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Project topic informationLignin: Natürlicher Füllstoff bringt Funktionalität
© KraussMaffeiDie Unternehmensgruppe Synergy Horizon hat sich auf die Lignin-Valorisierung durch Hydrolyse spezialisiert. Lignin ist ein Biopolymer, das häufig als Nebenprodukt der Bioethanolindustrie anfällt. Synergy Horizon wandelt dieses in wertvolle Produkte für verschiedene Anwendungen um.
Die Kernkompetenzen des Unternehmens umfassen die Ligninreinigung, chemische Modifizierung und Funktionalisierung. Die Gruppe bietet Produkte an, die aus Lignin gewonnen wurden und für unterschiedliche Anwendungen wie Öl- und Gasextraktion, Batterieherstellung, Wasseraufbereitung, Tierfutter und mehr genutzt werden.
Mit unserem Compoundier-Know-how und dem einzigartigen Wissen unseres Projektpartners über die Ligninaufbereitung ist es uns gelungen, bis zu 30% Lignin in die PLA-Matrix einzubringen und ein Compound mit natürlicher antioxidativer Kapazität/Aktivität, verbesserten mechanischen Eigenschaften und kontrollierter biologischer Abbaubarkeit herzustellen. – Lars Darnedde, Verfahrenstechnische Entwicklung und Projektleiter, KraussMaffei Extrusion
Vom Abfallprodukt zum FüllstoffSynergy Horizon Poland Sp. z o.o., hat an seinem polnischen Standort in Poznan kürzlich ein Verfahren zur Herstellung von frei fließendem Ligninpulver entwickelt, das als Füllstoff in den Extruder dosiert werden kann. Lignin ist eine zu 100% natürliche Substanz, die nach Zellulose das weltweit am häufigsten vorkommende organische Material ist und mit verschiedenen Methoden aus lignozellulosehaltiger Biomasse extrahiert werden kann.
Eines dieser Verfahren ist die Hydrolyse von Biomasse für die Bioethanolproduktion, bei der Lignin als Nebenprodukt anfällt. Hydrolyse-Lignin weist einzigartige Eigenschaften auf, die sie von anderen Ligninarten unterscheiden. Weltweit fallen jährlich rund 50 Millionen Tonnen Lignin, darunter auch Hydrolyse-Lignin, als Abfallprodukt bei der Holzverarbeitung in der Papier- und Bioethanolindustrie an und werden zu 98% verbrannt.
Verschiedene Forschungsprojekte haben sich bereits mit dem wertvollen nachwachsenden Biorohstoff beschäftigt, doch seine Verwendung als Füllstoff in einer Biopolymermatrix ist bisher einzigartig. „Die Verarbeitung von Hydrolyse-Lignin ist jedoch keine leichte Aufgabe“, weiß Alexander Gonchar, Leiter der Forschung und Entwicklung bei Synergy Horizon und ist stolz darauf, dass sein Unternehmen heute eine wirtschaftliche Produktionslinie zur Herstellung von Ligninpulver betreibt.
Erfolgreiche Verfahrensoptimierung: KraussMaffei integriert bis zu 30% Lignin in PLA-MatrixDie Einarbeitung des natürlichen Rohstoffs in die PLA-Matrix hat KraussMaffei in seinem neu eingerichteten Technikum am Standort Laatzen durch umfangreiche Tests bestätigt. Sowohl mit dem Laborextruder ZE BluePower 28 als auch mit dem kleinen Produktionscompounder ZE BluePower 42 gelang es, bis zu 30 Prozent Lignin einzuarbeiten.
„Wir haben die Schneckenkonfiguration mit hochempfindlichen Mischelementen speziell auf das Lignin abgestimmt, arbeiten mit einer niedrigen Temperatur von maximal 160°C und nutzen sowohl eine 6 D lange Füllzone als auch eine Seitenentgasung“, gibt Lars Darnedde einen Einblick in die Prozesskonfiguration.
Die ZE BluePower-Generation mit ihrem optimalen Da/di von 1,65 bietet all diese Möglichkeiten „out of the box“ und ist damit perfekt für die Verarbeitung dieser scher- und temperaturempfindlichen Polymere geeignet.
Bis zu 30% Lignin werden in PLA-Matrix mit dem Laborextruder ZE BluePower 28 eingearbeitet. Spezielle Schneckenkonfiguration und innovative Technologien ermöglichen präzise Verarbeitung bei niedriger Temperatur von max. 160°C. © KraussMaffeiDie erfolgreiche Verfahrensabstimmung des Compoundierextruders und die Aufbereitung des Lignins wurden durch umfangreiche mechanische Tests bestätigt. Im Vergleich zu reinem PLA ermöglicht die Ligninverstärkung eine Steigerung des Biege- und Zugmoduls um etwa 30%.
Dies könnte sich bei Verpackungsanwendungen als nützlich erweisen, bei denen das Material steif genug sein muss, um unter Belastung seine Form zu behalten. Ein weiterer Vorteil ist, dass Lignin eine ausreichende antioxidative Kapazität aufweist, die insbesondere bei Lebensmittelverpackungen dazu beitragen kann, die Oxidation von Lebensmitteln zu verhindern.
Darüber hinaus können Qualität und Sicherheit gewahrt werden, indem sie die radikalische Oxidation hemmen und die Bildung von Fehlaromen, Gerüchen oder toxischen Verbindungen verhindern. Außerdem ist die Bioverbindung mit Lignin im Gegensatz zu anderen Ligninarten geruchsneutral und dadurch für Lebensmittelverpackungen geeignet.
Eine neuartige Bicompound-Verbindung, die antioxidative Eigenschaften aufweist, könnte auch für biologisch abbaubare Kunststoffe für landwirtschaftliche Zwecke, wie z.B. Mulchfolien, angewendet werden, um sie vor oxidativem Abbau zu schützen.
Ligninverstärktes PLA: 30% Lignin für verbesserte Eigenschaften wie natürliche Antioxidantien, höhere Festigkeit und kontrollierte Abbaubarkeit. © KraussMaffeiIm Gegensatz zu reinem PLA, das aufgrund seiner Abhängigkeit von spezifischen Enzymen und industriellen Bedingungen nur begrenzt biologisch abbaubar ist, weisen ligninhaltige PLA-Bioverbindungen eine verbesserte biologische Abbaubarkeit mit einer Abbaugeschwindigkeit von mehr als 90% in 99 Tagen auf.
KontaktLars Darnedde
Verfahrenstechnische Entwicklung und Projektleiter, KraussMaffei Extrusion
E-Mail: lars.darnedde@kraussmaffei.com
AuthorAndreas Weseler
Die Kernkompetenzen des Unternehmens umfassen die Ligninreinigung, chemische Modifizierung und Funktionalisierung. Die Gruppe bietet Produkte an, die aus Lignin gewonnen wurden und für unterschiedliche Anwendungen wie Öl- und Gasextraktion, Batterieherstellung, Wasseraufbereitung, Tierfutter und mehr genutzt werden.
Mit unserem Compoundier-Know-how und dem einzigartigen Wissen unseres Projektpartners über die Ligninaufbereitung ist es uns gelungen, bis zu 30% Lignin in die PLA-Matrix einzubringen und ein Compound mit natürlicher antioxidativer Kapazität/Aktivität, verbesserten mechanischen Eigenschaften und kontrollierter biologischer Abbaubarkeit herzustellen. – Lars Darnedde, Verfahrenstechnische Entwicklung und Projektleiter, KraussMaffei Extrusion
Vom Abfallprodukt zum FüllstoffSynergy Horizon Poland Sp. z o.o., hat an seinem polnischen Standort in Poznan kürzlich ein Verfahren zur Herstellung von frei fließendem Ligninpulver entwickelt, das als Füllstoff in den Extruder dosiert werden kann. Lignin ist eine zu 100% natürliche Substanz, die nach Zellulose das weltweit am häufigsten vorkommende organische Material ist und mit verschiedenen Methoden aus lignozellulosehaltiger Biomasse extrahiert werden kann.
Eines dieser Verfahren ist die Hydrolyse von Biomasse für die Bioethanolproduktion, bei der Lignin als Nebenprodukt anfällt. Hydrolyse-Lignin weist einzigartige Eigenschaften auf, die sie von anderen Ligninarten unterscheiden. Weltweit fallen jährlich rund 50 Millionen Tonnen Lignin, darunter auch Hydrolyse-Lignin, als Abfallprodukt bei der Holzverarbeitung in der Papier- und Bioethanolindustrie an und werden zu 98% verbrannt.
Verschiedene Forschungsprojekte haben sich bereits mit dem wertvollen nachwachsenden Biorohstoff beschäftigt, doch seine Verwendung als Füllstoff in einer Biopolymermatrix ist bisher einzigartig. „Die Verarbeitung von Hydrolyse-Lignin ist jedoch keine leichte Aufgabe“, weiß Alexander Gonchar, Leiter der Forschung und Entwicklung bei Synergy Horizon und ist stolz darauf, dass sein Unternehmen heute eine wirtschaftliche Produktionslinie zur Herstellung von Ligninpulver betreibt.
Erfolgreiche Verfahrensoptimierung: KraussMaffei integriert bis zu 30% Lignin in PLA-MatrixDie Einarbeitung des natürlichen Rohstoffs in die PLA-Matrix hat KraussMaffei in seinem neu eingerichteten Technikum am Standort Laatzen durch umfangreiche Tests bestätigt. Sowohl mit dem Laborextruder ZE BluePower 28 als auch mit dem kleinen Produktionscompounder ZE BluePower 42 gelang es, bis zu 30 Prozent Lignin einzuarbeiten.
„Wir haben die Schneckenkonfiguration mit hochempfindlichen Mischelementen speziell auf das Lignin abgestimmt, arbeiten mit einer niedrigen Temperatur von maximal 160°C und nutzen sowohl eine 6 D lange Füllzone als auch eine Seitenentgasung“, gibt Lars Darnedde einen Einblick in die Prozesskonfiguration.
Die ZE BluePower-Generation mit ihrem optimalen Da/di von 1,65 bietet all diese Möglichkeiten „out of the box“ und ist damit perfekt für die Verarbeitung dieser scher- und temperaturempfindlichen Polymere geeignet.
Bis zu 30% Lignin werden in PLA-Matrix mit dem Laborextruder ZE BluePower 28 eingearbeitet. Spezielle Schneckenkonfiguration und innovative Technologien ermöglichen präzise Verarbeitung bei niedriger Temperatur von max. 160°C. © KraussMaffeiDie erfolgreiche Verfahrensabstimmung des Compoundierextruders und die Aufbereitung des Lignins wurden durch umfangreiche mechanische Tests bestätigt. Im Vergleich zu reinem PLA ermöglicht die Ligninverstärkung eine Steigerung des Biege- und Zugmoduls um etwa 30%.
Dies könnte sich bei Verpackungsanwendungen als nützlich erweisen, bei denen das Material steif genug sein muss, um unter Belastung seine Form zu behalten. Ein weiterer Vorteil ist, dass Lignin eine ausreichende antioxidative Kapazität aufweist, die insbesondere bei Lebensmittelverpackungen dazu beitragen kann, die Oxidation von Lebensmitteln zu verhindern.
Darüber hinaus können Qualität und Sicherheit gewahrt werden, indem sie die radikalische Oxidation hemmen und die Bildung von Fehlaromen, Gerüchen oder toxischen Verbindungen verhindern. Außerdem ist die Bioverbindung mit Lignin im Gegensatz zu anderen Ligninarten geruchsneutral und dadurch für Lebensmittelverpackungen geeignet.
Eine neuartige Bicompound-Verbindung, die antioxidative Eigenschaften aufweist, könnte auch für biologisch abbaubare Kunststoffe für landwirtschaftliche Zwecke, wie z.B. Mulchfolien, angewendet werden, um sie vor oxidativem Abbau zu schützen.
Ligninverstärktes PLA: 30% Lignin für verbesserte Eigenschaften wie natürliche Antioxidantien, höhere Festigkeit und kontrollierte Abbaubarkeit. © KraussMaffeiIm Gegensatz zu reinem PLA, das aufgrund seiner Abhängigkeit von spezifischen Enzymen und industriellen Bedingungen nur begrenzt biologisch abbaubar ist, weisen ligninhaltige PLA-Bioverbindungen eine verbesserte biologische Abbaubarkeit mit einer Abbaugeschwindigkeit von mehr als 90% in 99 Tagen auf.
KontaktLars Darnedde
Verfahrenstechnische Entwicklung und Projektleiter, KraussMaffei Extrusion
E-Mail: lars.darnedde@kraussmaffei.com
AuthorAndreas Weseler