Schlussbericht vom 31.08.2023 zum Thema "Ligninmodifizierung durch Reaktivextrusion für biobasierte Papierbeschichtungen: Akronym LignoRex"; Laufzeit: 01.09.2020 bis 28.02.2023

Alemán. Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines kostengünstigen Verfahrens zur chemischen Modifizierung von Lignin mittels Reaktivextrusion. Durch die Modifizierung mit cyclischen Carbonaten sollte eine Wertsteigerung des bislang vor allem thermisch genutzten Koppelprodukts aus der Zellstoffgewinnung erreicht werden. Durch die einheitlichere Molekülstruktur und die leichter zugänglichen Funktionalitäten wurde auf eine verbesserte Dispergierung im wässrigen Medium abgezielt. Im Rahmen des Forschungsprojekts konnten unter Verwendung dreier Ausgangslignine verschiedene Ligninderivate im Labormaßstab sowie mittels Reaktivextrusion erzeugt werden. Während die Reaktion verschiedener Lignine mit cyclischen Carbonaten im Labormaßstab mit sehr hohen Substitutionsgraden umsetzbar war, konnte das Ergebnis im Extruder nicht reproduziert werden. Veresterungen mit Essigsäureanhydrid bzw. Citronensäure im Extruder erwiesen sich jedoch als vielversprechende Alternativrouten. Eine anschließende Dispergierung war bei oxypropylierten Organocell- und Kraftligninen möglich, während acetylierte Lignine ebenso wie mit Propionsäure veresterte modifizierte Lignine nicht in stabile wässrige Dispersionen überführt werden konnten. Die Lignin basierte Beschichtung von Papier erwies sich insbesondere im Hinblick auf Sprödigkeit, Papierhaftung und Bildung eines geschlossenen Films als große Herausforderung. Durch die Verwendung von kationischer Stärke konnte eine bessere Faseranhaftung erreicht werden. Die Nutzung von Weichmachern wie Glycerol oder DMSO führte zu einer verbesserten Filmbildung. Die so erzeugten Beschichtungen zeigten, insbesondere im Fall von Kraftligninen, eine gute bis sehr gute Barriere gegenüber Fetten. Allerdings konnte keine ausreichende Barriere gegenüber Wasserdampf erzeugt werden. Auch die Modifikation mit hydrophoberen Seitenketten führte nicht zu einer Verbesserung der Wasserdampfbarriere.