Untersuchungen zur gezielten Hydrolyse und Derivatisierung von Polysacchariden

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Die Hydrolyse von cellulosehaltigem Material lässt sich durch die Wahl der Versuchsbedingungengezielt steuern. Bei der enzymatischen Hydrolyse von Zuckerrübenpellets wirddurch intensive Vorbehandlungen wie Mahlung, Quellung, Gefriertrocknung oder Ammoniak-Behandlung eine Erhöhung der Zugänglichkeit des Substrates und somit ein vergleichbarerAbbau wie bei unbehandelten Rübenschnitzeln erreicht. Geschickte Wahl vonEnzympräparation, pH-Wert und Temperatur führen zu einem etwa 80 %igen Abbau desMaterials und erlauben die gezielte Gewinnung ausgewählter monomerer oder dimererZucker.Die weitere Umsetzung der enzymatisch gewonnenen Zuckerlösungen mit Epoxiden zuPolyolkomponenten kann erfolgreich durchgeführt werden. Diese lassen sich anschließendmit einem Isocyanat zu Polyurethanschäumen umsetzen. Die resultierenden Schäumebesitzen vergleichbare mechanische Eigenschaften wie herkömmliche Schäume aufSorbitolbasis und zeigen zudem unerwartete Flammschutzeigenschaften. Ein Austausch vonSorbitol gegen Hydrolysate aus Zuckerrübenresten ist somit grundsätzlich möglich.Die Säurehydrolyse von Zellstoff und Regeneratcellulose lässt sich ebenfalls durchgeschickte Wahl der Hydrolysedauer, des Hydrolysemediums und dessen Konzentration imHinblick auf DP und Ausbeute steuern. Mit mikrokristalliner Cellulose aus derSäurehydrolyse lassen sich die Oxidation mit Natriumperiodat zu 2, 3-Dialdehydcellulose, diereduktive Aminierung mit NaBH3CN und Carbanilierungen erfolgreich durchführen. DieOxidation lässt sich dabei über die Reaktionszeit und das Flottenverhältnis steuern. Bei derUmsetzung von oxidierter Cellulose mit kurzkettigen Aminen verdoppelt sich der Umsatzdurch gleichzeitige Reduktion mit Natriumcyanoborhydrid. Die Umsetzungen mit demlangkettigen Polyamid PA und den Isocyanaten NCO I und NCO II sind grundsätzlichmöglich, ergeben jedoch Produkte mit geringen Substitutionsgraden. Auch anderePolysaccharide wie Pektin und Amylose lassen sich mit dem Isocyanat umsetzen. BeiUmsetzungen unter homogenen Bedingungen können höhere Substitutionsgrade erreichtwerden als bei Reaktionen unter heterogenen Bedingungen. Die Ultraschallbehandlung vonhydrolysierter Regeneratcellulose bewirkt eine Vereinzelung der Mikrokristallite, aber keinedeutliche Erhöhung der Reaktivität bei der späteren Umsetzung.