PLA-Schmelzklebstoffe

Schmelzklebstoffe nehmen 15-20% am Gesamtmarkt der Klebstoffe ein, mit nach wie vor steigender Tendenz. Die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe gewinnt zunehmend an Bedeutung. Antrieb für diese Entwicklung sind u.a. der Klimawandel und die Notwendigkeit erdölunabhängige Quellen zu verwenden. Die Polymilchsäure (Englisch: poly(lactic acid), PLA) ist ein prägnantes Beispiel für Biopolymere, die gewissermaßen „von Menschenhand“ aus biogenen Monomeren aufgebaut werden. Es gehört zu den Biokunststoffen 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 und/oder bioabbaubare Schmelzklebstoffe gibt es am Markt bisher nur vereinzelte Produkte mit kaum merklicher kommerzieller Bedeutung. Die Möglichkeiten zur Entwicklung von Alternativen zu den verbreiteten erdölbasierten Schmelzklebern sind bei Weitem noch nicht ausgereizt und stehen erst am Anfang. Ziel des Projektes war es, kommerzielle Polymilchsäure zu einem geeigneten Basispolymer für Schmelzklebstoffe zu modifizieren und anschließend mit ausgewählten biobasierten Harzen, Weichmachern und Wachsen zu compoundieren.

Ergebnisse

Zur Verbesserung der Flexibilität und Senkung des Schmelzbereiches wurde das PLA zum einen chemisch und zum anderen mit biobasierten Weichmachern modifiziert. Damit gelang es, das PLA für die Anwendung als Basispolymer für Schmelzklebstoffe zu optimieren. Durch Verträglichkeitsuntersuchungen konnten geeignete klebrigmachende Harze und Wachse evaluiert werden. Über statistische Versuchsplanung und den ausgewählten biobasierten Harzen und Wachsen konnten Schmelzklebstoffforumlierungen entwickelt werden, die mit petrobasierten Schmelzklebstoffen bezüglich Kleb-, und Verarbeitungseigenschaften vergleichbar sind. Eine besonders gute Haftung zeigte sich auf Papier, Holz und anderen polyesterbasierten Polymeren. Über ein Upscaling konnten im 20L-Reaktor 15 kg des Materials hergestellt werden. Erste Versuche an einer Schmelzklebstoff-Kaschieranlage zeigten vielversprechende Ergebnisse und bilden die Basis für anwendungsbezogene Weiterentwicklungen.

Anwendung

Die Forschungsergebnisse sind sowohl für das TITK als auch für Klebstoffhersteller, -verarbeiter und den Endanwender interessant.