Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Biobasierte PU für Beschichtungen

Ziel des Projektes ist die Entwicklung biobasierter, isocyanatfreier Polyurethane und ihre Implementierung in Textilbeschichtungen.

Die Herstellung von Polyurethanen (PU) basiert heutzutage immer noch auf der Umsetzung Erdöl-basierter Diisocyanate und Diole. Kommerzielle Polyurethane für Textilbeschichtungen sind lösemittel-basiert oder wässrige Dispersionen. Der größte Nachteil dieser Produkte ist die pulmonale und dermale Toxizität der Isocyanat-Komponenten. Unser Lösungsweg fokussiert sich auf die Isocyanatfreie PU Herstellung mit biobasierten Ausgangsprodukten (bbPU) sowie 2-Komponenten biobasierte PUs (2k bb PU). Es werden 100% Systeme und wässrige Dispersionen erforscht, die ohne Verwendung flüchtiger organischer Verbindungen wie DMF eingesetzt werden können. Dies bildet die Grundlage zur REACH-Konformität der herzustellenden PUs. Weiterhin werden die Beschichtung von Textilien und die Eigenschaften der biobasierten PU-Beschichtungen validiert und mit marktüblichen Produkten verglichen.

Aufbau einer Wissensbasis zu biobasierten, isocyanatfreien PU und Erarbeiten von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der PU-Beschichtungen. Stärken und Schwächen im Vergleich zu kommerziellen Systemen und Handlungsempfehlungen mit engem Anwendungsbezug werden erarbeitet.

Von den Projektergebnissen profitieren entlang der Wertschöpfungskette KMUs verschiedener Branchen. Neben Formulierern und Anlagenherstellern profitieren insbesondere die Textilausrüster von den Erkenntnissen zu den Einsatzmöglichkeiten der neuen PU. Mittelfristiger Zugang zu nachhaltig produzierbaren PU-Alternativen, die durch den Verzicht auf Isocyanate nicht durch die SVHC-Liste bedroht sind, stärken die Marktposition der KMUs und eröffnen einen zusätzlichen Imagegewinn durch eine bessere Vermarktung. Bei Erfolg des Projektes können die angestrebten Ergebnisse unmittelbar von KMUs genutzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben wurden biobasierte 2-Komponenten Polyurethane (2K-PU) und isocyanat-freie Polyhydroxyurethane (PHU) hergestellt und die Eigenschaften dieser Systeme wurden erfasst.

2K-PU wurden durch Umsetzung von biobasierten Di- oder Triisocyanaten mit Polyolen erfolgreich hergestellt. Die PHUs wurden durch Umsetzung von bis-cyclischen Carbonaten mit Diaminen hergestellt. In einem modularen Ansatz wurden verschiedene Diamine systematisch untersucht und die Reaktionsbedingungen optimiert. Der zusätzliche Einsatz von amino-terminierten Poly(tetrahydrofuran) als Kettenverlängerer zeigte einen positiven Einfluss auf die thermischen Eigenschaften. Durch den Einsatz von Diaminen mit funktionellen Gruppen konnte die nachträgliche Modifizierung mit ionischen Seitengruppen erfolgreich durchgeführt werden. Die Herstellung wässriger Dispersionen gelang für die 2K-PU Systeme durch Einsatz eines carbonsäurehaltigen Diols. Die wässrigen PHU-Dispersionen wurden nach Modifizierung mit Carboxygruppen hergestellt, wobei nur das System mit Poly(tetrahydrofuran)-Anteil erfolgreich dispergiert werden konnte.

Die 2K-PU Systeme wurden mittels Transferbeschichtung und Direktbeschichtung auf Polyester aufgebracht und die Rezepturen wurden optimiert, um Adhäsion und Penetration zu beeinflussen. Verschiedene flammhemmende und antimikrobielle Additive konnten zugesetzt werden, ohne die Eigenschaften negativ zu beeinflussen. Die Eigenschaften der 2K-PU Beschichtungen wurden erfolgreich validiert. Je nach System konnten sehr gute mechanische Eigenschaften, Abrasisonsresistenzen und Waschechtheiten erzielt werden.

Die im Vorhaben untersuchten PU-Systeme haben ein großes Anwendungspotenzial. Beispiele sind technische Textilien und Innenraumtextilien. Im Vorhaben wurden die nötigen Grundsteine gelegt, damit KMUs die untersuchten Systeme für ihre spezifischen Produkte weiterentwickeln können.