Polyglucanfilamente wurden auf ihre textile Verarbeitbarkeit mittels Rundstrickversuchen getestet. Es konnten erste Strickmuster hergestellt werden. Bei der Herstellung von Polyglucanfolien mittels Rakeltechnik war durch Einsatz von Polyglucanen mit erhöhten Polydispersitäten im Vergleich zur Standard-Polyglucanprobe eine Steigerung der Zugfestigkeiten und Dehnungswerte möglich.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die durchgeführten Entwicklungsarbeiten zielten insbesondere auf eine Optimierung von biotechnologisch erzeugten, nachhaltigen a-1,3-Polyglucanen und geeigneten Verformungsprozessen für eine industrielle Nutzung dieser Polymere zur Faser- und Folienherstellung ab. Sowohl für Folien-, als auch für Faserprodukte ist gegenwärtig ein steigender Bedarf zu verzeichnen. Die biotechnologische Erzeugung von a-1,3-Polyglucanen besitzt aufgrund der strukturellen Nähe dieser a-1,3-Polyglucane zu Cellulose ein großes Potential, einen Beitrag zur Absicherung dieses gesteigerten Faserbedarfs zu leisten. Bei weiterer Optimierung der bisher erreichten Produkteigenschaften und Verfahrensstabilitäten könnten Polyglucanfasern direkt oder bei Verarbeitung in Blendgarnen zur Verringerung des „Cellulose gaps“ beitragen. Würden nur zirka fünf Prozent des notwendigen Zuwachses an cellulosischen Fasern zwischen 2020 und 2030 durch am Markt verfügbare Polyglucanfasern erreicht, entspräche das langfristig (7 bis 10 Jahre nach Projektabschluss) bei einer Nachfragesättigung von zirka 455.000 Tonnen an Polyglucanfasern einem Umsatzanteil von zirka 1,4 Mrd. EURO. Weitere Zielmärkte sind insbesondere in der Herstellung von a-1,3-Polyglucan-Folien zu sehen, welche aufgrund ihrer Nachhaltigkeit und biologischen Abbaubarkeit, sowie ihrer Eigenschaften ein großes Potential für eine Nutzung als Verpackungsfolien und speziell im Lebensmittelbereich haben. Ein Transfer beziehungsweise eine Vermarktung der Ergebnisse des Projektes wird insbesondere in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Chemiefaser-, Folien-, Textil- und Verpackungsmittelindustrie erfolgen, wobei besonders großes Interesse seitens der Firmen an den Ergebnissen des Projektes besteht, die auf dem Gebiet der biotechnologischen Erzeugung und Vermarktung von a-1,3-Polyglucanen sowie der Lebensmittelfolienherstellung arbeiten.
Neben den Arbeiten auf dem Gebiet der Verfahrensentwicklung zur Celluloseverformung unter Nutzung von NMMO werden am TITK in großem Umfang auch Untersuchungen zur Nutzung anderer Direktlösemittel für Cellulose, wie beispielsweise ionische Flüssigkeiten, aber auch spezieller Polysaccharid-Derivate und anderer natürlicher Polymere durchgeführt. Unter diesem Gesichtspunkt tragen die erzielten Projektergebnisse zum Verständnis des Einflusses von Molmassen und Molmassenverteilungen von Polymeren bei der Auflösung und Verformung auch für künftige Anwendungen zur Nutzung anderer Polymer- und Lösungsmittelsysteme sowie weiterer Produktentwicklungen durchaus grundlegenden Charakter. Bei einer Vermarktung der wissenschaftlichen Ergebnisse seitens der Industriepartner werden wirtschaftliche Effekte zunächst bei Herstellern von a-1,3-Polyglucanen gesehen, die einerseits ihr Portfolio mit der gezielten Anpassung ihrer Produkte an die neuartigen Applikationen erweitern und andererseits insgesamt eine signifikante Steigerung der Absatzmärkte erreichen können. Andererseits werden deutliche wirtschaftliche Auswirkungen auch bei Faser- und Folienproduzenten sowie sich anschließenden Anwendern dieser Faser- und Folienprodukte erwartet. Aufgrund der angestrebten, aus den Projektergebnissen resultierenden weiteren Produktentwicklungen, basierend auf einem neuartigen, biotechnologischen Polymer, sind auch spezielle Nischenprodukte (Kosmetika, Medizintextilien, Pharmamatrices, etc.) denkbar, die für KMU’s und Ausgründungen von Interesse sein könnten.