The polysaccharide chitin is one of the most abundant biopolymers in nature. Due to its excellent properties such as biocompatibility, biodegradability, non-toxicity, and adsorptive abilities, chitin is of high commercial interest. However, the lack of a clear and accessible melting point, as well as insolubility in regular solvents hinder the development of chitin in creating high value-added materials both by solid and solution processing. To overcome these limitations, this work focus on the investigation and development of chitin based high performance biocomposite materials. The other two most abundant biopolymers cellulose and lignin are used in this thesis for the fabrication of biocomposite materials with chitin. In this work, chitin based composite materials such as chitin/cellulose and chitin/lignin composite materials are primarily fabricated via solution processing. Several different solvents were investigated concerning their solubility on the biopolymers. Finally, the solvent system comprises from the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium acetate (BminOAc) together with a bio-based co-solvent, γ-valerolactone (GVL) is considered as the most efficient solvent for the dissolution of the three biopolymers. The obtained composite chitin/cellulose materials from different solvent systems were characterized in detail employing spectroscopic, morphological, and mechanical analysis methods. The results illustrate that chitin/cellulose composites can be successfully obtained from the two solvent systems as BmimOAc-GVL and DMAc/LiCl. Compared to DMAc/LiCl, the solvent system of BmimOAc-GVL is more sustainable and environmentally benign. It is therefore considered as an efficient solvent for the fabrication of the chitin/cellulose composite materials. Furthermore, it should be noted that chitin is not deacetylated into chitosan during dissolving in BmimOAc-GVL, which is critical for the use of intact chitin in composite materials. Besides, the used BmimOAc can be fully recycled, which indicates that the dissolution process is sustainable and environmentally friendly. The wetting and permeability studies were additionally performed on the composite chitin/cellulose composite films as well as the chitin coated cellulosic materials. The analytical results confirm that the presence of chitin rendered all the composites, the surface of the wood and cellulosic textiles more hydrophobic. Because the chitin layer coated on the cellulosic textile slows down the penetration of water and oxygen (O2), it is considered to have potential applications as packaging materials or impregnating textiles. The fabrication of chitin/lignin composite films is successfully performed via solution processing using the same solvent system (BmimOAc-GVL) as with chitin/cellulose composites. The potential application of the chitin/lignin composites as a bio-film sorbent for environmental remediation is studied in this work. The result illustrates that the chitin/lignin composite films exhibit a high adsorption capacity for Fe(III) and Cu(II) cations from aqueous solutions. Furthermore, some excellent properties of the composite film such as stability in aqueous solution, facile as well as reusability suggest that it might be utilized as a biosorbent in water purification.      «

The polysaccharide chitin is one of the most abundant biopolymers in nature. Due to its excellent properties such as biocompatibility, biodegradability, non-toxicity, and adsorptive abilities, chitin is of high commercial interest. However, the lack of a clear and accessible melting point, as well as insolubility in regular solvents hinder the development of chitin in creating high value-added materials both by solid and solution processing. To overcome these limitations, this work focus on the...     »

Das Polysaccharid Chitin ist weltweit eines der häufigsten natürlichen Biopolymere. Aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften wie der Biokompatibilität, der Bioabbaubarkeit, der Ungiftigkeit und seinem Potential als Adsorber, ist Chitin für die Industrie von besonderen Interesse. Aufgrund der Nichtvorhandensein ein definierten Schmelzpunktes und seine Unlöslichkeit in organischen Lösemitteln steht eine Herausforderung für die Entwicklung von chitinbasierten Hoheleistungswerkstoffen da. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurden in dieser Arbeit chitinbasierte Kompositmaterialien mit dem Ziel untersucht, neuartige Bioverbundwerkstoffe zu entwickeln. Cellulose und Lignin, ebenfalls sehr häufig in der Natur auftretende Biopolymere, wurden im Rahmen dieser Arbeit dazu verwendet, um Verbundwerkstoffe mit Chitin zu generieren. Chitinbasierte Verbundwerkstoffe wie Chitin/Cellulose- und Chitin/Lignin-Komposite wurden im Wesentlichen aus einer Lösung hergestellt. Hierfür ist ein nachhaltiges Lösemittel für diese Biopolymere wünschenswert. In dieser Arbeit wurden verschiedene Lösemittelsysteme hinsichtlich ihrer Lösekraft von Biopolymeren untersucht. Als vielversprechendstes und zugleich umweltfreundlichstes Lösemittel stellte sich die ionische Flüssigkeit, 1-Butyl-3-methylimidazoliumacetat (BmimOAc) mit dem biobasierten Co-Lösungsmittel -Valerolacton (GVL) heraus. Die so aus verschiedenen Lösemittelsystemen gewonnenen Chitin/Cellulose- Verbundwerkstoffe wurden genauer mittels spektroskopischer, morphologischer und mechanischer Analysemethoden detailliert untersucht. Die Analysen ergaben, dass Chitin nicht zu Chitosan deacetyliert wurde, was für die Verwendung von unmodifiziertem Chitin in Verbundwerkstoffen entscheidend ist. Es kommte weiterhin gezeigt werden, dass die mittels BmimOAc-GVL (8:1, mol:mol) hergestellten Komposite ebenso gute Ergebnisse zeigten wie die mittels DMAc/LiCl erzeugten. Allerdings ist die BmimOAc-GVL-Route nachhaltiger und umweltfreundlicher, weshalb die Chitin/Cellulose-Komposite in dieser Arbeit auf diese Weise gefertigt wurden. Darüber hinaus kann das verwendete BmimOAc recydiert werden, wodurch die ionische Flüssigkeit in mehreren Prozesszyklen eingesetzt werden kann, ohne dass sich dabei eine merkliche Verschlechterung der Eigenschaften der Komposite einstellte. Außerdem zeigten Benetzbarkeits- und Permeabilitätsversuche sowohl an Chitin/Cellulose-Verbundwerkstoffen als auch an mit Chitin beschichteten Cellulosegeweben, dass durch das Chitin die Oberflächen von Holz und Cellulosetextilien hydrophobisiert warden können. Zudem verringerte die Chitinbeschichtung neben dem Eindringen von Wasser auch die Sauerstoffdiffusion, wodurch ein Potential für eine mögliche Anwendung als Verpackungsmaterial oder undurchlässige Gewebe für Hygieneartikel gegeben ist. Die Herstellung von Chitin/Lignin-Kompositen erfolgte ebenfalls mittels BmimOAc-GVL (8:1, mol:mol). In dieser Arbeit wurde eine mögliche Anwendung dieses Verbundwerkstoffs als biobasiertes Adsorptionsmittel in Form einer Folie untersucht. Es zeigte sich, dass der Biosorptionsfilm ein hohes Adsorptionsvermögen für Fe(III)- und Cu(II)-Kationen in wässrigen Lösungen aufwies. Des Weiteren sind eine hohe Stabilität, eine einfache Anwendbarkeit, eine leichte Desorption und eine gute Wiederverwendbarkeit kennzeichnend für die Kompositfolie, weshalb eine mögliche Anwendung der Einsatz als neuartiges und erneuerbares Biosorptionsmittel für die Wasseraufbereitung sein kann.      «

Das Polysaccharid Chitin ist weltweit eines der häufigsten natürlichen Biopolymere. Aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften wie der Biokompatibilität, der Bioabbaubarkeit, der Ungiftigkeit und seinem Potential als Adsorber, ist Chitin für die Industrie von besonderen Interesse. Aufgrund der Nichtvorhandensein ein definierten Schmelzpunktes und seine Unlöslichkeit in organischen Lösemitteln steht eine Herausforderung für die Entwicklung von chitinbasierten Hoheleistungswerkstoffen da. Um die...     »