Maßgeschneiderte thermoformbare bio-TPU-Folien

AUFGABENSTELLUNG

Thermoplastische Polyurethane (TPU) gehören zu den Polymeren, die über vorteil­hafte Eigen­schaften wie bspw. sehr gute mechanische und chemische Beständig­keit verfügen. Aufgrund der reaktiven Gruppen in der Haupt­kette, sind Polyurethane mit vielen anderen Polymeren kompatibel. Die OH-Funktionalitäten können bspw. Teil von Polyestern, Polyethern oder Polycarbonaten sein. Ebenso ist die Knüpfung der Isocyanat-Funktion an unter­schiedliche Moleküle möglich. Aus dieser Vielfalt an möglichen Edukten wird deutlich, dass das Eigen­schafts­spek­trum der Polyurethane in einem weiten Bereich variiert werden kann und eine individuelle Anpassung der Eigen­schaften für spezielle Produkte bzw. Anwendungen möglich ist. Das macht TPUs für viele Einsatz­bereiche wie Verpackungs-, Medizintechnik-, Automobil- oder Druckindustrie attraktiv. Der aktuelle Trend in Richtung individuali­sierter Produkte erfordert die Herstellung kleinerer Chargen, deren Eigen­schaften exakt auf die Anwendung abgestimmt sind. Dies lässt sich mit TPUs hervorragend abbilden, da neben der klassischen chemischen Synthese im Reaktor die Möglich­keit besteht, TPUs im Extruder herzustellen. Für petro­chemische Edukte wird dies bereits genutzt, im Fall von biobasierten Produkten gibt es allerdings bisher kaum Ansätze.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des FuE-Vorhabens ist die Auslegung eines Verfahrens zur Herstellung von biobasierten, thermo­formbaren TPU-Folien mit individuell skalierbaren Eigenschaften. Dies umfasst die Entwicklung einer geeigneten Reaktions­führung im Extruder, die Homo­geni­sierung der Schmelze sowie die Form­gebung der TPU-Schmelze durch geeignete Austrags­düsen und eine optimierte Extrusions­nachfolge. Parallel dazu werden systematische Unter­suchungen zur Korrelation der Prozess­parameter mit den erzielten Eigen­schaften der bio-TPU-Folie durchgeführt. Als Ergebnis sollen Formu­lierungen und Verarbeitungs­fenster, mit denen vordefinierte Folien­eigen­schaften eingestellt werden können, zur Verfügung stehen.

NUTZEN | AUSBLICK

Gelingt es, die Reaktive Extrusion zur Herstellung von TPU-Folien in einem Prozess mit einem hohen Anteil an biobasierten Edukten (> 80 %) zu entwerfen, würde das zu einer erheblichen Kosten­redu­zierung führen. Aufgrund dessen, dass übliche Verar­bei­tungs­schritte wie Granu­lierung und Wider­auf­schmelzen vom Granulat entfallen, wird mit einer deutlichen Energie­einsparung gerechnet. Da keine Investitionen erforderlich sind, können die entwickelten Prozess­parameter leicht in die Prozess­führung zur Folien­herstellung auf etablierten Produktions­linien überführt werden. Außerdem sollte es beim Einsatz von unter­schied­lichen Edukten möglich sein, ein relativ breites Spektrum an mechanischen Eigen­schaften zu erzielen. Der hohe Anteil an biobasierten Edukten trägt weiterhin zur Verbesserung des Carbon-Footprints des Produktes und Reduzierung der CO2-Emissionen bei.