Biokatalytische Funktionalisierung alkylsubstituierter Polysiloxane. Abschlussbericht für das Verbundvorhaben. Forschungsverbund der Deutschen Bundesstiftung Umwelt "ChemBioTec". 01. September 2006 bis 30. Juni 2009
(Deutsch)
Bitte wählen Sie ihr Lieferland und ihre Kundengruppe
Das Projekt zur Funktionalisierung von Polysiloxanen unter Einsatz von Enzymen erfasst die Grundlagen, sowie eine breite Methodenentwicklung zur Aktivierung schutzgruppenfunktionalisierter Siloxane unterschiedlicher Kettenlänge vor dem Hintergrund eines industriellen Produktionsverfahrens. Dafür wurden im Vorfeld, durch Synthese zahlreicher strukturähnlicher Modellverbindungen, eine Vielzahl an Enzymen getestet und für den Einsatz in der Siloxanchemie lokalisiert. Für den Einsatz in den wässrig-organischen Systemen sind die Hydrolasen sehr robust und zeigten gute Umsatzeigenschaften. Neben der Optimierung der Biokatalysatoren wurden auch zahlreiche analytische Methoden getestet und auf ihre Eignung zur Identifizierung von Polymeren untersucht. Für die bedeutende Gruppe der Carbamatosiloxane konnte erstmals die Umsetzungen dimerer, oligomerer und polymerer Siloxane gezeigt werden, wobei die enzymatische Funktionalisierung höherer Carbamatosiloxane noch nicht vollständig gelöst ist. Die Ursachen lassen sich auf ein Grenzflächenproblem zwischen der wässrigen Phase mit dem darin befindlichen Enzym und der siloxanhaltigen, unpolaren Phasen zurückführen. Die Ausrichtung der geschützten Gruppen am hydrophoben Siloxangrundgerüst zum aktiven Zentrum des Enzyms sinkt mit zunehmender Kettenlänge. Eine Vergrößerung der Kontaktfläche wurde durch mehrere experimentelle Ansätze untersucht. Neben der Veränderung der Rührgeschwindigkeit und den Zusatz grenzflächenaktiver Substanzen kamen hochleistungsfähige Mikroreaktoren zum Einsatz. Damit konnte die Ausbeute an funktionalisierten Siloxanen um den Faktor von bis zu 300 gesteigert werden. Neben den Carbamatosiloxanen besitzen die hydroxyfunktionalisierten Siloxane eine große industrielle Bedeutung. Die Polymerisierung dieser Substanzklasse ist äußerst schwierig und durch die Einführung der Formoxyschutzgruppe konnte die Polymerisation erfolgreich durchgeführt werden. Die milde Hydrolyse der Verbindungen konnte ebenfalls erfolgreich unter Einsatz von Hydrolasen demonstriert werden. Eine Veränderung der Estergruppe zu längerkettigen Einheiten erhöht die Umsatzrate um durchschnittlich 10 - 15 %. Des Weiteren wurde der Einfluss der Spacerlänger auf die enzymatische Hydrolyse im Bereich von C1 - C3 untersucht, und mit zunehmender Spacerlänge der Umsatz um durchschnittlich 20 %. Die im Verlauf des Projektes kondensierten Rohdaten wurden auf aufgearbeitet und in Zusammenarbeit mit der IFU Hamburg eine Ökoeffizienzanalyse mit dem Programm Sabento angefertigt. Der biotechnologische Prozess zur Herstellung von Aminopropyldisiloxan besitzt im Vergleich zu dem etablierten chemischen Verfahren in der ökologischen Bewertung leichte Vorteile, trotz höherem Materialeinsatz. Die Edukte des chemischen Verfahrens besitzen ein hohes Umweltwirkungspotential und schneiden damit in der Gesamtumweltbewertungszahl etwas schlechter als das biokatalytische Verfahren ab. Aussagen zur ökonomischen Bewertung gestalten sich schwierig, da Angaben zu den Einkaufspreisen der Edukte für beide Verfahren nur schwer zugänglich waren. Daher liegen die Materialkosten bei etwa 90 % der Gesamtkosten und damit doppelt so hoch wie für übliche industrielle Verfahren. Die Ökoeffizienzanalyse konnte die wesentlichen Vorteile und Nachteile des biotechnologischen Prozesses im Vergleich zu dem marktfähigem industriellen Prozess mit belastbaren Kennzahlen und Energiediagrammen herausheben. Im wesentlichen sind beide Verfahren von ihrer Ökoeffizienz sehr ähnlich, wobei für das biotechnologische Verfahren noch erhebliches Optimierungspotential gesehen wird.
Biokatalytische Funktionalisierung alkylsubstituierter Polysiloxane. Abschlussbericht für das Verbundvorhaben. Forschungsverbund der Deutschen Bundesstiftung Umwelt "ChemBioTec". 01. September 2006 bis 30. Juni 2009