Ziel der Entwicklung

Schmelzklebstoffe stellen einen Anteil von 15-20 Prozent am Gesamtmarkt der Klebstoffe dar. Die Tendenz ist steigend, da die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe zunehmend an Bedeutung gewinnt. Antrieb für diese Entwicklung sind unter anderem der Klimawandel und die Notwendigkeit zur Nutzung von erdölunabhängigen Quellen. Polymilchsäure (englisch: poly (lactic acid), PLA) ist ein prägnantes Beispiel für Biopolymere, die gewissermaßen „von Menschenhand“ aus biogenen Monomeren aufgebaut werden. Es gehört zu der Gruppe der Biokunststoffe, 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 beziehungsweise bioabbaubare Schmelzklebstoffe gibt es am Markt bisher nur vereinzelte Produkte mit geringer kommerzieller Bedeutung. Die Möglichkeiten zur Entwicklung von Alternativen zu den verbreiteten erdölbasierten Schmelzklebern stehen erst am Anfang und sind bei Weitem noch nicht ausgereizt.

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 Ethylenvinylacetat (EVA) und Polonium (PO) spröde und erst bei relativ hohen Temperaturen verarbeitungsfähig. Zur Verbesserung der Flexibilität und Senkung des Schmelzbereiches wurde das PLA zum einen chemisch und zum anderen mit biobasierten Weichmachern modifiziert. Somit konnte das PLA für die Anwendung als Basispolymer für Schmelzklebstoffe optimiert werden. Über statistische Versuchsplanung und zuvor ausgewählte biobasierte Harze und Wachse konnte eine Schmelzklebstoff-Formulierung entwickelt werden, die mit einem petrobasierten Schmelzklebstoff bezüglich der 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 die Klebstoffhersteller und -verarbeiter sowie den Endanwender interessant.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der Zielmarkt biobasierter Schmelzklebstoffe auf der Basis von PLA ist derzeit im Anwendungsbereich der genutzten EVA- und PO Schmelzklebstoffe angesiedelt. Dieser Bereich umfasst Industriezweige der Verpackungsindustrie, beispielweise die Verklebung von Kartons, Beuteln und Briefumschlägen, sowie der Holz- und Möbelindustrie im Bereich der Kantenumleimung. Weitere Zielmärkte sind die Hygieneindustrie mit Kosmetikartikeln, der Heim- und Handwerker-Bereich mit Klebesticks für Klebepistolen sowie die Buchbinderei bei der Verklebung von Buchrücken. 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 in der Verpackungsindustrie sehr kurzlebige Produkte wie Kartons, Faltschachteln und Beutel im Einsatz. Dementsprechend ist hier ein Klebstoff auf natürlicher Basis und mit bioabbaubaren Eigenschaften ein großer Vorteil. 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 eine Lizenzvergabe an weitere Produzenten gesteigert werden. Interessierte kleine und mittelständische Unternehmen von regionalen- und überregionalen Verpackungsmittelherstellern und -Verarbeitern werden frühzeitig in die Anwendungsuntersuchungen und die sich anschließenden Schritte zur Eigenschaftsverbesserung des Schmelzklebstoffes einbezogen. Die erfolgreiche Bearbeitung dieses Projektes führt beim Antragsteller 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, welches ein Verfahren oder ein Produkt sein kann, neue Produktideen oder Halbprodukte entspringen. Zudem wird erwartet, dass mit den potentiellen Anwendern der zu entwickelnden Klebstoffe Projekte im Bereich der Forschung und Entwicklung initiiert werden, die die Optimierung des Produkts im Bezug auf die geplante Endanwendung zum Ziel haben.