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Projekte - Details

Entwicklung neuer Wirkstoffabgabesysteme mit komplexen Release-Profilen auf der Basis von NWR für den Einsatz im Bereich Textilveredelung (WikoRelease-II)

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam
Kontakt
Dipl.-Ing. Monika Jobmann
Tel: +49 331 568-1213
E-Mail: monika.jobmann@iap.fraunhofer.de
FKZ
22004116
Anfang
01.11.2016
Ende
31.10.2019
Ergebnisdarstellung
Die Gewinnung von Rohlignin L aus Schwarzlauge sowie die Isolierung niedermolekularer Ligninextrakte L(Ex) aus dem Rohlignin erfolgte mittels Extraktion unter Verwendung von Isopropanol, die Ausbeuten bewegten sich im Bereich zwischen 25% - 30%. Ausgehend von L(Ex) konnten folgende hydrophobe Ligninester synthetisiert werden: Acetat, Propionat, Hexanoat, Pivalat, Cinnamat, Dihydrocinnamat, Phenylacetat und Ethylsuccinat. Es gelang sphärische Percellulosen unter Anwendung verschiedener Varianten im Labor- und Technikumsmaßstab herzustellen. Dabei lieferte das Standard-Verfahren (Variante 2) PC mit monomodalen Partikelgrößenverteilungen sowie mittleren Teilchendurchmessern zwischen 1 und 12 µm. Auch die Herstellung von Perlcellulosen im größeren Maßstab (Technikum-Verfahren, Variante 1) führte zu monomodalen Partikelgrößenverteilungen. Die Partikelgrößen selbst ließen sich durch Variation des Substrats Celluloseacetat sowie der Konzentration des Schutzkolloids adaptieren. Wesentlichste Verbesserungen in den Partikelgrößen und spezifischen Oberflächen gelangen durch den Zusatz spezieller Ligninester, insbesondere Ligninpropionat, bei der Partikelherstellung (Variante 3). Einen weiteren Schwerpunkt bildete die chemische Oberflächenmodifizierung von Perlcellulose (PC). Es sind Untersuchungen zur Carboxymethylierung (A), zur Oxidation mit TEMPO-NaOCl/NaBr (B) und außerdem zur Veresterung mit Bernsteinsäureanhydrid (C) sowie mit Dimethylcarbonat (D) bzw. Zitronensäure (E) durchgeführt worden. Variante A liefert die höchsten DS-Grade, verursacht aber auch zu starkes Quellen der PC. Methode C erlaubt die Veresterung mit Bernsteinsäure ohne Aufquellen der PC, die Aktivierung der freien Carboxylgruppe bereitet aber Probleme. Einen weiteren Schwerpunkt stellten Sesshaftigkeitsuntersuchungen an PC, PC-PU sowie chemisch modifizierter PC dar.
Aufgabenbeschreibung
Auf der Grundlage einer Machbarkeitsstudie FKZ 22001514 fokussiert das Thema des geplanten Forschungsvorhabens auf die Entwicklung intelligenter Wirkstoffabgabesysteme mit multivalenter Nutzbarkeit bezüglich ihres reversiblen Be- und Entladens. Im Fokus steht neben der Entwicklung reaktiver Mikrocontainer die Übertragung ausgewählter Rezepturen in den Technikum-Maßstab. Im Mittelpunkt stand die Entwicklung von Kern-Schale-strukturierten Mikrocontainern sowie oberflächenmodifizierten Celluloseperlen, welche jeweils mit oberflächennahen Reaktivgruppen ausgestattet sind. Durch die Präsenz geeigneter Reaktivzentren ist kovalentes Fixieren dieser Kapseln an verschiedene Fasern bzw. Textilien zu gewährleisten. Die so modifizierten Gewebe bilden die Grundlage für Untersuchungen über die Wiederbeladbarkeit der immobilisierten Mikrokapseln. Die Kern-Schale-Partikel bestehen aus nichtreaktiven oberflächenmodifizierten Celluloseperlen, umhüllt von einer Polyurethan-Schale mit blockierten Isocyanatgruppen als Reaktivzentren. In Bezug auf die Perlcellulose wird der Versuch unternommen, durch Erhöhung der Porenzahl die Oberfläche und damit die Beladungskapazität der Mikrocontainer zu erhöhen. Aus diesem Grund werden geeignete Ligninderivate für das Standardverfahren zur Gewinnung von Celluloseperlen synthetisiert und ausgewählt. Nach dem Herstellen Lignin enthaltender Perlen ist das Lignin unter alkalischen Bedingungen wieder zu entfernen, sodass letztendlich Perlcellulose mit einer größeren spezifischen Oberfläche sowie Beladungskapazität entstehen kann. Neben Untersuchungen des Release-Verhaltens primär beladener Mikrocontainer in Abhängigkeit der Zeit gelten Studien zum Wiederbeladen und erneuten Freisetzen von Wirkstoffen als besonders interessant. Dafür stehen einzelne Modellsubstanzen wie beispielsweise Toluol oder Helional, aber auch Wirkstoffgemische zur Verfügung.

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