Klæbemidler fra fjer

Klæbemidler er næsten altid baseret på fossile råmaterialer som petroleum. Forskere ved Fraunhofer har for nylig udviklet en proces, der gør det muligt at bruge keratin til dette formål. Denne meget alsidige proteinforbindelse kan f.eks. findes i kyllingefjer. Det kan ikke kun bruges til at fremstille et væld af forskellige klæbemidler til en række forskellige anvendelser, men processerne og slutprodukterne er også bæredygtige og følger de grundlæggende principper bag en bioinspireret cirkulær økonomi. Projektet, der er udviklet sammen med Henkel AG &Co. KGaA, henvender sig til et milliardmarked.

Klæbemidler findes næsten overalt:i sportssko, smartphones, gulvbelægninger, møbler, tekstiler eller emballage. Selv autoforruder limes på plads ved hjælp af klæbemidler. Eksperter genkender mere end 1.000 forskellige typer lim. Disse kan binde næsten alle tænkelige materialer til et andet. Klæbemidler vejer meget lidt og egner sig derfor til letvægtsdesign. Overflader, der er limet med klæbemiddel, deformeres ikke, fordi belastningen i modsætning til skruefastgørelser fordeles jævnt. Klæbemidler ruster ikke og lukker fugt ude. Overflader limet med klæbemiddel er også mindre modtagelige for vibrationer. Hertil kommer, at klæbemidler er billige og relativt nemme at arbejde med.

Fjer fra produktion af fjerkrækød

Traditionelt har klæbemidler næsten altid været fremstillet af fossile råmaterialer som f.eks. petroleum. Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB har for nylig vedtaget en anden tilgang. Forskere der har brugt fjer som basismateriale i stedet for petroleum. Fjer er et biprodukt af fjerkrækødproduktion. De destrueres eller blandes i dyrefoder. Men fjer er alt for værdifulde til at gå til spilde, fordi de indeholder det strukturelle protein keratin. Denne biopolymer findes i dyr og udgør kløer, kløer, hove eller fjer. Dens fibrøse struktur er ekstremt stærk.

Hvorfor er keratin perfekt til fremstilling af klæbemidler

Keratin er et biologisk nedbrydeligt og dermed miljøvenligt materiale, hvis struktur har specifikke egenskaber, der gør det særligt velegnet til fremstilling af klæbemidler. Keratins polymerstruktur, dvs. dets meget langkædede molekyler, såvel som dets evne til at gennemgå tværbindingsreaktioner forudbestemmer det til fremstilling af forskellige klæbemidler. "De egenskaber, der kræves for klæbemidler, er til en vis grad allerede iboende i basismaterialet og skal kun låses op, modificeres og aktiveres," forklarer projektleder Dr. Michael Richter.

Platformkemikalier og specialklæbemidler

I løbet af de sidste tre år har Fraunhofer IGB arbejdet sammen med Henkel AG &Co. KGaA på KERAbond-projektet:"Specialkemikalier fra tilpassede funktionelle keratinproteiner" – Kera er en forkortelse for keratin, kombineret med det engelske ord bond. Henkel er en global markedsleder inden for klæbemiddelsektoren.

Partnerne i projektet har for nylig udviklet og forfinet en ny proces. I første fase steriliseres, vaskes og rives de fjer, der modtages fra slagteriet. Dernæst opdeler en enzymproces de langkædede biopolymerer eller proteinkæder til kortkædede polymerer ved hjælp af hydrolyse.

Udgangsproduktet er et platformkemikalie, der kan tjene som basismateriale til videreudvikling af specialformulerede klæbemidler. "Vi bruger processen og platformkemikaliet som en "værktøjskasse" til at integrere bioforbedrede egenskaber i slutproduktet," siger Richter. Det betyder, at der kan specificeres parametre for det specielle klæbemiddel, såsom hærdningstid, elasticitet, termiske egenskaber eller styrke. Det er også ikke kun klæbemidler, der er nemme at fremstille, men også relaterede stoffer såsom hærdere, belægninger eller primere.

I næste fase gik Fraunhofer-holdet i gang med at konvertere fjerene i stor skala. Fremme af processen faldt til Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP i Leuna. Målet var at bevise, at de keratinbaserede platformkemikalier også kan fremstilles omkostningseffektivt i industriel skala. Dette indebar behandling af adskillige kilo kyllingefjer, hvor det producerede materiale blev brugt til lovende indledende materialeforsøg hos Fraunhofer IGB og Henkel.

Grundlaget for en bioinspireret økonomi

Denne bioinspirerede proces er af særlig betydning for Fraunhofer-Gesellschaft. Det er ikke kun, fordi det involverer biologisk nedbrydelige råvarer eller særligt effektive fremstillingsmetoder. Bioteknologi er faktisk et af hovedforskningsfelterne for Fraunhofer-Gesellschaft. Richter forklarer det bagvedliggende koncept:"Vi henter vores inspiration fra funktionalitet eller egenskaber, der allerede findes i naturen eller i naturlige råvarer. Og vi forsøger at omsætte disse egenskaber til produkter gennem innovative fremstillingsmetoder. Dette genererer en bioinspireret cyklus for værdifulde råvarer. "

Fraunhofer IGB har været aktiv inden for alle aspekter af bioøkonomien i nogle år og har udviklet eksklusiv ekspertise, når det for eksempel kommer til keratin. Derfor kontaktede kemikalievirksomheden Henkel Fraunhofer IGB for dette projekt.

Projektet har en vis økonomisk vægt. Ifølge Statista blev der fremstillet omkring en million tons klæbemidler i Tyskland alene i 2019. Samlet værdi er omkring 1,87 milliarder euro.

Og det videnskabelige output er også i orden:Der er indgivet en patentansøgning på den nye proces og en artikel publiceret i et videnskabeligt tidsskrift. To ph.d. studerende, der har udført omfattende forskning i projektet hos Henkel og Fraunhofer, forventes at færdiggøre deres afhandlinger i første kvartal af 2024. Denne nye keratinbaserede teknologi vil gøre det muligt at producere et væld af platformskemikalier på en bæredygtig, bioinspireret måde.

Leveret af Fraunhofer-Gesellschaft