Isolierung, chemische Modifizierung und Nutzung von Arabinoxylanen (KAX

Die Tatsache der begrenzten Verfügbarkeit von nicht regenerierbaren Ressourcen und steigende Umweltprobleme stellen die optimierte Nutzung von Biomasse immer mehr in den Vordergrund. Große Mengen Biomasse fallen in der Agrar-, Nahrungsmittel- und Bioenergieindustrie in Form ungenutzter Reststoffe an. Das Potential dieser xylanhaltigen Reststoffe wird momentan jedoch kaum genutzt, da zum einen Isolierungsprozesse zur Gewinnung des Polymers bisher im industriellen Maßstab nicht etabliert und zum anderen kaum Einsatzbereiche zur Nutzung untersucht sind. Wie bereits bekannt, kann mit Hilfe einer gezielten chemischen Modifizierung der gewonnenen Xylane das Potential einer stofflichen Nutzung wesentlich erweitert werden. Ziel des Vorhabens war es kationischen Xylanderivate aus industrienahen Xylanquellen herzustellen und deren Einsatz in verschiedenen praxisrelevanten Systemen zu untersuchen.

Ergebnisse

Für die Untersuchungen wurden zwei Xylantypen, ein Haferspelzenxylan und ein Weizenxylan verwendet. Eine wichtige Grundlage zur Gewährleistung der Kontinuität und Qualität der zu entwickelnden Produkte und damit zur Etablierung von xylanbasierten Materialien war die analytische Charakterisierung sowohl der Ausgangsrohstoffe als auch der kationischen Hydroxypropyltrimethylammonium und Dialkylaminoethyl - Derivate. Es konnte erfolgreich die Synthese hinsichtlich Produkt und Reagenzausbeute sowie Up-scale-Bedingungen optimiert und Produkte innerhalb eines breiten Bereiches unterschiedlicher Kationisierungsgrade hergestellt werden. Mit diesen wurden für Anwendungen relevante Wechselwirkungen in verschiedenen Systemen wie die Ausbildung von Gelen, das Verhalten in Partikelsystemen (Stabilisierungs-, Flockungsbedingungen), Wechselwirkungen mit anderen Polymeren, Beschichtungsversuche, antimikrobielle Wirksamkeiten und der positive Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Papieren untersucht.

Anwendung

Kationische Xylane eignen sich in Kombination mit anderen Polymeren zur Herstellung von Gelen für medizinische, lebensmitteltechnische und analytische Anwendungen. Bei relativ hohem Kationisierungsgrad sind sie selbst als antimikrobielle Substanzen aktiv bzw. können zur Stabilisierung von Silbernanopartikeln für die Beschichtung dieser auf unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden. In der Papierherstellung sind gering kationisch modifizierte Xylane sowohl als Streichadditiv als auch in der Masseanwendung zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften interessant.