BioPSA: Biobasierte Haftklebstoffe

Aufbauend auf dem Verbundvorhaben »BioPSA: Haftschmelzklebstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe« sollen die Grundformulierungen von Haftschmelzklebstoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe weiterentwickelt und an unterschiedliche Anwendungsbereiche angepasst werden. Fraunhofer-Forscher*innen haben dazu das im Vorprojekt erforschte PLA-Rückgratpolymer (PLA: Polymilchsäure) mit den besten Eigenschaften im Labormaßstab optimiert und im Hinblick auf eine mögliche großtechnische Herstellung untersucht.

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.

Ein Haftklebstoff (eng. PSA – Pressure Sensitive Adhesive) ist ein »Klebstoff, der bei Raumtemperatur in trockenem Zustand dauerklebrig ist und der unter kurzem, geringem Druck leicht an Oberflächen haftet«^[1]. Er wird in der Regel auf verschiedenen Trägermaterialien aufgebracht und findet häufig in Post-Its, Klebebändern und -etiketten Anwendung. Als Haftschmelzklebstoff wird ein Haftklebstoff bezeichnet, der aus einer Schmelze verarbeitet wird. Die Basis für Haftklebstoffe sind im Allgemeinen vier Komponenten: Rückgratpolymer, Klebrigmacher (Tackifier), Weichmacher und weitere Additive. Das Rückgratpolymer – auch Basispolymer genannt – ist eine kohäsionsbestimmende Komponente (Kohäsion oder »innerer Zusammenhalt: Zustand, in dem die Teile eines Stoffes durch primäre oder sekundäre Valenzkräfte zusammengehalten wird«^[1]). Sie ist für die Klebkraft eines Haftklebstoffes verantwortlich.

Wirtschaftliche Herstellung der Rückgratpolymere

Für die Herstellung von Haftklebstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen ist die Wahl des Rückgratpolymers von großer Bedeutung. Wichtig für Unternehmen aus der Klebstoffindustrie ist zudem, dass dieses Rückgratpolymer im industriellen Maßstab hergestellt werden kann.

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.

Da sich die Eigenschaften von PLA deutlich von denen der bislang im Klebstoffbereich eingesetzten Polymere unterscheiden, war es zudem notwendig, eine komplett neue Klebstoff-Rezeptur zu entwickeln.

In enger Zusammenarbeit ist es den Partnern und Partnerinnen des Projekts »BioPSA« gelungen, das Rückgratpolymer chemisch so zu verändern, dass daraus ein auf PLA-basierender Klebstoff formuliert werden kann.

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. Die große Anzahl an Inhaltsstoffen der Klebstoffformulierung (Tackifier, Weichmacher und andere Mischungsbestandteile) sowie die Komplexität der möglichen Wechselwirkungen mit dem Rückgratpolymer mussten in diesem Rahmen berücksichtigt werden.

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. Der neue Bioklebstoff weist durch das modifizierte Polymerrückgrat die klebtechnisch wichtigen elastomeren Eigenschaften sowie die Kohäsionsfähigkeit im gewünschten Bereich auf.

Der Einsatz der neuen biobasierten Haftklebstoffe soll auf verschiedene Anwendungen übertragen und unter Berücksichtigung der Lizenzvergabe vermarktet werden. Basierend auf den Ergebnissen der Skalierung in den industriellen Maßstab wird eine kommerzielle Herstellung des Basispolymers untersucht und angestrebt. Die wissenschaftlichen Ergebnisse dienen der weiteren Erforschung von Bio-Haftklebstoffen und der Erschließung künftiger Anwendungsgebiete von PLA-Co-Polymeren. Für die Klebstoff-Zusammensetzung als auch das Basispolymer haben die Forschenden ein Patent angemeldet.

_{[1] DIN EN 923:2008-06. Klebstoffe - Benennungen und Definitionen; Deutsche Fassung EN 923:2005+A1:2008}

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