Schlussbericht des Teilvorhabens 1 im Verbundprojekt "B-CooL - Barrier-coatings based on lignin"

Abstract

Projektbeschreibung: Ziel dieses Verbundprojektes ist es, innovative, biobasierte Beschichtungen aus Lignin für flexible und papierbasierte Verpackungen zu entwickeln, die eine nachhaltige Alternative zu konventionellen Beschichtungen/Verpackungen bieten, die überwiegend auf Rohstoffen aus fossilen Quellen basieren oder auf energieintensiven Produktionsmethoden beruhen. Aufgrund der Expertise des Projektkonsortiums liegt der Schwerpunkt auf Anwendungen für Lebensmittelverpackungen, z.B. für Schokoladen und Müsliriegel, Pudding, Reis, Tierfutter, Banderolen oder Deckel für Joghurtbecher. Darüber hinaus könnten die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse auch dazu dienen, innovative Beschichtungen für andere Anwendungsbereiche, z.B. Holzwerkstoffe, zu entwickeln. Neben der chemisch-technischen Entwicklung will das Konsortium auch die ökonomischen und ökologischen Vorteile dieser neuen Beschichtungen bewerten und identifizieren. Das Projekt gliedert sich in die drei Teilvorhaben (TV): TV1 - Ligningewinnung und -funktionalisierung (Leitung: SunCoal Industries GmbH), TV2 - Papierfunktionalisierung (Leitung: TU Darmstadt) und TV3 - Anwendungsentwicklung (Leitung: Koehler Innovation & Technology GmbH). Im Rahmen von Teilvorhaben 1 wird Lignin aus Schwarzlauge extrahiert und modifiziert, um den Grundstoff für die Papieranwendung zu erzeugen. Projektergebnisse: Im Teilvorhaben 1 (TV1) wurde die Ligningewinnung im Labormaßstab durch gezielte Abtrennung von Lignin aus Schwarzlauge untersucht. Lignin konnte mit hoher Reinheit isoliert werden. Des Weiteren wurde eine vergleichende Gegenüberstellung von Schwarzlaugen aus Kraft-Zellstoffwerken erstellt und bewertet. Die Einsatzstoffe, Zwischen- und Endprodukte wurden charakterisiert und relevante zu beobachtende Prozessgrößen ermittelt. Auch die Überführung in den Pilotmaßstab wurde erfolgreich durchgeführt und Lignin mit vergleichbarer Qualität zum Labormaßstab gewonnen. Damit konnte eine Datenbasis für zu wählende Prozessparameter mit Bezug zu möglichen Produktanforderungen an das bereitzustellende Lignin geschaffen werden. Im Zuge der Ligninfunktionalisierung wurden zahlreiche Methoden zur Modifikation von Lignin im Labormaßstab erprobt, bewertet und mit Zielparametern aus den nachfolgenden, anwendungsbezogenen Teilvorhaben (TV2 und TV3) abgeglichen. Von den erhaltenen Zwischen- und Endprodukten als auch prozessbegleitend wurden Analysen intern, bei externen Partnern und in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner der TU Darmstadt durchgeführt. Die Skalierung der Ligninfunktionaliserung wurde hinsichtlich groß-technischer Realisierbarkeit bewertet. Datei-Upload durch TIB Project objective: The aim of this project is to develop innovative, bio-based coatings made of lignin for flexible and paper-based packaging, which offer a sustainable alternative to conventional coatings / packaging which are mainly based on raw materials from fossil sources or based on energy-intensive production methods. Due to the expertise of the project consortium, this project focusses on applications for food packaging, e.g. for chocolate and muesli bars, pudding, rice, animal feed, banderoles or lids for yoghurt pots. Moreover, the knowledge gained in this project might also serve to develop innovative coatings for other areas of application, for example engineered wood. In addition to the chemical / technical development, the consortium also aims to assess and identify the economic and ecological advantages of these new coatings. The project is divided into three subprojects which are lignin modification (led by SunCoal Industries GmbH), paper functionalization (led by TU Darmstadt) and the application development (led by Koehler Innovation & Technology GmbH). Within subproject 1, lignin is extracted from black liquor and modified to obtain the base material for paper application. Project results: In subproject 1 extraction of lignin was investigated by separation of lignin from black liquor. Lignin was isolated with high purity in laboratory scale. Furthermore, a comparative list of black liquors from kraft pulp mills was compiled and evaluated. Raw materials, intermediates and end products were characterized and relevant process variables to be monitored were determined. The transfer to pilot scale was also carried out successfully and lignin of comparable quality to laboratory scale was obtained. By this means a dataset was generated for process parameters to be selected with reference to possible product requirements for provided lignin. In the field of lignin functionalization, numerous methods for the modification of lignin were screened in laboratory scale, evaluated, and compared to target parameters from subsequent application-oriented subprojects 2 and 3. Analyses of intermediates and end products obtained as well as in-process analyses were carried out internally, by external partners and in collaboration with the project partner from TU Darmstadt. The scaling of the lignin functionalization was evaluated regarding large-scale technical feasibility.