Unsere Vision: Innovation für eine biobasierte Zukunft 

Das Robert Boyle Institut e.V. ist Ihr Partner für die Entwicklung und Umsetzung innovativer Biopolymere. Wir nutzen biogene Roh- und Reststoffe als Basis für nachhaltige Materiallösungen und ergänzen damit die etablierte F&E-Strategie zur energetische und fermentative Wertschöpfung am Institut. 

 

Im Zentrum unserer Forschung steht die chemische Modifizierung nativer Biopolymere wie Cellulose, Stärke, Pektin und Alginat. Diese nachwachsenden Rohstoffe sind unsere Antwort auf drängende gesellschaftliche Fragen zu Nachhaltigkeit, CO2-Neutralität und der Reduzierung von Mikroplastik. 

 

Wir entwickeln effiziente Synthesemethoden und überführen diese in die Praxis, um nachhaltige Materiallösungen für Bereiche wie thermoplastische Schmelz- und Werkstoffe sowie Personal Care zu schaffen. Als erfahrener Forschungspartner und Dienstleister begleiten wir Sie von der ersten Idee bis zur Koordination komplexer Verbundprojekte, um konventionelle, erdölbasierte Kunststoffe durch zukunftsweisende Biopolymere zu ersetzen. 

 

Unsere Expertise 

Das Robert Boyle Institut verfügt über eine ausgewiesene Expertise in der Synthese von neuen Biopolymeren und der Entwicklung sowie Umsetzung von Synthesemethoden. Unsere Forschung konzentriert sich dabei auf zwei Hauptbereiche: 

1. Thermoplastische Schmelzkleber und Verbundmaterialien 

Wir entwickeln vollständig biobasierte thermoplastische Biopolymere auf der Basis von Polysacchariden und Fettsäuren. Unser Fokus liegt auf biogenen Ausgangsmaterialien wie Stärke, Pektin und Algenpolysaccharide. 

 

Durch etablierte Synthesemethoden gelingt uns die effiziente Herstellung thermoplastischer Polysaccharidderivate. Dabei können Schmelz- und Verarbeitungstemperaturen gezielt auf die jeweilige Zielanwendung eingestellt werden. Die entwickelten schmelzbaren Biopolymere zeigen hervorragende Eigenschaften als biobasierte Schmelzkleber und wurden erfolgreich in Verbundwerkstoffen erprobt. 

 

Ein entscheidender Vorteil unserer Materialien ist ihre vollständige Biobasiertheit und biologische Abbaubarkeit. Dies eröffnet nicht nur neue Wertschöpfungsmöglichkeiten für biogene Reststoffe aus dem Agrar- und Lebensmittelbereich, sondern trägt auch maßgeblich zur Nachhaltigkeit bei.  

2. Wasserlösliche Funktionspolymere 

Wir entwickeln wasserlösliche Funktionspolymere auf der Basis chemisch modifizierter Polysaccharide. Unsere Synthesemethoden basieren auf einer langjährigen Expertise in der modernen Polysaccharidforschung und wurden konsequent auf Wirtschaftlichkeit und Upscaling hin optimiert. 

 

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber konventionellen, erdölbasierten Polymeren ist die Kombination aus hoher Funktionalität, nativer Bioabbaubarkeit und Nachhaltigkeit. Dies erreichen wir durch eine gezielte, maßgeschneiderte Derivatisierung verschiedener Polysaccharide. 

 

Unsere Funktionspolymere finden Anwendung in verschiedensten Materialbereichen, darunter: 

• Beschichtung funktionaler Oberflächen 

• Bildung von biobasierten Hydrogelen 

• Entwicklung von Nanomaterialien 

 

Besondere Relevanz hat die Entwicklung für den Personal Care Bereich. Hier bieten unsere biobasierten Lösungen die Möglichkeit, wichtige regulatorische Richtlinien bezüglich Nachhaltigkeit und der Vermeidung von Mikroplastik zu erfüllen. 

 

Projekte 

Unsere aktuellen und abgeschlossenen Projekte im Bereich Biopolymerforschung umfassen: 

 

• Plantotherm – Zweiphasiges Anaerobverfahren zur Verwertung der Reststoffe aus dem Verbundwerkstoff ZIM-KF; 05/2020 – 09/2023 

• Ziel: Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur nachhaltigen Verwertung von Verbundwerkstoff-Reststoffen. 

• BioZ – Verfahren zur Synthese von Stärkeestern und deren technische Anwendung; TP1 Experimentelle Entwicklung eines Prototyps zum Syntheseverfahren und Adaption der Stärkeester PTJ (WIR!); 06/2023 – 05/2025 

• Ziel: Entwicklung und Adaption von Stärkeestern für technische Anwendungen als biobasierte Alternative. 

• BioPect – Entwicklung von biologisch vollständig abbaubaren Thermoplasten auf der Basis von Pektin EuroNorm (INNO-KOMM Modul VF); seit 07/2024 

• Ziel: Erforschung und Entwicklung von Pektin-basierten Thermoplasten als nachhaltige und abbaubare Kunststoffe. 

• BioFinish – Entwicklung von biobasierten wasser- und ölabweisenden Ausrüstungen und Verfahren zur Herstellung von nachhaltigen Outdoor- und Schutz – Textilien ZIM / VDI (ZIM-Netzwerk); seit 01/2025 
  Ziel: Entwicklung umweltfreundlicher Ausrüstungen für funktionale Textilien auf biobasierter Grundlage.

Ausgewählte Publikationen 

1. Thermoplastische Polysaccharidderivate 

• S. Schmidt, M. Gericke, T. Heinze: „Side reactions during the homogeneous esterification of starch with unsaturated cinnamic acid derivatives in molten imidazole“ Lenzinger Berichte 97 (2022) 62-67. Link 

• P. Hermann, T. Heinze: „Renewable thermoplastics – Starch fatty acid esters as alternatives to synthetics“ BioResources 17 (2022) 3871-3874. Link 

• S. Blohm, T. Heinze, H. Qi: „Starch formates: Synthesis and modification“ Molecules 26 (2021) 4882. Link 

• S. Blohm, T. Heinze: „Mechanistic considerations of efficient esterification of starch with propionic anhydride/lauric acid in the green solvent imidazole“ Macromolecular Chemistry and Physics 221 (2020) 2000264. Link 

• K. Geitel, A. Koschella, C. Lenges, T. Heinze: „Meltable fatty acid esters of α-1,3-glucan as potential thermoplastics“ Advanced Industrial and Engineering Polymer Research 3 (2020) 111-119. Link 

• S. Blohm, T. Heinze: „Synthesis and properties of thermoplastic starch laurates“ Carbohydrate Research 486 (2019) 107833. Link 

• R. Müller, M. Zhou, A. Dellith, T. Liebert, T. Heinze: „Meltable magnetic biocomposites for controlled release“ Journal of Magnetism and Magnetic Materials 431 (2017) 289-293. Link 

• M. Zhou, T. Liebert, R. Müller, A. Dellith, C. Gräfe, J. H. Clement, T. Heinze: „Magnetic biocomposites for remote melting“ Biomacromolecules 16 (2015) 2308-2315. Link 

• A. Geissler, E. Bonaccurso, L.-O. Heim, T. Heinze, K. Zhang: „Temperature-responsive thin films from cellulose stearoyl triester“ The Journal of Physical Chemistry C 118 (2014) 2408-2417. Link 

• T. Liebert, J. Wotschadlo, P. Laudeley, T. Heinze: „Meltable Dextran Esters As Biocompatible and Functional Coating Materials“ Biomacromolecules 12 (2011) 3107-3113. Link 

 

2. Wasserlösliche Funktionspolymere 

• H. Würfel, Z. Atmani, M. Gericke, T. Heinze: „Homogeneous synthesis of polygalacturonic acid acetoacetates: the starting point for all-polysaccharide-based living networks“ Cellulose (2025) DOI: 10.1007/s10570-024-06335-4. Link 

• Z. Atmani, T. Steindorfer, R. Kargl, K. Stana Kleinschek, T. Heinze, M. Gericke: „Allyl-functionalized polysaccharides for 3D printable hydrogels through thiol–ene click chemistry“ Polysaccharides 6 (2025) 13. Link 

• L. S. Reichel, A. Kemmer, T. Heinze, A. Traeger: „Design of pH-responsive and amphiphilic pullulan-based biological macromolecule for gene delivery“ International Journal of Biological Macromolecules 301 (2025) 140014. Link 

• M. Gericke, Z. Atmani, L. H. Skodda, T. Heinze: „Synthesis and characterization of polysaccharide carbamates and mixed carbamates with tunable water solubility“ Carbohydrate Polymer Technologies and Applications 7 (2024) 100479. Link 

• H. Würfel, W. Dang, T. Heinze: „Efficient heterogeneous synthesis of polygalacturonic hydroxamic acid: A versatile chelator for metal ion binding“ Cellulose Chemistry and Technology 57 (2023) 93-96. Link 

• M. Gericke, L. H. Skodda, T. Heinze: „Reactive xylan derivatives for azid-/alkyne-click-chemistry approaches – From modular synthesis to gel-formation“ Carbohydrate Polymers 300 (2023) 120251. Link 

• H. Würfel, G. Pelloth, T. Heinze: „Synthesis of novel polygalacturonic acid hydrazones and their rheological and emulsifying properties“ Lenzinger Berichte 97 (2022) 56-61. Link 

• H. Würfel, K. Geitel, T. Heinze: „Efficient heterogeneous synthesis of reactive polygalacturonic acid hydrazides“ Carbohydrate Polymers 261 (2021) 117838. Link 

• A. Pfeifer, M. Gericke, T. Heinze: „Synthesis and characterization of novel water-soluble 6-deoxy-6-(2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol)cellulose derivatives“ Advanced Industrial and Engineering Polymer Research 3 (2020) 77-82. Link 

• L. Gabriel, M. Gericke, Th. Heinze: „Modular synthesis of non-charged and ionic xylan carbamate derivatives from xylan carbonates“ Carbohydrate Polymers 207 (2019) 782-790. Link 

• T. Heinze, T. Elschner, K. Ganske: „Aminocelluloses – Polymers with fascinating properties and application potential“ in Cellulose Science and Technology – Chemistry, Analysis, and Applications, Th. Rosenau, A. Potthast, J. Hell (Eds.), John Wiley & Sons, 2018, pp. 1-18, ISBN 9781119217589. Link 

• S. Finger, M. Zieger, C. Wiegand, T. Liebert, T. Heinze, P. Elsner, U.-C. Hipler: „Biocompatibility and antibacterial effects of 6-deoxy-6-aminoethyleneamino cellulose“ Journal of Biosciences and Medicines 6 (2018) 51-62. Link 

• J. A. Heredia-Guerrero, L. Goldoni, J. J. Benítez, A. Davis, L. Ceseracciu, R. Cingolani, I. S. Bayer, T. Heinze, A. Koschella, A. Heredia, A. Athanassiou: „Cellulose-polyhydroxylated fatty acid ester-based bioplastics with tuning properties: Acylation via a mixed anhydride system“ Carbohydrate Polymers 173 (2017) 312-320. Link 

• T. Heinze, A. Pfeifer, A. Koschella, J. Schaller, F. Meister: „Solvent-free synthesis of 6-deoxy-6-(ω-aminoalkyl)amino cellulose“ Journal of Applied Polymer Science (2016) DOI: 10.1002/APP.43987. Link 

• T. Heinze, M. Siebert, P. Berlin, A. Koschella: „Biofunctional materials based on amino cellulose derivatives – a nanobiotechnological concept“ Macromolecular Bioscience 16 (2016) 10-42. Link 

• M. Zieger, M. Wurlitzer, C. Wiegand, K. Reddersen, S. Finger, P. Elsner, P. Laudeley, T. Liebert, T. Heinze, U.-C. Hipler: „6-Deoxy-6-aminoethyleneamino cellulose: synthesis and study of hemocompatibility“ Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 26 (2015) 931-946. Link 

• T. Heinze, S. Schmidt, T. Liebert: „Synthesis of soluble cellulose tosylates in an eco-friendly medium“ Green Chemistry 16 (2014) 1941-1946. Link