Monodisperse funktionalisierte Ligninfraktionen und Ligninbausteine als Precursormaterial zur Faserbildung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Miniprojektes „Monodisperse funktionalisierte Ligninfraktionen und Ligninbausteine als Precursormaterial zur Faserbildung“ konnte gezeigt werden, dass die Quelle der eingesetzten Lignine Einfluss auf das H:G:S-Verhältnis und somit auf Art und Anzahl an funktionellen Gruppen hat. Diese werden zusätzlich auch durch die Separationsmethode beeinflusst. Letztere hat einen großen Einfluss auf die Reinheit bzw. die Art der Verunreinigungen in den Ligninen. Durch eine Fraktionierung in Aceton-Wasser-Gemischen können die Eigenschaften der Lignine stark beeinflusst werden. Somit können reinere Fraktionen mit unterschiedlichen Molmassenverteilungen und funktionellen Gruppen erhalten werden, wobei der Einfluss auf den Methoxygruppengehalt nur gering ist. Die Zuckergehalte können durch eine enzymatische Reinigung mit einer Kombination aus Cellulasen und Xylanasen am effektivsten verringert werden. Dieser Effekt ist in den ersten Fraktionen am stärksten. Diese Reinigung wirkt sich positiv auf die Schmelzeverarbeitbarkeit aus. Eine weitere Verbesserung dieser wurde durch eine Acetylierung des Lignins erreicht. Als Precursoren für CF eignen sich vor allem Polymere, die neben anderen Eigenschaften auch eine lineare Vorzugorientierung aufweisen. Da Lignine diese Eigenschaft nicht haben, wurden Compounds ausgewählter Lignine mit geeigneten flüssigkristallinen Polymeren hergestellt. Die vorherige Fraktionierung erwies sich hier als notwendige Voraussetzung. Die Verspinnbarkeit der Blends wird mit steigender Reinheit und einer zusätzlichen Acetylierung verbessert. Blends mit 10 % Ligningehalt konnten in einer Kolbenspinnanlage zu Fäden versponnen werden. Auch hier zeigte sich der positive Einfluss der Enzymbehandlung und Acetylierung. Die Fäden aus Compounds mit den so vorbehandelten Ligninen zeigen die höchsten Festigkeiten. Für die Untersuchung des Struktureinflusses der Ligningrundbausteine wurden Polymere aus Ligningrundstrukturen (zunächst insbesondere Ferulasäure) mit Molmassen bis zu 100000 g/mol synthetisiert. In weiterführenden Untersuchungen sollen ebenfalls Compounds mit den flüssigkristallinen Polymeren hergestellt und versponnen werden. Aus dem Vergleich der Fadeneigenschaften können dann erste Struktur-Eigenschafts-Korrelationen abgeleitet werden. Die Ergebnisse stellen wichtige Grundlagen für die im beantragten SFB „Maßgeschneiderte Kohlenstofffasern für Strukturwerkstoffe - Skalenübergreifende Mechanismen, Technologien und Simulationen“ geplanten Arbeiten zum Einsatz von Lignin als Precursor-Komponente für CF dar.
