Lim är nästan alltid baserade på fossila råvaror som petroleum. Forskare vid Fraunhofer har nyligen utvecklat en process som gör det möjligt att använda keratin för detta ändamål. Denna mycket mångsidiga proteinförening finns till exempel i kycklingfjädrar. Det kan inte bara användas för att tillverka en mängd olika lim för en mängd olika applikationer, utan processerna och slutprodukterna är också hållbara och följer de grundläggande principerna bakom en bioinspirerad cirkulär ekonomi. Projektet, utvecklat tillsammans med Henkel AG &Co. KGaA, riktar sig till en miljardmarknad.
Lim finns nästan överallt:i sportskor, smartphones, golvbeläggningar, möbler, textilier eller förpackningar. Även bilvindrutor limmas på plats med hjälp av lim. Experter känner igen mer än 1 000 olika typer av lim. Dessa kan binda nästan alla tänkbara material till ett annat. Lim väger väldigt lite och lämpar sig därför för lätt design. Ytor limmade med lim förvrids inte eftersom lasten, till skillnad från med skruvförband, fördelas jämnt. Lim rostar inte och tätar bort fukt. Ytor limmade med lim är också mindre känsliga för vibrationer. Dessutom är lim billiga och relativt lätta att arbeta med.
Traditionellt har lim nästan alltid tillverkats av fossila råvaror som petroleum. Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB har nyligen antagit ett annat tillvägagångssätt. Forskare där har använt fjädrar som basmaterial istället för petroleum. Fjädrar är en biprodukt från produktion av fjäderfäkött. De förstörs eller blandas in i djurfoder. Men fjädrar är alldeles för värdefulla för att gå till spillo eftersom de innehåller det strukturella proteinet keratin. Denna biopolymer finns i djur och utgör klor, klor, klövar eller fjädrar. Dess fibrösa struktur är extremt stark.
Keratin är ett biologiskt nedbrytbart och därmed miljövänligt material vars struktur har specifika egenskaper som gör det särskilt lämpligt för tillverkning av lim. Keratins polymerstruktur, det vill säga dess mycket långkedjiga molekyler, såväl som dess förmåga att genomgå tvärbindningsreaktioner förutbestämmer det för tillverkning av olika lim. "De egenskaper som krävs för lim är till viss del redan inneboende i basmaterialet och behöver bara låsas upp, modifieras och aktiveras", förklarar projektledaren Dr. Michael Richter.
Under de senaste tre åren har Fraunhofer IGB arbetat med Henkel AG &Co. KGaA på KERAbond-projektet:"Specialkemikalier från skräddarsydda funktionella keratinproteiner" – Kera är en förkortning för keratin, kombinerat med det engelska ordet bond. Henkel är en global marknadsledare inom limsektorn.
Partnerna i projektet har nyligen utvecklat och förfinat en ny process. I det första steget steriliseras, tvättas och rivs de fjädrar som tas emot från slakteriet. Därefter delar en enzymprocess upp de långkedjiga biopolymererna eller proteinkedjorna till kortkedjiga polymerer med hjälp av hydrolys.
Utgångsprodukten är en plattformskemikalie som kan fungera som basmaterial för vidareutveckling av specialformulerade lim. "Vi använder processen och plattformskemikalien som en "verktygslåda" för att integrera bioförstärkta egenskaper i slutprodukten, säger Richter. Detta innebär att parametrar kan specificeras för det speciella limmet som mål, såsom härdningstid, elasticitet, termiska egenskaper eller styrka. Dessutom är det inte bara lim som är lätta att tillverka utan även relaterade ämnen som härdare, beläggningar eller primers.
I nästa steg började Fraunhofer-teamet konvertera fjädrarna i stor skala. Att öka processen föll på Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP i Leuna. Syftet var att bevisa att de keratinbaserade plattformskemikalierna även kan tillverkas kostnadseffektivt i industriell skala. Detta innebar att flera kilogram kycklingfjädrar bearbetades, och det framställda materialet användes för lovande inledande materialförsök hos Fraunhofer IGB och Henkel.
Denna bioinspirerade process är av särskild betydelse för Fraunhofer-Gesellschaft. Det beror inte bara på att det handlar om biologiskt nedbrytbara råvaror eller särskilt effektiva tillverkningsmetoder. Bioteknik är i själva verket ett av de huvudsakliga forskningsområdena för Fraunhofer-Gesellschaft. Richter förklarar det bakomliggande konceptet:"Vi hämtar vår inspiration från funktionalitet eller egenskaper som redan finns i naturen eller i naturliga råvaror. Och vi försöker omsätta dessa egenskaper till produkter genom innovativa tillverkningsmetoder. Detta genererar en bioinspirerad cykel för värdefulla råvaror. "
Fraunhofer IGB har varit aktiv inom alla aspekter av bioekonomin i några år och har utvecklat exklusiv expertis när det gäller till exempel keratin. Det var därför kemikalieföretaget Henkel kontaktade Fraunhofer IGB för detta projekt.
Projektet har en viss ekonomisk tyngd. Enligt Statista tillverkades cirka en miljon ton lim bara i Tyskland under 2019. Totalt värde är cirka 1,87 miljarder euro.
Och den vetenskapliga produktionen är också på plats:En patentansökan har lämnats in för den nya processen och en artikel publicerad i en vetenskaplig tidskrift. Två Ph.D. studenter som har utfört omfattande forskning om projektet vid Henkel och Fraunhofer förväntas slutföra sina examensarbeten under första kvartalet 2024. Denna nya keratinbaserade teknologi kommer att göra det möjligt att producera en mängd plattformskemikalier på ett hållbart, bioinspirerat sätt.
Tillhandahålls av Fraunhofer-Gesellschaft
