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.