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WO2025056117A1 - Two-component-adhesive-system component, and two-component adhesive system, and use - Google Patents

Two-component-adhesive-system component, and two-component adhesive system, and use Download PDF

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Publication number
WO2025056117A1
WO2025056117A1 PCT/DE2024/100798 DE2024100798W WO2025056117A1 WO 2025056117 A1 WO2025056117 A1 WO 2025056117A1 DE 2024100798 W DE2024100798 W DE 2024100798W WO 2025056117 A1 WO2025056117 A1 WO 2025056117A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
component
adhesive system
lignin
component adhesive
thiol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/DE2024/100798
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Börner
Andreas Taden
Ching-Yi Choi
Francisco LOSSADA
Tom Fleck-Kunde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Humboldt Universitaet zu Berlin
Original Assignee
Humboldt Universitaet zu Berlin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Humboldt Universitaet zu Berlin filed Critical Humboldt Universitaet zu Berlin
Publication of WO2025056117A1 publication Critical patent/WO2025056117A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08HDERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H6/00Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J197/00Adhesives based on lignin-containing materials
    • C09J197/005Lignin

Definitions

  • publication CN 102250363 discloses a modified lignin mixed with mercaptans and thiols as an adhesive.
  • Bisphenols such as those used in the publication DE 102020 108 099 B4 are inexpensive and readily available on an industrial scale, but they are produced synthetically. Due to the consumption of fossil raw materials in the synthetic production of bisphenols and the hormonal activity of bisphenol A, alternatives to adhesive systems containing bisphenol A are being sought.
  • the present invention is based on several objects.
  • An object of the invention is to provide a first component A of a two-component adhesive system which is in particular sustainable and bio-based and consists of at least a portion of renewable carbon.
  • the adhesive system should be available in variants for dry, wet, and even seawater applications.
  • the aim is to provide an adhesive system based on a renewable raw material that has polymeric / polymer-bound / phenolic structural elements.
  • a manufacturing process should be simple, inexpensive and scalable.
  • the adhesive system should be applicable to different substrates under various conditions and, in particular, tolerate salt water. Furthermore, the adhesive system should be particularly compatible with the marine biological environment.
  • the two-component adhesive system component A is characterized in that the two-component adhesive system component A comprises bio-based conjugated dicarbonyls as reactive component, wherein
  • bio-based conjugated dicarbonyls are formed as reactive quinone groups.
  • the two-component adhesive system component B comprises nucleophilic hardeners as a reactive component
  • nucleophilic hardeners can also contain mixtures with monothiols or monoamines (reactive diluents).
  • the two-component adhesive system component B of the two-component adhesive system can comprise a branched or unbranched molecule or polymer or any mixtures of these substances with at least two, particularly three to four nucleophilic functionalities, but preferably thiols, also with reactive group distributions and partly monofunctional impurities.
  • the two-component adhesive system component B can be any two-component adhesive system component B.
  • Component B can be calculated, in particular, as substances whose thiol functionalities are formally present in the form of ethyl thioether to more clearly describe the polarity of the crosslinker core structure.
  • Chem3D PerkinElmer version 20.1.1
  • MOSES by Molecular Networks GmbH
  • Examples of difunctional thiols (1,6-dithiohexane) cLogP 4.33.
  • ETMP ethoxylated trimethylpropane tri(3-mercaptopropionate)
  • PCL4MP polycaprolactone tetra(3-mercaptopropionate
  • ETMP thiol-group-bearing polyethylene oxide
  • the two-component adhesive system component A and/or the two-component adhesive system component B of the two-component adhesive system may comprise/comprise further individual components or combinations of components selected from:
  • applications of the two-component adhesive system can be seen in the bonding / coating of aluminum, steel, iron, titanium, glass, stone and concrete but also plastic materials consisting of PP, PE, PA, PS, PU, PET.
  • the adhesive system can tolerate salt water in particular and is compatible with the marine biological environment.
  • the tannin class includes chemically closely related derivatives of the phenolic groups found in lignin, allowing the numerous naturally occurring tannins to be sustainably obtained as biobased oligo-/polyhydroxyphenols as plant extracts.
  • Polyphenol derivatives of condensed or hydrolyzable tannins, such as tannic acid in particular, can be chemically converted into conjugated carbonyls through oxidation.
  • the resulting conjugated carbonyls exhibited pronounced reactivity with various thiols.
  • two-component adhesive mixtures of oxidatively activated tannin and commercially available multithiols could be produced and bonded to various substrates.
  • the bio-based share of renewable or bio-based carbon in two-component adhesive system component A can be greater than 30% or greater than 50% or greater than 90% or 100%.
  • component A can be formed in particular on the basis of renewable raw materials with phenolic structural elements and further preferably with a renewable carbon content of >30% or preferably >50%, particularly preferably >90% or even 100%, whereby mixtures with conventional bio-based / non-bio-based reactive resins are also possible.
  • the two-component adhesive system component A can have 0.3 to 5 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or 0.8 to 3.8 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or 1.3 to 3.0 mmol/g conjugated dicarbonyl groups.
  • the nucleophilic hardeners of the two-component adhesive system component B can then comprise or be polythiols and/or polyamines.
  • the two-component adhesive system component B can be a branched or unbranched molecule or polymer or any mixtures of these substances with at least two, especially three to four nucleophilic functionalities, but preferably thiols, also with reactive group distributions and partly monofunctional impurities.
  • the two-component adhesive system component B can be an aliphatic molecule or predominantly composed of aliphatic polyester or polyether structures and/or have molecular weights of 140-1400 g/mol and/or have polarities with calculated c(logP) coefficients between 1.84-12.43.
  • crosslinker component B was calculated as a substance whose thiol functionalities were formally present in the form of ethyl thioether to more clearly describe the polarity of the crosslinker core structure.
  • Chem3D PerkinElmer version 20.1.1
  • MOSES MOSES
  • the two-component adhesive system component B can be formed as branched or unbranched polymers with at least two thiol groups or as hydrophilic, thiol group-bearing polyethylene oxide (ETTMP) or as hydrophobic thiol group-bearing poly(E-caprolactone) (PCL4MP) or as chemically reduced thiol group-bearing proteins.
  • ETMP thiol group-bearing polyethylene oxide
  • PCL4MP hydrophobic thiol group-bearing poly(E-caprolactone)
  • the conjugated dicarbonyl groups of component A can also preferentially react with thiol groups of component B when the two components are combined to form thiol-catechol linkages or even partially to form disulfide linkages.
  • phenolic hydroxyl groups are generated from the dicarbonyl groups by the reaction, which remain available (not consumed) in the lignin/tannin for adhesive interactions.
  • Components A and B can be combined to form the two-component adhesive system in such a way that 30 to 60 percent by weight (not including additives and fillers) of component A is present in the mixture.
  • Component A itself may also contain additional fillers or additives. On average, this means that up to 70 percent by weight of fillers or supplementary materials are likely to be present in the overall adhesive system.
  • a possible process according to the invention for producing the illustrated two-component adhesive system with lignin comprises the following steps using a concrete example (not necessarily limiting the entirety of the invention): A Production of component A;
  • the oxidation in step A 1.3 or A 2.4 can preferably be carried out in the presence of 30% by weight of sodium periodate.
  • Reagents that cleave methyl ether bonds of the aromatic subunits include hydroiodic acid (Hl), hydrogen bromide (H Br) or, in particular, iodocyclohexane (ICH).
  • Hl hydroiodic acid
  • H Br hydrogen bromide
  • ICH iodocyclohexane
  • TCC adhesives Consumption of quinones and thiols and cure to TCC adhesives.
  • the adhesives can then be applied under various conditions, tolerate salt water and bond different substrates such as aluminum, steel, wood and/or stone with sometimes surprising adhesive strengths.
  • the resulting adhesives are sustainable and can be used, for example, for coral reef reconstitution.
  • the lignin preparation process can be conducted as a direct oxidation or as a multi-stage process with prior demethylation.
  • Direct oxidation requires inexpensive chemicals and allows for scale-up.
  • a lignin in this example, softwood lignin
  • acetone 0.1 g/mL
  • the lignin is filtered, and the acetone is removed under reduced pressure.
  • the resulting crystalline solid is dried under high vacuum (10 -3 mbar) for final drying. This allows a yield of 80% of the acetone extract to be achieved.
  • fractionated lignin The demethylation of fractionated lignin is carried out according to the modified method of Sawamura et al.
  • Fractionated lignin (10 g) is weighed into a two-necked round-bottom flask, dissolved in DMF (150 mL), and stirred at room temperature until homogeneous.
  • Iodocyclohexane is passed through a small column of alumina to remove the inhibitor before use and then added dropwise to the lignin dispersion.
  • a reflux condenser and a degasser containing aqueous ammonia are set up to quench the evolved gas and by-products.
  • the reaction mixture is heated in an oil bath at 140 °C for 6 hours and then cooled to room temperature.
  • the reaction mixture is washed with n-hexane and poured into 1 L of water.
  • the resulting precipitate is The product was then collected by filtration, washed several times with water, and freeze-dried to obtain the demethylated product.
  • the yield of the obtained mass was 85%.
  • Figure 13 shows an exemplary overview of the tensile shear strengths of two-component adhesive systems according to the invention (nDoxL process) with ETTMP and PCL4MP in comparison;
  • Figure 14 shows an exemplary tabular overview of the tensile shear strengths of the two-component adhesive systems with nDoxL (oxidized with 30 wt% NaI04 ) and multithiols in different lignin/thiol ratios;
  • Figure 16 shows a comparison of the gravimetric analysis of exemplary cured two-component adhesive systems after contact with different organic solvents by showing the polymer content for each two-component adhesive system
  • Figure 22 shows a representation of underwater curing results of the exemplary two-component adhesive system with lignin (DoxL) and PLC4MP with results for overlapping shear tests (Fig. 22 a-c) and an image of the lignin/PCL4MP seam after underwater application and curing for the ratios 40/60, 50/50 and 60/40 wt% lignin/PCL4MP (Fig. 22d).
  • Figure 23 various exemplary representations of the properties of the two-component adhesive system according to the invention (activated lignin via DoxL process) after application;
  • Figure 24 is a schematic representation of the leaching process as a means of determining the solvent resistance of the adhesive systems according to the invention.
  • FIG 1 shows an exemplary schematic representation of the activation process of softwood lignin to non-demethylated, oxidized lignin (nDoxL) and its subsequent reaction with two different polar multithiols as two-component adhesive systems.
  • An oxidation reaction functionalizes ortho-methoxyphenols to active quinones (nDoxL), which lead to thiol-catechol bond formation (TCC) via 1,4-Michael addition between thiol (component B) and quinone (component A).
  • TCC thiol-catechol bond formation
  • component B 1,4-Michael addition between thiol
  • quinone component A
  • Fig. 2 shows an exemplary schematic representation of the bio-inspired concept (Fig. 2a) by combining the toughening mechanisms of wood by lignin (left) with adhesive key functions from the bio-adhesion apparatus of marine mussels (right) in a lignin-based two-component adhesive system and an exemplary schematic representation of the activation process of softwood lignin to demethylated, oxidized lignin (DoxL) as component A and two different polar multithiols as component B (Fig. 2b) in the lignin-based two-component adhesive system.
  • DoxL oxidized lignin
  • ETTMP and PCL4MP are used as examples of multithiols.
  • Figure 4 shows a comparison of the HSQC spectra of lignin before and after oxidation with sodium periodate, measured in DMSO-dß at 500 MHz. It can be seen that after oxidation, some characteristic resonances of the ether bridges, such as ß-O-5' linkages and ß-O-5 linkages, which were present in the pre-fractionated lignin, have disappeared. The cleavage of these ether bonds can open the lignin network, which can favor the reaction with multi-thiols.
  • the consumption of methoxy groups can be quantified using 1 H NMR measurements.
  • Figure 5a clearly shows that the total OMe consumption of the respective nDoxL batches (directly oxidized with 0.3 to 2 equivalents) is significantly higher than the consumption during demethylation in the DoxL route. After oxidation with 0.3 equivalents of periodate, depending on the reaction temperature at 0 °C or room temperature, a reduction in the OMe content of 90% can be determined. For batches with higher periodate equivalents, a consumption of even 95% could be determined in experiments. However, it is important to note that the content of phenolic and aliphatic hydroxy groups is significantly reduced (Fig. 5b, 5c). This becomes particularly evident when the content of total OH groups is compared with the MeOH groups.
  • Fig. 6 shows the results of the FTIR analysis of different oxidation sets.
  • Fig. 6a shows the FTIR spectra of fractionated lignin and lignins oxidized at room temperature and 0 °C with 0.3 equivalents of periodate per o-methoxyphenol.
  • Fig. 6b shows the superposition of the FTIR spectra of various oxidized lignins (0.3 to 2 equivalents per o-methoxyphenol at 0 °C) measured via ATR.
  • the results show that a kinetically controlled product is preferentially formed at 0 °C, which, based on the assigned vibrational bands, is aldehydes and ketones.
  • Fig. 7 shows the overlay of the apparent mass distributions of different nDoxL batches in DMSO+0.075 mM NaNO3 with a listing of the apparent, number-average, and weight-average molecular weights as well as the polydispersities of the lignin samples fractionated with acetone and activated with 1:0.3 eq. NaIC, 1:1 eq. NaICU, 1:1.5 eq. NaICU, and 1:2 eq. NaICU at 0 °C (Fig. 7a).
  • Fig. 7b shows the overlay of the apparent, number-average, and weight-average molecular weights as well as the polydispersities of lignin samples activated with 1:0.3 eq. NaICU at room temperature and 0 °C.
  • Figure 7 shows that with lowering the temperature and increasing sodium periodate content, the peak shoulder decreases in intensity. Presumably, an increased periodate concentration shifts the equilibrium strongly toward oxidation, without the quinones themselves reverting to catechols after being "consumed” by oxidation. A lower amount of catechols presumably also reduces cross-linking, which would subsequently lead to a bimodal distribution. Oxidation at 0 °C appears to be a gentler method, which also results in fewer cross-links, which is reflected in the overall slightly narrower mass distribution.
  • Fig. 8 provides an overview of the proportions of periodate used to optimize the oxidation reaction of lignin in the nDoxL process in direct relation to the reaction with monothiols, here ethanethiol, under the following reaction conditions: 66.6 mM fractionated lignin in DMF/aqueous sodium acetate buffer (0.1 M, pH 5), room temperature or 0 °C, 2 h and 0.8 M activated lignin in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 40 °C or 80 °C, 2 h or 16 h).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • the model reaction is carried out to confirm the formation of TCC groups via Michael addition with ethanethiol.
  • the choice of ethanethiol is justified by the fact that the peak of the methyl group in the 1 H NMR spectrum stands out from the other lignin peaks and is easily integrated. The aforementioned methyl peak broadens considerably after the reaction with the activated lignin. Due to the poor solubility of the activated lignin, the reactions take place in NMP and require a significant excess of thiols per ortho-quinone unit.
  • the Michael-type addition of thiols with ortho-quinones has already been described in numerous publications and proceeds at low molecular weight at room temperature in a few minutes.
  • the thiol addition takes place with a lignin macropolymer, which is present as a nanogel.
  • a lignin macropolymer which is present as a nanogel.
  • the temperature is increased, the reaction time is extended, and excess thiols are added.
  • the lignin-TCC adduct is obtained by initial precipitation in ether and then in ultrapure water. Any ethanethiol remaining in the system can be removed under high vacuum due to the high vapor pressure.
  • the TCC content can be quantitatively determined by both 1 H NMR and 31 P NMR.
  • Fig. 9 shows an example of a series of photos illustrating the processing steps after oxidation in the nDoxL process.
  • a 10-liter bucket and 10 liters of water were used to precipitate 50 g of lignin, and the mixture was then distributed among six centrifuge cups (Fig. 9a). After taring the cups (Fig. 9b), they can be placed in a centrifuge (Fig. 9c). A further 10 liters of water are used for washing. Since the oxidized lignin is a finely powdered solid, centrifugation was used instead of conventional filtration to separate it. Centrifuges with a capacity of 36 liters can thus process 20 g of oxidation batches within 3 to 4 hours.
  • Figure 10 shows dynamic difference thermal analysis (DSC) diagrams of uncured nDoxL 4 o/ETTMP 6 o samples (Fig. 10a) and nDoxL 4 o/PCL4MP 6 o samples (Fig. 10b).
  • the onset temperature shown is the extrapolated reaction start, which is 28 °C for nDoxL 40 /ETTMP 6 o and 50 °C for nDoxL 40 /PCL4MP 6 o.
  • the curing temperature was set to 60 °C accordingly.
  • Figure 11 shows a tabular overview of the periodate concentrations used to investigate the optimal degree of lignin activation via the nDoxL process (condition: 66.6 mM fractionated lignin in DMF/aqueous sodium acetate buffer (0.1 M, pH 5), room temperature, 2 h). Different sodium periodate concentrations ranging from 5 to 50 wt. % were used under the same reaction conditions. After oxidation, the lignins were purified by extraction with ultrapure water, and excess periodate was removed. The produced lignin materials were investigated in a two-component bonding with both ETTMP and PCL4MP and the tensile shear strengths were determined.
  • Fig. 12 shows an exemplary comparison of the force-displacement diagrams of lignin adhesives with 30 wt% NalC oxidation (left) and 5 wt% (right) NalO4 oxidation and ETTMP (conditions: nDoxL process; mass ratio lignin/thiol - 1/1; curing at 60 °C, 16 h).
  • Fig. 13 shows an exemplary overview of the tensile shear strengths of two-component adhesive systems according to the invention (nDoxL process) with ETTMP (left) and PCL4MP (right) in comparison.
  • Various proportions of oxidizing agent were used to activate the lignin via oxidation with NaI in the nDoxL process.
  • the purified lignin component was tested via two-component bonding with a 1:1 lignin/thiol ratio using tensile shear experiments. It can be seen that the optimum bond strength is at 30 wt.% NaI for the direct oxidation of fractionated lignin.
  • Fig. 14 provides an exemplary tabular overview of the tensile shear strengths of the two-component adhesive systems with nDoxL (oxidized with 30 wt.% NaI4) and multithiols in different lignin/thiol ratios.
  • the tear force is standardized to an adhesive surface of 40 to 70 mm 2 . It has been found that complete homogenization of the two components in the adhesive system is necessary and that this is no longer possible in the lignin/PCL4MP system if the lignin content is too high. Nevertheless, the two-component adhesive systems according to the invention possess a high degree of modularity and tunability, as they are resin-like bulk adhesives.
  • lignin/thiol ratio By varying the lignin/thiol ratio, different tensile shear strengths can be achieved.
  • polar ETTMP a mixing window between 40 and 60 wt.% activated lignin results; below this threshold, the viscosity of the mixture is too low to be applied. Above 60 wt.%, the homogeneity of the two-component formulation mixture has proven to be no longer achievable. It has also been shown that the higher viscosity and non-polar PCL4MP is less compatible with nDoxL, resulting in a narrower blend range of 30 to 50 wt.% activated lignin. The best applicability and good tensile shear strengths are achieved at a lignin mass content of 40 wt.%.
  • Fig. 15 shows the thermogravimetry (TGA) results of the exemplary systems nDoxL 4 o/ETTMP 6 o and nDoxL 4 o/PCL4MPeo.
  • TGA thermogravimetry
  • the main weight loss in the cured nDoxL 4 o/ETTMP 6 o and nDoxL 4 o/PCL4MP 6 o systems occurs as a two-stage degradation with a small weight loss of 15% at 300 °C, followed by a weight loss of 40% at 390 to 420 °C.
  • the degradation temperatures of the lignin samples are well above the expected curing temperatures of 60 to 90 °C for the two-component adhesive systems according to the invention.
  • Fig. 16 shows a comparison of the gravimetric analysis of exemplary cured two-component adhesive systems after contact with various organic solvents (acetone, tetrahydrofuran (THF)) by depicting the polymer content for each two-component adhesive system after conducting leaching experiments with and without reducing agent in acetone and THF.
  • a schematic representation of the leaching experiments is shown in Fig. 24.
  • Fig. 15 shows that both systems exhibit a certain resistance to organic solvents and cannot be completely dissolved. It is important to note that both the nDoxL and the multithiols are very soluble in the solvents. The mass percentages shown refer to the dissolved polymer content.
  • a moderate resistance of the ETTMP-containing system to acetone (31 wt.%) and THF (37 wt.%) is obtained.
  • the addition of tributylphosphine increases the mass fraction to 44 wt.% in acetone and 46 wt.% in THF.
  • 58 wt.% dissolved in acetone and 69 wt.% in THF, and after the addition of tributylphosphine, even 75 wt.% in acetone and 85 wt.% in THF.
  • THF a stronger swelling behavior of the hydrophobic lignin glue can be observed.
  • the reducing agent also causes an increase in the dissolved polymer content and a similarly high degree of disulfide cleavage (9 to 17 wt.%) is achieved regardless of the solvent or multithiol, the network structure does not appear to be primarily dominated by disulfides.
  • Fig. 17 shows a schematic representation of the two-component adhesive system manufacturing process (Fig. 17a) and a schematic representation of the procedure for tensile shear experiments with the inventive two-component adhesive system (Fig. 17b).
  • Fig. 17a oxidized lignin and multithiol are combined to form a two-component adhesive system, and the mixture is left to stand for 3 hours. The viscosity changes during these 3 hours depending on the lignin content of the sample.
  • Fig. 17b the prepared test specimens for tensile shear tests are bonded together with the two-component adhesive system and cured overnight at 60 °C. The tensile shear experiments are then carried out. The use of a texture analyzer is particularly recommended for this purpose.
  • Figure 18 shows the chemical conversion steps for lignin activation on a commercially available softwood kraft lignin using the DoxL process (Fig. 18a). These steps include fractionation, demethylation of G units, and oxidation to quinone units.
  • Fig. 18b shows the results of the hydroxy pattern analysis of fractionated and demethylated lignin using 31 P NMR, and
  • Fig. 18c shows the results of the 1 H NMR analysis comparing the fractionated lignin before and after demethylation.
  • Fig. 18d shows the results of a GPC analysis showing the molecular weight distribution of the various lignin products.
  • Fig. 18a shows the chemical conversion steps for lignin activation on a commercially available softwood kraft lignin using the DoxL process (Fig. 18a). These steps include fractionation, demethylation of G units, and oxidation to quinone units.
  • Fig. 18b shows the results of the hydroxy pattern analysis of fractionated and demethylated
  • Figure 19 shows representative FTIR spectra showing significant changes in functionality when comparing activated lignin with the uncured 2K mixtures (nc) and those after curing, for example for DoxLso/ETTMPso ( Figure 19a) and D0XL50/PCL4MP50 ( Figure 19b).
  • FTIR spectroscopy analysis allows comparison of pure DoxL with the two mixtures of the two different two-component adhesive systems before and after curing.
  • the FTIR spectra of representative mixtures with DoxL contents of 50 wt.% provide insight into the curing chemistry.
  • TCC formation is difficult to directly detect, the loss of the bands typical of quinones indicates the formation of TCC Michael addition products.
  • the consumption kinetics of the quinones appear to depend on the local thiol concentration and/or the conformational dynamics of the polymer multithiols in the bulk reaction mixtures.
  • the quinone bands in DoxL do not reduce, or at least not completely, prior to curing, suggesting that the reaction proceeds slowly in the viscous bulk at room temperature.
  • Figure 20 shows a representation of the dry mechanical bonding properties of the two-component lignin-based adhesive systems (DoxL process).
  • the results of overlap shear tests are presented as force-resistance curves, with a representative example for DoxL/ETTMP; in Figure 20b, for DoxL/PCL4MP at different DoxL/Thiol weight ratios.
  • Figures 20c and 20d show images of the sample seam from the shear bond tests using the adhesive and cohesive blends for D0XL55/ETTMP45 ( Figure 20c) and DoxL 55 /PCL4MP 45 ( Figure 20d).
  • Figure 21 provides a tabular overview of the dry adhesion properties of two-component lignin-based adhesive systems (DoxL process).
  • the mixing ratio of DoxL and multithiols influences the achieved bond strength, and a maximum of approximately 15 MPa is achieved at 55 wt% DoxL, regardless of the use of hydrophilic or hydrophobic multithiols.
  • the D0XL55/ETTMP45 adhesive using ETTMP tri-thiol with a Q/T ratio of 1.00/0.76 deviates from the ideal stoichiometry.
  • the curing process appears to be remarkably robust with respect to the equivalents of the reactive functionalities. This advantage may be due to the nature of the lignin polyquinone.
  • the "nano-gel" type appears to be able to introduce a certain buffering capacity, where the internal quinone functionalities do not necessarily have to react.
  • the excess of thiols also appears to be balanced. For example, a 5 wt.% reduction in the DoxL content leads to a slightly reduced bond strength of 14 MPa for both exemplary two-component adhesive systems.
  • FIG. 22b shows the results of overlap shear tests after dry application and subsequent dry curing (60 °C for 12 hours) and immersion in salt water for 3 days at 40 °C.
  • a mass ratio of DoxL/PCL4MP of 40/60 the highest adhesion force is achieved with 2.8 ⁇ 0.2 mPa was obtained.
  • the transfer of the entire curing chemistry into saltwater represents a drastic change in conditions and the curing temperature was set much lower than ideal
  • the achieved bond strength in marine environments is within a suitable window and meets the same ranges as epoxy putty adhesives optimized for aquaculture reef building applications.
  • Fig. 22c shows the results of lap shear tests after an underwater application followed by curing and 3 days of immersion in saltwater at 40 °C.

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Abstract

The invention relates to a two-component-adhesive-system component A and is characterised in that the two-component-adhesive-system component A comprises bio-based conjugated dicarbonyls as reactive components, wherein the bio-based conjugated dicarbonyls are an oxidation product of lignin or highly oxidised lignin and/or tannins, and the bio-based conjugated dicarbonyls are in the form of reactive quinone groups. The invention also relates to a two-component adhesive system having the two-component-adhesive-system component A and a two-component-adhesive-system component B, and to an associated use.

Description

ZWEIKOMPONENTEN-KLEBESYSTEM-KOMPONENTE UND ZWEIKOMPONENTEN¬TWO-COMPONENT ADHESIVE SYSTEM COMPONENT AND TWO-COMPONENT

KLEBESYSTEM SOWIE VERWENDUNG ADHESIVE SYSTEM AND USE

Die Erfindung betrifft eine Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente. Weiter betrifft die Erfindung ein Zweikomponenten-Klebesystem sowie eine Verwendung des Zweikomponenten- Klebesystems. The invention relates to a two-component adhesive system component. Furthermore, the invention relates to a two-component adhesive system and a use of the two-component adhesive system.

Technische Klebeverfahren werden häufig durch die Anwesenheit größerer Mengen an Wasser mit zum Teil hohen Salzkonzentrationen stark erschwert. Auch aus diesem Grund sind die unter Wasser sesshaften maritimen Wirbellosen, wie z.B. Muscheln und ihr „Muschelklebstoff1 zum Gegenstand der Forschung geworden. Technical bonding processes are often greatly hampered by the presence of large amounts of water, sometimes with high salt concentrations. This is one of the reasons why marine invertebrates living underwater, such as mussels and their "mussel adhesive ," have become the subject of research.

Der Stand der Technik zeigt verschiedene Ansätze zur Herstellung von Haftstoffen mit Muschel-inspirierte Thiol-Catechol-basierter Haftfunktionalität oder auch Haftstoffe unter Nutzung von Lignin oder strukturverwandter Polyphenole. The state of the art shows various approaches for the production of adhesives with mussel-inspired thiol-catechol-based adhesive functionality or adhesives using lignin or structurally related polyphenols.

Rohstoffströme aus nachwachsenden Ressourcen, die biobasiertes Carbon mit vielen phenolischen Strukturelementen enthalten, sind als Ausgangstoffe für nachhaltige Materialien interessant. So zeigen die Stoffklassen der Tannine und Lignine viele phenolische Elemente, die zum Teil das Rückgrat der Tannin- / Ligninstruktur bilden und über verschiedene C-O- und C-C-Bindungen verbunden sind, was diese Stoffe zu einem interessanten Kandidaten für Anwendungen in Bereichen wie Medizin, Elektrochemie, Betonzusatzstoffe, Strukturadditive, Kunststofffüllstoffe und Klebstoffe macht. Je nach Quelle sind die drei Arten von Hydroxyzimtalkohol-Untereinheiten oder Monolignolen, nämlich p- Hydroxyphenyl (H), Guaiacyl (G) und Syringyl (S), in unterschiedlichen Verhältnissen miteinander verbunden und bilden ein biopolymeres "Nano- / Mikrogel". In der Regel wird das aus Holzpellets, Pflanzenfasern oder Pflanzenresten isolierte Lignin bzw. die Tannine prozessiert, um Strukturen mit geringerem Molekulargewicht oder höheren Reinheitsgrad zu erzeugen, die in alkalischen Lösungen oder organischen Lösungsmitteln oder in wässrigen Medien löslich sind. Bei der Abtrennung von Fremdstoffen wie z.B. Zellulose- und Hemizelluloseverbindungen wird das chemische Netzwerk des Lignins umstrukturiert, um eine künstliche Ligninstruktur zu erzeugen. Unter geeigneten Bedingungen ist es möglich, Lignin vollständig zu depolymerisieren. Das lösliche polymere Lignin, das als Kraft- oder Organosolv-Lignin bekannt oder lösliche Gerbsäuren wie z.B. Tanninsäure und Tannine weisen inhärente polyphenolische Einheiten auf, die intensiv genutzt und bei der Materialherstellung meist durch chemische Reaktion teilweise oder vollständig umgesetzt (verbraucht) werden, um innovative Werkstoffe herzustellen. Raw material streams from renewable resources containing bio-based carbon with many phenolic structural elements are interesting as starting materials for sustainable materials. For example, the tannins and lignins classes contain many phenolic elements, some of which form the backbone of the tannin/lignin structure and are linked via various C-O and C-C bonds, making these materials an interesting candidate for applications in fields such as medicine, electrochemistry, concrete additives, structural additives, plastic fillers, and adhesives. Depending on the source, the three types of hydroxycinnamic alcohol subunits or monolignols, namely p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G), and syringyl (S), are linked together in varying ratios to form a biopolymeric "nano-/microgel." Typically, lignin or tannins isolated from wood pellets, plant fibers, or plant residues are processed to create structures with lower molecular weight or higher purity that are soluble in alkaline solutions, organic solvents, or aqueous media. Upon removal of impurities such as cellulose and hemicellulose compounds, the chemical network of lignin is restructured to create an artificial lignin structure. Under suitable conditions, it is possible to completely depolymerize lignin. Soluble polymeric lignin, known as kraft or organosolv lignin, or soluble tannic acids such as tannic acid and tannins, contain inherent polyphenolic units that are intensively utilized and, usually partially or completely converted (consumed) during material production to produce innovative materials.

Die Druckschrift DE 10 2020 108 099 B4 zeigt einen polymeren Haftstoff mit mindestens zwei Thio-Catechol-Connectivitäten (TCC)-Funktionalitäten pro Wiederholungseinheit, wobei der polymere Haftstoff aus zu Chinonen oxidierten Monomeren des Typs „Bisphenol“ und mindestens difunktionalen Thiolen nach einer AnBn-Verknüpfung gebildet wird. The publication DE 10 2020 108 099 B4 shows a polymeric adhesive with at least two thiocatechol connectivities (TCC) functionalities per repeating unit, wherein the polymeric adhesive is formed from monomers of the type “bisphenol” oxidized to quinones and at least difunctional thiols after an A n B n linkage.

Lee et al. beschreiben in „Thermo-sensitive, injectable, and tissue adhesive sol-gel transition hyaluronic acid/pluronic composite hydrogels prepared from bio-inspired catechol-thiol reaction“, Soft Matter, 2010, 6, 977-983, zwecks Adhäsion TCC-funktionalisierte Polymere, die über eine Michael-analoge Reaktion zwischen Chinon und Thiol erzeugt wurden. In “Thermo-sensitive, injectable, and tissue adhesive sol-gel transition hyaluronic acid/pluronic composite hydrogels prepared from bio-inspired catechol-thiol reaction,” Soft Matter, 2010, 6, 977-983, Lee et al. describe TCC-functionalized polymers for adhesion, which were generated via a Michael-analogous reaction between quinone and thiol.

Zudem offenbart die Druckschrift CN 102250363 ein mit Mercaptanen und Thiolen versetztes, modifiziertes Lignin als Adhäsiv. In addition, the publication CN 102250363 discloses a modified lignin mixed with mercaptans and thiols as an adhesive.

In der Druckschrift CN 114149785 wird ein Muschel-inspirierter biometrischer Zweikomponenten-Kleber offenbart, dessen eine Komponente eine wässrige, alkalische Lösung von Lignin ist. Die zweite Komponente, ein modifiziertes Polyaspergin, weist Catechol- Funktionen auf. Document CN 114149785 discloses a mussel-inspired biometric two-component adhesive, one component of which is an aqueous, alkaline solution of lignin. The second component, a modified polyaspergin, exhibits catechol functions.

Die Druckschrift WO 2016/009054 A1 beschreibt ein Bindemittel, bei dem zunächst ein Lignosulfonat mit einem Polymer, das über mehrere phenolische Gruppen, unter anderem Catechol, verfügt, zur Reaktion gebracht. Das entstehende Produkt wird anschließend mit einem Polyamin versetzt. WO 2016/009054 A1 describes a binder in which a lignosulfonate is first reacted with a polymer containing several phenolic groups, including catechol. The resulting product is then mixed with a polyamine.

Zudem offenbart die Druckschrift DE 102014 107 826 A1 ein Verklebungsmittel auf der Basis von faserhaltigen Materialien, die aktivierbare Klebstoffkomponenten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verklebungsmittel um ein benetzbares und/oder schmelzbares textiles Flächenmaterial aus Fasern mit Faserdurchmessern von 5pm oder weniger und mit ein oder mehr Fasertypen handelt, dass es sich um ein durch Flüssigkeitszugabe, thermisch und/oder durch Druck jeweils unter Ausbildung kovalenter Bindungen, koordinativer Bindungen und/oder von lonenbindungen aktivierbares Fasermaterial handelt und dass die Faser oder Fasern mindestens zwei miteinander reaktive, im Rahmen der Aktivierung aktivierbare Klebstoffkomponenten (insbesondere A und B) in der Matrix mindestens eines Fasertyps beinhalten, sowie deren Herstellung und Verwendung. In addition, the document DE 102014 107 826 A1 discloses an adhesive based on fiber-containing materials which have activatable adhesive components, characterized in that the adhesive is a wettable and/or meltable textile sheet material made of fibers with fiber diameters of 5 pm or less and with one or more fiber types, that it is a fiber material which can be activated by adding liquid, thermally and/or by pressure, in each case with the formation of covalent bonds, coordinate bonds and/or ionic bonds, and that the fiber or fibers contain at least two mutually reactive adhesive components (in particular A and B) which can be activated during the activation in the matrix of at least one fiber type, as well as their production and use.

Die Technologie der „Catechol Mussel-Inspired polymers“ stellt ein derzeit sehr im Fokus stehendes Forschungsthema dar. The technology of “Catechol Mussel-Inspired polymers” is currently a very focused research topic.

Die Probleme im Stand der Technik sind im Wesentlichen, dass für die Herstellung der meisten bisher bekannten „Catechol Mussel-Inspired polymers“ das Monomer L-3,4- Dihydroxyphenylalanin (L-Dopa) oder seine Derivate verwendet werden, welches auch zu der peptidischen Bindung dieser Haftpolymere führt. The problems in the state of the art are essentially that for the production of most of the “Catechol Mussel-Inspired polymers” known to date, the monomer L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-Dopa) or its derivatives are used, which also leads to the peptide bonding of these adhesive polymers.

Die für großtechnische Anwendungen hohe Preise des L-Dopa und seiner Derivate, sowie der petrochemische Ursprung dieser Stoffe und mangelnde großtechnische Verfügbarkeit der Tyrosinase zur in situ Erzeugung von Catecholen aus Phenolen (z.B. Börner et al. "Mussel-glue derived, enzyme activated anti-fouling coatings" ACS Macro Lett. 2012, 1, 871-875), limitieren den Einsatz dieser Haftpolymere auf hochpreisige Anwendungsfelder in biomedizinischen und kosmetischen Anwendungen. The high prices of L-Dopa and its derivatives for large-scale applications, as well as the petrochemical origin of these substances and the lack of large-scale availability of the Tyrosinase for the in situ generation of catechols from phenols (e.g. Börner et al. "Mussel-glue derived, enzyme activated anti-fouling coatings" ACS Macro Lett. 2012, 1, 871-875) limit the use of these adhesive polymers to high-cost applications in biomedical and cosmetic applications.

Bisphenole wie sie in der Druckschrift DE 102020 108 099 B4 eingesetzt werden, sind kostengünstig und großtechnisch verfügbar, sie werden aber synthetisch hergestellt. Durch den Verbrauch fossiler Rohstoffe bei der synthetischen Herstellung von Bisphenolen sowie die Hormonaktivität von Bisphenol A, wird nach Alternativen für Bisphenol A haltige Klebsysteme gesucht. Bisphenols such as those used in the publication DE 102020 108 099 B4 are inexpensive and readily available on an industrial scale, but they are produced synthetically. Due to the consumption of fossil raw materials in the synthetic production of bisphenols and the hormonal activity of bisphenol A, alternatives to adhesive systems containing bisphenol A are being sought.

Der vorliegenden Erfindung liegen mehrere Aufgaben zugrunde. The present invention is based on several objects.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine erste Komponente A eines zwei-Komponenten- Klebesystems anzugeben, das insbesondere nachhaltig und biobasiert sowie zumindest aus einem Anteil erneuerbaren Kohlenstoffs besteht. An object of the invention is to provide a first component A of a two-component adhesive system which is in particular sustainable and bio-based and consists of at least a portion of renewable carbon.

Eine Aufgabe ist es ein nachhaltiges Klebsystem bereitzustellen. Das Klebsystem soll hierbei in Varianten für Trocken- als auch Nass- sowie auch Meerwasseranwendungen einsetzbar sein.One task is to provide a sustainable adhesive system. The adhesive system should be available in variants for dry, wet, and even seawater applications.

Es soll ein Klebsystem auf Basis eines nachwachsenden Rohstoffes bereitgestellt werden, der polymere / polymergebundene / phenolische Strukturelemente aufweist. The aim is to provide an adhesive system based on a renewable raw material that has polymeric / polymer-bound / phenolic structural elements.

Ein Herstellungsprozess soll hierbei einfach, preisgünstig und skalierbar sein. A manufacturing process should be simple, inexpensive and scalable.

Das Klebsystem soll unter verschiedenen Bedingungen auf unterschiedlichen Substraten applizierbar sein und auch insbesondere Salzwasser tolerieren. Weiter soll das Klebesystem insbesondere kompatibel mit der maritimen biologischen Umwelt sein. The adhesive system should be applicable to different substrates under various conditions and, in particular, tolerate salt water. Furthermore, the adhesive system should be particularly compatible with the marine biological environment.

Gelöst werden diese Aufgaben mit einer Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A gemäß Hauptanspruch und mit einem Zweikomponenten-Klebesystem gemäß nebengeordnetem Anspruch. Weiterhin erfolgt die Lösung auch durch eine erfndungsgemäße Verwendung gemäß dem Verwendungsanspruch. These objects are achieved with a two-component adhesive system component A according to the main claim and with a two-component adhesive system according to the independent claim. Furthermore, the solution is also achieved by a use according to the invention according to the use claim.

Die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A ist dadurch gekenzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A biobasierte konjugierte Dicarbonyle als Reaktivkomponente umfasst, wobei The two-component adhesive system component A is characterized in that the two-component adhesive system component A comprises bio-based conjugated dicarbonyls as reactive component, wherein

- die biobasierten konjugierten Dicarbonyle ein Oxidationsprodukt des Lignins oder hochoxidiertes Lignin und/oder Tannine sind und - the bio-based conjugated dicarbonyls are an oxidation product of lignin or highly oxidized lignin and/or tannins and

- die biobasierten konjugierten Dicarbonyle als reaktive Chinongruppen ausgebildet sind. - the bio-based conjugated dicarbonyls are formed as reactive quinone groups.

Zudem kann der biobasierte Anteil an erneuerbarem oder biobasiertem Kohlenstoff derIn addition, the bio-based share of renewable or bio-based carbon in the

Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A insbesondere größer als 30% oder größer als 50% oder größer als 90% oder 100% sein, (wenn nicht anders angegeben beziehen sich %- Angaben auf Gewichts- %) Two-component adhesive system component A in particular greater than 30% or greater than 50% or greater than 90% or 100% (unless otherwise stated, % figures refer to weight %)

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann die Zweikomponenten-Klebesystem- Komponente A 0,3 bis 5 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen oder 0,8 bis 3,8 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen oder 1,3 bis 3,0 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen aufweisen. In a particularly preferred embodiment, the two-component adhesive system component A can have 0.3 to 5 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or 0.8 to 3.8 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or 1.3 to 3.0 mmol/g conjugated dicarbonyl groups.

Das Zweikomponenten-Klebesystem mit der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und einer Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B ist dadurch gekennzeichnet, dassThe two-component adhesive system with the two-component adhesive system component A and a two-component adhesive system component B is characterized in that

- die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B nukleophile Härter als eine Reaktivkomponente umfasst und - the two-component adhesive system component B comprises nucleophilic hardeners as a reactive component and

- die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und die Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente B miteinander reagieren und kovalente Verbindungen und/oder ein kovalent-verbrücktes Netzwerk ausbilden. - the two-component adhesive system component A and the two-component adhesive system component B react with each other and form covalent bonds and/or a covalently bridged network.

Die nukleophilen Härter der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B können Polythiole und/oder Polyamine umfassen. The nucleophilic hardeners of the two-component adhesive system component B can comprise polythiols and/or polyamines.

Weiter können die nukleophilen Härter auch Mischungen mit Monothiolen oder Monoaminen beinhalten (Reaktivverdünner). Furthermore, the nucleophilic hardeners can also contain mixtures with monothiols or monoamines (reactive diluents).

Insbesondere kann die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B des Zweikomponenten- Klebesystems ein verzweigtes oder unverzweigtes Molekül oder Polymer bzw. beliebige Gemische dieser Stoffe mit mindestens zwei besonders drei bis vier nukleophilen Funktionalitäten, bevorzugt aber Thiole, auch mit Reaktivgruppenverteilungen und zum Teil monofunktionalen Verunreinigungen aufweisen. In particular, the two-component adhesive system component B of the two-component adhesive system can comprise a branched or unbranched molecule or polymer or any mixtures of these substances with at least two, particularly three to four nucleophilic functionalities, but preferably thiols, also with reactive group distributions and partly monofunctional impurities.

Die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B kann The two-component adhesive system component B can

- ein aliphatisches Molekül sein oder überwiegend aus aliphatischen Polyester- oder Polyetherstrukturen aufgebaut sein und/oder - be an aliphatic molecule or be predominantly composed of aliphatic polyester or polyether structures and/or

- Molgewichte von 140-1400 g/mol aufweisen und/oder - have molecular weights of 140-1400 g/mol and/or

- Polaritäten mit berechneten c(logP)-Koeffizienten zwischen 1.84-12.43 aufweisen. - Polarities with calculated c(logP) coefficients between 1.84-12.43.

Die Komponente B können insbesondere als Stoffe berechnet werden, deren Thiole- Funktionalitäten formal in Form von Ethylthioether vorliegen, um die Polarität der Vernetzer- Kernstruktur eindeutiger zu beschreiben. Dafür kann insbesondere das Berechnungsprogramm Chem3D (PerkinElmer version 20.1.1) verwendet werden, welches die c(logP)-Koeffizienten basierend auf MOSES (by Molecular Networks GmbH).[Polykovskiy, D. et al. Frontiers in pharmacology 2020, 11, 565644) berechnet. Beispiele für difunktionale Thiole (1,6-Dithiohexan) cLogP=4.33. Trifunktionale polymere Vernetzer sind bspw. ethoxyliertes-Trimethylpropan-tri(3-mercapto-propionat) (ETTMP) mit DPn,PEO=9 (Armlänge x=y=z= 3; c(logP)= 3.48), oder DPn, PEO= 18 (Armlänge x=y=z= 6; c(logP)= 1.84) oder tetrafunktionale Vernetzer Polycaprolacton-tetra(3-mercaptopropionat) (PCL4MP) mit DPn= 8 (Armlänge w=x=y=z= 2; c(logP)=12.43). Component B can be calculated, in particular, as substances whose thiol functionalities are formally present in the form of ethyl thioether to more clearly describe the polarity of the crosslinker core structure. For this purpose, the calculation program Chem3D (PerkinElmer version 20.1.1) can be used, which calculates the c(logP) coefficients based on MOSES (by Molecular Networks GmbH) [Polykovskiy, D. et al. Frontiers in pharmacology 2020, 11, 565644]. Examples of difunctional thiols (1,6-dithiohexane) cLogP=4.33. Trifunctional polymeric crosslinkers include ethoxylated trimethylpropane tri(3-mercaptopropionate) (ETTMP) with DPn,PEO=9 (arm length x=y=z=3; c(logP)=3.48), or DPn,PEO=18 (arm length x=y=z=6; c(logP)=1.84), or tetrafunctional crosslinkers such as polycaprolactone tetra(3-mercaptopropionate) (PCL4MP) with DPn=8 (arm length w=x=y=z=2; c(logP)=12.43).

Das Zweikomponenten-Klebesystem kann vorzugsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B ausgebildet ist als The two-component adhesive system can preferably be characterized in that the two-component adhesive system component B is designed as

- verzweigte oder unverzweigte Polymere mit mindestens zwei Thiol-Gruppen oder als - branched or unbranched polymers with at least two thiol groups or as

- hydrophiles, Thiol-gruppentragendes Polyethylenoxid (ETTMP) oder als - hydrophilic, thiol-group-bearing polyethylene oxide (ETTMP) or as

- hydrophobes Thiol-gruppentragendes Poly(E-Caprolacton) (PCL4MP) oder als - hydrophobic thiol group-bearing poly(E-caprolactone) (PCL4MP) or as

- chemisch reduzierte Thiol-gruppentragende Proteine. - chemically reduced thiol group-bearing proteins.

Zudem können die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und/oder die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B des Zweikomponenten-Klebesystems weitere einzelne Bestandteile oder Kombinationen aus Bestandteilen umfassen/umfasst, ausgewählt aus: In addition, the two-component adhesive system component A and/or the two-component adhesive system component B of the two-component adhesive system may comprise/comprise further individual components or combinations of components selected from:

- Füllstoffe; - fillers;

- Flammschutz; - Flame retardant;

- Schlagzähmodifikatoren; - impact modifiers;

- Silanmodifizierte Polymere als weitere Covernetzer; - Silane-modified polymers as additional co-crosslinkers;

- Epoxide als weitere Covernetzer; - Epoxies as additional crosslinkers;

- Methacrylate als weitere Covernetzer; - Methacrylates as additional co-crosslinkers;

- Acrylate als weitere Covernetzer; - Acrylates as additional cover crosslinkers;

- Vinylether als weitere Covernetzer; - Vinyl ethers as additional crosslinkers;

- Styrolderivate als weitere Covernetzer; - Styrene derivatives as additional co-crosslinkers;

- Reaktivverdünner; - reactive diluents;

- Härtungskatalysatoren - Curing catalysts

- Rheologiehilfsmittel / Rheologie-verändernde Füllstoffe; Rheologieadditive; - Rheology aids / rheology-modifying fillers; rheology additives;

- Exothermie-regelnde Füllstoffe; - Exothermic-regulating fillers;

- Hydrolysestabilität-verbessernde Füllstoffe; - Hydrolysis stability-improving fillers;

- Netzmittel; - wetting agents;

- Farbstoffe. - Dyes.

Bei einer Kombination mit einem Co-Binder wird selbstverständlich darauf geachtet, dass es keine offensichtlichen Stabilitätsprobleme gibt. Im Zweikomponenten-Klebesystem können insbesondere die konjugierten Dicarbonyl-Gruppen der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A mit Thiol-Gruppen der Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente B bei Zusammengabe der beiden Komponenten unter Ausbildung von Thiol-Catechol-Verknüpfungen oder auch teilweise unter Bildung von Disulfid- Verknüpfungen reagieren. When combining with a co-binder, care is taken to ensure that there are no obvious stability problems. In the two-component adhesive system, in particular the conjugated dicarbonyl groups of the two-component adhesive system component A can react with thiol groups of the two-component adhesive system component B when the two components are combined, forming thiol-catechol linkages or also partially forming disulfide linkages.

Das Zweikomponenten-Klebesystem kann Verwendung finden als: The two-component adhesive system can be used as:

- Unterwasserkleber; - Underwater adhesive;

- Muschelkleber; - shell glue;

- Korallenkleber; - Coral glue;

- Kleber für keramische Komponenten; - Adhesives for ceramic components;

- Kleber für Beton; - Adhesive for concrete;

- Kleber für Stein; - Adhesive for stone;

- Kleber für Glas; - Glue for glass;

- Kleber für Metall und/oder Metallsubstrate; - Adhesives for metal and/or metal substrates;

- Kleber für technische Polymere; - Adhesives for technical polymers;

- Kleber für PET und/oder PP und/oder PE und/oder PU und/oder Polyamide; - Adhesives for PET and/or PP and/or PE and/or PU and/or polyamides;

- Beschichtungen und/oder Coating; - Coatings and/or coating;

- Dichtstoff. - Sealant.

Insbesondere sind Anwendungen des Zwei-Komponenten-Klebesystems zu sehen in der Verklebung / Beschichtung / Coating von Aluminium, Stahl, Eisen, Titan, Glass, Stein und Beton aber auch Kunststoffmaterialien bestehend aus zum Teil PP, PE, PA, PS, PU, PET. In particular, applications of the two-component adhesive system can be seen in the bonding / coating of aluminum, steel, iron, titanium, glass, stone and concrete but also plastic materials consisting of PP, PE, PA, PS, PU, PET.

Zudem kann das Klebesystem insbesondere Salzwasser tolerieren und kompatibel mit der maritimen biologischen Umwelt sein. In addition, the adhesive system can tolerate salt water in particular and is compatible with the marine biological environment.

In der Klasse der Tannine finden sich chemisch starkverwandte Derivate der phenolischen Gruppen wie sie auch in Lignin vorkommen, sodass die in der Natur zahlreich vorkommenden Tannine als biobasierte Oligo-/Polyhydroxyphenole als Pflanzenextrakte nachhaltig gewonnen werden können. Polyphenol-Derivate der kondensierten oder hydrolysierbaren Tannine wie besonders die Tanninsäure können chemisch-oxidativ in konjugierte Carbonyle überführt werden. Die so gebildeten konjugierten Carbonyle zeigten eine ausgeprägte Reaktivität mit verschiedenen Thiolen. Auf dieser Basis konnten Zweikomponenten-Klebstoffmischungen aus oxidativ aktiviertem Tannin und kommerziell erhältlichen Multithiolen hergestellt und verschiedene Substrate verklebt werden. The tannin class includes chemically closely related derivatives of the phenolic groups found in lignin, allowing the numerous naturally occurring tannins to be sustainably obtained as biobased oligo-/polyhydroxyphenols as plant extracts. Polyphenol derivatives of condensed or hydrolyzable tannins, such as tannic acid in particular, can be chemically converted into conjugated carbonyls through oxidation. The resulting conjugated carbonyls exhibited pronounced reactivity with various thiols. On this basis, two-component adhesive mixtures of oxidatively activated tannin and commercially available multithiols could be produced and bonded to various substrates.

Nachfolgend werden weitere Erläuterungen der Erfindung ausgeführt, wobei diese nicht zwingend die Allgemeinheit der Erfindung beschränken müssen: In einer Ausführungsvariante kann das Zweikomponenten-Klebesystem umfassend eine erste Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und eine zweite Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente B ausgebildet sein, wobei diese miteinander reagieren und kovalente Verbindungen und/oder ein kovalent-verbrücktes Netzwerk ausbilden und ist dann dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A biobasierte konjugierte Dicarbonyle als Reaktivkomponente umfasst, wobei das biobasierte konjugierte Dicarbonyl ein Oxidationsprodukt des Lignins oder hochoxidiertes Lignin und/oder Tanninen ist und die konjugierten Dicarbonyle als reaktive Chinongruppen ausgebildet sind. Und die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B nukleophile Härter als eine Reaktivkomponente umfasst. Further explanations of the invention are given below, although these do not necessarily limit the generality of the invention: In one embodiment, the two-component adhesive system can be formed comprising a first two-component adhesive system component A and a second two-component adhesive system component B, wherein these react with each other and form covalent bonds and/or a covalently bridged network. The two-component adhesive system component A comprises bio-based conjugated dicarbonyls as a reactive component, wherein the bio-based conjugated dicarbonyl is an oxidation product of lignin or highly oxidized lignin and/or tannins, and the conjugated dicarbonyls are formed as reactive quinone groups. And the two-component adhesive system component B comprises nucleophilic hardeners as a reactive component.

Der biobasierte Anteil an erneuerbarem oder biobasiertem Kohlenstoff in Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente A kann größer als 30% oder größer als 50% oder größer als 90% oder 100% sein. The bio-based share of renewable or bio-based carbon in two-component adhesive system component A can be greater than 30% or greater than 50% or greater than 90% or 100%.

Dies bedeutet, dass die Komponente A insbesondere auf Basis nachwachsender Rohstoffe mit phenolischen Strukturelementen und weiterhin bevorzugt mit einem renewable Carbon Content von >30% oder bevorzugt >50%, besonders bevorzugt >90% oder eben 100% ausgebildet sein kann, wobei auch Mischungen mit herkömmlichen biobasierten / nichtbiobasierten Reaktivharzen möglich sind. This means that component A can be formed in particular on the basis of renewable raw materials with phenolic structural elements and further preferably with a renewable carbon content of >30% or preferably >50%, particularly preferably >90% or even 100%, whereby mixtures with conventional bio-based / non-bio-based reactive resins are also possible.

Insbesondere kann die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A 0,3 bis 5 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen oder 0,8 bis 3,8 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen oder 1 ,3 bis 3,0 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen aufweisen. In particular, the two-component adhesive system component A can have 0.3 to 5 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or 0.8 to 3.8 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or 1.3 to 3.0 mmol/g conjugated dicarbonyl groups.

Die nukleophilen Härter der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B können sodann Polythiole und/oder Polyamine umfassen oder sein. The nucleophilic hardeners of the two-component adhesive system component B can then comprise or be polythiols and/or polyamines.

Insbesondere kann die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B ein verzweigtes oder unverzweigtes Molekül oder Polymer bzw. beliebige Gemische dieser Stoffe mit mindestens zwei besonders drei bis vier nukleophilen Funktionalitäten, bevorzugt aber Thiole, auch mit Reaktivgruppenverteilungen und zum Teil monofunktionalen Verunreinigungen sein. In particular, the two-component adhesive system component B can be a branched or unbranched molecule or polymer or any mixtures of these substances with at least two, especially three to four nucleophilic functionalities, but preferably thiols, also with reactive group distributions and partly monofunctional impurities.

Es sind Gemische der Stoffe mit mindestens zwei bis zehn, besonders 3 bis vier Funktionalitäten wie Aminen, bevorzugt aber Thiole, auch mit Reaktivgruppenverteilungen und zum Teil monofunktionalen Verunreinigungen möglich. Mixtures of substances with at least two to ten, especially three to four functionalities such as amines, but preferably thiols, also with reactive group distributions and partly monofunctional impurities are possible.

Die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B kann ein aliphatisches Molekül oder überwiegend aus aliphatischen Polyester- oder Polyetherstrukturen aufgebaut sein und/oder Molgewichte von 140-1400 g/mol aufweisen und/oder Polaritäten mit berechneten c(logP)- Koeffizienten zwischen 1.84-12.43 aufweisen. Zur Berechnung wurde hier die Vernetzer-Komponente B als Stof berechnet dessen Thiol- Funktionalitäten formal in Form von Ethylthioether vorlagen, um die Polarität der Vernetzer- Kernstruktur eindeutiger zu beschreiben. Verwendung fand das Berechnungsprogramm Chem3D (PerkinElmer version 20.1.1) welches die c(logP)-Koeffizienten basierend auf MOSES (MOSES, by Molecular Networks GmbH. Polykovskiy, D. et al. Frontiers in pharmacology 2020, 11, 565644) berechnet. The two-component adhesive system component B can be an aliphatic molecule or predominantly composed of aliphatic polyester or polyether structures and/or have molecular weights of 140-1400 g/mol and/or have polarities with calculated c(logP) coefficients between 1.84-12.43. For the calculation, crosslinker component B was calculated as a substance whose thiol functionalities were formally present in the form of ethyl thioether to more clearly describe the polarity of the crosslinker core structure. The calculation program Chem3D (PerkinElmer version 20.1.1) was used, which calculates the c(logP) coefficients based on MOSES (MOSES, by Molecular Networks GmbH. Polykovskiy, D. et al. Frontiers in pharmacology 2020, 11, 565644).

Zudem kann die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B ausgebildet sein als verzweigte oder unverzweigte Polymere mit mindestens zwei Thiol-Gruppen oder als hydrophiles, Thiol-gruppentragendes Polyethylenoxid (ETTMP) oder als hydrophobes Thiol- gruppentragendes Poly(E-Caprolacton) (PCL4MP) oder als chemisch reduzierte Thiol- gruppentragende Proteine. In addition, the two-component adhesive system component B can be formed as branched or unbranched polymers with at least two thiol groups or as hydrophilic, thiol group-bearing polyethylene oxide (ETTMP) or as hydrophobic thiol group-bearing poly(E-caprolactone) (PCL4MP) or as chemically reduced thiol group-bearing proteins.

Die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und/oder die Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente B des Zweikomponente-Klebesystems können weitere einzelne Bestandteile oder Kombinationen aus Bestandteilen umfassen, ausgewählt aus: Füllstoffe, Flammschutz, Schlagzähmodifikatoren, Silanmodifizierte Polymere als weitere Covernetzer, Epoxide als weitere Covernetzer, Methacrylate als weitere Covernetzer, Acrylate als weitere Covernetzer, Vinylether als weitere Covernetzer, Styrolderivate als weitere Covernetzer, Reaktivverdünner, Härtungskatalysatoren, Rheologiehilfsmittel / Rheologie-verändernde Füllstoffe, Rheologieadditive, Exothermie-regelnde Füllstoffe, Hydrolysestabilität-verbessernde Füllstoffe, Netzmittel, Farbstoffe. The two-component adhesive system component A and/or the two-component adhesive system component B of the two-component adhesive system can comprise further individual components or combinations of components selected from: fillers, flame retardants, impact modifiers, silane-modified polymers as further co-crosslinkers, epoxies as further co-crosslinkers, methacrylates as further co-crosslinkers, acrylates as further co-crosslinkers, vinyl ethers as further co-crosslinkers, styrene derivatives as further co-crosslinkers, reactive diluents, curing catalysts, rheology aids/rheology-modifying fillers, rheology additives, exothermic-controlling fillers, hydrolysis stability-improving fillers, wetting agents, dyes.

Auch können die konjugierten Dicarbonyl-Gruppen der Komponente A bevorzugt mit Thiol- Gruppen der Komponente B bei Zusammengabe der beiden Komponenten unter Ausbildung von Thiol-Catechol-Verknüpfungen oder auch teilweise unter Bildung von Disulfid- Verknüpfungen reagieren. The conjugated dicarbonyl groups of component A can also preferentially react with thiol groups of component B when the two components are combined to form thiol-catechol linkages or even partially to form disulfide linkages.

Die Ausbildung von Thiol-Catechol-Connectivität (TCC) Verknüpfungen oder auch teilweise Disulfid-Verknüpfungen wird bei Zusammengabe über eine 1 ,4-Michael-Addition erwirkt. The formation of thiol-catechol connectivity (TCC) linkages or even partial disulfide linkages is achieved when combined via a 1,4-Michael addition.

Bei der Ausbildung von Verknüpfungen wie z.B. Thiol-Catechol werden phenolische Hydroxyl- Gruppen aus den durch die Umsetzung der Dicarbonyl-Gruppen erzeugt, die im Lignin/Tannin für Klebstoffwechselwirkungen zur Verfügung bleiben (nicht verbraucht). During the formation of linkages such as thiol-catechol, phenolic hydroxyl groups are generated from the dicarbonyl groups by the reaction, which remain available (not consumed) in the lignin/tannin for adhesive interactions.

Die Zusammengabe der Komponenten A und B zur Ausbildung des Zweikomponenten- Klebesystems kann derart erfolgen, dass 30 bis 60 Gewichtsprozent (unter nicht- Berücksichtigung von Anteilen an Additiven und Füllstoffen) der Komponente A in der Mischung vorliegen. Hierbei kann die Komponente A selbst auch schon weitere Füllstoffe oder Zusatzadditive aufweisen. Im Schnitt dürften dadurch bis zu 70 Gewichts-% Füll- oder Ergänzungsstoffe im Gesamtklebesystem vorliegen. Auch können in entsprechenden Ausgestaltungen die konjugierten Dicarbonyl-Gruppen und/oder reaktiven Chinongruppen der ersten Komponente A mittels IR-Spektroskopie durch eine Schwingung bei A = 1660 crm1 nachweisbar gemacht werden. Components A and B can be combined to form the two-component adhesive system in such a way that 30 to 60 percent by weight (not including additives and fillers) of component A is present in the mixture. Component A itself may also contain additional fillers or additives. On average, this means that up to 70 percent by weight of fillers or supplementary materials are likely to be present in the overall adhesive system. In corresponding embodiments, the conjugated dicarbonyl groups and/or reactive quinone groups of the first component A can also be made detectable by means of IR spectroscopy by a vibration at A = 1660 cm 1 .

Das eingesetzte Lignin kann vornehmlich aber nicht ausschließlich ein Weichholzlignin sein.The lignin used can be primarily but not exclusively softwood lignin.

Ein mögliches erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des dargestellten Zweikomponenten-Klebesystems mit Lignin (oder alternativ kann anstatt Lignin Tannin verwendet / eingesetzt werden) weist die nachfolgenden Schritte an einem konkreten Beispiel (nicht zwingend beschränkend für die Gesamtheit der Erfindung) auf: A Herstellung von Komponente A; A possible process according to the invention for producing the illustrated two-component adhesive system with lignin (or alternatively tannin can be used instead of lignin) comprises the following steps using a concrete example (not necessarily limiting the entirety of the invention): A Production of component A;

A 1 Ligninvorbereitungsprozess als Direktoxidation (nDoxL-Prozess): A 1 Lignin preparation process as direct oxidation (nDoxL process):

A 1.1 Bereitstellung von Lignin; A 1.1 Provision of lignin;

A 1.2 Fraktionierung des Lignins in Aceton; A 1.2 Fractionation of lignin in acetone;

A 1.3 Oxidation des fraktionierten Lignins mit Natriumperiodat; A 1.3 Oxidation of fractionated lignin with sodium periodate;

A 1.4 Aufarbeitung des aktivierten Lignins; oder A 1.4 Processing of activated lignin; or

A 2 Ligninvorbereitungsprozess als Oxidation mit vorheriger Demethylierung (DoxL- Prozess): A 2 Lignin preparation process as oxidation with prior demethylation (DoxL process):

A 2.1 Bereitstellung von Lignin; A 2.1 Provision of lignin;

A 2.2 Fraktionierung von Lignin in Aceton; A 2.2 Fractionation of lignin in acetone;

A 2.3 Demethylierung des fraktionierten Lignins mit Reagenzien, die Methyletherbindungen der aromatischen Untereinheiten spalten; A 2.3 Demethylation of the fractionated lignin with reagents that cleave methyl ether bonds of the aromatic subunits;

A 2.4 Oxidation des fraktionierten, demethylierten Lignins mit Natriumperiodat; A 2.4 Oxidation of fractionated, demethylated lignin with sodium periodate;

A 2.5 Aufarbeitung des aktivierten Lignins; A 2.5 Processing of activated lignin;

B Bereitstellung von Komponente B; B Provision of component B;

C Zusammengabe von Komponente A und Komponente B, wobei die konjugierten Dicarbonyl-Gruppen der Komponente A mit den Thiol-Gruppen der Komponente B bei Zusammengabe der beiden Komponenten unter Ausbildung von Thiol-Catechol-Verknüpfungen reagieren. C Combination of component A and component B, whereby the conjugated dicarbonyl groups of component A react with the thiol groups of component B when the two components are combined to form thiol-catechol linkages.

Hierbei kann die Oxidation in Schritt A 1.3 oder A 2.4 vorzugsweise bei Vorliegen von 30 Gewichtsprozent Natriumperiodat durchgeführt werden. The oxidation in step A 1.3 or A 2.4 can preferably be carried out in the presence of 30% by weight of sodium periodate.

Als Reagenzien, die Methyletherbindungen der aromatischen Untereinheiten spalten gibt es Jodwasserstoffsäure (Hl), Bromwasserstoff (H Br) oder auch insbesondere lodocyclohexan (ICH). Reagents that cleave methyl ether bonds of the aromatic subunits include hydroiodic acid (Hl), hydrogen bromide (H Br) or, in particular, iodocyclohexane (ICH).

Die aktivierten Lignine reagieren unter moderaten Bedingungen mit Multithiolen unterThe activated lignins react under moderate conditions with multithiols under

Verbrauch von Chinonen und Thiolen und härten zu TCC-Klebstoffen aus. Die Klebstoffe können anschließend unter verschiedenen Bedingungen appliziert werden, tolerieren Salzwasser und verkleben unterschiedliche Substrate wie beispielsweise Aluminium, Stahl, Holz und/oder Stein mit zum Teil überraschenden Klebkräften. Consumption of quinones and thiols and cure to TCC adhesives. The adhesives can then be applied under various conditions, tolerate salt water and bond different substrates such as aluminum, steel, wood and/or stone with sometimes surprising adhesive strengths.

Die entstehenden Klebstoffe sind nachhaltig und können beispielsweise für die Korallenriff- Rekonstitution eingesetzt werden. The resulting adhesives are sustainable and can be used, for example, for coral reef reconstitution.

Der Ligninvorbereitungsprozess kann als Direktoxidation oder als Verfahren mit mehreren Stufen mit vorhergehender Demethylierung geführt werden. Im Fall der Direktoxidation werden preiswerte Chemikalien benötigt und eine Skalierung ist möglich. The lignin preparation process can be conducted as a direct oxidation or as a multi-stage process with prior demethylation. Direct oxidation requires inexpensive chemicals and allows for scale-up.

Ligninvorbereitungsprozess als Oxidation mit vorheriger Demethylierung (DoxL- Prozess) Lignin preparation process as oxidation with prior demethylation (DoxL process)

Im Folgenden werden Herstellungsbeispiele des Zweikomponenten- Klebesystems unter Nutzung des Ligninvorbereitungsprozesses als Oxidation mit vorheriger Demethylierung dargestellt. Die Herstellungsbeispiele sollen die Erfindung beschreiben und sind nicht beschränkend auszulegen. The following are examples of the production of the two-component adhesive system using the lignin preparation process as oxidation with prior demethylation. These examples are intended to illustrate the invention and are not to be construed as limiting.

Materialsynthese Material synthesis

Fraktionierung von Lignin Fractionation of lignin

Im ersten Schritt wird ein Lignin, in diesem Ausführungsbeispiel ein Weichholzlignin, fraktioniert. Das Weichholzlignin wird in Aceton gelöst (0,1 g/mL). Nach 2 Stunden Rühren bei Raumtemperatur wird das Lignin filtriert und das Aceton bei vermindertem Druck entfernt. Der entstehende, kristalline Feststoff wird zur endgültigen Trocknung über Hochvakuum getrocknet (10-3 mbar). So kann eine Ausbeute von 80 % des Acetons-Extraktes erreicht werden. In the first step, a lignin, in this example, softwood lignin, is fractionated. The softwood lignin is dissolved in acetone (0.1 g/mL). After stirring for 2 hours at room temperature, the lignin is filtered, and the acetone is removed under reduced pressure. The resulting crystalline solid is dried under high vacuum (10 -3 mbar) for final drying. This allows a yield of 80% of the acetone extract to be achieved.

Durch die Extraktion aus Aceton können unlösliche Teile wie Asche, restliche Saccharide und vernetzte Lignine entfernt werden, so dass eine bessere Prozessierung des Lignins in der Folgemodifikation möglich wird. By extraction from acetone, insoluble parts such as ash, residual saccharides and cross-linked lignins can be removed, thus enabling better processing of the lignin in subsequent modification.

Demethylierung des fraktionierten Lignins Demethylation of fractionated lignin

Die Demethylierung von fraktioniertem Lignin wird nach dem modifizierten Verfahren von Sawamura und Mitarbeitern durchgeführt. Hierzu wird fraktioniertes Lignin (10 g) in einen Zweihalskolben mit rundem Boden eingewogen, in DMF (150 ml) aufgelöst und bei Raumtemperatur gerührt, bis homogene Bedingungen erreicht sind, lodocyclohexan wird durch eine kleine Säule aus Aluminiumoxid geleitet, um den Inhibitor vor der Verwendung zu entfernen, und dann tropfenweise zur Lignindispersion gegeben. Ein Rückflusskühler und eine Entweichungskammer mit wässrigem Ammoniak werden eingestellt, um das freigesetzte Gas und die Nebenprodukte abzuschrecken. Das Reaktionsgemisch wird in einem Ölbad 6 Stunden lang auf 140 °C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wird mit n-Hexan gewaschen und in 1 L Wasser gegossen. Der entstandene Niederschlag wird anschließend durch Filtration gesammelt, mehrmals mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet, um das demethylierte Produkt zu erhalten. Die Ausbeute der gewonnenen Masse beträgt 85 %. The demethylation of fractionated lignin is carried out according to the modified method of Sawamura et al. Fractionated lignin (10 g) is weighed into a two-necked round-bottom flask, dissolved in DMF (150 mL), and stirred at room temperature until homogeneous. Iodocyclohexane is passed through a small column of alumina to remove the inhibitor before use and then added dropwise to the lignin dispersion. A reflux condenser and a degasser containing aqueous ammonia are set up to quench the evolved gas and by-products. The reaction mixture is heated in an oil bath at 140 °C for 6 hours and then cooled to room temperature. The reaction mixture is washed with n-hexane and poured into 1 L of water. The resulting precipitate is The product was then collected by filtration, washed several times with water, and freeze-dried to obtain the demethylated product. The yield of the obtained mass was 85%.

Oxidation des fraktionierten und demethylierten Lignins Oxidation of fractionated and demethylated lignin

Getrocknetes dem ethyl iertes Lignin (5 g) wird in DMF (30 mL) gelöst und Natriumacetatpuffer (3 mL, pH 5, 0,1 M) hinzugefügt. NaICU (1 ,5 g, 30 Gew.-%) wird zugegeben und das homogene Gemisch 2 h lang bei Raumtemperatur gerührt. Dried, ethylated lignin (5 g) is dissolved in DMF (30 mL) and sodium acetate buffer (3 mL, pH 5, 0.1 M) is added. NaCl (1.5 g, 30 wt%) is added, and the homogeneous mixture is stirred at room temperature for 2 h.

Aufarbeitung des aktivierten Lignins (Demethyliertes oxidiertes Lignin-DoxL) Processing of activated lignin (demethylated oxidized lignin-DoxL)

Das Reaktionsgemisch wird nachfolgend in 1 L Wasser gegossen. Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert, mehrmals mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet, um das oxidierte Produkt zu erhalten. Die Ausbeute der gewonnenen Masse beträgt 81 %. The reaction mixture is then poured into 1 L of water. The resulting precipitate is filtered off, washed several times with water, and freeze-dried to obtain the oxidized product. The yield of the obtained mass is 81%.

Ein Scale-Up der Vorbereitung des aktivierten Lignins ist auf bis zu 50 g pro Charge ohne Probleme möglich. Die Acetonfraktionierung von Lignin ist bereits in einem ausreichend großen Maßstab von 50 g pro Charge durchführbar. Für die Demethylierung wird fraktioniertes Lignin (50 g) in einen Zweihalskolben mit rundem Boden eingewogen, in DMF (750 ml) gelöst und bei Raumtemperatur gerührt bis homogene Bedingungen erreicht sind, lodocyclohexan (ICH; 0,3 mol, 315,5 g, 194 mL) wird durch eine kleine Säule aus Aluminiumoxid geleitet um den Inhibitor vor der Verwendung zu entfernen und dann tropfenweise zur Lignindispersion gegeben. Rückflusskühler und Rückflusskammer mit wässrigem Ammoniak werden zum Quenchen der freigesetzten Gase und Nebenprodukte eingestellt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend 6 Stunden lang in einem Ölbad auf 140 °C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wird mit n-Hexan gewaschen und in 5 L Wasser gegossen. Der entstandene Niederschlag wird durch Filtration abgetrennt, mehrmals mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet, um das demethylierte Produkt zu erhalten. Die Demethylierungsreaktion ist linear skalierbar. Die wiedergewonnene Massenausbeute liegt bei ungefähr 82 %. A scale-up of the activated lignin preparation to up to 50 g per batch is easily possible. The acetone fractionation of lignin is already feasible on a sufficiently large scale of 50 g per batch. For demethylation, fractionated lignin (50 g) is weighed into a two-necked round-bottom flask, dissolved in DMF (750 mL), and stirred at room temperature until homogeneous conditions are achieved. Iodocyclohexane (ICH; 0.3 mol, 315.5 g, 194 mL) is passed through a small column of alumina to remove the inhibitor prior to use and then added dropwise to the lignin dispersion. A reflux condenser and a reflux chamber with aqueous ammonia are set to quench the evolved gases and by-products. The reaction mixture is then heated in an oil bath at 140 °C for 6 hours and then cooled to room temperature. The reaction mixture is washed with n-hexane and poured into 5 L of water. The resulting precipitate is separated by filtration, washed several times with water, and freeze-dried to obtain the demethylated product. The demethylation reaction is linearly scalable. The recovered mass yield is approximately 82%.

Die Oxidation in größeren Mengen von mehr als 10 g fraktioniertem und demethyliertem Lignin führt zu einer merklichen Verdickung der Extraktionsmischung, die durch Verdünnen der Mischung umgangen werden kann. Getrocknetes demethyliertes Lignin (50 g) wird in DMF (500 mL) gelöst und Natriumacetatpuffer (30 mL, pH 5, 0,1 M) hinzugefügt. NalÖ4 (15 g, 30 Gew.-%) wird zugegeben und das homogene Gemisch 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wird in 10 L Wasser gegossen. Der resultierende Niederschlag wird anschließend durch Zentrifugation gesammelt, mehrmals mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet, um das oxidierte Produkt zu erhalten. Die wiedergewonnene Massenausbeute liegt bei rund 79%. Getrocknetes dem ethyl iertes Lignin (50 g) wurde in DMF (500 mL) gelöst und Natriumacetatpuffer (30 mL, pH 5, 0,1 M) hinzugefügt. NalO4 (15 g, 30 Gew.-%) wurde zugegeben und das homogene Gemisch 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde in 10 L Wasser gegossen Oxidation in larger quantities of more than 10 g of fractionated and demethylated lignin leads to a noticeable thickening of the extraction mixture, which can be circumvented by diluting the mixture. Dried demethylated lignin (50 g) is dissolved in DMF (500 mL), and sodium acetate buffer (30 mL, pH 5, 0.1 M) is added. NaI (15 g, 30 wt%) is added, and the homogeneous mixture is stirred for 2 hours at room temperature. The reaction mixture is poured into 10 L of water. The resulting precipitate is then collected by centrifugation, washed several times with water, and freeze-dried to obtain the oxidized product. The recovered mass yield is approximately 79%. Dried, ethylated lignin (50 g) was dissolved in DMF (500 mL), and sodium acetate buffer (30 mL, pH 5, 0.1 M) was added. NaI (15 g, 30 wt%) was added, and the homogeneous mixture was stirred at room temperature for 2 hours. The reaction mixture was poured into 10 L of water.

Zunächst wurde die Acetonfraktionierung von Lignin bereits in einem ausreichend großen Maßstab von 50 g pro Charge durchgeführt. Für die Demethylierung wurde fraktioniertes Lignin (50 g) in einen Zweihalskolben mit rundem Boden eingewogen, in DMF (750 ml) gelöst und bei Raumtemperatur gerührt, bis homogene Bedingungen erreicht waren, lodocyclohexan (ICH; 0,3 mol, 315,5 g, 194 mL) wurde durch eine kleine Säule aus Aluminiumoxid geleitet, um den Inhibitor vor der Verwendung zu entfernen, und dann tropfenweise zur Lignindispersion gegeben. Rückflusskühler und Rückflusskammer mit wässrigem Ammoniak wurden zum Quenchen der freigesetzten Gase und Nebenprodukte eingestellt. Das Reaktionsgemisch wurde 6 Stunden lang in einem Ölbad auf 140 °C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Reaktionsgemisch wurde mit n-Hexan gewaschen und in 5 L Wasser gegossen. Der entstandene Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt, mehrmals mit Wasser gewaschen und gefriergetrocknet, um das demethylierte Produkt zu erhalten. Die Demethylierungsreaktion ist linear skalierbar. Die wiedergewonnene Massenausbeute liegt bei 82 %. Initially, the acetone fractionation of lignin was already performed on a sufficiently large scale of 50 g per batch. For demethylation, fractionated lignin (50 g) was weighed into a two-necked round-bottom flask, dissolved in DMF (750 mL), and stirred at room temperature until homogeneous conditions were achieved. Iodocyclohexane (ICH; 0.3 mol, 315.5 g, 194 mL) was passed through a small column of alumina to remove the inhibitor before use and then added dropwise to the lignin dispersion. A reflux condenser and a reflux chamber with aqueous ammonia were set up to quench the evolved gases and byproducts. The reaction mixture was heated to 140 °C in an oil bath for 6 hours and then cooled to room temperature. The reaction mixture was washed with n-hexane and poured into 5 L of water. The resulting precipitate was separated by filtration, washed several times with water, and freeze-dried to obtain the demethylated product. The demethylation reaction is linearly scalable. The recovered mass yield is 82%.

Die Oxidation in größeren Mengen von mehr als 10 g führt zu einer merklichen Verdickung der Extraktionsmischung, die durch Verdünnen der Mischung umgangen werden kann. Ein Scale- up auf bis zu 50 g pro Charge ist ohne Probleme möglich. Oxidation in larger quantities of more than 10 g leads to a noticeable thickening of the extraction mixture, which can be avoided by diluting the mixture. Scale-up to up to 50 g per batch is possible without any problems.

Ligninvorbereitungsprozess als Direktoxidation (nDoxL-Prozess) Lignin preparation process as direct oxidation (nDoxL process)

Um während der Vorbereitung des Lignins auf das während der Demethylierung insbesondere verwendete kostspielige ICH verzichten zu können und somit auch die Erzeugung von giftigem Methyliodid als Nebenprodukt zu umgehen wurde die Aktivierung des Lignins auf einen Modifikationsschritt, die Direktoxidation, reduziert. In order to avoid the costly ICH used during demethylation and thus also to avoid the production of toxic methyl iodide as a by-product, the activation of the lignin was reduced to a modification step, the direct oxidation.

Hierbei sollen die ortho-Methoxyphenole des Lignins zu Chinonen oxidiert werden. The ortho-methoxyphenols of lignin are to be oxidized to quinones.

Im Folgenden werden Herstellungsbeispiele des Zweikomponenten- Klebstoffes unter Nutzung des Ligninvorbereitungsprozesses als Direktoxidation dargestellt. Die Herstellungsbeispiele sollen die Erfindung beschreiben und sind nicht beschränkend auszulegen. The following are examples of the preparation of the two-component adhesive using the lignin preparation process as direct oxidation. These examples are intended to illustrate the invention and are not to be construed as limiting.

Materialsynthese Material synthesis

Fraktionierung von Lignin Fractionation of lignin

Im ersten Schritt wird ein Lignin, in diesem Ausführungsbeispiel ein Weichholzlignin, fraktioniert. Das Weichholzlignin wird in Aceton gelöst (0,1 g/mL). Nach 2 Stunden Rühren bei Raumtemperatur wird das Lignin filtriert und das Aceton bei vermindertem Druck entfernt. Der entstehende, kristalline Feststoff wird zur endgültigen Trocknung über Hochvakuum getrocknet (10'3 mbar). So kann eine Ausbeute von 80 % des Acetons-Extraktes erreicht werden. In the first step, a lignin, in this example a softwood lignin, is fractionated. The softwood lignin is dissolved in acetone (0.1 g/mL). After 2 hours of stirring at At room temperature, the lignin is filtered, and the acetone is removed under reduced pressure. The resulting crystalline solid is dried under high vacuum (10' 3 mbar) for final drying. This allows a yield of 80% of the acetone extract to be achieved.

Durch die Extraktion aus Aceton können unlösliche Teile wie Asche, restliche Saccharide und vernetzte Lignine entfernt werden, so dass eine bessere Prozessierung des Lignins in der Folgemodifikation möglich wird. By extraction from acetone, insoluble parts such as ash, residual saccharides and cross-linked lignins can be removed, thus enabling better processing of the lignin in subsequent modification.

Oxidation des fraktionierten Lignins Oxidation of fractionated lignin

Das fraktionierte Lignin wird für die Oxidation in Dimethylformamid (DMF) vorgelöst (0,17 g/mL). Zudem wird Natriumperiodat (30 Gew.-%) in Acetat-Puffer (0,1 M, pH=5) und DMF suspendiert. Die Lignin-Lösung wird in die Periodat-Suspension gegeben und für 2 Stunden bei einer Temperatur zwischen 0 °C und Raumtemperatur, bevorzugterweise 0 °C, gerührt. Die Oxidation bei 0 °C führt zu weniger Quervernetzungen im Lignin und erscheint als für das Substrat schonendere Methode. The fractionated lignin is pre-dissolved in dimethylformamide (DMF) (0.17 g/mL) for oxidation. Sodium periodate (30 wt%) is suspended in acetate buffer (0.1 M, pH 5) and DMF. The lignin solution is added to the periodate suspension and stirred for 2 hours at a temperature between 0 °C and room temperature, preferably 0 °C. Oxidation at 0 °C results in fewer crosslinks in the lignin and appears to be a more gentle method for the substrate.

Aufarbeitung des aktivierten Lignins (nicht Demethyliertes oxidiertes Lignin-nDoxL)Processing of activated lignin (non-demethylated oxidized lignin-nDoxL)

Anschließend wird das Reaktionsgemisch in Reinstwasser gefällt (1:20 Verhältnis von Lösemittel und Wasser) und filtriert. Zur Aufreinigung wird der Feststoff wiederholt mit Reinstwasser gewaschen bis das überschüssige Periodat entfernt ist. Zur Bestätigung kann hier die Leitfähigkeit des Filtrats gemessen werden. Hierbei konnte über Leitfähigkeitsmessungen gezeigt werden, dass die Leitfähigkeit der Reaktionsmischung durch einmaliges Waschen von ungefähr 700 pS/cm auf ungefähr 100 pS/cm reduziert werden kann und durch exzessives Waschen eine Leitfähigkeit unter 2 pS/cm (vgl. destilliertes Wasser 1-2 pS/cm) erreicht wird. Anstelle von Filtration ist es ebenfalls möglich den entstandenen Niederschlag mittels Zentrifugation abzutrennen und mehrmals mit Reinstwasser zu waschen. Zum Erhalt des oxidierten Produktes wird abschließend gefriergetrocknet. The reaction mixture is then precipitated in ultrapure water (1:20 ratio of solvent to water) and filtered. For purification, the solid is repeatedly washed with ultrapure water until the excess periodate is removed. The conductivity of the filtrate can be measured for confirmation. Conductivity measurements have shown that the conductivity of the reaction mixture can be reduced from approximately 700 pS/cm to approximately 100 pS/cm by washing once, and that excessive washing achieves a conductivity below 2 pS/cm (cf. distilled water 1-2 pS/cm). Instead of filtration, it is also possible to separate the resulting precipitate by centrifugation and wash it several times with ultrapure water. The oxidized product is then freeze-dried.

Für die Oxidation ist es möglich sowohl an der Ansatzgröße als auch an der Periodat- Konzentration zu variieren. Eine Produktion von bis zu 50 g aktiviertem Lignin pro Charge sind gut umsetzbar. Hierbei ist zu betrachten, dass die Fraktionierung mit Aceton üblicherweise in 50 g Maßstäben angesetzt wird und linear hochskaliert werden kann. Bei größeren Oxidationsansätzen von über 10 g führt dieselbe Ansatzkonzentration schneller zu Crosslinking- Reaktionen, die sich in Form einer Vergelung äußern. Solch eine Vergelung ist durch eine Reduzierung der Ausgangskonzentration umgehbar. For oxidation, it is possible to vary both the batch size and the periodate concentration. Production of up to 50 g of activated lignin per batch is feasible. It should be noted that fractionation with acetone is typically performed on a 50 g scale and can be scaled up linearly. For larger oxidation batches of over 10 g, the same batch concentration leads more quickly to crosslinking reactions, which manifest themselves in the form of gelation. Such gelation can be avoided by reducing the initial concentration.

Eine etablierte Methode, um Lignine zu untersuchen ist die Derivatisierung über eine Acetylierung der OH-Gruppen, so dass aliphatische und phenolische Acetate über 1H-NMR- Spektroskopie unterscheidbar werden. Darüber hinaus kann durch Verwendung eines internen Standards und mittels Normierung der eingewogenen Masse quantitativ der Gehalt der Methoxy-Gruppen, aliphatischen und phenolischen OAc-Funktionalitäten bestimmt werden. So können die Stöchiometrie zur Oxidation und die Anzahl der zu verwendenden Äquivalente an Periodat berechnet werden. Es werden ca. 60 mg Lignin in P1 mL Pyridin gelöst und mit 1 mL Acetanhydrid versetzt. Die Mischung wird über Nacht gerührt, in 40 mL Reinstwasser gefällt, zentrifugiert und lyophilisiert. Der Rückstand wird komplett in 0,5 mL CDCL gelöst und 1H- sowie HSQC-NMR-Spektroskopie unterzogen. Die verwendeten Integralbereiche liegen bei ö=4,2-3,6 (OMe), 25-2,17 (Ph-OAc), 2,17-1 ,8 (AI-OAc) ppm. An established method for analyzing lignins is derivatization via acetylation of the OH groups, so that aliphatic and phenolic acetates can be distinguished by 1 H NMR spectroscopy. Furthermore, by using an internal standard and by standardizing the weighed mass, the content of Methoxy groups, aliphatic and phenolic OAc functionalities can be determined. This allows the oxidation stoichiometry and the number of periodate equivalents to be used to be calculated. Approximately 60 mg of lignin are dissolved in 1 mL of pyridine and 1 mL of acetic anhydride is added. The mixture is stirred overnight, precipitated in 40 mL of ultrapure water, centrifuged, and lyophilized. The residue is completely dissolved in 0.5 mL of CDCl and subjected to 1 H and HSQC NMR spectroscopy. The integral ranges used are δ=4.2–3.6 (OMe), 25–2.17 (Ph-OAc), and 2.17–1.8 (Al-OAc) ppm.

Nachfolgend eine weitere Beschreibung eines vereinfachten Aktivierungsprozesses: Below is a further description of a simplified activation process:

Catecholierung des (technischen bzw. fraktionierten) Lignins Catecholation of (technical or fractionated) lignin

Die Catecholierung von z.B. fraktioniertem Lignin wird nach einem modifizierten Verfahren von Zhao und Mitarbeitern durchgeführt. Hierzu wird auf S. Zhao, X. Huang, A. J. Whelton, M. M. Abu-Omar, ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6, 10628-10636 verwiesen. Hierzu werden z.B. Lignin (20 g) und Catechol (40 g) in einem Rundkolben vermischt und bei 115 °C im Laborversuch unter Schutzgas aufgeschmolzen. Zu der flüssigen Mischung wird Schwefelsäure (98%, 2,1 mL) gegeben, woraufhin die Apparatur mit montiertem Trockenrohr in einem Ölbad für 2 Stunden auf 115 °C unter Rühren erhitzt wird. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das zähflüssige Reaktionsgemisch in 200 mL Aceton gelöst und in 2 L einer wässrigen Lösung aus Natriumchlorid (60 g, 3 wt%) und Natriumascorbat (40 g, 2 wt%) gefällt. Der entstandene Niederschlag wird anschließend abfiltriert, mehrmals mit Wasser gewaschen und getrocknet, um das catecholierte Produkt zu erhalten. Die Ausbeute der gewonnenen Masse liegt üblicherweise größer 95%, wobei ein phenolischer OH-Wert von 6, 1-6,6 mmol/g erhalten wird. Die Reaktion basiert auf einfachen, kostengünstigen Grundchemikalien, die Schmelzviskosität verbleibt während der Reaktion in einem unproblematischen Rahmen und die Prozessschritte sind technisch standard, sodass eine Hochskalierung im Labor auf 250 g möglich und weitere technische Skalierung unproblematisch erscheint. The catecholation of, for example, fractionated lignin is carried out using a modified method by Zhao et al. For this, see S. Zhao, X. Huang, A. J. Whelton, M. M. Abu-Omar, ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6, 10628-10636. For this, lignin (20 g) and catechol (40 g) are mixed in a round-bottom flask and melted at 115 °C in a laboratory experiment under inert gas. Sulfuric acid (98%, 2.1 mL) is added to the liquid mixture, after which the apparatus, with the drying tube attached, is heated in an oil bath at 115 °C for 2 hours with stirring. After cooling to room temperature, the viscous reaction mixture is dissolved in 200 mL of acetone and precipitated in 2 L of an aqueous solution of sodium chloride (60 g, 3 wt%) and sodium ascorbate (40 g, 2 wt%). The resulting precipitate is then filtered off, washed several times with water, and dried to obtain the catecholated product. The yield of the obtained mass is typically greater than 95%, with a phenolic OH value of 6.1–6.6 mmol/g being obtained. The reaction is based on simple, inexpensive basic chemicals; the melt viscosity remains within an unproblematic range during the reaction, and the process steps are technically standard, so that scale-up in the laboratory to 250 g is possible and further industrial scaling appears unproblematic.

Oxidation des catecholierten Lignins Oxidation of catecholated lignin

Catecholiertes Lignin z.B. (30 g) wird in DMF (180 mL) gelöst und Kaliumphosphatpuffer (18 mL, pH 6,5, 0,1 M) hinzugefügt. NalÖ4 (45 g, 150 wt%) wird zugegeben und das homogene Gemisch 1 h lang bei 0 °C gerührt. Catecholated lignin (30 g) is dissolved in DMF (180 mL) and potassium phosphate buffer (18 mL, pH 6.5, 0.1 M) is added. NaI (45 g, 150 wt%) is added, and the homogeneous mixture is stirred for 1 h at 0 °C.

Aufarbeitung des aktivierten Lignins (Catecholiertes oxidiertes Lignin-CoxL, Lignin mit konjugierten Biscarbonylen) Processing of activated lignin (catecholated oxidized lignin-CoxL, lignin with conjugated biscarbonyls)

Das Oxidationsprodukt wird in Wasser ausgefällt. Der entstandene Niederschlag wird abgetrennt (Filtration/Zentrifugation), mit Wasser gewaschen und getrocknet, um das oxidierte Produkt zu erhalten. Die Ausbeute der gewonnenen Masse liegt zwischen 82-91%, wobei typischer Weise ein Gehalt an Chinon-Gruppen von 1.0-1 , 5 mmol/g und im speziellen auch bis zu 5 mmol/g erhalten wird. The oxidation product is precipitated in water. The resulting precipitate is separated (filtration/centrifugation), washed with water and dried to obtain the oxidized product. The yield of the obtained mass is between 82-91%, with a typical content of quinone groups of 1.0-1.5 mmol/g and, in particular, up to 5 mmol/g.

Verklebungsexperimente Bonding experiments

Mithilfe von Verklebungsexperimenten in Form von Zugscherexperimenten konnte die Eignung der aktiviertes Lignin-haltigen Komponente A als Komponente für den diesseitig erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebstoff nachgewiesen werden. Hierzu wurden Aluminiumsubstrate mit dem Zweikomponenten-Klebstoff verklebt. Als Komponente B wurden für die beispielhaften und nicht beschränkend zu wertenden Verklebungsexperimente zwei verschiedene flüssige Multithiole verwendet, die entweder hydrophile Polyethylenglykol (ETTMP) oder hydrophobe Poly(£-caprolakton)-Segmente (PCL4MP) tragen. Bei dem eingesetzten ETTMP handelt es sich um ein trivalentes Thiol, genauer ein ethoxyliertes Trimethylpropan-tri(3-mercaptopropionat) mit einem Molekulargewicht von Mn=1300 g/mol und bei dem eingesetzten PCL4MP um ein tetravalentes Thiol, genauer ein Polycaprolacton- pentaerythritol-tetra(3-mercaptopropionat) mit einem Molekulargewicht von Mn=1350 g/mol.Bonding experiments in the form of tensile shear tests demonstrated the suitability of the activated lignin-containing component A as a component for the two-component adhesive according to the invention. For this purpose, aluminum substrates were bonded with the two-component adhesive. Two different liquid multithiols bearing either hydrophilic polyethylene glycol (ETTMP) or hydrophobic poly(Σ-caprolactone) segments (PCL4MP) were used as component B for the exemplary and non-limiting bonding experiments. The ETTMP used is a trivalent thiol, more precisely an ethoxylated trimethylpropane tri(3-mercaptopropionate) with a molecular weight of M n =1300 g/mol, and the PCL4MP used is a tetravalent thiol, more precisely a polycaprolactone pentaerythritol tetra(3-mercaptopropionate) with a molecular weight of M n =1350 g/mol.

Thiol-Gruppen werden für die Michael-artige Polyaddition mit Chinon-Funktionalitäten zur TCC- Ausbildung benötigt, können daneben jedoch auch mit Chinonen reagieren um Disulfide auszubilden, die auch zur Netzwerkbildung beitragen. Die erfindungsgemäßen Klebstoffe weisen ein Misch-Netzwerk der zwei verschiedenen Arten von Verknüpfungen auf. Einerseits gibt es kovalente Thioether-Bindungen, die über eine Michael-Addition zwischen Thiol und ortho-Chinon entstehen und andererseits primär dynamische Disulfidbrücken, die oxidativ gebildet werden. Thiol groups are required for the Michael-type polyaddition with quinone functionalities to form TCCs, but can also react with quinones to form disulfides, which also contribute to network formation. The adhesives according to the invention exhibit a mixed network of two different types of linkages. On the one hand, there are covalent thioether bonds, which are formed via a Michael addition between thiol and ortho-quinone, and on the other hand, primarily dynamic disulfide bridges, which are formed oxidatively.

Da es sich bei der Reaktion der Komponenten um eine lösungsmittelfreie Polymerisation handelt, ist eine vollständige Homogenisierung des pulverigen Lignins mit der Flüssigkomponente Multithiol von großer Bedeutung und es wird gut durchmischt. Die so erhaltene Paste lässt sich auf vorbehandelte Substrate (entfettet und gereinigt, beispielsweise mit Aceton und UV/Ozon) leicht auftragen und verteilen. Since the reaction between the components involves a solvent-free polymerization, complete homogenization of the powdered lignin with the liquid component multithiol is essential, and thorough mixing is required. The resulting paste can be easily applied and spread on pretreated substrates (degreased and cleaned, for example, with acetone and UV/ozone).

In den Experimenten wurden die Substrate nach Aufträgen der Paste mit einer Überlappungsfläche von 40 bis 70 mm2 zusammengeklemmt und über Nacht bei 60 °C ausgehärtet und eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften beobachtet, die zu gehärteten Materialien mit gummielastischen Anteilen führten. In the experiments, the substrates were clamped together after application of the paste with an overlap area of 40 to 70 mm 2 and cured overnight at 60 °C and a change in the physical properties was observed, which led to cured materials with rubber-elastic components.

Die physikalischen Eigenschaften werden über Scherzug-Experimente betrachtet. Hierbei wird die Haftfestigkeit berechnet, indem die maximal gemessene Kraft (N) auf die jeweilige Klebefläche (mm) normiert wird. Bei Raumtemperatur fand lediglich eine Erhöhung der Viskosität, jedoch keine Aushärtung statt.The physical properties are examined using shear-tensile tests. The bond strength is calculated by normalizing the maximum measured force (N) to the respective bond area (mm). At room temperature, only an increase in viscosity occurred, but no curing occurred.

Das hydrophobe PCL4MP kann im Zweikomponenten-Klebesystem das Harznetzwerk stabilisieren und ist somit insbesondere für Unterwasseranwendungen vorteilhaft. Bei Untersuchungen dieses Systems mit Aushärtung unter maritimen Bedingungen hat sich gezeigt, dass vergleichbare Zugscherfestigkeiten wie in der Trockenklebung und Trockenaushärtung erreicht werden, so dass die Material plattform im Bereich der Unterwasserklebungen geeignet und einsetzbar ist. The hydrophobic PCL4MP can stabilize the resin network in the two-component adhesive system, making it particularly advantageous for underwater applications. Tests of this system with curing under marine conditions have shown that comparable tensile shear strengths can be achieved as with dry bonding and dry curing, making the material platform suitable and applicable for underwater bonding.

Das hydrophile ETTMP kann zwar insgesamt die Benetzbarkeit des Klebstoffs verbessern. Jedoch wird in diesem System die Wasserbeständigkeit durch eine ungünstigere Quellfähigkeit beeinträchtigt. Although the hydrophilic ETTMP can improve the overall wettability of the adhesive, water resistance in this system is compromised by a lower swelling capacity.

Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln Resistance to organic solvents

Mithilfe sogenannter „Leaching-Experimente“ ist es möglich einen indirekten Einblick in die Netzwerkstruktur von Zweikomponenten-Klebesystemen zu gewinnen, welche sonst spektroskopisch nur schwer aufklärbar sind. Hierzu werden die ausgehärteten Zweikomponenten-Klebesysteme bezüglich ihres Quellverhaltens sowohl in organischen Lösungsmitteln als auch in Wasser untersucht, jeweils mit und ohne Reduktionsmittel, welches Disulfide irreversibel spalten kann. Using so-called "leaching experiments," it is possible to gain indirect insight into the network structure of two-component adhesive systems, which are otherwise difficult to elucidate spectroscopically. For this purpose, the cured two-component adhesive systems are examined for their swelling behavior in both organic solvents and water, both with and without a reducing agent, which can irreversibly cleave disulfides.

Die Experimente wurden beispielhaft mit zwei Klebesystemen mit einem Massenverhältnis Lignin4o/Thiol6o durchgeführt. Als Thiol-Komponenten wurden beispielhaft PCL4MP und ETTMP ausgewählt. Die Klebesysteme wurden angemischt, vollständig ausgehärtet und mithilfe von flüssigem Stickstoff eingefroren, in kleine Teile gemörsert und jeweils in Aceton oder Tetrahydrofuran (THF) überführt. Den Proben wurde zum Teil Tributylphosphin zugefügt, da hiermit irreversibel Disulfide in Thiole reduziert werden können. Die Proben wurden für 2 Wochen bei Raumtemperatur extrahiert und der Überstand vom verbliebenen Feststoff getrennt. The experiments were conducted using two adhesive systems with a mass ratio of lignin 4o/thiol 6o. PCL 4MP and ETTMP were selected as the thiol components. The adhesive systems were mixed, fully cured, and frozen using liquid nitrogen. They were ground into small pieces and transferred to acetone or tetrahydrofuran (THF). Tributylphosphine was added to some of the samples, as this can irreversibly reduce disulfides to thiols. The samples were extracted for 2 weeks at room temperature, and the supernatant was separated from the remaining solid.

Die eingesetzten beispielhaften Zweikomponenten-Klebesysteme weisen insgesamt eine moderate Beständigkeit gegenüber den untersuchten organischen Lösemitteln auf. The exemplary two-component adhesive systems used show overall moderate resistance to the organic solvents tested.

In 1H-NMR-Untersuchungen der Extrakte kann zudem gezeigt werden, dass überwiegend das gut in Aceton und THF lösliche Multithiol gelöst aus dem Klebesystem gelöst wird. In 1 H-NMR studies of the extracts, it can also be shown that predominantly the multithiol, which is readily soluble in acetone and THF, is dissolved from the adhesive system.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen in derThe invention is described below with reference to the accompanying figures in the

Abbildungsbeschreibung beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind. Es zeigen: Abbildung 1 eine beispielhafte schematische Darstellung des Aktivierungsprozesses von Weichholzlignin zu nicht demethylierten, oxidierten Lignin (nDoxL) und der darauffolgenden Umsetzung mit zwei verschiedenen polaren Multithiolen als Zweikomponenten- Klebesysteme; The description of the figures is intended to illustrate the invention and is not to be considered limiting. They show: Figure 1 shows an exemplary schematic representation of the activation process of softwood lignin to non-demethylated, oxidized lignin (nDoxL) and the subsequent reaction with two different polar multithiols as two-component adhesive systems;

Abbildung 2 eine beispielhafte schematische Darstellung des bioinspirierten Konzepts (Abb. 2a) durch die Kombination der Zähigkeitsmechanismen von Holz durch Lignin (links) mit klebenden Schlüsselfunktionen aus dem Bio-Adhäsionsapparat von Meeresmuscheln (rechts) in einem ligninbasierten Zweikomponenten- Klebesystem und eine beispielhafte schematische Darstellung des Aktivierungsprozesses von Weichholzlignin zu demethylierten, oxidierten Lignin (DoxL) als Komponente A und zwei verschiedenen polaren Multithiolen als Komponente B (Abb. 2b) in dem ligninbasierten Zweikomponenten-Klebesystem;Figure 2 shows an exemplary schematic representation of the bio-inspired concept (Fig. 2a) by combining the toughening mechanisms of wood through lignin (left) with key adhesive functions from the bio-adhesion apparatus of marine mussels (right) in a lignin-based two-component adhesive system and an exemplary schematic representation of the activation process of softwood lignin to demethylated, oxidized lignin (DoxL) as component A and two different polar multithiols as component B (Fig. 2b) in the lignin-based two-component adhesive system;

Abbildung 3 eine schematische Darstellung der möglichen oxidativen Reaktionen von fraktioniertem Lignin mit Natriumperiodat im nDoxL- Prozess; Figure 3 shows a schematic representation of the possible oxidative reactions of fractionated lignin with sodium periodate in the nDoxL process;

Abbildung 4 einen Vergleich der HSQC-Spektren von Lignin vor und nach der Oxidation mit Natriumperiodat im nDoxL-Prozess; Figure 4 shows a comparison of the HSQC spectra of lignin before and after oxidation with sodium periodate in the nDoxL process;

Abbildung 5 eine Zusammenfassung der Ergebnisse zur quantitativen Bestimmung der Methoxygruppen, aliphatischen und phenolischen Acetaten basierend auf 1H- NMR-Messungen nach Acetylierung der Hydroxygruppen im nDoxL-Prozess;Figure 5 shows a summary of the results for the quantitative determination of methoxy groups, aliphatic and phenolic acetates based on 1 H NMR measurements after acetylation of the hydroxy groups in the nDoxL process;

Abbildung 6 eine Darstellung der Ergebnisse der FTIR-Analyse von unterschiedlichen Oxidationssets; im nDoxL-Prozess Figure 6 shows the results of the FTIR analysis of different oxidation sets in the nDoxL process

Abbildung 7 eine Darstellung der Überlagerung der apparenten Massenverteilungen von verschiedenen nDoxL-Batches in DMSO+0,075 mM NaNOs; Figure 7 shows the superposition of the apparent mass distributions of different nDoxL batches in DMSO+0.075 mM NaNOs;

Abbildung 8 eine Übersicht der verwendeten Anteile an Periodat zur Optimierung der Oxidationsreaktion von Lignin im nDoxL-Prozess im direkten Bezug zur Reaktion mit Monothiolen; Figure 8 shows an overview of the proportions of periodate used to optimize the oxidation reaction of lignin in the nDoxL process in direct relation to the reaction with monothiols;

Abbildung 9 eine beispielhafte Fotostrecke zur Veranschaulichung der Aufarbeitungsschritte nach der Oxidation im nDoxL-Prozess; Figure 9 shows an exemplary photo series to illustrate the processing steps after oxidation in the nDoxL process;

Abbildung 10 DSC-Diagramme von nicht ausgehärteten nDoxL4o/ETTMP6o- Proben (Abb. 10a) und nDoxL4o/PCL4MPeo-Proben (Abb. 10b); Figure 10 DSC diagrams of uncured nDoxL 4 o/ETTMP 6 o samples (Fig. 10a) and nDoxL4o/PCL4MPeo samples (Fig. 10b);

Abbildung 11 eine tabellarische Übersicht der verwendeten Anteile an Periodat zur Untersuchung des optimalen Aktivierungsgrades von Lignin über den nDoxL- Prozess im direkten Bezug zur Zugscherfestigkeit; Abbildung 12 einen beispielhaften Vergleich der Kraft-Weg-Diagramme von Lignin-Klebstoffen mit 30 Gew.-% NalO4-Oxidation und 5 Gew.-% NalO4-Oxidation und ETTMP (n DoxL-Prozess); Figure 11 shows a tabular overview of the proportions of periodate used to investigate the optimal degree of activation of lignin via the nDoxL process in direct relation to the tensile shear strength; Figure 12 shows an exemplary comparison of the force-displacement diagrams of lignin adhesives with 30 wt% NalO4 oxidation and 5 wt% NalO4 oxidation and ETTMP (n DoxL process);

Abbildung 13 eine beispielhafte Übersicht der Zugscherfestigkeiten von erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebesystemen (nDoxL-Prozess) mit ETTMP und PCL4MP im Vergleich; Figure 13 shows an exemplary overview of the tensile shear strengths of two-component adhesive systems according to the invention (nDoxL process) with ETTMP and PCL4MP in comparison;

Abbildung 14 eine beispielhafte tabellarische Übersicht der Zugscherfestigkeiten der Zweikomponenten-Klebesysteme mit nDoxL (mit 30 Gew.-% NalO4 oxidiert) und Multithiole in verschiedenen Lignin/Thiol-Verhältnissen; Figure 14 shows an exemplary tabular overview of the tensile shear strengths of the two-component adhesive systems with nDoxL (oxidized with 30 wt% NaI04 ) and multithiols in different lignin/thiol ratios;

Abbildung 15 eine Darstellung von Thermogravimetrie (TGA)-Ergebnissen der beispielhaftenFigure 15 shows thermogravimetry (TGA) results of the exemplary

Systeme nDoxL4o/ETTMP6o und nDoxL4o/PCL4MP6o; Systems nDoxL 4 o/ETTMP 6 o and nDoxL 4 o/PCL4MP6o;

Abbildung 16 einen Vergleich der gravimetrischen Untersuchung von beispielhaften ausgehärteten Zweikomponenten-Klebesystemen nach Kontakt mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln über Darstellung des Polymergehaltes für jedes Zweikomponenten-Klebesystem; Figure 16 shows a comparison of the gravimetric analysis of exemplary cured two-component adhesive systems after contact with different organic solvents by showing the polymer content for each two-component adhesive system;

Abbildung 17 eine schematische bildhafte Darstellung des Zweikomponenten-Klebesystem- Herstellungsprozesses (Abb. 17a) und eine schematische bildhafte Darstellung des Vorgehens bei Scherzug-Experimenten mit dem erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebesystem (Abb. 17b); Figure 17 shows a schematic pictorial representation of the two-component adhesive system manufacturing process (Fig. 17a) and a schematic pictorial representation of the procedure for shear tensile experiments with the two-component adhesive system according to the invention (Fig. 17b);

Abbildung 18 eine Darstellung der chemischen Umwandlungsschritte zur Lignin-Aktivierung an einem technisch verfügbaren Weichholz-Kraftlignin über den DoxL-Prozess (Abb.18a), eine Darstellung der Ergebnisse der Hydroxymusteranalyse von fraktioniertem und demethyliertem Lignin mittels 31P-NMR (Abb. 18b), eine Darstellung der Ergebnisse der 1H-NMR-Analyse, die das fraktionierte Lignin vor und nach der Demethylierung vergleichen (Abb. 18c), eine Darstellung der Ergebnisse einer GPC-Analyse, die die Molekulargewichtsverteilung der verschiedenen Ligninprodukte zeigt (Abb. 18d) und eine Darstellung von FTIR- Spektren, die die chemischen Umwandlungen im heterogenen Ligninnetzwerk bestätigen, die nach der Oxidation zu Chinonstrukturen führen (Abb. 18e); Figure 18 shows a representation of the chemical transformation steps for lignin activation on a technically available softwood kraft lignin via the DoxL process (Fig. 18a), a representation of the results of the hydroxyl pattern analysis of fractionated and demethylated lignin using 31 P-NMR (Fig. 18b), a representation of the results of the 1 H-NMR analysis comparing the fractionated lignin before and after demethylation (Fig. 18c), a representation of the results of a GPC analysis showing the molecular weight distribution of the different lignin products (Fig. 18d) and a representation of FTIR spectra confirming the chemical transformations in the heterogeneous lignin network that lead to quinone structures after oxidation (Fig. 18e);

Abbildung 19 eine Darstellung von repräsentativen FTIR-Spektren zum Vergleich von aktiviertem Lignin (DoxL-Prozess) in beispielhaften Zweikomponenten- Klebesystemen in nicht ausgehärtetem Zustand (nc) und nach der Aushärtung DoxL5o/ETTMP5o (Abb. 19a) und DoxL5o/PCL4MP5o (Abb. 19b); Abbildung 20 eine Darstellung der trockenmechanischen Klebeeigenschaften der Zweikomponenten-Klebesysteme auf Ligninbasis (DoxL-Prozess); Überlappungsschertests als Kraft-Widerstands-Kurve mit einem repräsentativen Beispiel für DoxL/ETTMP (Abb. 20a) und DoxL/PCL4MP (Abb. 20b) bei unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen von DoxL/Thiol und Bilder der Probennaht der Scherhaftversuche über adhäsive und kohäsive Mischung für D0XL55/ETTMP45 (Abb. 20c) und DoxL55/PCL4MP45 (Abb. 20d); Figure 19 shows representative FTIR spectra comparing activated lignin (DoxL process) in exemplary two-component adhesive systems in the uncured state (nc) and after curing DoxL 5 o/ETTMP 5 o (Fig. 19a) and DoxL 5 o/PCL4MP 5 o (Fig. 19b); Figure 20 shows the dry mechanical bonding properties of the two-component lignin-based adhesive systems (DoxL process); overlap shear tests as force-resistance curves with a representative example for DoxL/ETTMP (Fig. 20a) and DoxL/PCL4MP (Fig. 20b) at different weight ratios of DoxL/Thiol and images of the sample seam of the shear bond tests via adhesive and cohesive mixture for D0XL55/ETTMP45 (Fig. 20c) and DoxL 5 5/PCL4MP 4 5 (Fig. 20d);

Abbildung 21 einen tabellarischen Überblick über die Trockenhaftungseigenschaften von Zweikomponenten-Klebesystemen auf Ligninbasis (DoxL-Prozess);Figure 21 shows a tabular overview of the dry adhesion properties of two-component lignin-based adhesive systems (DoxL process);

Abbildung 22 eine Darstellung von Ergebnissen der Unterwasserhärtung des beispielhaften Zweikomponenten-Klebesystems mit Lignin (DoxL) und PLC4MP mit Ergebnissen für überlappende Scherprüfungen (Abb. 22 a-c) und ein Bild der Lignin/PCL4MP-Naht nach Unterwasserauftrag und Aushärtung für die Verhältnisse 40/60, 50/50 und 60/40 Gew.-% Lignin/PCL4MP (Abb. 22d). Figure 22 shows a representation of underwater curing results of the exemplary two-component adhesive system with lignin (DoxL) and PLC4MP with results for overlapping shear tests (Fig. 22 a-c) and an image of the lignin/PCL4MP seam after underwater application and curing for the ratios 40/60, 50/50 and 60/40 wt% lignin/PCL4MP (Fig. 22d).

Abbildung 23 verschiedene beispielhafte Darstellungen der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebesystems (aktiviertes Lignin über DoxL-Prozess) nach Anwendung; Figure 23 various exemplary representations of the properties of the two-component adhesive system according to the invention (activated lignin via DoxL process) after application;

Abbildung 24 eine schematische Darstellung des „Leaching-Prozesses“ als Mittel zur Bestimmung der Lösungsmittel-Beständigkeit der erfindungsgemäßen Klebesysteme und Figure 24 is a schematic representation of the leaching process as a means of determining the solvent resistance of the adhesive systems according to the invention and

Abbildung 25 eine Darstellung zur Polarität. Figure 25 shows a representation of polarity.

Abb. 1 zeigt eine beispielhafte schematische Darstellung des Aktivierungsprozesses von Weichholzlignin zu nicht demethylierten, oxidierten Lignin (nDoxL) und der darauffolgenden Umsetzung mit zwei verschiedenen polaren Multithiolen als Zweikomponenten-Klebesysteme. Mittels Oxidationsreaktion werden ortho-Methoxyphenole zu aktiven Chinonen (nDoxL) funktionalisiert, die über 1,4-Michael-Addition zwischen Thiol (Komponente B) und Chinon (Komponente A) zu Thiol-Catechol-Verknüpfung (TCC) führen. Über Interaktion der TCC- Haftgruppen mit polaren Oberflächen und kombiniert mit der intrinsisch vorhandenen Kohäsion des Lignins bilden die TCC-Polymere ausgezeichnete Klebstoffe. Figure 1 shows an exemplary schematic representation of the activation process of softwood lignin to non-demethylated, oxidized lignin (nDoxL) and its subsequent reaction with two different polar multithiols as two-component adhesive systems. An oxidation reaction functionalizes ortho-methoxyphenols to active quinones (nDoxL), which lead to thiol-catechol bond formation (TCC) via 1,4-Michael addition between thiol (component B) and quinone (component A). Through interaction of the TCC adhesive groups with polar surfaces and combined with the intrinsic cohesion of the lignin, the TCC polymers form excellent adhesives.

In der Darstellung werden als Multithiole beispielhaft die Komponenten ETTMP und PCL4MP genutzt. In the illustration, the components ETTMP and PCL4MP are used as examples of multithiols.

In Abb. 2 werden eine beispielhafte beispielhafte schematische Darstellung des bioinspirierten Konzepts (Abb. 2a) durch die Kombination der Zähigkeitsmechanismen von Holz durch Lignin (links) mit klebenden Schlüsselfunktionen aus dem Bio-Adhäsionsapparat von Meeresmuscheln (rechts) in einem ligninbasierten Zweikomponenten-Klebesystem und eine beispielhafte schematische Darstellung des Aktivierungsprozesses von Weichholzlignin zu demethylierten, oxidierten Lignin (DoxL) als Komponente A und zwei verschiedenen polaren Multithiolen als Komponente B (Abb. 2b) in dem ligninbasierten Zweikomponenten-Klebesystem dargestellt.Fig. 2 shows an exemplary schematic representation of the bio-inspired concept (Fig. 2a) by combining the toughening mechanisms of wood by lignin (left) with adhesive key functions from the bio-adhesion apparatus of marine mussels (right) in a lignin-based two-component adhesive system and an exemplary schematic representation of the activation process of softwood lignin to demethylated, oxidized lignin (DoxL) as component A and two different polar multithiols as component B (Fig. 2b) in the lignin-based two-component adhesive system.

In der Darstellung werden als Multithiole beispielhaft die Komponenten ETTMP und PCL4MP genutzt. In the illustration, the components ETTMP and PCL4MP are used as examples of multithiols.

In den Versuchen zu den nachfolgenden Abbildungen wurde beispielhaft das Weichholzlignin BioPivs 300 der Firma UPM eingesetzt. Der Einsatz dieses Weichholzlignins ist beispielhaft zu sehen und nicht als beschränkend zu werten. In the experiments shown in the following figures, the softwood lignin BioPivs 300 from UPM was used as an example. The use of this softwood lignin is to be considered exemplary and not limiting.

Abb. 3 zeigt eine Darstellung der möglichen oxidativen Reaktionen von fraktioniertem Lignin mit Natriumperiodat. Nicht nur ortho-Methoxyphenole werden in Chinone umgewandelt, sondern auch bestimmte Ether-Verknüpfungen werden durch das Natriumperiodat oxidiert. Hydroxy- Gruppen können zu Aldehyden beziehungsweise Ketonen hochoxidieren. ß-O-4-Brücken und ß- O-5-Brücken können oxidativ gespalten werden. Figure 3 shows a representation of the possible oxidative reactions of fractionated lignin with sodium periodate. Not only are ortho-methoxyphenols converted to quinones, but certain ether linkages are also oxidized by sodium periodate. Hydroxy groups can be highly oxidized to aldehydes and ketones, respectively. ß-O-4 and ß-O-5 bridges can be oxidatively cleaved.

In Abb. 4 wird ein Vergleich der HSQC-Spektren von Lignin vor und nach der Oxidation mit Natriumperiodat gemessen in DMSO-dß bei 500 MHz dargestellt. Es ist zu erkennen, dass nach der Oxidation teilweise charakteristische Resonanzen der Ether-Brücken verschwunden sind wie beispielsweise ß-O-5‘-Verknüpfungen und ß-O-5-Verknüpfungen, die im vorfraktionierten Lignin vorzufinden waren. Durch die Aufspaltung dieser Etherverbindungen kann das Ligninnetzwerk geöffnet werden, was die Reaktion mit Multi-Thiolen begünstigen kann. Figure 4 shows a comparison of the HSQC spectra of lignin before and after oxidation with sodium periodate, measured in DMSO-dß at 500 MHz. It can be seen that after oxidation, some characteristic resonances of the ether bridges, such as ß-O-5' linkages and ß-O-5 linkages, which were present in the pre-fractionated lignin, have disappeared. The cleavage of these ether bonds can open the lignin network, which can favor the reaction with multi-thiols.

Abb. 5 zeigt eine Zusammenfassung der Ergebnisse zur quantitativen Bestimmung der Methoxygruppen, aliphatischen und phenolischen Acetaten basierend auf 1H-NMR-Messungen nach Acetylierung der Hydroxygruppen. Abb. 5a zeigt den Methoxy-Gehalt, Abb. 5b das Verhältnis von Methoxy-Gehalt und des gesamten Hydroxygruppen-Gehalts und Abb. 5c das Verhältnis von phenolischen und aliphatischen Hydroxygruppen in Abhängigkeit von den Periodat-Äquivalenten. Als Referenzen werden fraktioniertes und demethyliertes Lignin aufgezeigt. Figure 5 shows a summary of the results for the quantitative determination of methoxy groups, aliphatic, and phenolic acetates based on 1 H NMR measurements after acetylation of the hydroxy groups. Figure 5a shows the methoxy content, Figure 5b the ratio of methoxy content to total hydroxy group content, and Figure 5c the ratio of phenolic and aliphatic hydroxy groups as a function of periodate equivalents. Fractionated and demethylated lignin are shown as references.

Mittels der 1H-NMR-Messungen kann der Verbrauch an Methoxygruppen quantifiziert werden. In Abb. 5a wird deutlich, dass der gesamte OMe-Verbrauch der jeweiligen nDoxL-Ansätze (direkt oxidiert mit 0,3 bis 2 Äquivalenten) deutlich größer ist als der Verbrauch während der Demethylierung in der DoxL-Schiene. Nach der Oxidation mit 0,3 Äquivalenten an Periodat, abhängig von der Reaktionstemperatur bei 0 °C oder Raumtemperatur, kann eine Reduzierung des OMe-Gehaltes von 90 % festgestellt werden. Für Ansätze mit höheren Periodat- Äquivalenten konnte in Versuchen sogar ein Verbrauch von 95 % ermittelt werden. Es ist hierbei jedoch wichtig darzustellen, dass auch der Gehalt an phenolischen und aliphatischen Hydroxygruppen deutlich reduziert wird (Abb. 5b, 5c). Dies wird insbesondere präsent, sobald der Gehalt der gesamten OH-Gruppen mit den MeOH-Gruppen ins Verhältnis gesetzt wird. Die OMe/OHcesamt-Verhältnisse der oxidierten Proben liegen von 0,42 bis 0,73 in einer ähnlichen Größenordnung (vgl. vor Demethylierung OMe/OHGesamt=0,67 und nach Demethylierung OMe/OHGesamt=0,29). Die Verhältnisse der Ph-OH/Ali-OH in den oxidierten Proben weisen ähnliche Gehälter an phenolischen und aliphatischen OH-Gruppen auf und deuten auf keine signifikanten Unterschiede bezüglich der verwendeten Periodat-Äquivalente hin. Im Vergleich dazu kann bei Demethylierungsreaktionen ein Überschuss an phenolischem OH beobachtet werden. The consumption of methoxy groups can be quantified using 1 H NMR measurements. Figure 5a clearly shows that the total OMe consumption of the respective nDoxL batches (directly oxidized with 0.3 to 2 equivalents) is significantly higher than the consumption during demethylation in the DoxL route. After oxidation with 0.3 equivalents of periodate, depending on the reaction temperature at 0 °C or room temperature, a reduction in the OMe content of 90% can be determined. For batches with higher periodate equivalents, a consumption of even 95% could be determined in experiments. However, it is important to note that the content of phenolic and aliphatic hydroxy groups is significantly reduced (Fig. 5b, 5c). This becomes particularly evident when the content of total OH groups is compared with the MeOH groups. The OMe/OH total ratios of the oxidized samples are of a similar magnitude, ranging from 0.42 to 0.73 (compare before demethylation OMe/OH total = 0.67 and after demethylation OMe/OH total = 0.29). The Ph-OH/Ali-OH ratios in the oxidized samples show similar contents of phenolic and aliphatic OH groups and indicate no significant differences with regard to the periodate equivalents used. In comparison, an excess of phenolic OH can be observed in demethylation reactions.

Zudem zeigt Abb. 6 die Ergebnisse der FTIR-Analyse von unterschiedlichen Oxidationssets. Es werden in Abb. 6a FTIR-Spektren von fraktioniertem Lignin und bei Raumtemperatur und 0 °C mit jeweils 0,3 Äquivalenten Periodat pro o-Methoxyphenol oxidierte Lignine dargestellt. Abb. 6b zeigt die Überlagerung der FTIR-Spektren von verschiedenen oxidierten Ligninen (0,3 bis 2 Äquivalente pro o-Methoxyphenol bei 0 °C) gemessen über ATR. Die Zunahme der Intensität der Schwingungsbande bei v=1660 cm-1 weist auf konjugierte Ketone hin (Bedingung: 66,6 M fraktioniertes Lignin in DMF/wässriger Natriumacetat-Puffer (0,1 M, pH 5), Raumtemperatur oder 0 °C, 2 h). In addition, Fig. 6 shows the results of the FTIR analysis of different oxidation sets. Fig. 6a shows the FTIR spectra of fractionated lignin and lignins oxidized at room temperature and 0 °C with 0.3 equivalents of periodate per o-methoxyphenol. Fig. 6b shows the superposition of the FTIR spectra of various oxidized lignins (0.3 to 2 equivalents per o-methoxyphenol at 0 °C) measured via ATR. The increase in the intensity of the vibrational band at v=1660 cm -1 indicates the presence of conjugated ketones (condition: 66.6 M fractionated lignin in DMF/aqueous sodium acetate buffer (0.1 M, pH 5), room temperature or 0 °C, 2 h).

In Abb. 6b ist zu erkennen, dass durch die Erhöhung der Periodat-Menge auch die C=O- Schwingungsbande bei v=1660 cm-1 deutlich an Intensität gewinnt. Natriumperiodat selbst hat eine markante Bande bei v=840 cm-1 und ist in allen vier Spektren nicht mehr zu erkennen, was auf eine saubere Aufarbeitung der Reaktionsmischung hindeutet. C-H-out-of-plane- Deformationsschwingungen von Aromaten zeigen sich als schwache Banden bei v=853 cm-1 und v=815 cm-1, die bereits im fraktionierten Lignin anwesend sind. Es ist auffällig, dass Oxidationsreaktionen bei 0 °C zur Erhöhung von mehreren Schwingungsbanden v=1740 cm-1, V=1367 cm-1 und v=1215 cm-1 führt (Abb. 6a und 6b). Fig. 6b shows that increasing the amount of periodate also significantly increases the intensity of the C=O vibrational band at v=1660 cm -1 . Sodium periodate itself has a prominent band at v=840 cm -1 and is no longer visible in all four spectra, indicating proper processing of the reaction mixture. CH out-of-plane deformation vibrations of aromatics appear as weak bands at v=853 cm -1 and v=815 cm -1 , which are already present in the fractionated lignin. It is striking that oxidation reactions at 0 °C lead to an increase in several vibrational bands v=1740 cm -1 , v=1367 cm -1 and v=1215 cm -1 (Figs. 6a and 6b).

Mittels Literatur können die intensitätsstarken Bande bei v=1740 cm-1 als Carbonylabsorption, die Bande bei v=1215 cm-1 als C-O-Einfachbindung eines Phenols oder eines Ethers und die Bande bei v=1367 cm-1 als O-H-Deformationsschwingung identifiziert werden. Bei v=1740 cm-1 handelt es sich ebenfalls um eine C=O-Resonanz, welche in Aldehyden vorkommt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein kinetisch kontrolliertes Produkt bevorzugt bei 0 °C gebildet wird, bei dem es sich ausgehend von den zugeordneten Schwingungsbanden um Aldehyde und Ketone handelt. Bei Erhöhung der Periodatkonzentration kann eine gleichzeitige Reduzierung der drei genannten Bandintensitäten beobachtet werden, was die Hypothese bestätigt, dass es sich um ein kinetisches Produkt handelt und dass sich nur bei tiefen Temperaturen und geringer Periodatkonzentration bildet. Die Reaktion zur Bildung von Chinonen scheint somit thermodynamisch kontrolliert zu sein. Oxidation bei Raumtemperaturen zeigen die benannten Banden nicht. In Abb. 6a wird dies durch eine wesentlich ausgeprägtere Bande bei v=1660 cnr1 deutlich, die das Produkt bei Raumtemperatur mit derselben Periodatmenge wie das bei 0 °C aufweist. Based on the literature, the intense band at v=1740 cm -1 can be identified as a carbonyl absorption, the band at v=1215 cm- 1 as a CO single bond of a phenol or an ether, and the band at v=1367 cm-1 as an OH deformation vibration. The band at v=1740 cm -1 is also a C=O resonance, which occurs in aldehydes. The results show that a kinetically controlled product is preferentially formed at 0 °C, which, based on the assigned vibrational bands, is aldehydes and ketones. Upon increasing the periodate concentration, a simultaneous reduction of the three band intensities mentioned can be observed, confirming the hypothesis that this is a kinetic product and that it is only formed at low temperatures and low periodate concentrations. The reaction to form quinones therefore appears to be thermodynamically controlled. Oxidation at room temperature shows the named bands are not present. In Fig. 6a, this is evident from a much more pronounced band at v=1660 cm/ s , which the product exhibits at room temperature with the same amount of periodate as the product at 0 °C.

Abb. 7 zeigt die Überlagerung der apparenten Massenverteilungen von verschiedenen nDoxL- Batches in DMSO+0,075 mM NaNOs mit einer Auflistung der apparenten, zahlenmittleren und gewichtsmittleren Molgewichte sowie die Polydispersitäten der Lignin-Proben, fraktioniert mit Aceton und aktiviert mit 1 :0,3 Äq. NaIC , 1 :1 Äq. NaICU, 1 :1 ,5 Äq. NaICU und 1 :2 Äq. NaICU bei 0 °C (Abb. 7a). In Abb. 7b werden die Überlagerung der apparenten, zahlenmittleren und gewichtsmittleren Molgewichte sowie die Polydispersitäten von Lignin-Proben, aktiviert über 1 :0,3 Äq. NaICU bei Raumtemperatur und 0 °C gezeigt. Fig. 7 shows the overlay of the apparent mass distributions of different nDoxL batches in DMSO+0.075 mM NaNO3 with a listing of the apparent, number-average, and weight-average molecular weights as well as the polydispersities of the lignin samples fractionated with acetone and activated with 1:0.3 eq. NaIC, 1:1 eq. NaICU, 1:1.5 eq. NaICU, and 1:2 eq. NaICU at 0 °C (Fig. 7a). Fig. 7b shows the overlay of the apparent, number-average, and weight-average molecular weights as well as the polydispersities of lignin samples activated with 1:0.3 eq. NaICU at room temperature and 0 °C.

In Abb. 7 ist zu erkennen, dass mit der Reduktion der Temperatur und steigendem Natriumperiodat-Gehalt die Peakschulter an Intensität verliert. Vermutlich wird durch eine erhöhte Periodat-Konzentration das Gleichgewicht stark auf die Seite der Oxidation geschoben, ohne dass Chinone selbst wieder zu Catecholen werden nachdem sie zuvor oxidativ „verbraucht“ wurden. Durch eine geringere Menge an Catecholen können vermutlich auch weniger Vernetzungen stattfinden, die daraufhin zu einer bimodalen Verteilung führen würden. Die Oxidation bei 0 °C erscheint als schonendere Methode, die zudem zu weniger Quervernetzungen führt, was sich in der insgesamt leicht schmaleren Massenverteilung bemerkbar macht. Figure 7 shows that with lowering the temperature and increasing sodium periodate content, the peak shoulder decreases in intensity. Presumably, an increased periodate concentration shifts the equilibrium strongly toward oxidation, without the quinones themselves reverting to catechols after being "consumed" by oxidation. A lower amount of catechols presumably also reduces cross-linking, which would subsequently lead to a bimodal distribution. Oxidation at 0 °C appears to be a gentler method, which also results in fewer cross-links, which is reflected in the overall slightly narrower mass distribution.

In Abb. 8 wird eine Übersicht der verwendeten Anteile an Periodat zur Optimierung der Oxidationsreaktion von Lignin im nDoxL-Prozess im direkten Bezug zur Reaktion mit Monothiolen, hier Ethanthiol, gegeben unter den folgenden Reaktionsbedingungen: 66,6 mM fraktioniertes Lignin in DMF/wässriger Natriumacetat-Puffer (0,1 M, pH 5), Raumtemperatur oder 0 °C, 2 h und 0,8 M aktiviertes Lignin in N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), 40 °C oder 80 °C, 2 h oder 16 h). Fig. 8 provides an overview of the proportions of periodate used to optimize the oxidation reaction of lignin in the nDoxL process in direct relation to the reaction with monothiols, here ethanethiol, under the following reaction conditions: 66.6 mM fractionated lignin in DMF/aqueous sodium acetate buffer (0.1 M, pH 5), room temperature or 0 °C, 2 h and 0.8 M activated lignin in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 40 °C or 80 °C, 2 h or 16 h).

Die Modellreaktion wird zur Bestätigung der Bildung von TCC-Gruppen über Michael-Addition mit Ethanthiol durchgeführt. Die Wahl des Ethanthiols wird damit begründet, dass sich der Peak der Methyl-Gruppe im 1H-NMR von den restlichen Lignin-Peaks abhebt und gut integrierbar ist. Der erwähnte Methyl-Peak verbreitert sich nach der Reaktion mit dem aktivierten Lignin deutlich. Aufgrund der schlechten Löslichkeit des aktivierten Lignins finden die Reaktionen in NMP statt und erfordern einen deutlichen Überschuss an Thiolen pro ortho-Chinon-Einheit. Die Michael-artige Addition von Thiolen mit ortho-Chinonen ist bereits in vielen Publikationen beschrieben und verläuft niedermolekular bei Raumtemperatur in wenigen Minuten ab. The model reaction is carried out to confirm the formation of TCC groups via Michael addition with ethanethiol. The choice of ethanethiol is justified by the fact that the peak of the methyl group in the 1 H NMR spectrum stands out from the other lignin peaks and is easily integrated. The aforementioned methyl peak broadens considerably after the reaction with the activated lignin. Due to the poor solubility of the activated lignin, the reactions take place in NMP and require a significant excess of thiols per ortho-quinone unit. The Michael-type addition of thiols with ortho-quinones has already been described in numerous publications and proceeds at low molecular weight at room temperature in a few minutes.

Hier findet die Thiol-Addition mit einem Lignin-Makropolymer statt, das als Nanogel vorliegt. Damit die Zugänglichkeit zu den aktiven ortho-Chinongruppen nicht gehindert wird werden die Temperatur erhöht, die Reaktionszeit verlängert und Thiole im Überschuss zugegeben. Das Lignin-TCC-Addukt wird über erstmalige Fällung in Ether und dann in Reinstwasser gewonnen. Womöglich im System verbliebenes Ethanthiol kann aufgrund des hohen Dampfdruckes im Hochvakuum entfernt werden. Mit Einsatz eines internen Standards kann sowohl im 1H-NMR als auch im 31P-NMR quantitativ der TCC-Gehalt bestimmt werden. Here, the thiol addition takes place with a lignin macropolymer, which is present as a nanogel. To ensure that the accessibility to the active ortho-quinone groups is not hindered, the The temperature is increased, the reaction time is extended, and excess thiols are added. The lignin-TCC adduct is obtained by initial precipitation in ether and then in ultrapure water. Any ethanethiol remaining in the system can be removed under high vacuum due to the high vapor pressure. Using an internal standard, the TCC content can be quantitatively determined by both 1 H NMR and 31 P NMR.

Es zeigt sich, dass bei den standardisierten 30 Gew.-% Periodat, was stöchiometrisch gesehen 0,3 Äquivalente pro MeO-Einheit des Lignins entspricht, und den optimierten Bedingungen von 0 °C bei 2 Stunden maximal 4 Thiol-Verknüpfungen pro Molekül gebildet werden. Mit einer Erhöhung der Periodat-Äquivalente auf 2 Äquivalente pro oxidierbare Einheit erhöht sich die Anzahl der Thiol-Verknüpfungen auf ungefähr e pro Ligninmolekül. Die TCO-Berechnungen beziehen sich auf Mittelwerte, die über das Mw von den verschieden oxidierten Ligninen gemittelt wurden. Wichtig hierbei ist die breite Massenverteilung des Lignins, wodurch Molekulargewichte höher als Mw tendenziell mehr TCC-Gruppen ausbilden können, statistisch gesehen aber den geringeren Anteil ausmachen. It can be seen that at the standardized 30 wt% periodate, which stoichiometrically corresponds to 0.3 equivalents per MeO unit of the lignin, and under the optimized conditions of 0 °C for 2 hours, a maximum of 4 thiol linkages per molecule are formed. Increasing the periodate equivalents to 2 equivalents per oxidizable unit increases the number of thiol linkages to approximately e per lignin molecule. The TCO calculations refer to mean values averaged over the M w of the various oxidized lignins. Important here is the broad mass distribution of the lignin, whereby molecular weights higher than M w tend to form more TCC groups, but statistically account for the smaller proportion.

Abb. 9 zeigt eine beispielhafte Fotostrecke zur Veranschaulichung der Aufarbeitungsschritte nach der Oxidation im nDoxL-Prozess. Zur Fällung von 50 g Lignin wurde hier ein 10 L-Eimer verwendet und 10 L Wasser genutzt und das Gemisch anschließend auf 6 Zentrifugen-Becher verteilt (Abb. 9a). Nach dem Austarieren der Becher (Abb. 9b), können diese in eine Zentrifuge (Abb. 9c) eingesetzt werden. Für die Waschung werden weitere 10 L Wasser genutzt. Da es sich bei dem oxidierten Lignin um einen feinpulvrigen Feststoff handelt, wurde statt der klassischen Filtration das Abtrennen mittels Zentrifugation durchgeführt. Mit Zentrifugen mit einem Fassungsvermögen von 36 L können so 20 g Oxidationsansätze innerhalb von 3 bis 4 Stunden aufgearbeitet werden. Fig. 9 shows an example of a series of photos illustrating the processing steps after oxidation in the nDoxL process. A 10-liter bucket and 10 liters of water were used to precipitate 50 g of lignin, and the mixture was then distributed among six centrifuge cups (Fig. 9a). After taring the cups (Fig. 9b), they can be placed in a centrifuge (Fig. 9c). A further 10 liters of water are used for washing. Since the oxidized lignin is a finely powdered solid, centrifugation was used instead of conventional filtration to separate it. Centrifuges with a capacity of 36 liters can thus process 20 g of oxidation batches within 3 to 4 hours.

Zudem zeigt Abb. 10 dynamische Differenz Thermoanalyse (DSC)-Diagramme von nicht ausgehärten nDoxL4o/ETTMP6o-Proben (Abb. 10a) und nDoxL4o/PCL4MP6o-Proben (Abb. 10b). Die dargestellte Onset-Temperatur ist der extrapolierte Reaktionsbeginn, der bei nDoxL40/ETTMP6o bei 28 °C und bei nDoxL40/PCL4MP6o bei 50 °C liegt. Die Aushärtungstemperatur wurde entsprechend auf 60 °C gesetzt. Additionally, Figure 10 shows dynamic difference thermal analysis (DSC) diagrams of uncured nDoxL 4 o/ETTMP 6 o samples (Fig. 10a) and nDoxL 4 o/PCL4MP 6 o samples (Fig. 10b). The onset temperature shown is the extrapolated reaction start, which is 28 °C for nDoxL 40 /ETTMP 6 o and 50 °C for nDoxL 40 /PCL4MP 6 o. The curing temperature was set to 60 °C accordingly.

Abb. 11 zeigt eine tabellarische Übersicht der verwendeten Anteile an Periodat zur Untersuchung des optimalen Aktivierungsgrades von Lignin über den nDoxL-Prozess (Bedingung: 66,6 mM fraktioniertes Lignin in DMF/wässriger Natriumacetat-Puffer (0,1 M, pH 5), Raumtemperatur, 2 h). Es wurden verschiedene Anteile an Natriumperiodat im Bereich von 5 bis 50 Gew.-% bei gleichen Reaktionsbedingungen verwendet. Die Lignine wurden nach der Oxidation über Extraktion mit Reinstwasser aufgereinigt und überschüssiges Periodat entfernt. Die erzeugten Ligninmaterialien wurden in einer Zweikomponenten-Verklebung sowohl mit ETTMP als auch mit PCL4MP untersucht und die Zugscherfestigkeiten bestimmt. Figure 11 shows a tabular overview of the periodate concentrations used to investigate the optimal degree of lignin activation via the nDoxL process (condition: 66.6 mM fractionated lignin in DMF/aqueous sodium acetate buffer (0.1 M, pH 5), room temperature, 2 h). Different sodium periodate concentrations ranging from 5 to 50 wt. % were used under the same reaction conditions. After oxidation, the lignins were purified by extraction with ultrapure water, and excess periodate was removed. The produced lignin materials were investigated in a two-component bonding with both ETTMP and PCL4MP and the tensile shear strengths were determined.

In Abb. 12 ist ein beispielhafter Vergleich der Kraft- Weg-Diagramme von Lignin-Klebstoffen mit 30 Gew.-% NalC -Oxidation (links) und 5 Gew.-% (rechts) NalO4-Oxidation und ETTMP (Bedingungen: nDoxL- Prozess; Massenverhältnis Lignin/Thiol - 1/1; Aushärtung bei 60 °C, 16 h) dargestellt. Fig. 12 shows an exemplary comparison of the force-displacement diagrams of lignin adhesives with 30 wt% NalC oxidation (left) and 5 wt% (right) NalO4 oxidation and ETTMP (conditions: nDoxL process; mass ratio lignin/thiol - 1/1; curing at 60 °C, 16 h).

Es ist ein deutlicher Unterschied in der Kurvenform bis zum Bruch zu erkennen. In der mit 30 Gew.-% Natriumperiodat oxidierten Probe ist ein annähernd linearer Verlauf der Kurven und ein scharfkantiger Abriss bei maximaler Kraft zu erkennen, was auf eine vollständige Aushärtung des Materials rückführbar ist. Der Kurvenverlauf der mit 5 Gew.-% Periodat oxidierten Probe hingegen weist auf eine nicht vollständig ausgehärtete Substanz hin. Bei Überprüfung der Schnittstellen zeigt sich bei der mit 5 Gew.-% Periodat oxidierten Probe zudem, dass das Material noch klebrig und schmierfähig ist. A clear difference in the curve shape up to fracture is evident. In the sample oxidized with 30 wt% sodium periodate, an almost linear curve progression and a sharp-edged break at maximum force are evident, which can be attributed to complete curing of the material. The curve progression of the sample oxidized with 5 wt% periodate, on the other hand, indicates an incompletely cured substance. Examination of the interfaces also shows that the material in the sample oxidized with 5 wt% periodate is still sticky and lubricating.

Durch Zugscherversuche wurde ermittelt, dass die Oxidation mit 30 Gew.-% Natriumperiodat zur höchsten mittleren Zugscherfestigkeit führt, sowohl mit dem beispielhaft eingesetzten ETTMP als auch mit PCL4MP. Tensile shear tests showed that oxidation with 30 wt% sodium periodate leads to the highest mean tensile shear strength, both with the ETTMP used as an example and with PCL4MP.

Abb. 13 zeigt eine beispielhafte Übersicht der Zugscherfestigkeiten von erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebesystemen (nDoxL- Prozess) mit ETTMP (links) und PCL4MP (rechts) im Vergleich. Zur Aktivierung des Lignins über Oxidation mit NalÜ4 im nDoxL-Prozess sind verschiedene Anteile an Oxidationsmittel eingesetzt worden. Die aufgereinigte Lignin- Komponente wurde über Zweikomponenten-Verklebung mit 1/1 Lignin/Thiol-Verhältnis mithilfe von Zugscher-Experimenten getestet. Es zeigt sich, dass ein Optimum an Klebkraft bei 30 Gew.-% NalÜ4 zur direkten Oxidation von fraktioniertem Lignin liegt. Im direkten Vergleich der in der Abbildung erreichten Klebkräfte ist auffällig, dass die Klebesystem mit PCL4MP wesentlich schlechtere Zugscherfestigkeiten aufweisen als mit ETTMP. Bei Beibehalten des initialen Massenverhältnisses von 1/1 zwischen Lignin und Thiol hat sich gezeigt, dass das Lignin wesentlich schlechter mit höher viskosem PCL4MP mischbar ist. Bei gleichbleibenden Oxidationsbedingungen von zwei Stunden Reaktionszeit bei Raumtemperatur ist eine Mindestzugabe von 20 Gew.-% NalÜ4 notwendig, um im Klebesystem Lignin/ETTMP gute Haftkräfte von ungefähr 10 MPa zu erzielen. Fig. 13 shows an exemplary overview of the tensile shear strengths of two-component adhesive systems according to the invention (nDoxL process) with ETTMP (left) and PCL4MP (right) in comparison. Various proportions of oxidizing agent were used to activate the lignin via oxidation with NaI in the nDoxL process. The purified lignin component was tested via two-component bonding with a 1:1 lignin/thiol ratio using tensile shear experiments. It can be seen that the optimum bond strength is at 30 wt.% NaI for the direct oxidation of fractionated lignin. A direct comparison of the bond strengths achieved in the figure shows that the adhesive systems with PCL4MP exhibit significantly poorer tensile shear strengths than those with ETTMP. Maintaining the initial 1/1 mass ratio between lignin and thiol, it has been shown that lignin is significantly less miscible with higher-viscosity PCL4MP. Under constant oxidation conditions of two hours reaction time at room temperature, a minimum addition of 20 wt.% NaI4 is necessary to achieve good bond strengths of approximately 10 MPa in the lignin/ETTMP adhesive system.

Zudem stellt Abb. 14 eine beispielhafte tabellarische Übersicht der Zugscherfestigkeiten der Zweikomponenten-Klebesysteme mit nDoxL (mit 30 Gew.-% NalÜ4 oxidiert) und Multithiole in verschiedenen Lignin/Thiol-Verhältnissen dar. Die Abrisskraft ist auf eine Klebefläche von 40 bis 70 mm2 normiert. Es hat sich herausgestellt, dass die vollständige Homogenisierung der zwei Komponenten im Klebesystem notwendig ist und das diese im Lignin/PCL4MP-System bei einem zu hohen Lignin-Anteil nicht mehr gegeben ist. Die erfindungsgemäßen Zweikomponente-Klebesysteme besitzen dennoch eine hohe Modularität und Abstimmbarkeit, da es sich um harzähnliche Bulk- Klebstoffe handelt. Durch Variierung des Lignin/Thiol-Verhältnisses können unterschiedliche Zugscherfestigkeiten erreicht werden. Bei Verwendung des polaren ETTMP resultiert ein Mischungsfenster zwischen 40 und 60 Gew.-% aktiviertem Lignin, wobei unterhalb dieses Schwellenwertes die Viskosität der Mischung zu niedrig ist um appliziert zu werden. Oberhalb von 60 Gew.-% hat sich die Homogenität der Zweikomponenten-Formulierungsmischung als nicht mehr realisierbar gezeigt. Ebenso hat sich gezeigt, dass das höher viskose und unpolare PCL4MP weniger kompatibel mit dem nDoxL ist und sich somit ein kleineres Mischungsspektrum von 30 bis 50 Gew.-% aktiviertem Lignin ergibt. Die beste Applizierbarkeit und gute Zugscherfestigkeiten werden bei einem Massengehalt an Lignin von 40 Gew.-% an Lignin erreicht. In addition, Fig. 14 provides an exemplary tabular overview of the tensile shear strengths of the two-component adhesive systems with nDoxL (oxidized with 30 wt.% NaI4) and multithiols in different lignin/thiol ratios. The tear force is standardized to an adhesive surface of 40 to 70 mm 2 . It has been found that complete homogenization of the two components in the adhesive system is necessary and that this is no longer possible in the lignin/PCL4MP system if the lignin content is too high. Nevertheless, the two-component adhesive systems according to the invention possess a high degree of modularity and tunability, as they are resin-like bulk adhesives. By varying the lignin/thiol ratio, different tensile shear strengths can be achieved. When using the polar ETTMP, a mixing window between 40 and 60 wt.% activated lignin results; below this threshold, the viscosity of the mixture is too low to be applied. Above 60 wt.%, the homogeneity of the two-component formulation mixture has proven to be no longer achievable. It has also been shown that the higher viscosity and non-polar PCL4MP is less compatible with nDoxL, resulting in a narrower blend range of 30 to 50 wt.% activated lignin. The best applicability and good tensile shear strengths are achieved at a lignin mass content of 40 wt.%.

Des Weiteren zeigt Abb. 15 eine Darstellung der Thermogravimetrie (TGA)-Ergebnisse der beispielhaften Systeme nDoxL4o/ETTMP6o und nDoxL4o/PCL4MPeo. Dargestellt ist eine Auftragung der Temperatur gegen die Masse. Die Ligninmaterialien mit unterschiedlichen Multithiol-Komponenten zeigen keine eindeutigen Unterschiede im thermischen Zersetzungsverhalten, obwohl entweder Polyether- oder Polyestersegmente als Rückgrat der Multithiole vorhanden sind. Bei einer Temperatur von 310 bis 320 °C ist für die nDoxL- Materialien ein Materialverlust von 5 % zu sehen. Die maximale Zersetzungsrate befindet sich bei beiden Systemen bei ungefähr 370 °C. Der Hauptgewichtsverlust bei den ausgehärteten nDoxL4o/ETTMP6o beziehungsweise nDoxL4o/PCL4MP6o-Systemen tritt als zweistufige Zersetzung mit einem geringen Gewichtsverlust von 15 % bei 300 °C auf, gefolgt von einem Gewichtsverlust von 40 % bei 390 bis 420 °C. Die Degradationstemperaturen der Ligninproben liegen weit über den erwarteten Aushärtungstemperaturen für die erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebesysteme von 60 bis 90 °C. Furthermore, Fig. 15 shows the thermogravimetry (TGA) results of the exemplary systems nDoxL 4 o/ETTMP 6 o and nDoxL 4 o/PCL4MPeo. A plot of temperature versus mass is shown. The lignin materials with different multithiol components show no clear differences in thermal decomposition behavior, even though either polyether or polyester segments are present as the backbone of the multithiols. At a temperature of 310 to 320 °C, a material loss of 5% is observed for the nDoxL materials. The maximum decomposition rate for both systems is approximately 370 °C. The main weight loss in the cured nDoxL 4 o/ETTMP 6 o and nDoxL 4 o/PCL4MP 6 o systems occurs as a two-stage degradation with a small weight loss of 15% at 300 °C, followed by a weight loss of 40% at 390 to 420 °C. The degradation temperatures of the lignin samples are well above the expected curing temperatures of 60 to 90 °C for the two-component adhesive systems according to the invention.

Abb. 16 zeigt einen Vergleich der gravimetrischen Untersuchung von beispielhaften ausgehärteten Zweikomponenten-Klebesystemen nach Kontakt mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln (Aceton, Tetrahydrofuran (THF)) über Darstellung des Polymergehaltes für jedes Zweikomponenten-Klebesystem nach Durchführung von „Leaching Experimenten“ ohne und mit Reduktionsmittel in Aceton und THF. Eine schematische Darstellung der Leaching- Experimente ist in Abb. 24 zu sehen. In Abb. 15 ist zu sehen, dass beide Systeme eine gewisse Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln aufweisen und nicht vollständig gelöst werden können. Es ist hierbei wichtig zu wissen, dass sowohl das nDoxL als auch die Multithiole sehr gut in den Lösemitteln löslich sind. Die dargestellten Massengewichtsprozente beziehen sich auf den herausgelösten Polymeranteil. Es wird eine moderate Beständigkeit des ETTMP enthaltenen Systems gegenüber Aceton (31 Gew.-%) und THF (37 Gew.-%) erhalten. Durch Zusatz von Tributylphosphin erhöht sich der Massenanteil auf 44 Gew.-% in Aceton und auf 46 Gew.-% in THF. Im PCL4MP enthaltenen System lösten sich 58 Gew.-% in Aceton und 69 Gew.-% in THF und nach Zugabe von Tributylphosphin sogar 75 Gew.-% in Aceton und 85 Gew.-% in THF. In THF kann ein stärkeres Quellverhalten des hydrophoben Ligninklebers beobachtet werden. Da jedoch auch hier durch das Reduktionsmittel eine Erhöhung des herausgelösten Polymeranteils bewirkt wird und unabhängig vom Lösungsmittel oder Multithiol ein ähnlich hohes Maß an Disulfidspaltung (9 bis 17 Gew.-%) erreicht wird, scheint die Netzwerkstruktur nicht hauptsächlich durch Disulfide dominiert zu werden. Fig. 16 shows a comparison of the gravimetric analysis of exemplary cured two-component adhesive systems after contact with various organic solvents (acetone, tetrahydrofuran (THF)) by depicting the polymer content for each two-component adhesive system after conducting leaching experiments with and without reducing agent in acetone and THF. A schematic representation of the leaching experiments is shown in Fig. 24. Fig. 15 shows that both systems exhibit a certain resistance to organic solvents and cannot be completely dissolved. It is important to note that both the nDoxL and the multithiols are very soluble in the solvents. The mass percentages shown refer to the dissolved polymer content. A moderate resistance of the ETTMP-containing system to acetone (31 wt.%) and THF (37 wt.%) is obtained. The addition of tributylphosphine increases the mass fraction to 44 wt.% in acetone and 46 wt.% in THF. In the PCL4MP-containing system, 58 wt.% dissolved in acetone and 69 wt.% in THF, and after the addition of tributylphosphine, even 75 wt.% in acetone and 85 wt.% in THF. In THF, a stronger swelling behavior of the hydrophobic lignin glue can be observed. However, since the reducing agent also causes an increase in the dissolved polymer content and a similarly high degree of disulfide cleavage (9 to 17 wt.%) is achieved regardless of the solvent or multithiol, the network structure does not appear to be primarily dominated by disulfides.

Zusätzlich zeigt Abb. 17 eine schematische bildhafte Darstellung des Zweikomponenten- Klebesystem-Herstellungsprozesses (Abb. 17a) und eine schematische bildhafte Darstellung des Vorgehens bei Scherzug- Experimenten mit dem erfindungsgemäßen Zweikomponenten- Klebesystem (Abb. 17b). In Abb. 17a werden oxidiertes Lignin und Multithiol zur Bildung eine Zweikomponenten-Klebesystems zusammengegeben und es wird für 3 Stunden gewartet. Die Viskosität ändert sich in diesen 3 Stunden in Abhängigkeit vom Ligningehalt der Probe. In Abb. 17b werden die präparierten Prüfkörper für die Durchführung von Zugscherversuchen miteinander mit dem Zweikomponenten-Klebesystem verklebt und über Nacht bei 60 °C ausgehärtet. Anschließend werden die Zugscher-Experimente durchgeführt. Hierfür ist insbesondere die Nutzung eines Texture Analyzers empfehlenswert. Additionally, Fig. 17 shows a schematic representation of the two-component adhesive system manufacturing process (Fig. 17a) and a schematic representation of the procedure for tensile shear experiments with the inventive two-component adhesive system (Fig. 17b). In Fig. 17a, oxidized lignin and multithiol are combined to form a two-component adhesive system, and the mixture is left to stand for 3 hours. The viscosity changes during these 3 hours depending on the lignin content of the sample. In Fig. 17b, the prepared test specimens for tensile shear tests are bonded together with the two-component adhesive system and cured overnight at 60 °C. The tensile shear experiments are then carried out. The use of a texture analyzer is particularly recommended for this purpose.

Abb. 18 zeigt die chemischen Umwandlungsschritte zur Lignin-Aktivierung an einem technisch verfügbaren Weichholz-Kraftlignin über den DoxL-Prozess (Abb.18a). Es handelt sich hierbei um die Fraktionierung, die Demethylierung von G-Einheiten und die Oxidation zu Chinoneinheiten. In Abb. 18b sind die Ergebnisse der Hydroxymusteranalyse von fraktioniertem und demethyliertem Lignin mittels 31P-NMR dargestellt und in Abb. 18c sind die Ergebnisse der 1H-NMR-Analyse dargestellt, die das fraktionierte Lignin vor und nach der Demethylierung vergleicht. In Abb. 18d werden die Ergebnisse einer GPC-Analyse, die die Molekulargewichtsverteilung der verschiedenen Ligninprodukte zeigt, dargestellt. In Abb. 18e werden FTIR-Spektren, die die chemischen Umwandlungen im heterogenen Ligninnetzwerk bestätigen, die nach der Oxidation zu Chinonstrukturen führen, gezeigt (Bedingungen: 16,6 mM kommerzielles Lignin in Aceton; 11 ,1 mM fraktioniertes Lignin mit 0,3 mol ICH, Rückfluss, 6 h, 66,6 mM demethyliertes Lignin in DMF/Acetatpuffer (0,1 M, pH 5) mit 7 mmol NalÜ4, Raumtemperatur, 2 h, 31P-NMR: Lignin derivatisiert mit CDP unter Verwendung von Cr(acac)3 und PhsPO als internem Standard in Pyridin: CDCh-1 ,6/1 v/v%, Raumtemperatur, 15 min, 1H-NMR: Lignin derivatisiert mit Acetatanhydrid in Pyridin, Raumtemperatur, o.n., GPC: c=1 g/L in DMSO + 0,076 M NaNOs). Die Zunahme der Intensität der Schwingungsbande bei v=1660 cm'1 weist auf konjugierte Ketone hin. Figure 18 shows the chemical conversion steps for lignin activation on a commercially available softwood kraft lignin using the DoxL process (Fig. 18a). These steps include fractionation, demethylation of G units, and oxidation to quinone units. Fig. 18b shows the results of the hydroxy pattern analysis of fractionated and demethylated lignin using 31 P NMR, and Fig. 18c shows the results of the 1 H NMR analysis comparing the fractionated lignin before and after demethylation. Fig. 18d shows the results of a GPC analysis showing the molecular weight distribution of the various lignin products. Fig. 18e shows FTIR spectra confirming the chemical transformations in the heterogeneous lignin network leading to quinone structures after oxidation (conditions: 16.6 mM commercial lignin in acetone; 11.1 mM fractionated lignin with 0.3 mol ICH, reflux, 6 h; 66.6 mM demethylated lignin in DMF/acetate buffer (0.1 M, pH 5) with 7 mmol NaOH, room temperature, 2 h; 31 P-NMR: lignin derivatized with CDP using Cr(acac) 3 and PhsPO as internal standard in pyridine: CDCh-1.6/1 v/v%, room temperature, 15 min; 1 H-NMR: lignin derivatized with acetate anhydride in pyridine, room temperature, 15 min; GPC: c=1 g/L in DMSO + 0.076 M NaNOs). The increase in the intensity of the vibrational band at v=1660 cm' 1 indicates conjugated ketones.

In Abb. 19 werden repräsentative FTIR-Spektren dargestellt, die deutliche Veränderungen der Funktionalität zeigen, wenn man aktiviertes Lignin mit den nicht ausgehärteten 2K-Mischungen (nc) und denjenigen nach der Aushärtung beispielhaft für DoxLso/ETTMPso (Abb. 19a) und D0XL50/PCL4MP50 (Abb. 19b) vergleicht. Figure 19 shows representative FTIR spectra showing significant changes in functionality when comparing activated lignin with the uncured 2K mixtures (nc) and those after curing, for example for DoxLso/ETTMPso (Figure 19a) and D0XL50/PCL4MP50 (Figure 19b).

Es hat sich gezeigt, dass ein bemerkenswert breites Mischfenster zwischen 40 und 60 Gew.-% DoxL zur Verfügung steht, das bis zu einem Ligningewichtsanteil von 60 Gew.-% reicht. Oberhalb dieser Zusammensetzung gibt es keine homogenen binären Mischungen ohne die Zugabe weiterer Additive und unterhalb dieser Schwelle ist die Viskosität der Mischungen zu niedrig, um anwendbar zu sein. Innerhalb des Ligningehaltsfensters von 40-60 Gew.-% führen beide Multithiole mit DoxL bei jeder geprüften Zusammensetzung zu homogenen und streichfähigen Pasten. It has been shown that a remarkably broad mixing window is available between 40 and 60 wt% DoxL, extending up to a lignin weight fraction of 60 wt%. Above this composition, homogeneous binary blends are not possible without the addition of further additives, and below this threshold, the viscosity of the blends is too low to be applicable. Within the lignin content window of 40-60 wt%, both multithiols with DoxL lead to homogeneous and spreadable pastes at every tested composition.

Die FTIR-Spektroskopie-Analyse ermöglicht den Vergleich des reinen DoxL mit den beiden Mischungen der beiden unterschiedlichen Zweikomponenten-Klebesysteme vor und nach der Aushärtung. Die FTIR-Spektren repräsentativer Mischungen mit DoxL-Gehalten von 50 Gew.-% geben Aufschluss über die Aushärtungschemie. Die Streckschwingung für konjugiertes C=O ist im aktivierten Lignin bei 1660 cm'1 vorhanden, und diese für die Strukturelemente von Chinonen charakteristische Bande ist in beiden Zweikomponenten-Mischungen nach der Aushärtung verschwunden. Obwohl es schwierig ist, die TCC-Bildung direkt nachzuweisen, weist der Verlust der für Chinone typischen Banden auf die Bildung von TCC-Michael-Additionsprodukten hin. Die Verbrauchskinetik der Chinone scheint von der lokalen Thiolkonzentration und/oder der Konformationsdynamik der Polymer-Multithiole in den Massenreaktionsmischungen abzuhängen. Bei beiden Multithiolen reduzieren sich die Chinonbanden in DoxL jedoch nicht oder zumindest nicht vollständig vor der Aushärtung, was darauf hindeutet, dass die Reaktion in der viskosen Masse bei Raumtemperatur langsam verläuft. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die charakteristischen ETTMP-Ether- und Esterbanden vc=o bei 1090 cm'1 und vc=o bei 1703 cm'1, die für PCL4MP typisch sind, in den DoxL-Mischungen während der Aushärtung nicht an Intensität abnehmen, was darauf hindeutet, dass kein starker Abbau stattfindet. FTIR spectroscopy analysis allows comparison of pure DoxL with the two mixtures of the two different two-component adhesive systems before and after curing. The FTIR spectra of representative mixtures with DoxL contents of 50 wt.% provide insight into the curing chemistry. The stretching vibration for conjugated C=O is present in the activated lignin at 1660 cm' -1 , and this band, characteristic of the structural elements of quinones, disappeared in both two-component mixtures after curing. Although TCC formation is difficult to directly detect, the loss of the bands typical of quinones indicates the formation of TCC Michael addition products. The consumption kinetics of the quinones appear to depend on the local thiol concentration and/or the conformational dynamics of the polymer multithiols in the bulk reaction mixtures. However, for both multithiols, the quinone bands in DoxL do not reduce, or at least not completely, prior to curing, suggesting that the reaction proceeds slowly in the viscous bulk at room temperature. Furthermore, the characteristic ETTMP ether and ester bands, v c =o at 1090 cm' 1 and v c =o at 1703 cm' 1 , typical for PCL4MP, were found not to decrease in intensity in the DoxL mixtures during curing, suggesting that no severe degradation occurs.

Abb. 20 zeigt eine Darstellung der trockenmechanischen Klebeeigenschaften der Zweikomponenten-Klebesysteme auf Ligninbasis (DoxL-Prozess). In Abb. 20a werden die Ergebnisse von Überlappungsschertests als Kraft-Widerstands-Kurve mit einem repräsentativen Beispiel für DoxL/ETTMP in Abb. 20b für DoxL/PCL4MP bei unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen von DoxL/Thiol dargestellt. Die Abb. 20c und 20d zeigen Bilder der Probennaht der Scherhaftversuche über adhäsive und kohäsive Mischung für D0XL55/ETTMP45 (Abb. 20c) und DoxL55/PCL4MP45 (Abb. 20d). In Abb. 21 wird ein tabellarischer Überblick über die Trockenhaftungseigenschaften von Zweikomponenten-Klebesystemen auf Ligninbasis (DoxL- Prozess) gegeben. Das Mischungsverhältnis von DoxL und Multithiolen beeinflusst die erzielte Klebkraft und ein Maximum von etwa 15 MPa wird bei 55 Gew.-% DoxL erreicht, unabhängig von der Verwendung hydrophiler oder hydrophober Multithiole. Berücksichtigt man die Chinonzahl aus der 1H-NMR-Demethylierungsanalyse, so ist das optimale Chinon/Thiol-Verhältnis bei D0XL55/PLC4MP45 praktisch erfüllt und erreicht die ideale Stöchiometrie innerhalb der Fehlergrenzen der Analyse (Q/T= 1 ,00/0, 97). Im Vergleich dazu weicht der D0XL55/ETTMP45- Klebstoff unter Verwendung von ETTMP-Tri-Thiol mit einem Verhältnis von Q/T 1 ,00/0,76 von der idealen Stöchiometrie ab, wobei zu beachten ist, dass der Aushärtungsprozess in Bezug auf die Äquivalente der reaktiven Funktionalitäten bemerkenswert robust zu sein scheint. Dieser Vorteil kann durch den Charakter des Lignin-Mehrchinons begründet sein. Der "Nano-Gel"-Typ scheint in der Lage zu sein, eine gewisse Pufferfähigkeit einzubringen, bei der die internen Chinonfunktionen nicht unbedingt reagieren müssen. Darüber hinaus scheint der Überschuss an Thiolen ebenfalls ausgeglichen zu sein. So führt beispielsweise eine Verringerung des DoxL- Gehalts um 5 Gew.-% bei beiden beispielhaften Zweikomponenten-Klebesystem zu einer geringfügig verringerten Klebkraft von 14 MPa. Eine dramatischere Veränderung der Eigenschaften ist bei Formulierungen mit 60 Gew.-% DoxL festzustellen, wo DoxLeo/PCL4MP4o sich der Grenze der homogenen Vermischung nähert und somit 55 % niedrigere Haftfestigkeiten erreicht. Es ist zu beachten, dass es sich bei den untersuchten Zweikomponenten-Klebesystemen um Minimalmischungen aus zwei Komponenten handelt und dass fortschrittliche Formulierungsstrategien den DoxL-Gehalt und die Leistung durch den Einsatz von Viskositätsmodifikatoren, Weichmachern, Primern oder Netzmitteln potenziell erhöhen könnten. Figure 20 shows a representation of the dry mechanical bonding properties of the two-component lignin-based adhesive systems (DoxL process). In Figure 20a, the results of overlap shear tests are presented as force-resistance curves, with a representative example for DoxL/ETTMP; in Figure 20b, for DoxL/PCL4MP at different DoxL/Thiol weight ratios. Figures 20c and 20d show images of the sample seam from the shear bond tests using the adhesive and cohesive blends for D0XL55/ETTMP45 (Figure 20c) and DoxL 55 /PCL4MP 45 (Figure 20d). Figure 21 provides a tabular overview of the dry adhesion properties of two-component lignin-based adhesive systems (DoxL process). The mixing ratio of DoxL and multithiols influences the achieved bond strength, and a maximum of approximately 15 MPa is achieved at 55 wt% DoxL, regardless of the use of hydrophilic or hydrophobic multithiols. Considering the quinone number from the 1 H NMR demethylation analysis, the optimal quinone/thiol ratio is practically met for D0XL55/PLC4MP45, achieving the ideal stoichiometry within the error limits of the analysis (Q/T = 1.00/0.97). In comparison, the D0XL55/ETTMP45 adhesive using ETTMP tri-thiol with a Q/T ratio of 1.00/0.76 deviates from the ideal stoichiometry. It should be noted that the curing process appears to be remarkably robust with respect to the equivalents of the reactive functionalities. This advantage may be due to the nature of the lignin polyquinone. The "nano-gel" type appears to be able to introduce a certain buffering capacity, where the internal quinone functionalities do not necessarily have to react. Furthermore, the excess of thiols also appears to be balanced. For example, a 5 wt.% reduction in the DoxL content leads to a slightly reduced bond strength of 14 MPa for both exemplary two-component adhesive systems. A more dramatic change in properties is observed in formulations containing 60 wt% DoxL, where DoxLeo/PCL4MP4o approaches the limit of homogeneous mixing, thus achieving 55% lower bond strengths. It should be noted that the two-component adhesive systems studied are minimal two-component blends, and advanced formulation strategies could potentially increase the DoxL content and performance through the use of viscosity modifiers, plasticizers, primers, or wetting agents.

Abb. 22 zeigt Ergebnisse der Unterwasserhärtung des Zweikomponenten-Klebesystemsystems mit Lignin (DoxL) und PLC4MP. Abb. 22a zeigt die Ergebnisse überlappender Scherprüfungen bei trockener Anwendung und Aushärtung mit anschließendem Eintauchen in Salzwasser (599 mM Salzkonzentration) für 7 Tage. Bei einem Massenverhältnis von DoxL/PCL4MP von 40/60 wird hier die größte Adhäsionskraft mit 3,7±0,9 mPa erhalten. Eine Erhöhung der DoxL- Menge in der Mischung führt zu einer drastischen Abnahme der Adhäsionskraft. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass durch die Erhöhung des DoxL-Gehalts der PCL4MP-Gehalt sinkt, was die Hydrophobie des Klebstoffs verringert und ihn anfälliger für die Aufnahme von Ionen und Wasser macht, die als Weichmacher wirken könnten. Abb. 22b zeigt die Ergebnisse von Überlappungsschertests nach trockenem Aufträgen und anschließender Trockenhärtung (60 °C für 12 Stunden) und Eintauchen in Salzwasser für 3 Tage bei 40 °C. Bei einem Massenverhältnis von DoxL/PCL4MP von 40/60 wird hier die größte Adhäsionskraft mit 2,8±0,2 mPa erhalten. In Anbetracht der Tatsache, dass die Übertragung der gesamten Aushärtungschemie in Salzwasser eine drastische Änderung der Bedingungen darstellt und die Aushärtungstemperatur viel niedriger als ideal eingestellt wurde, liegt die erreichte Klebekraft in Meeresumgebungen in einem geeigneten Fenster und erfüllt dieselben Bereiche wie Epoxidkittkleber, die für Anwendungen in der Aquaristik zum Riffbau optimiert sind. Abb. 22c zeigt die Ergebnisse von Überlappungsscherprüfungen nach einer Unterwasserapplikation mit anschließender Aushärtung und 3-tägigem Eintauchen in Salzwasser bei 40 °C. Bei einem Massenverhältnis von DoxL/PCL4MP von 40/60 wird hier die größte Adhäsionskraft mit 2,7±0,5 mPa erhalten. Es ist anzumerken, dass nicht getrocknete Substrate und ein Salzgehalt von 599 mM für einige Klebstoffe eine große Herausforderung darstellen, da die Klebeschnittstelle nur schwer effektiv installiert werden kann. Das vorgestellte Klebesystem ist jedoch weniger von den rauen Bedingungen betroffen, da beim Trockenauftrag/Wasserhärtung die gleiche Klebkraft erreicht wird wie bei beiden Schritten unter Wasser. Die Analyse der Fakturenseite ermöglicht es, das Versagen der mit Aluminium verklebten Mischung als kohäsiven Mechanismus zu kategorisieren, unabhängig von dem verwendeten Salzwasser- Anwendungsprotokoll. Abb. 22d zeigt Bilder der Lignin/PCL4MP-Naht nach Unterwasserauftrag und Aushärtung für die Verhältnisse 40/60, 50/50 und 60/40 Gew.-% Lignin/PCL4MP. Fig. 22 shows the underwater curing results of the two-component adhesive system containing lignin (DoxL) and PLC4MP. Fig. 22a shows the results of overlapping shear tests during dry application and curing followed by immersion in salt water (599 mM salt concentration) for 7 days. At a DoxL/PCL4MP mass ratio of 40/60, the highest adhesion force of 3.7±0.9 mPa is obtained. Increasing the amount of DoxL in the mixture leads to a drastic decrease in the adhesion force. This could be due to the fact that increasing the DoxL content decreases the PCL4MP content, which reduces the hydrophobicity of the adhesive and makes it more susceptible to absorbing ions and water, which could act as plasticizers. Fig. 22b shows the results of overlap shear tests after dry application and subsequent dry curing (60 °C for 12 hours) and immersion in salt water for 3 days at 40 °C. At a mass ratio of DoxL/PCL4MP of 40/60, the highest adhesion force is achieved with 2.8±0.2 mPa was obtained. Considering that the transfer of the entire curing chemistry into saltwater represents a drastic change in conditions and the curing temperature was set much lower than ideal, the achieved bond strength in marine environments is within a suitable window and meets the same ranges as epoxy putty adhesives optimized for aquaculture reef building applications. Fig. 22c shows the results of lap shear tests after an underwater application followed by curing and 3 days of immersion in saltwater at 40 °C. At a DoxL/PCL4MP mass ratio of 40/60, the highest adhesion force of 2.7±0.5 mPa is obtained. It should be noted that undried substrates and a salinity of 599 mM pose a significant challenge for some adhesives, as the adhesive interface is difficult to install effectively. However, the proposed bonding system is less affected by the harsh conditions, as the same bond strength is achieved during dry application/water curing as during both underwater steps. Analysis of the invoice side allows the failure of the aluminum-bonded mixture to be categorized as a cohesive mechanism, regardless of the saltwater application protocol used. Figure 22d shows images of the lignin/PCL4MP joint after underwater application and curing for the 40/60, 50/50, and 60/40 wt% lignin/PCL4MP ratios.

Durch eine Erhöhung des Ligningehalts verschiebt sich der Bruchmechanismus in Richtung eines adhäsiven Versagens. Die Analyse der Aluminiumsubstrate nach dem 7-tägigen Eintauchen in Salzwasser ergab eine erhebliche Verschlechterung der Substratoberflächen unter den harten Salzkonzentrationen. Es wird vermutet, dass die niedrigere Viskosität von Mischungen mit höheren PCL4MP-Gehalten die Substratoberfläche homogener benetzt. Dies könnte die Bildung von Mikrokanälen verhindern oder verringern, in die das Salzwasser eindringen und die Klebeschicht beeinträchtigen könnte. Daher scheint die Mischung 40/60 Gew.-% Lignin/PCL4MP das beste Gleichgewicht zwischen Kohäsionsfestigkeit und Klebkraft infolge der verbesserten Benetzbarkeit zu bieten. Increasing the lignin content shifts the fracture mechanism toward adhesive failure. Analysis of the aluminum substrates after 7 days of immersion in salt water revealed significant deterioration of the substrate surfaces under the harsh salt concentrations. It is hypothesized that the lower viscosity of blends with higher PCL4MP contents wets the substrate surface more homogeneously. This could prevent or reduce the formation of microchannels into which salt water could penetrate and compromise the adhesive layer. Therefore, the 40/60 wt% lignin/PCL4MP blend appears to offer the best balance between cohesive strength and adhesive strength due to its improved wettability.

Zudem zeigt Abb. 23 verschiedene beispielhafte Darstellungen der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Klebesystems (aktiviertes Lignin über DoxL-Prozess) nach Anwendung. In Abb. 23a wird der wiedergewonnene Feststoffgehalt des Klebesystems nach Auslaugung in Wasser oder Salzwasser dargestellt. Abb. 23b zeigt die Ergebnisse von Ökotoxizitätstests von Zuchtfischeiern in DIN-Wasser, das 7 Tage lang mit ausgehärteten und nicht ausgehärteten Klebstoffstärken vermischt wurde. Die Prozentsätze der überlebenden Eier korrelieren hier entweder mit keiner Verdünnung oder 1/1 Verdünnung mit unbehandeltem Wasser. Abb. 23c zeigt Bilder des trockenen Auftrags des DoxL4o/PCL4MPeo-Systems auf verschiedene raue Oberflächen und Unterwasserhärtung unter salzhaltigen Bedingungen bei 23 °C. Abb. 23d wiederum zeigt eine schematische Darstellung von Scherungsversuchen mit einer toten Koralle als Substrat für die Haftung auf zwei Aluminiumsubstraten unter Verwendung eines handelsüblichen Epoxidklebers auf der linken Seite und Doxl_4o/PCL4MP6o auf dem anderen Substrat. Abb. 23e zeigt eine Darstellung der Ergebnisse der Überlappungsschertests an den Al-Korallen-Al-Substraten ohne Eintauchen in Salzlösung. Ab. 23f schließlich zeigt die Ergebnisse des Zugscherversuchs an den verklebten Al-Coral-Al- Substraten nach 7-tägigem Eintauchen des Systems in Kochsalzlösung bei 40 °C. In addition, Fig. 23 shows various exemplary representations of the properties of the inventive two-component adhesive system (activated lignin via the DoxL process) after application. Fig. 23a shows the recovered solids content of the adhesive system after leaching in water or salt water. Fig. 23b shows the results of ecotoxicity tests on farmed fish eggs in DIN water mixed with cured and uncured adhesive starches for 7 days. The percentages of surviving eggs correlate with either no dilution or 1/1 dilution with untreated water. Fig. 23c shows images of the dry application of the DoxL4o/PCL4MPeo system to various rough surfaces and underwater curing under saline conditions at 23 °C. Fig. 23d, in turn, shows a schematic representation of shear tests with A dead coral as a substrate for adhesion to two aluminum substrates using a commercially available epoxy adhesive on the left and Doxl_4o/PCL4MP6o on the other substrate. Fig. 23e shows the results of the lap shear tests on the Al-coral-Al substrates without immersion in saline solution. Finally, Fig. 23f shows the results of the lap shear test on the bonded Al-coral-Al substrates after immersion of the system in saline solution at 40 °C for 7 days.

In Abb. 24 wird der „Leaching-Prozess“ als Mittel zur Bestimmung der Lösungsmittel- Beständigkeit der erfindungsgemäßen Klebesysteme schematisch dargestellt. Zunächst werden beispielhaft die Komponenten des Klebesystems im Mischverhältnis 2/3-Lignin/Thiol angemischt und bis zur Vollständigkeit ausgehärtet und anschließend Gefroren und Zerkleinert. Der zermahlene Feststoff wird in die jeweiligen zu testenden Lösungsmittel gegeben. Die Proben werden für 7 Tage geschüttelt und anschließend der Feststoff vom Überstand getrennt.Figure 24 schematically illustrates the leaching process used to determine the solvent resistance of the adhesive systems according to the invention. First, the components of the adhesive system are mixed in a 2/3 lignin/thiol ratio, cured until complete, and then frozen and ground. The ground solid is added to the respective solvents to be tested. The samples are shaken for 7 days, and then the solid is separated from the supernatant.

Über das diesseitig erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Zweikomponenten- Klebesystems wird leicht verfügbares Lignin, das in der Vergangenheit vor allem als Material für die Wärmeerzeugung verwendet wurde, durch eine einfache Modifizierung entweder über einen DoxL (Demethyliertes oxidiertes Lignin)-Prozess oder einen nDoxL (nicht Demethyliertes oxidiertes Lignin)-Prozess in eine vielversprechende Materialplattform umgewandelt. The process according to the invention for producing a two-component adhesive system converts readily available lignin, which in the past was mainly used as a material for heat generation, into a promising material platform by simple modification either via a DoxL (demethylated oxidized lignin) process or an nDoxL (non-demethylated oxidized lignin) process.

Das Zweikomponenten-Klebesystem ist sehr robust und erlaubt sowohl Trocken- als auch Unterwasseranwendung und ist anwendbar unter Salzwasserbedingungen. The two-component adhesive system is very robust and allows both dry and underwater application and is applicable under saltwater conditions.

Zudem ist das System, wie in Abb. 23 durch ökotoxikologische Untersuchungen dargestellt, kompatibel mit maritimen biologischen Umgebungen. In addition, the system is compatible with marine biological environments, as shown in Fig. 23 through ecotoxicological studies.

Das Zweikomponenten-Klebesystem kombiniert die kostengünstige, hochkomplexe Natur des Lignins, das mit Thiolen und der Bildung von TCCs umgewandelt werden kann, um ein äußerst robustes und weithin verwendbares Haftsystem zu schaffen. The two-component adhesive system combines the low-cost, highly complex nature of lignin, which can be converted with thiols and the formation of TCCs to create an extremely robust and widely usable adhesive system.

Claims

A N S P R Ü C H E 1. Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A biobasierte konjugierte Dicarbonyle als Reaktivkomponente umfasst, wobei 1. Two-component adhesive system component A, characterized in that the two-component adhesive system component A comprises bio-based conjugated dicarbonyls as reactive component, wherein - die biobasierten konjugierten Dicarbonyle ein Oxidationsprodukt des Lignins oder hochoxidiertes Lignin und/oder Tannine sind und - the bio-based conjugated dicarbonyls are an oxidation product of lignin or highly oxidized lignin and/or tannins and - die biobasierten konjugierten Dicarbonyle als reaktive Chinongruppen ausgebildet sind. - the bio-based conjugated dicarbonyls are formed as reactive quinone groups. 2. Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der biobasierte Anteil an erneuerbarem oder biobasiertem Kohlenstoff größer als 30% oder größer als 50% oder größer als 90% oder 100% beträgt. 2. Two-component adhesive system component A according to claim 1, characterized in that the bio-based proportion of renewable or bio-based carbon is greater than 30% or greater than 50% or greater than 90% or 100%. 3. Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente A 3. Two-component adhesive system component A according to claim 1 or 2, characterized in that component A - 0,3 bis 5 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen oder - 0.3 to 5 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or - 0,8 bis 3,8 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen oder - 0.8 to 3.8 mmol/g conjugated dicarbonyl groups or - 1 ,3 bis 3,0 mmol/g konjugierte Dicarbonyl-Gruppen aufweist. - 1.3 to 3.0 mmol/g of conjugated dicarbonyl groups. 4. Zweikomponenten-Klebesystem mit der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer Zweikomponenten-Klebesystem- Komponente B, dadurch gekennzeichnet, dass 4. Two-component adhesive system with the two-component adhesive system component A according to one of the preceding claims and a two-component adhesive system component B, characterized in that - die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B nukleophile Härter als eine Reaktivkomponente umfasst und - the two-component adhesive system component B comprises nucleophilic hardeners as a reactive component and - die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und die Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente B miteinander reagieren und kovalente Verbindungen und/oder ein kovalent-verbrücktes Netzwerk ausbilden. - the two-component adhesive system component A and the two-component adhesive system component B react with each other and form covalent bonds and/or a covalently bridged network. 5. Zweikomponenten-Klebesystem nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die nukleophilen Härter der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B Polythiole und/oder Polyamine umfassen oder sind. 5. Two-component adhesive system according to the preceding claim, characterized in that the nucleophilic hardeners of the two-component adhesive system component B comprise or are polythiols and/or polyamines. 6. Zweikomponenten-Klebesystem nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B ein verzweigtes oder unverzweigtes Molekül oder Polymer bzw. beliebige Gemische dieser Stoffe mit mindestens zwei besonders drei bis vier nukleophilen Funktionalitäten, bevorzugt aber Thiole, auch mit Reaktivgruppenverteilungen und zum Teil monofunktionalen Verunreinigungen aufweist. 6. Two-component adhesive system according to one of the two preceding claims, characterized in that the two-component adhesive system component B comprises a branched or unbranched molecule or polymer or any mixtures of these substances with at least two, particularly three to four nucleophilic functionalities, but preferably thiols, also with reactive group distributions and partly monofunctional impurities. 7. Zweikomponenten-Klebesystem nach einem der drei vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B 7. Two-component adhesive system according to one of the three preceding claims, characterized in that the two-component adhesive system component B - ein aliphatisches Molekül ist oder überwiegend aus aliphatischen Polyester- oder Polyetherstrukturen aufgebaut ist und/oder - is an aliphatic molecule or is predominantly composed of aliphatic polyester or polyether structures and/or - Molgewichte von 140-1400 g/mol aufweist und/oder - has molecular weights of 140-1400 g/mol and/or - Polaritäten mit berechneten c(logP)-Koeffizienten zwischen 1.84-12.43 aufweist. - polarities with calculated c(logP) coefficients between 1.84-12.43. 8. Zweikomponenten-Klebesystem nach einem der vier vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B ausgebildet ist als 8. Two-component adhesive system according to one of the four preceding claims, characterized in that the two-component adhesive system component B is designed as - verzweigte oder unverzweigte Polymere mit mindestens zwei Thiol-Gruppen oder als - branched or unbranched polymers with at least two thiol groups or as - hydrophiles, Thiol-gruppentragendes Polyethylenoxid (ETTMP) oder als - hydrophilic, thiol-group-bearing polyethylene oxide (ETTMP) or as - hydrophobes Thiol-gruppentragendes Poly(E-Caprolacton) (PCL4MP) oder als - hydrophobic thiol group-bearing poly(E-caprolactone) (PCL4MP) or as - chemisch reduzierte Thiol-gruppentragende Proteine. - chemically reduced thiol group-bearing proteins. 9. Zweikomponenten-Klebesystem nach einem der fünf vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A und/oder die Zweikomponenten- Klebesystem-Komponente B weitere einzelne Bestandteile oder Kombinationen aus Bestandteilen umfassen/umfasst, ausgewählt aus: 9. Two-component adhesive system according to one of the five preceding claims, characterized in that the two-component adhesive system component A and/or the two-component adhesive system component B comprise/comprises further individual components or combinations of components selected from: - Füllstoffe; - fillers; - Flammschutz; - Flame retardant; - Schlagzähmodifikatoren; - impact modifiers; - Silanmodifizierte Polymere als weitere Covernetzer; - Silane-modified polymers as additional co-crosslinkers; - Epoxide als weitere Covernetzer; - Epoxies as additional crosslinkers; - Methacrylate als weitere Covernetzer; - Methacrylates as additional co-crosslinkers; - Acrylate als weitere Covernetzer; - Acrylates as additional cover crosslinkers; - Vinylether als weitere Covernetzer; - Vinyl ethers as additional crosslinkers; - Styrolderivate als weitere Covernetzer; - Styrene derivatives as additional co-crosslinkers; - Reaktivverdünner; - reactive diluents; - Härtungskatalysatoren - Curing catalysts - Rheologiehilfsmiltei / Rheologie-verändernde Füllstoffe; Rheologieadditive; - Rheology aids / rheology-modifying fillers; rheology additives; - Exothermie-regelnde Füllstoffe; - Exothermic-regulating fillers; - Hydrolysestabilität-verbessernde Füllstoffe; - Hydrolysis stability-improving fillers; - Netzmittel; - wetting agents; ■ Farbstoffe. ■ Dyes. 10. Zweikomponenten-Klebesystem nach einem der sechs vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konjugierten Dicarbonyl-Gruppen der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente A mit Thiol-Gruppen der Zweikomponenten-Klebesystem-Komponente B bei Zusammengabe der beiden Komponenten unter Ausbildung von Thiol-Catechol- Verknüpfungen oder auch teilweise unter Bildung von Disulfid-Verknüpfungen reagieren. 10. Two-component adhesive system according to one of the six preceding claims, characterized in that the conjugated dicarbonyl groups of the two-component adhesive system component A react with thiol groups of the two-component adhesive system component B when the two components are combined to form thiol-catechol linkages or also partly to form disulfide linkages. 11. Verwendung des Zweikomponenten-Klebesystems nach einem der sieben vorangehenden Ansprüche als: 11. Use of the two-component adhesive system according to one of the seven preceding claims as: - Unterwasserkleber; - Underwater adhesive; - Muschelkleber; - Korallenkleber; - Shell glue; - Coral glue; - Kleber für keramische Komponenten; - Adhesives for ceramic components; - Kleber für Beton; - Adhesive for concrete; - Kleber für Stein; - Adhesive for stone; - Kleber für Glas; - Kleber für Metall und/oder Metallsubstrate; - Adhesives for glass; - Adhesives for metal and/or metal substrates; - Kleber für technische Polymere; - Adhesives for technical polymers; - Kleber für PET und/oder PP und/oder PE und/oder PU und/oder Polyamide;- Adhesives for PET and/or PP and/or PE and/or PU and/or polyamides; - Beschichtungen und/oder Coating; - Coatings and/or coating; - Dichtstoff. - Sealant.
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