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Lignin clever genutzt: Dynamische Doppelnetzwerk-Polymere aus vollständig biobasierten Rohstoffen
Forschende präsentieren eine vereinfachte Ein-Topf-Synthese für leistungsfähige, vollständig biobasierte Ligninpolymere. Die neuartige Doppelnetzwerkstruktur macht die Materialien mechanisch stabil, wiederverarbeitbar und funktional – ein Schritt hin zu zirkulären Werkstoffsystemen.
Die Nutzung von Lignin als Rohstoff für Hochleistungspolymere gilt als vielversprechend, ist aber wegen komplexer Synthesen und fehlender Wiederverarbeitbarkeit bisher schwierig. Ein Team um Quan Yan stellt nun eine Ein-Topf-Strategie vor, mit der sich vollständig biobasierte, dynamische Doppelnetzwerk-Polymere herstellen lassen.
Die Methode nutzt eine Nebenreaktion – die radikalische Kettenabbruchreaktion – während der Herstellung von sternförmigen Lignin-Copolymere über radikalische Polymerisation. Dadurch entsteht zunächst ein permanentes Primärnetzwerk, das gleichzeitig die Monomerausbeute verbessert (95,6 % Umwandlung gegenüber 62,1 % bei herkömmlichen Sternpolymeren). Anschließend werden carboxylterminierte Poly( Milchsäure)-Oligomere als grüne Vernetzer eingebracht, die über Transesterifizierungsreaktionen ein adaptives Sekundärnetzwerk bilden.
Lesetipp: Klebstoffe und Dichtstoffe
Aus der „Sicht des Chemikers“ geschrieben, vermittelt „Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen“ anhand von Grundlagen, Formulierungshinweise sowie Analysen bestehender Rezepte. Im Mittelpunkt stehen hierbei die Zusammensetzung und Bestandteile der verschiedenen Klebstoffarten, deren chemische Strukturen und funktionellen Gruppen. Die daraus resultierenden Eigenschaften werden sowohl für die Endanwendung als auch für die Applikation der Systeme abgeleitet.
Wiederverarbeitbar, mechanisch stark und funktional
Das resultierende Doppelnetzwerk erreicht eine 18,5-fach höhere mechanische Festigkeit als lineare Vergleichspolymere, bleibt jedoch rezyklierbar und behält seine strukturelle Integrität. Darüber hinaus zeigen die Materialien Superhydrophobie (Kontaktwinkel > 108°), verbesserte thermische Stabilität und eine lichtinduzierte Reaktivität.
Die Studie eröffnet einen neuen Weg, Lignin durch clevere Nutzung von Nebenreaktionen in nachhaltige, leistungsfähige und wiederverarbeitbare Polymere zu überführen – mit großem Potenzial für Kreislaufwirtschaft und nachhaltige Werkstoffentwicklung.
Quelle: Yan, Q. et al. One-pot synthesis of lignin-derived fully bio-based dynamic dual-network polymers via synergistic side reactions and star-shaped architectural design. Green Chem. 39, (2025).
