Kalandrierfähige acrylatbasierte thermoplastische Polyurethane (Acrylatdiol-TPU)

Das IGF-Vorhaben 17121 BR der Forschungsvereinigung „Verein zur Förderung des Forschungsinstitutes für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) Freiberg/Sachsen e.V., Meißner Ring 1, 09599 Freiberg“ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.


Ziel des Gesamtprojektes war die Entwicklung von kalandrierfähigen aliphatischen acrylatbasierenden TPU für Beschichtungs-Anwendungen im Außenbereich, um da­mit die Lücke zwischen herkömmlichen TPU und Fluorpolymeren zu schließen. Die tech­nischen Herausforderungen bestanden in der Synthese von geeigneten acrylat­basierenden Polymer-Diolen, in der Ermittlung geeigneter Verfahrens­parameter zur Herstellung der TPU, sowie der Herausarbeitung der Prozessparameter für die Ver­arbeitung der neu entwickelten TPU durch Kalandrieren.

Es wurden zunächst an beiden Forschungsstellen erfolgreich zwei Verfahren zur Reak­tiv­extrusion von TPU auf der Basis kommerziell eingeführter Polyesterdiole ent­wickelt. Mit diesen Verfahren (Präpolymer- bzw. one shot-Verfahren) ist eine repro­du­zierbare kontinuierliche Herstellung von TPU, angefangen vom Labor­maßstab bis in technische Größenordnungen hinein möglich, wobei TPU mit Eigenschaften, die de­nen marktgängiger Produkte entsprechen, erzeugt wurden.

Zur Herstellung von Poly(meth)acrylatdiolen als neuartigem Baustein für TPU wurde eine Vielzahl verschiedener Syntheserouten verfolgt; schlussendlich wurde eine ATRP-Me­thode als geeignet ausgewählt. Obwohl es gelang, sensitive Analyse­metho­den zu entwickeln und die analytischen Daten zunächst auf das Erreichen der mit den Polymer-Diolen verbundenen Zielsetzungen hindeuteten (steuerbare Molmasse und Glas­über­gangs­tem­peratur, Funktionalität möglichst genau 2), erwies sich das Auf­skalieren der Synthese zur Erzeugung prozessierbarer Mengen an Poly(meth)acrylat­diol als schlecht reproduzierbar. 

Trotzdem konnten auf Basis der Poly(meth)acrylatdiole TPU synthetisiert werden, jedoch aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Mengen nur in einem Batch-Ver­fahren, nicht als Umsetzung mittels des entwickelten Reaktivextrusionsverfahrens. Die TPU wur­den bezüglich thermischer und molekularer Parameter charakterisiert und dem Projektpartner FILK zur weiteren Prozessierung (Kalandrierung) übergeben. Aus den bei der TPU-Herstellung auf Basis der Poly(meth)acrylatdiole akkumulierten Da­ten, kombiniert mit den analytischen Daten der Diole muss geschlussfolgert wer­den, dass die Funktionalität der polymeren Diole vom gewünschten Wert 2 teilweise er­heblich abwich, was dazu führte, dass nur Acrylat-TPU mit relativ geringen Mol­mas­sen synthetisiert werden konnten. Zudem wiesen die Acrylat-TPU eine ungenügende Pha­sen­separation auf und sind infolgedessen fast vollständig amorph, was zu Pro­blemen bei der Weiterverarbeitung führte. Obwohl für das letztgenannte Problem für andere TPU-Systeme prinzipiell technisch erfolgreiche Lösungen existieren, muss aufgrund der synthetischen Probleme bei der Herstellung der Poly(meth)acrylatdiole konstatiert werden, das eine Überführung der verfolgten Syntheserouten für Acrylat-TPU in die Praxis nicht umsetzbar sein wird.

 

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