Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weich-PVC: Furan-basierte Weichmacher als Ersatz für Phthalate

Forschungsziel: Herstellung und Applikation nachhaltig produzierbarer Furan-Weichmacher mit unterschiedlicher chemischer Struktur als Phthalatsubstitute in Weich-PVC-Anwendungen

Lösungsweg: Die Basis bilden Furanderivate, die nachhaltig aus Reststoffströmen der Holz- oder Lebensmittelindustrie (z.B. Cellulose, Stärke) zugänglich sind. Ausgehend von Furandicarbonsäure werden verschiedene Ester und Amide synthetisiert. Das Potential dieser Verbindungen für Weich-PVC-Anwendungen wird im Labormaßstab validiert. Für erfolgversprechende Furan-Weichmacher wird eine Aufskalierung der Synthesearbeiten erfolgen. Diese werden in Plastisol- und Dryblendformulierungen eingearbeitet und kleintechnisch verarbeitet (Kunstleder, Textilbeschichtung, Planenmaterial), um ihr Leistungspotenzial für Weich-PVC-Anwendungen kritisch zu beurteilen. Die Evaluierung schließt den Vergleich mit Standard-Weichmachern ein.

Angestrebte Ergebnisse: Erarbeiten von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der hergestellten Weichmacher und Aufbau einer Wissensbasis und Handlungsempfehlung mit engem Anwendungsbezug.

Nutzen für KMU: Von den Projektergebnissen sollen KMU verschiedener Branchen entlang der Wertschöpfungskette profitieren. Hierzu zählen neben Herstellern von technischen Textilien, Kunstleder, Folien und Kabel auch Verarbeiter von Weich-PVC-Produkten und Chemikalienhersteller (Biomassekonversion, Weichmacher). Spezialanwendungen, wie sie meist von KMUs bedient werden, erfordern spezielle Weichmacher mit angepasstem Eigenschaftsprofil. Deshalb haben vor allem KMUs den Bedarf, alternative Weichmachersysteme zu erforschen. Die Produktion mittelgroßer Weichmacherchargen kann von kleinen oder mittelständischen Chemikalienherstellern übernommen werden. Bei Erfolg des Projektes können die angestrebten Ergebnisse unmittelbar von KMUs genutzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben wurden neuartige PVC-Weichmacher, die auf nachhaltig produzierbaren Derivaten der 2,5-Furandicarbonsäure basieren, entwickelt. Ihr Potenzial als Phthalt Substitute für Weich-PVC-Anwendungen wurde erfolgreich validiert.

Es wurde eine Weichmacher-Bibliothek zur Erarbeitung einer anwendungsbezogenen Wissensbasis aufgebaut. Hierfür wurden geeignete Routen zur Synthese von furan- und tetrahydrofuranbasierten Weichmachern erarbeitet und insgesamt elf verschiedene Verbindungen hergestellt. Die Weichmacher wurden hinsichtlich ihres Einflusses auf die Eigenschaften von PVC-Weichmacher-Blends untersucht. Nach Korrelation zwischen Leistungspotenzial und technischer Umsetzbarkeit wurden fünf Weichmacher im kleintechnischen Maßstab hergestellt und hinsichtlich ihres Leistungs- und Anwendungspotentials für mit Weich-PVC beschichtete Textilien und Kunststoffbahnen untersucht und als universelle oder spezifische Phthalat Substitute bewertet.

Zwei furanbasierte Weichmacher, mit C9- oder C10-Alkylgruppen, zeigten ein – im Vergleich zum Phthalat-Weichmacher DINP – ähnliches Eigenschaftsprofil und wurden als potenziell geeignete Kandidaten für die Substitution von Phthalaten in PVC-basierten Textilbeschichtungen identifiziert. Dies wurde durch Applikationsuntersuchungen zur Herstellung von Schaumkunstleder und Bannermaterial bestätigt.

Die im Vorhaben untersuchten Furan-Weichmacher haben ein großes Anwendungspotenzial, da bei einer Vielzahl technischer Produkte und Finalerzeugnisse, bei denen ‚Flexibilität‘ zu den typischen Merkmalen zählt, Weich-PVC das Material der Wahl ist. Beispiele sind Kunstleder für Polstermöbel und Fahrzeugsitze, elastische Bodenbeläge, Dachbahnen, Badepools und LKW-Planen. Im Vorhaben wurden die nötigen Grundsteine gelegt, damit KMUs aus der PVC-verarbeitenden Industrie die Eignung der Furan-Weichmacher für ihre spezifischen Produkte untersuchen können.