Ziel der Entwicklung

Logo: Eigenschaftsprofil verschiedener Klebstoffrezepturen
Eigenschaftsprofil verschiedener Klebstoffrezepturen

Schmelzklebstoffe stellen 15-20 Prozent am Gesamtmarkt der Klebstoffe dar, mit nach wie vor steigender Tendenz. Die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe gewinnt zunehmend an Bedeutung. Antrieb für diese Entwicklung sind u.a. der Klimawandel und die Notwendigkeit erdölunabhängige Quellen zu verwenden. Polymilchsäure (Englisch: poly(lactic acid), PLA), ist ein prägnantes Beispiel für Biopolymere, die gewissermaßen „von Menschenhand“ aus biogenen Monomeren aufgebaut werden. Es gehört zu den Biokunststoffen für die weltweit die größte Produktionskapazität vorhanden ist. PLA ist der erste Biokunststoff, der in industriell signifikanten Mengen hergestellt wurde. Darüber hinaus gehört PLA zu den günstigsten Biokunststoffen, ist unter industriellen Bedingungen kompostierbar, biokompatibel und hat nach Einschätzung großer Produzenten das Potential, Massenkunststoffe wie Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol (PS) zu ersetzen. Für biobasierte und /oder bioabbaubare Schmelzklebstoffe gibt es am Markt bisher nur vereinzelte Produkte mit kaum merklicher kommerzieller Bedeutung. Die Möglichkeiten zur Entwicklung von Alternativen zu den verbreiteten erdölbasierten Schmelzklebern sind bei Weitem noch nicht ausgereizt und stehen erst am Anfang.

Vorteile und Lösungen

Ziel des Projekts war es, kommerzielle Polymilchsäure zu einem geeigneten Basispolymer für Schmelzklebstoffe zu modifizieren und anschließend mit ausgewählten biobasierten Harzen, Weichmachern und Wachsen zu compoundieren. Für die Anwendung als Schmelzklebstoff ist die handelsübliche Polymilchsäure im Vergleich zu EVA und PO spröde und erst bei relativ hohen Temperaturen verarbeitbar. Zur Verbesserung der Flexibilität und Senkung des Schmelzbereiches wurde das PLA zum einen chemisch und zum anderen mit biobasierten Weichmachern modifiziert. Damit gelang es das PLA für die Anwendung als Basispolymer für Schmelzklebstoffe zu optimieren. Über statistische Versuchsplanung und zuvor ausgewählte biobasierte Harze und Wachse konnte eine Schmelzklebstoffforumlierung entwickelt werden, die mit einem petrobasierten Schmelzklebstoff bezüglich Kleb-, und Verarbeitungseigenschaften vergleichbar war. Über ein Upscaling konnten im 20L-Reaktor 15 Kilogramm des Materials hergestellt werden. Erste Versuche an einer Schmelzklebstoff-Kaschieranlage zeigten vielversprechende Ergebnisse und bilden die Basis für anwendungsbezogene Weiterentwicklungen. Die Forschungsergebnisse sind sowohl für das TITK als auch für Klebstoffhersteller, -verarbeiter und den Endanwender interessant.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der Zielmarkt biobasierter Schmelzklebstoffe auf der Basis von PLA ist klar im Anwendungs-bereich der derzeit genutzten EVA Schmelzklebstoffe, PO Schmelzklebstoffe angesiedelt. Dieser Bereich umfasst folgende Industriezweige:
Verpackungsindustrie: Verklebung von Kartons, Beuteln, Briefumschläge (22 Prozent) / Holz-, und Möbelindustrie: Kantenumleimung (12 Prozent) / Hygieneindustrie: Kosmetikartikel (12 Prozent) / Heim- und Handwerker-Bereich: Klebesticks für Klebepistolen (7 Prozent) / Buchbinderei: Verklebung von Buchrücken (6 Prozent). Diese Branchen korrelieren in ausgezeichneter Weise mit dem biobasierten Ansatz, da die Verklebung von nativen Materialien wie Holz und Papier hier eine zentrale Rolle spielt. Zudem sind gerade in der Verpackungsindustrie sehr kurzlebige Produkte (Kartons, Faltschachteln, Beutel) im Einsatz, wobei ein Klebstoff auf natürlicher Basis und mit bioabbaubaren Eigenschaften daher von großem Vorteil ist.
Die Vertriebskonzeption sieht zunächst vor, die Produktion und Verwertung mit Unterstützung der TITK-Tochtergesellschaft smartpolymer GmbH zu starten. Die kommerzielle Herstellung des Bio-Schmelzklebstoffes kann in der smartpolymer GmbH erfolgen, die bereits kleine Produktionsanlagen im Technikumsmaßstab betreibt. Das anfängliche Produktionsvolumen beläuft sich dabei auf etwa fünf Jahrestonnen Klebstoff, die an kleine- und mittelständische Unternehmen verkauft werden sollen. Die Produktion kann mittelfristig durch Lizenzvergabe an weitere Produzenten gesteigert werden. Interessierte KMUs von regional ansässigen beziehungsweise überregionalen Verpackungsmittelherstellern, und -Verarbeiter werden frühzeitig in die Anwendungsuntersuchungen und die sich anschließenden Schritte zur Eigenschaftsverbesserung des Schmelzklebstoffes einbezogen.
Die erfolgreiche Bearbeitung dieses Projektes führt beim Antragsteller in der Regel in zweierlei Hinsicht zu positiven wirtschaftlichen Effekten: Einerseits werden durch die Bearbeitung des Projektes Impulse für weitere eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten geschaffen, andererseits zeigt die Erfahrung, dass einem erfolgreich zu Ende geführten Forschungsprojekt neben dem Hauptergebnis, das ein Verfahren oder ein Produkt sein kann, neue Produktideen oder Halbprodukte entspringen.
Insbesondere wird erwartet, dass mit den (potentiellen) Anwendern der zu entwickelnden Klebstoffe (Verpackungshersteller (Faltschachteln, Kartons), Möbelhersteller (Kantenumleimung), Buchbinder) FuE-Projekte initiiert werden, die die Optimierung des Produkts in Bezug auf die geplante Endanwendung zum Ziel haben.