Projekt 05951/01

Vernetzte Polysaccharid-Derivate als Superabsorber aus nachwachsenden Rohstoffen als biologisch abbaubarer Synthetika-Ersatz mit umweltgerechter Entsorgungsmöglichkeit und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften in wäßrigen Systemen

Projektdurchführung

Universität Osnabrück Institut für Chemie - Physikalische Chemie
Barbarastr. 7
49069 Osnabrück

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Superabsorber sind quellfähige, vernetzte Polymere die das 20- bis 100- fache ihrer Masse an salzhaltigen wässrigen Lösungen aufnehmen und dieses auch bei mechanischer Beanspruchung nicht abgeben. Zur Zeit werden Superabsorber überwiegend aus synthetischen Ausgangsstoffen hergestellt. Diese sind auf natürlichem Wege nicht abbaubar und unzureichend recyclingfähig. Solche Produkte stellen daher ein ernsthaftes Müllproblem dar. Superabsorber aus nachwachsenden Rohstoffen sind natürlich abbaubar und zur Abfallvermeidung hilfreich. Zu den nachwachsenden Rohstoffen gehören u.a. Polysaccharide (z.B. Stärke, Cellulose, Guaran). Umweltverträgliche Superabsorber können vorteilhaft in medizinisch-hygienischen und sanitären Bereichen eingesetzt werden (z.B. Windeln, Hygieneartikel).


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVon den nativen Polysacchariden wurden Stärke, Guar und Pektin zur Modifizierung ausgewählt. Sie sind als preisgünstiger nachwachsender Rohstoff in größerer Menge vorhanden und weisen bereits die gewünschten hydrophilen Grundeigenschaften auf. Die verschiedenen Absorptionsfähigkeiten sind die wichtigsten Eigenschaften von Superabsorbern. Hierbei werden u.a. die freie Absorptionsfähigkeit und die Absorptionsfähigkeit unter Belastung getestet. Das Projekt umfaßt folgende Arbeitsschritte :
1. Herstellung ionischer Polysaccharid-Derivate.
2. Entwicklung vernetzter Polysaccharide unter Verwendung ausgewählter Vernetzer und Variation der Vernetzungsdichte, um eine entsprechend gute Absorptionskapazität zu erzielen.
3. Untersuchung der Zusammenhänge zwischen der Modifikation und den Produkteigenschaften.
Bei der Auswahl der Reagenzien, Vernetzer und Herstellungsverfahren soll darauf geachtet werden, daß nach Möglichkeit die Modifizierungsreaktionen möglichst einfach durchzuführen und die Produkte unbedenklich sind. Als ionische Polysaccharid-Derivate empfehlen sich Carboxymethylstärke und -guaran sowie Carboxystärke und -guaran. Die Abbaubarkeit der Produkte wird im ersten Schritt mit CSB- und BSB-Bestimmungsmethoden getestet. Bei erfolgversprechenden Produkten wird die biologische Abbaubarkeit in direkten Kompostierungsversuchen ermittelt. Die Prüfung ausgewählter Produkte erfolgt in Zusammenarbeit mit der Firma STOCKHAUSEN GmbH, das große Erfahrung auf dem Superabsorber-Gebiet besitzt. Die angestrebte Anwendung in Hygieneartikeln ist durch die Kooperation mit der Firma DEMHARTNER GmbH & Co. KG gewährleistet, die Hygieneartikel fertigt und vertreibt.


Ergebnisse und Diskussion

Die Gesamtzusammenfassung der Ergebnisse und die Diskussion findet sich im Anhang zum Projektkennblatt. Die Einzelheiten der Entwicklungen und Untersuchungen können den drei Projektberichten entnommen werden.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Superabsorbern aus nachwachsenden Rohstoffen entwickelt; dieses Verfahren ist auch industriell einsetzbar. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, daß die Vorprodukte (Stärke, ionisierte Stärke) preisgünstig sind. Die anderen Komponenten von Babywindeln und Hygieneartikeln wie Folie, Fluff und Vlies sind bereits aus nachwachsenden Rohstoffen verfügbar, sodaß diese Produkte vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar sind.
In weiteren Arbeiten sollten die Superabsorber im Hinblick auf ihre Eigenschaften weiter optimiert werden, z.B. auf höhere Absorptionskapazitäten und bessere mechanische Eigenschaften.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

M.D. Lechner und W. Lazik, Entwicklung, Anwendung und Eigenschaften von Absorbern aus Polysacchariden, 49. Stärke Tagung, Detmold, April 1998
W. Lazik, Synthese von vernetzten Polysacchariden und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften in wässrigen Systemen, Dissertation, Osnabrück, Dezember 1997
H. Rothenburg, Oxidation von Kartoffelstärke und deren Charakterisierung, Diplomarbeit, Osnabrück, Oktober 1996
U. Drechsler, Thermisches Verhalten von Stärkederivaten, Diplomarbeit, Osnabrück, November 1996
H. Xing, Vergleichende Untersuchungen zur Synthese und Charakterisierung von Absorbern aus Galaktomannan-Derivaten, Dissertation, Osnabrück, Dezember 1998
W. Nierling, Physikalisch-chemische Untersuchungen zur Vernetzung von Carboxymethylstärken, Dissertation, Osnabrück, Dezember 1998
Patentanmeldung Biologisch abbaubares Absorptionsmittel; das Patent ist offen gelegt; die Einspruchsfrist ist Anfang Oktober 1998 abgelaufen
W. Lazik, W. Nierling, H. Xing, H. Rothenburg, U. Drechsler, Vorträge Physikalisch-Chemisches Kolloquium 1995 bis 1998
Projektpräsentation im Rahmen der Osnabrücker Hochschultage Oktober 1995, 1996, 1997, 1998
Interviews und Berichte in verschiedenen Rundfunk- und Fernseh-Anstalten 1995 bis 1998


Fazit

Durch die vorgelegten Untersuchungen und Entwicklungen ist es möglich, Windeln und Hygieneartikel, die vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und daher kompostierbar sind, herzustellen. Es wurden bereits 30 kg des Superabsorbers zur Herstellung von etwa 15.000 Windeln zu Testzwecken hergestellt und an Firmen abgegeben.
Bis zu einem Durchbruch bedarf es aber noch erheblicher Anstrengungen. Die Industrie müßte von der Idee überzeugt werden.