Untersuchungen zur gezielten Hydrolyse und Derivatisierung von Polysacchariden

Die Hydrolyse von cellulosehaltigem Material lässt sich durch die Wahl der Versuchsbedingungen

gezielt steuern. Bei der enzymatischen Hydrolyse von Zuckerrübenpellets wird

durch intensive Vorbehandlungen wie Mahlung, Quellung, Gefriertrocknung oder Ammoniak-

Behandlung eine Erhöhung der Zugänglichkeit des Substrates und somit ein vergleichbarer

Abbau wie bei unbehandelten Rübenschnitzeln erreicht. Geschickte Wahl von

Enzympräparation, pH-Wert und Temperatur führen zu einem etwa 80 %igen Abbau des

Materials und erlauben die gezielte Gewinnung ausgewählter monomerer oder dimerer

Zucker.

Die weitere Umsetzung der enzymatisch gewonnenen Zuckerlösungen mit Epoxiden zu

Polyolkomponenten kann erfolgreich durchgeführt werden. Diese lassen sich anschließend

mit einem Isocyanat zu Polyurethanschäumen umsetzen. Die resultierenden Schäume

besitzen vergleichbare mechanische Eigenschaften wie herkömmliche Schäume auf

Sorbitolbasis und zeigen zudem unerwartete Flammschutzeigenschaften. Ein Austausch von

Sorbitol gegen Hydrolysate aus Zuckerrübenresten ist somit grundsätzlich möglich.

Die Säurehydrolyse von Zellstoff und Regeneratcellulose lässt sich ebenfalls durch

geschickte Wahl der Hydrolysedauer, des Hydrolysemediums und dessen Konzentration im

Hinblick auf DP und Ausbeute steuern. Mit mikrokristalliner Cellulose aus der

Säurehydrolyse lassen sich die Oxidation mit Natriumperiodat zu 2,3-Dialdehydcellulose, die

reduktive Aminierung mit NaBH3CN und Carbanilierungen erfolgreich durchführen. Die

Oxidation lässt sich dabei über die Reaktionszeit und das Flottenverhältnis steuern. Bei der

Umsetzung von oxidierter Cellulose mit kurzkettigen Aminen verdoppelt sich der Umsatz

durch gleichzeitige Reduktion mit Natriumcyanoborhydrid. Die Umsetzungen mit dem

langkettigen Polyamid PA und den Isocyanaten NCO I und NCO II sind grundsätzlich

möglich, ergeben jedoch Produkte mit geringen Substitutionsgraden. Auch andere

Polysaccharide wie Pektin und Amylose lassen sich mit dem Isocyanat umsetzen. Bei

Umsetzungen unter homogenen Bedingungen können höhere Substitutionsgrade erreicht

werden als bei Reaktionen unter heterogenen Bedingungen. Die Ultraschallbehandlung von

hydrolysierter Regeneratcellulose bewirkt eine Vereinzelung der Mikrokristallite, aber keine

deutliche Erhöhung der Reaktivität bei der späteren Umsetzung.