Lijmen zijn vrijwel altijd gebaseerd op fossiele grondstoffen zoals aardolie. Onderzoekers van Fraunhofer hebben onlangs een proces ontwikkeld waarmee keratine voor dit doel kan worden gebruikt. Deze zeer veelzijdige eiwitverbinding vind je bijvoorbeeld in kippenveren. Niet alleen kan het worden gebruikt om een ​​groot aantal verschillende lijmen te vervaardigen voor een verscheidenheid aan toepassingen, maar de processen en eindproducten zijn ook duurzaam en volgen de basisprincipes die ten grondslag liggen aan een bio-geïnspireerde circulaire economie. Het project, ontwikkeld samen met Henkel AG &Co. KGaA, richt zich op een miljardenmarkt.

Lijmen zijn vrijwel overal te vinden:in sportschoenen, smartphones, vloerbedekking, meubels, textiel of verpakkingen. Zelfs autoruiten worden met lijm op hun plaats gelijmd. Experts herkennen meer dan 1.000 verschillende soorten lijmen. Deze kunnen vrijwel elk denkbaar materiaal met elkaar verbinden. Kleefstoffen wegen heel weinig en lenen zich daarom voor een lichtgewicht ontwerp. Met lijm verlijmde oppervlakken trekken niet krom omdat, in tegenstelling tot bij schroefbevestigingen, de belasting gelijkmatig wordt verdeeld. Lijmen roesten niet en houden vocht buiten. Ook met lijm verlijmde oppervlakken zijn minder gevoelig voor trillingen. Bovendien zijn lijmen goedkoop en relatief gemakkelijk om mee te werken.

Veren afkomstig van de productie van pluimveevlees

Traditioneel worden lijmen vrijwel altijd gemaakt uit fossiele grondstoffen zoals aardolie. Het Fraunhofer Instituut voor Interfacial Engineering en Biotechnologie IGB heeft onlangs een andere aanpak gekozen. Onderzoekers daar gebruiken veren als basismateriaal in plaats van aardolie. Veren zijn een bijproduct van de productie van pluimveevlees. Ze worden vernietigd of gemengd in veevoer. Maar veren zijn veel te waardevol om verloren te laten gaan, omdat ze het structurele eiwit keratine bevatten. Dit biopolymeer wordt aangetroffen bij dieren en vormt klauwen, klauwen, hoeven of veren. De vezelstructuur is extreem sterk.

Waarom keratine perfect is voor de productie van lijmen

Keratine is een biologisch afbreekbaar en dus milieuvriendelijk materiaal waarvan de structuur specifieke eigenschappen heeft die het bijzonder geschikt maken voor de vervaardiging van lijmen. De polymeerstructuur van keratine, d.w.z. de moleculen met een zeer lange keten, evenals het vermogen om verknopingsreacties te ondergaan, maken het voorbestemd voor de vervaardiging van verschillende kleefstoffen. "De eigenschappen die nodig zijn voor lijmen zijn voor een deel al inherent aan het basismateriaal en hoeven alleen maar te worden ontgrendeld, aangepast en geactiveerd", legt projectmanager Dr. Michael Richter uit.

Platform chemische en speciale lijmen

De afgelopen drie jaar heeft Fraunhofer IGB samengewerkt met Henkel AG &Co. KGaA aan het KERAbond-project:"Specialty chemicaliën van op maat gemaakte functionele keratine-eiwitten" – Kera is een afkorting van keratine, gecombineerd met het Engelse woord bond. Henkel is een wereldmarktleider in de lijmsector.

De partners in het project hebben onlangs een nieuw proces ontwikkeld en verfijnd. In de eerste fase worden de veren afkomstig van het slachthuis gesteriliseerd, gewassen en mechanisch versnipperd. Vervolgens splitst een enzymproces de lange keten biopolymeren of eiwitketens door middel van hydrolyse in korte keten polymeren.

Het eindproduct is een platformchemicalie die kan dienen als basismateriaal voor de verdere ontwikkeling van speciaal samengestelde lijmen. "We gebruiken het proces en de platformchemische stof als een 'gereedschapskist' om bio-verbeterde eigenschappen in het eindproduct te integreren", zegt Richter. Dit betekent dat parameters kunnen worden gespecificeerd voor de beoogde speciale lijm, zoals uithardingstijd, elasticiteit, thermische eigenschappen of sterkte. Bovendien zijn het niet alleen lijmen die gemakkelijk te vervaardigen zijn, maar ook aanverwante stoffen zoals verharders, coatings of primers.

In de volgende fase begon het Fraunhofer-team met het op grote schaal omzetten van de veren. Het opvoeren van het proces was een taak van het Fraunhofer Centrum voor Chemisch-Biotechnologische Processen CBP in Leuna. Het doel was om te bewijzen dat de op keratine gebaseerde platformchemicaliën ook op industriële schaal kostenefficiënt kunnen worden vervaardigd. Hierbij werden enkele kilo's kippenveren verwerkt, waarbij het geproduceerde materiaal werd gebruikt voor veelbelovende eerste materiaalproeven bij Fraunhofer IGB en Henkel.

Grondslagen van een bio-geïnspireerde economie

Dit bio-geïnspireerde proces is van bijzonder belang voor de Fraunhofer-Gesellschaft. Niet alleen omdat het om biologisch afbreekbare grondstoffen of om bijzonder efficiënte productiemethoden gaat. Biotechnologie is in feite een van de belangrijkste onderzoeksgebieden van het Fraunhofer-Gesellschaft. Richter legt het achterliggende concept uit:“We halen onze inspiratie uit functionaliteit of eigenschappen die al bestaan ​​in de natuur of in natuurlijke grondstoffen. En we proberen deze eigenschappen door middel van innovatieve productiemethoden te vertalen naar producten. Zo ontstaat er een bio-geïnspireerde kringloop voor waardevolle grondstoffen. "

Fraunhofer IGB is al enkele jaren actief in alle aspecten van de bio-economie en heeft exclusieve expertise ontwikkeld op het gebied van bijvoorbeeld keratine. Daarom benaderde chemiebedrijf Henkel Fraunhofer IGB voor dit project.

Het project heeft enig economisch gewicht. Volgens Statista werd er in 2019 alleen al in Duitsland ongeveer een miljoen ton lijm geproduceerd. De totale waarde bedraagt ​​ongeveer 1,87 miljard euro.

En de wetenschappelijke output is ook goed:er is een patentaanvraag ingediend voor het nieuwe proces en er is een artikel gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift. Twee Ph.D. studenten die uitgebreid onderzoek hebben gedaan naar het project bij Henkel en Fraunhofer zullen naar verwachting hun scripties in het eerste kwartaal van 2024 afronden. Deze nieuwe op keratine gebaseerde technologie zal het mogelijk maken een groot aantal platformchemicaliën op een duurzame, bio-geïnspireerde manier te produceren.

Aangeboden door Fraunhofer-Gesellschaft