Von Lignin zu Hochleistungs-Thermoplasten: Entwicklung einer Syntheseroute für Ligning basierte Polymere
Max Anders Kramer, Alina Rey
Die Substitution fossiler Rohstoffe durch biobasierte Alternativen ist ein zentrales Ziel moderner Materialwissenschaft. Lignin – das zweithäufigste Biopolymer der Erde – bietet aufgrund seiner aromatischen Struktur ein hohes Potenzial für nachhaltige Hochleistungswerkstoffe. Unser Projekt adressiert die Frage: Wie können ligninbasierte Bausteine für die Herstellung thermoplastischer Polymere genutzt werden, um eine bioökonomische Alternative zu petrochemischen Kunststoffen zu schaffen? Als besonders vielversprechend erwies sich die Synthese von Bisguaiacol F (BGF), das strukturell klassischen Bisphenolen ähnelt, jedoch aus Ligninderivaten zugänglich ist. Die von uns ausgearbeitete Route basiert auf der säurekatalysierten Kondensation von Guaiacol und Vanillylalkohol unter milden Bedingungen (Amberlyst® 15, 70 °C, Inertgas). Dieses Verfahren zeichnet sich durch einfache Laborumsetzbarkeit, lösungsmittelfreie Bedingungen und Wiederverwendbarkeit des Katalysators aus. Parallel wurde die Prozesskette für die Umsetzung von BGF in funktionelle Monomere (z. B. Diglycidylether, cyclische Carbonate) erarbeitet, um später Non-Isocyanate-Polyurethane (NIPUs) oder Polycarbonate herzustellen. Der aktuelle Stand umfasst die vollständige methodische Ausarbeitung, die Beschaffung der Ausgangsstoffe (u. a. Vanillin) und die Planung der ersten Laborsynthese. Geplante Analysen sind FTIR, NMR und DSC, um Struktur und thermische Eigenschaften zu validieren. Anschließend sollen Polykondensationsreaktionen mit Dimethylcarbonat (DMC) und Zinkacetat als Katalysator untersucht werden, um phosgenfreie, amorphe Polycarbonate herzustellen. Die entwickelten Materialien sollen gezielt für den Einsatz im PBF-LB-Verfahren (Laser Powder Bed Fusion) optimiert werden, um ihre Eignung für additive Fertigung sicherzustellen. Langfristig zielt das Projekt darauf ab, verarbeitbare Thermoplaste aus ligninbasierten Bausteinen zu entwickeln, die mechanisch mit erdölbasierten Polymeren konkurrieren können und sich für additive Fertigung eignen. Unser Beitrag stellt die Motivation, die entwickelte Methodik sowie die nächsten Schritte zur Umsetzung von BGF-basierten Polymeren vor und diskutiert deren Potenzial für eine nachhaltige Werkstoffentwicklung.