Lijm gemaakt van veren

Lijmen zijn bijna altijd gebaseerd op fossiele grondstoffen zoals ruwe olie. Fraunhofer-onderzoekers hebben nu een proces ontwikkeld waarmee de biogebaseerde grondstof keratine kan worden gebruikt. Deze krachtige eiwitverbinding komt bijvoorbeeld voor in kippenveren. Verschillende lijmen voor verschillende toepassingsgebieden zijn mogelijk.

Lijmen zijn bijna overal aanwezig: in sportschoenen, smartphones, vloerbedekking, meubels, textiel en verpakkingen. Zelfs de voorruit van auto’s wordt gelijmd. Experts kennen meer dan 1.000 verschillende lijmsoorten. Deze lijmen bijna elk denkbaar materiaal aan elkaar. Lijm weegt niet veel en is daarom geschikt voor lichtgewicht constructies. Bovendien trekken gelijmde oppervlakken niet krom omdat de druk gelijkmatig wordt verdeeld, in tegenstelling tot schroefverbindingen. Lijm roest niet en dicht af tegen vocht. Daarnaast zijn oppervlakken die met lijm zijn verbonden minder gevoelig voor trillingen. En lijmen zijn goedkoop en relatief eenvoudig om mee te werken.

Veren van pluimveevleesproductie

Tot nu toe werden lijmen bijna altijd geproduceerd uit fossiele grondstoffen zoals ruwe olie. Het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB pakt het nu anders aan. De onderzoekers gebruiken veren als uitgangsmateriaal in plaats van ruwe olie. Veren hopen zich op als afval tijdens de productie van pluimveevlees. Ze worden vernietigd of gemengd in diervoeder. Veren zijn echter veel te goed voor afval, omdat veren het structurele eiwit keratine bevatten. Dit biopolymeer wordt door dieren gevormd voor klauwen, hoeven en veren. De vezelstructuur zorgt voor een hoge sterkte.

Keratine voor de productie van kleefstoffen

Keratine is een milieuvriendelijke stof omdat het biologisch afbreekbaar is. Door zijn structuur heeft het ook eigenschappen die het bijzonder geschikt maken voor de productie van kleefstoffen. De polymeerstructuur in combinatie met de eigenschap om via functionele groepen crosslinkingreacties aan te gaan, maakt keratine voorbestemd voor de productie van allerlei soorten lijmen. “De eigenschappen die nodig zijn voor lijmsoorten zijn tot op zekere hoogte al aanwezig in het uitgangsmateriaal. Ze hoeven alleen maar te worden blootgelegd, gemodificeerd en geformuleerd,” legt projectmanager Dr. Michael Richter uit.

KERAbond

In het KERAbond-project “Speciality chemicals from tailor-made functional keratin proteins” staat Kera voor keratine en het Engelse woord bond voor binding . In dit project heeft Fraunhofer IGB de afgelopen drie jaar samengewerkt met Henkel AG & Co. KGaA, gespecialiseerd in de kleefstoffensector.
De projectpartners hebben een nieuw proces ontwikkeld en geoptimaliseerd. In de eerste stap worden de door het slachthuis geleverde veren gesteriliseerd, gewassen en mechanisch versnipperd. Daarna volgt een enzymatisch proces waarbij de lange-keten polymeren of eiwitketens via hydrolyse worden afgebroken tot korte-keten polymeren.

Lijmen, verharders, coatings en primers

Het resultaat? De korte-keten polymeren kunnen dienen als uitgangsmateriaal voor de verdere ontwikkeling van speciaal geformuleerde kleefstoffen. “We gebruiken het proces en de chemicaliën als een gereedschapskist waarmee we de gewenste eigenschappen van het eindproduct kunnen produceren,” zegt Richter. Op deze manier kunnen parameters zoals uithardingstijd, elasticiteit, temperatuurgedrag of sterkte van de gewenste speciale lijm worden gedefinieerd. Bovendien is het mogelijk om niet alleen eenvoudige lijmen te produceren, maar ook verwante stoffen zoals verharders, coatings of primers.

Volgende stap

De volgende stap is opschaling. Deze opschaling vond plaats in het Fraunhofer Centre for Chemical-Biotechnological Processes CBP in Leuna. Het doel was om te bewijzen dat de productie van de chemicaliën op basis van keratine ook kosteneffectief op industriële schaal kan worden gerealiseerd. Verschillende kilo’s kippenveren werden verwerkt en het geproduceerde materiaal werd gebruikt voor de eerste veelbelovende materiaaltests bij het Fraunhofer IGB en bij Henkel.

Bouwsteen voor een bio-geïnspireerde economie

Het Fraunhofer IGB houdt zich al jaren bezig met alle aspecten van de bio-economie en heeft veel expertise opgebouwd op het gebied van bijvoorbeeld keratine. Daarom benaderde het chemiebedrijf Henkel de Fraunhofer IGB voor dit project. Economisch gezien legt het project gewicht in de schaal. Volgens Statista werd in 2019 alleen al in Duitsland ongeveer een miljoen ton lijmen geproduceerd. Hun totale waarde bedraagt ongeveer 1,87 miljard euro.

Patentaanvraag

En ook de wetenschappelijke output is indrukwekkend: Er is een patentaanvraag ingediend voor het nieuwe proces en er is een publicatie verschenen in een wetenschappelijk tijdschrift. Twee doctoraatsstudenten, die intensief onderzoek hebben gedaan naar het project bij Henkel en Fraunhofer, zullen naar verwachting in het eerste kwartaal van 2024 hun proefschrift afronden. De nieuwe technologie op basis van keratine zal de duurzame en bio-geïnspireerde productie van veel chemicaliën mogelijk maken.
Openingsfoto: Veren bevatten keratine, een in water onoplosbaar structureel eiwit waaruit bestanddelen van kleefstoffen kunnen worden gemaakt (foto: Fraunhofer IGB)

Lees ook: Bioactief composiet ondersteunt de genezing van botbreuken