Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Herstellung und Evaluierung biobasierter Reaktivharze für den Einsatz in den Bereichen Kanalsanierung und Yachtbau

Die Ziele des Forschungsvorhabens sind (a) die Herstellung biobasierter UP-Harze unter Verwendung der biogenen Furandicarbonsäure (FDCS) als aromatischem Säurebaustein und (b) die Herstellung von FDCS-haltigen Werkstoffen (unverstärkt u. verstärkt), die vergleichbare Eigenschaften wie marktgängige UP-Harzsysteme mitbringen. Dadurch werden sowohl die gegenwärtig eingesetzten petrobasierenden phthalsäurehaltigen Harze substituiert als auch Lösungen angeboten, die im Gegensatz zu den relativ elastischen Harzen auf aliphatischer Basis (z.B. Adipinsäure)den Anforderungen üblicher Anwendungen entsprechen.

Es ist vorgesehen, einerseits den klassischen Reaktivverdünner Styrol einzusetzen, womit die Vergleichbarkeit mit Standard-Harzzusammensetzungen gegeben ist; andererseits Itaconsäurederivate als Reaktivverdünner zu verwenden, womit vollständig biobasierte Lösungen möglich werden. Die Umsetzung zu den UP-Harzen wird mittels der klassischen Polykondensation erfolgen, wobei die Synthese in Anlehnung an Harzzusammensetzungen der DIN 16946 Teil 2 erfolgen wird.

Von den Ergebnissen profitieren vor allem das kunststoffverarbeitende Gewerbe und die Harzindustrie aufgrund der möglichen Erweiterung ihres Portfolios um nachhaltigere Produkte mit verbessertem Eigenschaftsprofil, wobei gerade die erstgenannte Branche in Deutschland stark von kmU geprägt ist. Adressierte Einsatzgebiete sind zunächst Bootsbau und Kanalsanierung; mittelfristig eröffnen sich neue Möglichkeiten jedoch in vielen weiteren Applikationsfeldern für faserverstärkte Laminate (z.B. Bauwesen, Möbelindustrie, Werbung/Design). Durch das erworbene Know-how lassen sich zudem gezielt maßgeschneiderte Rezepturen sowie deren technische Umsetzung erarbeiten und bereitstellen.

Der Transfer erfolgt über Branchenvertreter der chemischen und kunststoffverarbeitenden Industrien, in denen die Antragsteller gut vernetzt sind, sowie über Industrieaufträge, Dienstleistungen und (inter)nationale Publikationen.

Ergebniszusammenfassung:

Das Vorhaben hatte zum Ziel, biobasierte Reaktivharze für die Bereiche Yachtbau und Kanalsanierung zu entwickeln, die min. gleichwertige Eigenschaften wie petrobasierte Systeme aufweisen. Die Grundlage der biobasierten Reaktivharze bildete 2,5-Furandicarbonsäure (FDCS), die die klassischen Komponenten Phthal- und Isophthalsäure von petrobasierten Systemen ersetzte.

Mit einem biobasierten Reaktivharz auf der Basis von FDCS und 1,2-Propandiol ließen sich Reaktivharze herstellen, die die Anforderungen für ein Harz vom Typ 1140 gemäß DIN 16946-2 erfüllten (Feststoff: ca. 60%). Es wurden sogar teilweise verbesserte Eigenschaften erzielt (300MPa höherer E-Modul, 10MPa höhere Zugfestigkeit,10K höhere Wärmeformbeständigkeit). Die Herstellung von Laminaten gelang ebenfalls (Bacolhärte: 58), womit dieses Harz für den Yachtbau prinzipiell geeignet ist.

Das für die Kanalsanierung angedachte biobasierte Reaktivharz auf der Basis von FDCS und Neopentylglycol erfüllte die Anforderungen für ein Harz vom Typ 1140 gemäß DIN 16946-2 noch nicht. Der E-Modul ist bislang zu niedrig. Die bislang geprüften Reaktivharze deuten jedoch an, dass durch Produktoptimierung wie Anpassung der Molmasse, die für dieses Harz nicht mehr durchgeführt werden konnten, auch dieser Kennwert zu erreichen ist.

Zusätzlich wurde ein biobasiertes Reaktivharz auf der Basis von 1,2-Propandiol und Diethylenglykol entwickelt, mit dem die Anforderungen für ein Harz vom Typ 1120 gemäß DIN 16946-2 erfüllt wurden. Vergleichbare petrobasierte Reaktivharze sind für allgemeine Anwendungszwecke gedacht, und werden zudem für SMC- sowie BMC- und Pultrusions-Anwendungen eingesetzt. Das biobasierte Reaktivharz weist erhöhte Zug- und Biegefestigkeiten auf und lässt sich durch MgO eindicken. Damit wurden erste Grundlagen für SMC-Anwendungen erarbeitet.