Holzchemie
Holzaufschluss
Schwerpunkt bei der chemischen Technologie des Holzes stellt der chemische Aufschluss von Holz dar. Auf den Verlauf des Aufschlusses (Dauer, Energieverbrauch) sowie auf die Eigenschaften der gewonnenen Cellulosefasern hat neben den Prozessparametern auch die Vorbehandlung der Holzhackschnitzel einen wesentlichen Einfluss. Am IPHC werden in kleintechnischen Anlagen und im Labormaßstab das alkalische Aufschlussverfahren (Sulfatverfahren, Aufschlusslösung NaOH und Na2S) sowie das Sulfitverfahren (saures Bisulfitverfahren, Aufschlusslösung z.B.: Mg-Bisulfit und SO2) durchgeführt. Prozessparameter, Aufschlusschemikalien und Faserstoffeigenschaften werden vor, während und nach dem Kochprozess bestimmt. Der pH-Wert ist eine wichtige Prozessgröße. Die Bestimmung dieses Wertes unter Druck und Temperatur im Technikumsmaßstab stellt eine Besonderheit unseres Institutes dar. Beim Sulfataufschluss kann eine online-Messung der Leitfähigkeit der Aufschlusslösung durchgeführt werden.
Daneben wird der Einfluss dieser Parameter auf die notwendige Nachbehandlung zur Ligninentfernung (Bleichen) aus dem Faserstoff untersucht. Hierzu können unterschiedliche Bleichen (H2O2, Sauerstoff, Ozon) durchgeführt werden.
Cellulosechemie
Im Bereich der Cellulosechemie beschäftigt sich das IPHC mit der Konfektionierung von Cellulosederivaten für spezielle Anwendungen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet hierbei ist im medizinischen und pharmazeutischen Bereich angesiedelt. So werden z. B. GAG (Glykosaminoglykane) analoge Polysaccharide ausgehend von Cellulose und Chitosan durch regioselektive Funktionalisierung mit gezielt eingestellten Sulfatierungsgraden und unterschiedlichen Kettenlängen synthetisiert. Diese haben eine Wirkung auf Proliferation und Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen.
Aus Celluloseactetat können sphärische Cellulosepartikel im Größenbereich von 1 - 10 µm gezielt hergestellt werden. Die Partikel können als Trägermaterialien für aktive Substanzen wie Enzyme, oder Endotoxinadsorber genutzt werden.
Ein wichtiger Aspekt dieser Forschungsarbeiten ist die Charakterisierung der Cellulose und Cellulosederivate. Eigenschaften wie die Kristallinität, Molmassenverteilung oder der Hemicellulosegehalt sowie der Derivatisierungsgrad beeinflussen wesentlich die Reaktivität und damit die spezifische Anwendbarkeit.
Polysaccharide
Hierzu zählen neben der Hemicellulose auch pflanzliche Stoffe wie Stärke oder Pektin. Entsprechend ihrer unterschiedlichen Funktion in den Pflanzen erstreckt sich die Verwendung von Polysacchariden über ein breites Spektrum.
Stärke als nachwachsendes Biopolymer kann als Bodenwasserspeicher eingesetzt werden, wofür durch Derivatisierung der Stärke deren Hydrophilie deutlich gesteigert wird, was eine wesentliche Voraussetzung für die Bildung von Hydrogelen ist.
Ferner sind Stärke und Stärkederivate auch bekannte natürliche Bindemittel, die zunehmend auch im Bereich von Holzfaserwerkstoffen eingesetzt werden sollen. Hier müssen Problemstellungen wie die Wasserlöslichkeit durch gezielte Modifizierungen oder Zusätze von hydrophobisierenden Stoffen gelöst werden.
Als ein neues Einsatzgebiet haben sich Flammschutzmittel auf Polysaccharidbasis erwiesen. Hierfür werden die Polysaccharide einer chemischen Modifizierung unterzogen, durch die ein Eibau von Stickstoff und Phosphor erreicht wird.
Ligninnutzung
Lignin ist ein Biopolymer, was in großen Mengen der Zellstoffherstellung anfällt. Die chemische Struktur von Lignin ist sehr vielseitig und hängt sowohl von den biologischen Quellen als auch von den für die Separierung genutzten Aufschlussmethoden und -parametern ab. Daher ist die stoffliche Nutzung von Lignin derzeit noch sehr schwierig. Bestrebungen gehen dahin, die verschiedenen Lignine hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften für die entsprechenden Anwendungen zu optimieren.