Zu 100 Prozent biobasierte Weichmacher


05.09.2014 – Fraunhofer Umsicht befasst sich im Rahmen eines Forschungsprojekts mit der Herstellung höherer Alkohole aus vollständig biobasierten Ausgangsstoffen. Daraus abgeleitete Ester könnten unter anderem als Weichmacher in Polymeren Einsatz finden.

Fraunhofer Umsicht hat ein Verfahren entwickelt, das höhere Alkohole mit drei bis zehn Kohlenstoffatomen (wie Butanol oder Hexanol) aus biobasierten kurzkettigen Alkoholen mit ein bzw. zwei Kohlenstoffatomen (Methanol, Ethanol) zugänglich macht. Reagieren die höheren Alkohole mit Säuren (Bernstein- oder Citronensäure), die durch Fermentation hergestellt wurden, entstehen als neue
Verbindungen Ester, die zu 100 Prozent biobasiert sind. Der Markt für diese organischen Verbindungen, die unter anderem als Weichmacher in Polymeren verwendet werden können, umfasst jährlich etwa 20 Millionen Tonnen.

Biobasierte Ester wirtschaftlich herstellen

In einem vorangegangenen Projekt wurden bereits mit einem speziellen Katalysator in einem kontinuierlich betriebenen Prozess Kettenaufbaureaktionen wie etwa die Dimerisierung (Reaktion von zwei Molekülen) von Ethanol zu Butanol durchgeführt. Im weiteren Reaktionsverlauf entstehen durch Reaktionen von Ethanol mit neu gebildeten Alkoholen wie Butanol noch höhermolekulare Alkohole (z.B. Hexanol oder Octanol). Durch Variation der Stoffmengenverhältnisse werden die Produktverhältnisse stark beeinflusst. So werden bei der Verwendung bestimmter Mischungen Alkohole mit einer ungeraden
Anzahl an Kohlenstoffatomen gebildet. Die Anzahl der kurzkettigen verzweigten Moleküle (z.B. Isobutanol) nimmt somit zu.
Im nächsten Schritt folgt die Veresterung von vornehmlich Bernsteinsäure, aber auch Citronensäure mit den zuvor hergestellten Alkoholgemischen. Insbesondere wird dabei auch auf die Wiederverwendung der heterogenen Katalysatoren geachtet, da dies entscheidend für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sein kann. Der Gesamtprozess wird aufgrund des Verzichts auf eine stoffspezifische Trennung (Aufreinigung) des Reaktionsprodukts stark vereinfacht, was die Herstellungskosten der Ester deutlich mindert. Die Umsetzung höherer Alkohole oder deren Gemische mit biobasierter Bernstein- oder Citronensäure läuft bevorzugt unter Verwendung saurer Katalysatoren ab. Die Reaktionen werden in einem Parallelreaktorsystem durchgeführt. Dieser Aufbau dient dazu, Reaktion und Stofftrennung voneinander zu separieren. Dadurch kann
bei der Stofftrennung mit höheren Temperaturen gearbeitet werden.

Einsatzmöglichkeiten

Die Ester werden in Mustermengen hergestellt, damit deren Anwendung als Weichmacher in unterschiedlichen Kunststoffen intensiv getestet werden kann. Denn: Derartige biobasierte Weichmacher könnten künftig auf Basis fossiler Rohstoffe hergestellte Produkte mit hoher Marktrelevanz und entsprechender Wertschöpfung ersetzen. Daher messen die Forscher der Herstellung und späteren Applikation einen besonderen Stellenwert bei.Quelle: Fraunhofer Umsicht