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.