Limonen-basierte und isocyanatfreie PUR-Prepolymere (NIPU)

AUFGABENSTELLUNG

Polyurethane (PUR) werden typischerweise aus Polyolen und Isocyanaten hergestellt. Letztere sind allerdings gesundheits- und umweltgefährdend und stehen im Verdacht, Allergien oder Haut- und Atemwegserkrankungen auszulösen. Daher greifen immer strengere Auflagen im Umgang mit Isocyanaten bei Produzenten, Lieferanten und Verarbeitern. Hinzu kommt, dass für die Herstellung der Isocyanate giftiges Phosgen gebraucht wird. Diese Faktoren steigern das Interesse, PUR über alternative Verfahren herzustellen, welche ohne den Einsatz von Isocyanaten auskommen. Einer dieser Wege, isocyanatfreie Polyurethane (NIPU) herzustellen, ist die Umsetzung von multifunktionellen cyclischen Carbonaten (MCC) mit Aminen. Die bisher bekannten Synthesewege sind industriell allerdings noch nicht umsetzbar. Entweder sind die Ausgangsstoffe kommerziell nicht verfügbar oder die Herstellungswege sind zeit- und energieaufwendig bzw. noch nicht für die bestehenden Anlagen geeignet. Im Bereich der cyclischen Carbonate bietet der Markt zudem bisher lediglich monofunktionelle cyclische Carbonate, die häufig als Lösungsmittel verwendet werden, für die NIPU-Herstellung jedoch ungeeignet sind. Die kommerzielle Verfügbarkeit von MCC ist bis heute nicht gegeben. MCC können u. a. über die Carbonatisierung von Olefinen hergestellt werden, im Speziellen solchen, die über mehr als eine ungesättigte Gruppe im Molekül verfügen. In Frage kommen dafür z. B. Naturstoffe, von denen Limonen einen vielversprechenden Vertreter darstellt.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von limonenbasierten NIPU-Prepolymeren für den Einsatz in isocyanatfreien Polyurethanen (NIPU). Zunächst soll eine effektive und innovative Syntheseroute für die Herstellung von Limonendicarbonat unter Einsatz der Mikrowellentechnologie entwickelt werden. Dieses stellt das Ausgangsmaterial für die limonenbasierten NIPU-Prepolymere dar, welche ebenfalls unter Anwendung der mikrowellenunterstützten Synthese entwickelt werden. Anschließend soll das thermische Vernetzungsverhalten dieser Prepolymere untersucht werden, um diese in PUR-Verbundmaterialien einsetzen zu können.

NUTZEN | AUSBLICK

PUR stellen einen wichtigen Bestandteil der Kunststoffindustrie dar. Aufgrund der strukturellen Vielfalt ihrer Ausgangsstoffe können die Eigenschaften gezielt eingestellt werden, wodurch ein breites Anwendungsspektrum abgedeckt werden kann. Sie finden meist in langlebigen Produkten des täglichen Lebens Anwendung, wie Gebäudedämmung, Kühl- und Gefriergeräte, Möbel, Schuhe, im Automobilbereich, bei Beschichtungen und Lacken sowie in der Bau- und Elektronikindustrie. Die neuartigen NIPU-Prepolymere sollen den Grundstein für die Herstellung isocyanatfreier PUR-Materialien legen. Auf deren Basis sollen zukünftig funktionale Materialien wie Membranen, beschichtete Textilien oder Kunstleder entwickelt werden und herkömmliche PUR-Systeme ersetzen.