PFIFF / PFIFFIG – Polymere Fasern aus biobasierten Furanoaten für industrielle Anwendungen

Polyethylenterephthalat (PET) ist ein fossilbasierter Kunststoff, der in großen Mengen zur Herstellung von Verpackungsmaterialien, beispielsweise Getränkeflaschen, wie auch für die Produktion von Fasern eingesetzt wird. Im Projekt »PFIFF – Polymere Fasern aus biobasierten Furanoaten« wurden land- und forstwirtschaftliche Abfälle für die Entwicklung von biobasierten Polyestern als Ersatz von PET erschlossen. Hierzu wurde am Fraunhofer IGB ein Verfahren zur Reinigung von Furandicarbonsäure (FDCA), einem Baustein für die Herstellung des vielversprechenden Biokunststoffs Polyethylenfuranoat (PEF), optimiert.

Ziel des Nachfolgeprojekts PFIFFIG ist es, das Herstellverfahren für industrielle Anwendungen weiterzuentwickeln.

Hervorragende Eigenschaften des Polyesters PEF

Das Polykondensat der 2,5-Furandicarbonsäure (Polyethylenfuranoat, PEF) ist durch seinen im Vergleich zu PET niedrigeren Schmelzpunktes einfacher zu handhaben und wird aufgrund seiner höheren Glasübergangstemperatur für spezielle Anwendungen bevorzugt. PEF hat außerdem überragende Barriereeigenschaften gegenüber Gasen und ist somit prädestiniert für einen Einsatz in der Getränkeindustrie. Seine im Vergleich zu PET höhere mechanische Stabilität führt dazu, dass Verpackungen mit geringeren Wandstärken hergestellt und damit Material eingespart werden kann. Die Möglichkeit, landwirtschaftliche Abfälle als Rohmaterial für die Herstellung dieser biobasierten Polymere einzusetzen, wird die Produktionskosten beachtlich senken und so zu einem im Vergleich zu PET preisgünstigeren Verpackungsmaterial führen.

Biobasiertes PEF, das aus Furandicarbonsäurebausteinen aufgebaut ist, kann fossilbasiertes PET, das aus dem Monomer Terephthalsäure aufgebaut ist, ersetzen.
Nachhaltige Verpackungslösungen: Biobasiertes PEF, das aus Furandicarbonsäurebausteinen aufgebaut ist, kann fossilbasiertes PET, das aus dem Monomer Terephthalsäure aufgebaut ist, ersetzen.

PFIFF Projektergebnisse: Polymere aus biobasierten Furanoaten als Ersatz für PET

Neue Rohstoffplattformen für PEF

Der Fokus des Projekts PFIFF lag in der Entwicklung neuer Rohstoffplattformen für das aus Zuckern (Fructose) herstellbare und als zukünftige neue biobasierte Plattformchemikalie angesehene 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) sowie für die daraus hergestellte Furandicarbonsäure (FDCA), der Monomereinheit zur Produktion von PEF. Weitere Aufgaben im Projekt PFIFF waren die Verbesserung der Polymereigenschaften von PEF sowie die Entwicklung von Anwendungsmöglichkeiten für das Polymer und eine Steigerung der Produktion mit dem anspruchsvollen Ziel, einen der dominierenden Kunststoffe (PET) am Weltmarkt zu ersetzen.

Synthese und Aufreinigung von FDCA

Der Straubinger Institutsteil BioCat des Fraunhofer IGB hat in dem Projekt an zwei für die zukünftige industrielle Produktion von PEF entscheidenden Themen gearbeitet: der Synthese von FDCA und der Entwicklung eines Verfahrens zur Aufreinigung dieser Verbindung bis zu einer für die Herstellung von hochwertigen Polymeren ausreichenden Qualität.

Einer der Arbeitsschwerpunkte von BioCat ist die elektrochemische Synthese. Mit diesem Know-how ist es den Mitarbeitenden des Institutsteils gelungen, ein vielversprechendes Verfahren für die Oxidation von 5-HMF zur FDCA zu entwickeln. Auch die Arbeiten zur Reinigung von FDCA waren sehr erfolgreich. Mit der bei BioCat aufgereinigten, kommerziell verfügbaren FDCA konnten die Projektpartner vielversprechende Polymere für die geplanten Anwendungen herstellen.

Ausblick: Nachfolgeprojekt PFIFFIG

Aktuell arbeiten die Forschenden im Folgeprojekt PFIFFIG an einem Reinigungsverfahren der zweiten Generation. Dieses soll im Laufe des Projekts in die Pilotanlagen am Fraunhofer CBP übertragen werden, um die Belieferung der Projektpartner mit größeren Mengen gereinigter FDCA zu ermöglichen.

Projektinformationen PFIFF

Projekttitel

PFIFF – Polymere Fasern aus biobasierten Furanoaten

 

Projektlaufzeit

Oktober 2017 – Januar 2021

 

Projektpartner

  • Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf
  • CASCAT GmbH, Straubing
  • Technische Universität München, Straubing
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Institutsteil Straubing
  • Universität Hohenheim, Stuttgart
  • Trevira GmbH, Bobingen
  • PHP Fibers GmbH, Wuppertal
  • Fiber Engineering GmbH, Karlsruhe
  • Continental Reifen Deutschland GmbH, Hannover

Projektinformationen PFIFFIG

Projekttitel

PFIFFIG – Polymere Fasern aus biobasierten Furanoaten für industrielle Anwendungen

 

Projektlaufzeit

Februar 2021 – Januar 2024

 

Projektpartner

  • Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (Koordinator)
  • CASCAT GmbH, Straubing
  • Technische Universität München, Straubing
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Institutsteil Straubing
  • Universität Hohenheim, Stuttgart
  • Trevira GmbH, Bobingen
  • PHP Fibers GmbH, Wuppertal
  • Fiber Engineering GmbH, Karlsruhe
  • Continental Reifen Deutschland GmbH, Hannover
  • Gütermann GmbH, Gutach-Breisgau
  • Mattes & Ammann GmbH & Co. KG, Meßstetten
  • AVA Biochem BSL AG; Muttenz, Schweiz

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Förderung des Projekts »PFIFF«, Förderkennzeichen 031B0351E, sowie des Projekts »PFIFFIG«, Förderkennzeichen 031B1051E.

Bundesministerium für Bildung und Forschung.