Die Nachfrage nach Produkten, die ohne fossile Rohstoffe auskommen, ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Das Verbundvorhaben »BioPSA« beschäftigte sich deshalb mit der Weiterentwicklung von Haftschmelzklebstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen, die z. B. bei Klebebändern zum Einsatz kommen können. Das Ergebnis des Projekts, an dem die Westfälische Hochschule Recklinghausen sowie die Industrie-Partner Jowat SE, Henkel AG & Co. KGaA und Logo tape Gesellschaft für Selbstklebebänder mbH & Co. KG beteiligt sind: Ein biobasierter Haftschmelzklebstoff, der sich auch in großem Maßstab produzieren lässt.

Bioklebstoff im Industriemaßstab

Haftklebstoffe (eng. Pressure Sensitive Adhesives, PSA) zeichnen sich dadurch aus, dass sie unter Raumtemperatur permanent klebrig bleiben. Als Haftschmelzklebstoff wird ein Haftklebstoff bezeichnet, der aus einer Schmelze verarbeitet wird. Sie bestehen im Wesentlichen aus den drei Basis-Komponenten: Rückgratpolymer, Klebrigmacher (Tackifier), Weichmacher und weiteren Additiven. Rückgratpolymere – auch Basispolymer genannt – sind für den Zusammenhalt der gesamten Formulierung und für die Klebkraft verantwortlich. Sie geben den Klebstoffen also ihre innere Festigkeit (Kohäsion).

Für die Herstellung von Haftklebstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen ist die Wahl des Rückgratpolymers von großer Bedeutung. Unter dem Aspekt der Verfügbarkeit, der Kosten, der Modifizierungsmöglichkeiten, der Nachhaltigkeit und der Verträglichkeit mit Trägersubstraten ist die Wahl im Projekt »BioPSA« auf Poly-L-Milchsäure (PLA) gefallen. Dieses Polymer aus nachwachsenden Rohstoffen ist im world-scale Maßstab und zu vergleichbaren Preisen wie fossil basierte Rückgratpolymere verfügbar. Die Forschenden von Fraunhofer UMSICHT haben die Eigenschaften eines PLA-Rückgratpolymers so weiterentwickelt, dass sich die Formulierung vom Labormaßstab in die industrielle Praxis übertragen lässt.

Die Rezeptur des neuen Bioklebstoffs wurde an der Westfälischen Hochschule, Standort Recklinghausen, gemeinsam mit den Industriepartnern Jowat SE und Henkel entwickelt und optimiert. Die Herausforderung bestand darin, mit der Rezeptur ähnliche Klebeigenschaften wie kommerzielle Klebstoffe zu erzielen.  

Patent für neuen Bioklebstoff

In enger Zusammenarbeit ist es den Partnern des Projekts »BioPSA« gelungen, das Rückgratpolymer chemisch so zu verändern, dass daraus ein auf PLA-basierender Klebstoff formuliert werden kann. Für den Bioklebstoff haben sich aus etwa 300 Formulierungen zwei als geeignet erwiesen, die schließlich von den Industriepartnern im kleinen Technikumsmaßstab erfolgreich hergestellt und getestet wurden.  

»Wir arbeiten weiter an Verbesserungen der Rezeptur und ihrer Herstellung, so dass die PLA-Klebstoffe in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können«, so Dr. Inna Bretz, Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer UMSICHT. Sobald ein Hersteller gefunden wird, der die Rohstoffe für die jeweiligen Formulierungen anbietet, können in Zukunft auch kommerzielle Maßstäbe für die Produktion des neuen Bio-Klebstoffs angestrebt werden. Für die Klebstoff-Zusammensetzung als auch das Basispolymer haben die Forschenden ein Patent angemeldet.

Förderhinweis

Das Projekt »BioPSA« wurde im Rahmen des Förderprogramms »Nachwachsende Rohstoffe« des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL), Förderschwerpunkt »Klebstoffe und Bindemittel«, gefördert. Projektträger war die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR).

Partner im Projekt »BioPSA«

• Westfälische Hochschule Gelsenkirchen, Bocholt, Recklinghausen
• Jowat SE, Detmold
• Logo tape Gesellschaft für Selbstklebebänder mbH & Co. KG, Harrislee
• Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf