Polysaccharide

Cellulose

Ein wesentlicher Schwerpunkt der Forschungstätigkeit des Institutes liegt seit vielen Jahren im Bereich der Cellulosechemie. 

Perlcellulose (magnetisiert)

In Zusammenarbeit mit der Donauuniversität Krems wurden für die Elimination von Toxinen im biomedizinischen Einsatz Mikrocarrier auf der Basis von Cellulose (sphärische Cellulosepartikel 1-10 µm) im Technikumsmaßstab hergestellt. Diese Herstellung erfolgt aus Celluloseacetat. Die gebildeten Celluloseacetatpartikel werden deacetyliert und durch verschiedene polymeranaloge Reaktionen aktiviert. Im Anschluss erfolgt die Anbindung von Substanzen für die spezifische Adsorption (z. B. Antikörper).

Eine Weiterentwicklung besteht in einer in-situ Magnetisierung dieser Cellulosepartikel mittels Magnetit. Dies erlaubt in späteren Anwendungen eine Detektionsmöglichkeit der Partikel in komplexen Systemen.

Nano- und mikrofibrillierte Cellulose

Cellulose ist ein sehr stabiles Biopolymer, welches sich durch viele freie OH-Gruppen und damit viele polare Zentren auszeichnet. Mit Hilfe eines Microfluidizers® können aus dem Makromolekül Mikro- und Nanostrukturen erzeugt werden.

Die entstehenden Strukturen interagieren durch zusätzliche freie und zugängliche OH-Gruppen gut mit Wasser und sind so in der Lage, Gele auszubilden. 
Zur Herstellung dieser Cellulosen werden Zellstoffe aus unterschiedlichen Pflanzenmaterialien und verschiedenen Aufschlussprozessen eingesetzt.

Das hochviskose Material ist gut zur Herstellung von Aerogelen und Filmen geeignet.
Durch eine gezielte Modifizierung können Nanocellulosen mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden. 

Polysaccharidderivate

Durch ihre strukturelle Vielfalt und leichte Modifizierbarkeit sind Polysaccharide interessante Ausgangsstoffe für multifunktionelle Materialien. Zudem zeichnen sie sich durch eine hohe Verfügbarkeit und biologische Abbaubarkeit aus und stellen damit eine nachhaltige Alternative zu synthetischen Polymeren dar.
Fokus der Forschung am IPHC ist es die strukturgegebenen Eigenschaften von Polysacchariden, wie Cellulose, Hemicellulosen, Stärke, Pektin und Chitosan, durch eine gezielte chemische Modifizierung zu verändern. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Isolierung und Derivatisierung dieser Biopolymere. Potentielle Anwendungsgebiete der so erzeugten Derivate sind vielfältig und unter anderem im biomedizinischen, landwirtschaftlichen und technischen Bereich zu finden.
Aktuelle Forschungsprojekte thematisieren beispielsweise die Synthese anionischer Cellulose- und Chitosanderivate für den Bereich des Tissueengineering sowie die Erzeugung von Hydrogelen auf Basis Polysaccharid-reicher pflanzlicher Reststoffe.
Ein wichtiger Aspekt dieser Forschungsarbeiten ist die Charakterisierung der Produkte. Eigenschaften wie Kristallinität, Molmassenverteilung oder Morphologie beeinflussen wesentlich die Reaktivität und damit die spezifische Anwendbarkeit.

Cellulosederivate

So genannte GAG (Glykosaminoglykane) analoge Polysaccharide werden in Kooperation mit der Martin- Luther- Universität Halle- Wittenberg ausgehend von Cellulose und Chitosan durch regioselektive Funktionalisierung mit gezielt eingestellten Sulfatierungsgraden und unterschiedlichen Kettenlängen synthetisiert und ihre Wirkung auf Proliferation und Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen untersucht.

Stärke

Stärke und Stärkederivate sind auch bekannte natürliche Bindemittel, die zunehmend auch im Bereich von Holzfaserwerkstoffen eingesetzt werden. Durch chemische Modifizierung können dabei flammenhemmende Eigenschaften erzielt werden. Mit der Einführung von Phosphat- und Carbamatgruppenkönnen Stärkederivate hergestellt werden, die Flammschutzeigenschaften aufweisen. Diese Eigenschaften lassen sich direkt auf die eingebrachten funktionellen Gruppen zurückführen. Stärkederivate können als Flammschutzmittel z. B. in Holzfaserdämmstoffen eingesetzt werden. Hohe der Stickstoff- bzw. Phosphorgehalt in den Stärkederivaten führen zu einer besseren Brandschutzwirkung der Flammschutzmittel.

Hemicellulosen (Xylan und Pektin)

Xylane aus verschiedenen Rohstoffquellen werden unterschiedlich modifiziert und hinsichtlich ihrer Wechselwirkungen mit Cellulosefasern untersucht.
Aus Zuckerrübenschnitzeln wird Pektin über verschiedene Extraktionsverfahren separiert und anschließend unterschiedlich modifiziert, um die Wechselwirkungen mit Cellulosefasern zu beeinflussen.