Abschlussarbeiten Rohstoff- und Produktchemie

Wir suchen interessierte Studierende für Abschlussarbeiten der folgenden Themenbereiche:

[BSc /MSc] Kontaktwinkelmessung von Klebstoffen an unbehandelten und extrahierten Holzoberflächen

Hintergrund:

Klebeverbindungen sind in vielen Bereichen eine Schlüsseltechnologie und zuverlässige Holzklebungen sind für die zukünftige Verwendung von Holzbiomasse von entscheidender Bedeutung. Für eine gute Qualität der Klebung müssen die Klebstoffe einen Kontakt auf molekularer Ebene mit der Holzoberfläche bilden. Dieser Prozess hängt stark mit den Oberflächenenergien von Holz und Klebstoffen zusammen.

Obwohl extrahierbare Holzinhaltsstoffe (Extraktstoffe) nur einen geringen Prozentanteil im Holz darstellen, können die jeweiligen Komponenten (polar/unpolar) die Holzoberflächenenergie beeinflussen und somit auch die Bindungsqualität.

Die Kontaktwinkelmessung ist eine weit verbreitete Technik zur Bewertung der Oberflächenenergie anhand der Form eines Tropfens auf einer Oberfläche (Abb. 1a). Insbesondere definiert das Konzept des Kontaktwinkels den Begriff der Benetzbarkeit auf der Oberfläche (Abb. 1b).

Thema:

Im Rahmen dieser Arbeit werden sowohl die Benetzbarkeitseigenschaften von Wasser als auch von Klebstoffen (u.a. MUF, PUR) auf den unbehandelten Holzoberflächen verschiedener Holzarten (u.a. Fichte, Douglasie, Buche, Kastanie) gemessen. Zusätzlich werden diese Eigenschaften auch auf extrahierten Holzoberflächen ermittelt, welche durch verschiedene Extraktionsverfahren hergestellt werden (z. B. heißes / kaltes Wasser, organische Lösungsmittelextraktion). Dazu werden auch die holzartenspezifischen Unterschiede der Extraktstoffe, welche z.T. signifikant sein können, ermittelt.

[1] Relation of the Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution. W. A. ZISMAN. U. S. Naval Research Laboratory. Washington 25

Kontakt:

Dr. Merve Özparpucu 

Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser

Abbildung 1: a) Kontaktwinkelmessgerät (Easy drop, Krüss Company), b) Kontaktwinkel, welcher als Ergebnis des mechanischen Gleichgewichts eines Tropfens auftritt, der auf einer ebenen festen Oberfläche unter der Wirkung von drei Oberflächenspannungen ruht.

[M.Sc.] Einsatz der Kontaktwinkelmessung zur Quantifizierung der Oberflächen-energie von Holz in Abhängigkeit vom Extraktstoffgehalt

Grundlegende Kenntnisse zu Verklebungsmechanismen bzw. Wechselwirkungen zwischen Holzinhaltsstoffen und Klebstoffen bei der Verklebung von verschiedenen einheimischen Holzarten sind noch wenig bekannt. Aufgrund des zukünftig für den Holzbau zu erwartenden breiteren Holzartenspektrums ist eine systematische Untersuchung holzartspezifischer Verklebungseigenschaften erforderlich. Hier steht insbesondere der Einfluss von Holz-Extraktstoffen im Fokus, da diese auf die Ausbildung adhäsiver Bindungen eine entscheidende Rolle spielen.

Aufgabenstellung:

An ausgewählten Holzarten soll in der Masterarbeit mit der Methode der Kontaktwinkelmessung nach verschiedenen Extraktionsstufen bzw. nach Anwendung unterschiedlicher Extraktionsmedien systematisch der Einfluss einzelner Holzinhaltsstoffe auf die Benetzbarkeit identifiziert und beschrieben werden. Dazu sind auch methodische Fragen zur Probenvorbereitung zu beantworten, um Beeinflussungen der Präparation und Probenform auf die Messergebnisse berücksichtigen zu können.

Ansprechpartner:

Theresa Wolfrum; Dr.-Ing. Markus Knorz; Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser

[BSc /MSc] Prüfung der Zugfestigkeit verschiedener Holz-Klebstoff-Kombinationen

Hintergrund:

Grundlegende Kenntnisse zu Verklebungsmechanismen bzw. Wechselwirkungen zwischen Holzinhaltsstoffen und Klebstoffen bei der Verklebung von verschiedenen einheimischen Holzarten sind noch wenig bekannt. Aufgrund des Bedeutungsrückganges der Fichte und des Auftretens von Schäden an Holzbauten ist eine systematische Untersuchung holzartspezifischer Verklebungseigenschaften erforderlich. Der Einfluss von Holz-Extraktstoffen auf die Ausbildung adhäsiver Bindungen könnte eine entscheidende Rolle spielen.

 

Aufgaben:

Im Rahmen dieser Bachelor-/Masterarbeit sollen Zugscherprüfungen nach DIN EN 302-1 sowie nach DIN 53253 mit Schäftung durchgeführt werden. Es werden nach verschiedenen Extraktionsstufen Verklebungen hergestellt. Außerdem soll die Verklebungsfestigkeit nach verschiedenen Vorbehandlungen des Holzes geprüft werden. Anhand dieser Versuche soll die Beeinflussung der Holz-Klebstoff-Wechselwirkungen im adhäsiven Kontakt von Fügeteil und Klebstoff durch Holzinhaltsstoffe beurteilt werden.

 

Bachelor- oder Masterarbeit

 

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Klaus Richter; Dr. Merve ÖzparpucuMathias Schuh, M.Sc

 

 

Prüfkörper für Zugscherprüfung DIN EN 302-1 zur Beurteilung der Verklebungsqualität.

[M. Sc.] Untersuchung von Gelier- und Aushärtungsprozessen von Klebstoffen und Klebstoff-Extraktions-Gemischen

Hintergrund:

Grundlegende Kenntnisse zu Verklebungsmechanismen bzw. Wechselwirkungen zwischen Holzinhaltsstoffen und Klebstoffen bei der Verklebung von verschiedenen einheimischen Holzarten sind noch wenig bekannt. Aufgrund des Bedeutungsrückganges der Fichte und des Auftretens von Schäden an Holzbauten ist eine systematische Untersuchung holzartspezifischer Verklebungseigenschaften erforderlich. Der Einfluss von Holz-Extraktstoffen auf die Ausbildung kohäsiver Bindungen könnte eine entscheidende Rolle spielen.

Aufgabenstellung:

Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen die chemische Reaktion und der Aushärteprozess von Klebstoff-Extraktions-Gemischen untersucht werden (Pyrolyse-GC/MS, TD). Des Weiteren sollen die Gelier- und Aushärtungsprozesse verschiedener Klebstoffe mittels EGA und DSC analysiert werden.

 

Masterarbeit

 

Ansprechpartner:

Dr. Merve Özparpucu; Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser

[BSc/MSc] Evaluierung verschiedener Screening-Verfahren zur Ermittlung biologisch aktiver Verbindungen gegen Pilzwachstum

Die Widerstandsfähigkeit vieler Hölzer gegenüber Pilzabbau liegt häufig auch in ihren Extraktstoffen begründet. Einige sogenannte “Leitsubstanzen“ weisen eine außergewöhnliche wachstumshemmende Wirkung gegenüber Pilzen auf. Diese biologisch aktiven Verbindungen unter einer Vielzahl an im Extrakt enthaltenen Substanzen zu selektieren, ist Aufgabe etlicher verschiedener Screening Verfahren und gestaltet sich häufig sehr aufwändig.

Um diese Suche effizienter zu gestalten, sollen im Rahmen dieser Masterarbeit anhand von bekannten, biologisch aktiven Substanzen einerseits bestehende Screening-Verfahren verglichen und verfeinert werden sowie Ansätze für neue Methoden entwickelt werden.

Bachelor- oder Masterarbeit

Ansprechpartner:

Dr. Annica Pilgård; Regina Wanschura; Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser

[BSc/MSc] Prüfung der Bioaktivität von Extraktstoffen aus Tropenholz sowie modifiziertem Holz gegenüber verschiedenen Pilzarten und/oder Bakterienstämmen

Die Widerstandsfähigkeit tropischer Hölzer liegt häufig auch in ihren Extraktstoffen begründet. Bei vielen tropischen Holzarten ist die Zusammensetzung der Extrakte oft noch wenig bekannt. Allerdings weiß man aber auch um die außergewöhnliche biologische Aktivität von Inhaltsstoffen etlicher Tropenhölzer. In einigen Fällen sind in den Extrakten Substanzen auffindbar, deren biologische Aktivität ein breites Wirkungsspektrum umfasst.

Im Rahmen dieser Bachelor-/Masterarbeit sollen ausgewählte Tropenholzextrakte auf ihre biologische Wirksamkeit hinsichtlich einer Wachstumshemmung von verschiedenen Pilzarten und/oder Bakterienstämmen untersucht werden. Die Methoden hierfür sollen je nach Extrakt und Pilz bzw. Bakterium angepasst und verfeinert werden.

Bachelor- oder Masterarbeit

Ansprechpartner:

Dr. Annica Pilgård; Regina Wanschura; Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser

[BSc] Chemische Charakterisierung von modifiziertem Holz nach Pilzabbau

Als Alternative zum Einsatz von zum Teil gesundheitsschädlichen Holzschutzmitteln bietet sich chemisch und/oder thermisch modifiziertes Holz an, welches während des gesamten Produktlebenszyklus als unbedenklich einzustufen ist. Um modifiziertem Holz gegenüber jenem, mit einem Schutzmittel behandelten Holz, einen Wettbewerbsvorteil zu generieren, ist es wichtig die Wirkungsweisen der verschiedenen Modifikationen genau zu verstehen.

Braunfäulepilze können Holz oxidativ und enzymatisch abbauen. Der oxidative Abbau führt zur Depolymerisation von Holocellulose und zur Modifikation von Lignin, wodurch den Enzymen der weitere Abbau der Holocellulose ermöglicht wird.

Im Rahmen der ausgeschriebenen Bachelorarbeiten sollen mittels ausgewählter chemischer Methoden verschiedene Abbaumechanismen untersucht werden. Dazu zählt die Charakterisierung und Analyse der Holocellulose, z.B. anhand der Bestimmung des Acetylgruppengehalts, der Zuckerzusammensetzung sowie der Ermittlung der glycosidischen Bindungen.

2 Bachelorarbeiten

Ansprechpartner:

Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser; Dr. Annica Pilgård; Regina Wanschura

[BSc/MSc] Entwicklung von Mikromethoden zur Bestimmung von Pilzabbauprodukten

Es hat sich gezeigt, dass die Cellulasen der Braunfäule die Cellulose nach einer oxidativen Behandlung stärker abbauen. In vivo kann die Bildung von Hydroxyl-Radikalen nur im Inneren des Holzzellwand auftreten. Wenn die reduzierend wirkenden Substanzen der Pilze an der Durchdringung bzw. Penetration der Holzzellwand gehindert werden, werden keine Hydroxyl-Radikale gebildet und es findet auch kein oxidativer Abbau statt.

Im Rahmen der ausgeschriebenen Arbeit soll eine bestehende Methode angewendet und u.U. weiterentwickelt werden, um die beteiligten Substanzen auf ihre reduzierende Wirkung zu testen. Danach ist angedacht, die Substanzgemische zu trennen und einzelne Verbindungen zu identifizieren, um die Schutzmechanismen von modifiziertem Holz zu verstehen und aufzuklären.

Bachelor- oder Masterarbeit

Ansprechpartner:

Dr. Annica Pilgård; Regina Wanschura; Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser

[BSc/MSc] Anwendung der Zerschäumungsanalyse auf verschiedene Tropenhölzer

Die Zerschäumungsanalyse ist eine Methode, um oberflächenaktive Verbindungen aus schaumfähigen Lösungen zu isolieren und/oder anzureichern. Bei Einleitung von Gasen in Lösungen adsorbieren die oberflächenaktiven Verbindungen bevorzugt an der Gasblasenoberfläche und werden mit dem gebildeten Schaum angereichert. Da weder hohe Drücke noch hohe Temperaturen notwendig sind, stellt die Zerschäumungsanalyse eine umweltfreundliche, kostengünstige, und vor allem schonende Methode dar, Pflanzeninhaltsstoffe zu isolieren und anzureichern.

Die Inhaltsstoffe etlicher tropischer Hölzer sind häufig noch wenig untersucht. Die Isolierung dieser interessanten Verbindungen (z.B. biologisch aktive Verbindungen) ist, nicht nur aufgrund der Tatsache, dass diese Verbindungen oft nur in geringen Konzentrationen vorliegen, zum Teil herausfordernd.

Im Rahmen dieser Bachelor-/Masterarbeit soll die Zerschäumungsanalyse auf verschiedene tropische Holzarten angewendet werden und ihre modifizierbaren Parameter (z.B. die Wahl verschiedener Gase zur Erzeugung der Schäume) auf die jeweiligen Holzarten angepasst werden.

Bachelor- oder Masterarbeit

Ansprechpartner:

Regina Wanschura; Dr. Elisabeth Windeisen-Holzhauser