Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Flammhemmende und migrationsarme biobasierte Primärweichmacher für Weich-PVC

Forschungsziel: Entwicklung und Applikation flammhemmender und migrationsarmer biobasierter Primärweichmacher für Weich-PVC

Lösungsweg: Pflanzenölbasierte Fettsäureester mit unterschiedlicher Struktur werden durch geeignete Phosphonsäureester und Epoxidierung modifiziert. Dadurch werden die flammhemmende Wirkung ins Weichmachermolekül integriert, die Kompatibilität zum PVC erhöht und die Migrationsneigung reduziert. Durch Berechnung der Löslichkeitsparameter werden potentiell geeignete Strukturen ausgewählt und synthetisiert. Das anwendungsbezogene Potential der hergestellten Substanzen wird im Labormaßstab validiert. Erfolgversprechende Substanzen werden in größerer Menge hergestellt, in Plastisol- und Dryblendformulierungen eingearbeitet und kleintechnisch verarbeitet (Kunstleder, Frontlit, Folien). Die Evaluierung des Leistungspotentials der synthetisierten Substanzen erfolgt im Vergleich zu handelsüblichen Weichmachern und Flammschutzmitteln.

Angestrebte Ergebnisse: Erarbeitung von Zusammenhängen zwischen Grundstruktur sowie Zahl und Struktur der funktionellen Gruppen der Substanzen und ihren Eigenschaften als PVC-Weichmacher mit Flammschutzwirkung. Aufbau einer Wissensbasis und Handlungsempfehlung mit Anwendungsbezug für Weich-PVC-Produkte.

Nutzen für KMU: Die KMU verschiedener Branchen entlang der Wertschöpfungskette werden von den Projektergebnissen profitieren. Zu den KMU zählen unter anderem Hersteller technischer Textilien, Kunstleder oder Folien sowie Verarbeiter von Weich-PVC-Produkten und Chemikalienhersteller (Oleochemie, Weichmacher). Spezialanwendungen, wie sie meist von KMUs bedient werden, erfordern spezielle Weichmacher mit angepasstem Eigenschaftsprofil. An der Entwicklung und Erforschung von alternativen, multifunktionalen Weichmachersystemen haben deshalb vor allem KMUs Interesse. Sie können bei Erfolg des Projektes die angestrebten Ergebnisse unmittelbar nutzen.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Vorhabens bestand in der Entwicklung und Applikation von biobasierten Weichmachern für PVC mit einer flammhemmenden Wirkung und verringerter Migrationsneigung.

Aus regional vorkommenden Pflanzenölen wurden phosphonylierte Fettsäureester (pFSE) hergestellt. Durch die Berechnung des Löslichkeitsparameters wurden Kandidaten ausgewählt, die sich potentiell als Weichmacher für PVC eigenen würden. Aus ungesättigten FSE ließen sich Verbindungen mit verschiedenen Phosphorgehalten und Polaritäten synthetisieren. Besonders die pFSE auf Basis von HO-Sonnenblumenöl und Rapsöl wiesen ein sehr gutes Geliervermögen und gute weichmachende Eigenschaften auf. Durch Pastenverarbeitung hergestellte Folien und Kunstledermuster sowie durch Dryblendverarbeitung produzierte beschichtete Textilien wiesen ähnliche oder verbesserte flammhemmende Eigenschaften auf als die Materialien mit Standardweichmachern und additiven Flammschutzmitteln.

Darüber hinaus konnte das Verständnis über Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erweitert werden. So zeigte sich, dass eine größere Alkylgruppe in der Carboxyfunktion die Flüchtigkeit und die Migrationsneigung verringerten und die thermische Stabilität erhöhten. Auch durch die Anzahl und Größe der Phosphonatgruppen lassen sich unter anderem Viskosität, Geliervermögen, thermische Stabilität und Flüchtigkeit beeinflussen.

Die erarbeiteten Erkenntnisse stellen einen wichtigen Schritt für zukünftige Entwicklungsarbeiten im Bereich der biobasierten Weichmacher und der Herstellung von Kunststoffadditiven auf Basis nachwachsender Rohstoffe dar. Die Ergebnisse bezüglich der Struktur-Eigenschafts-Beziehung bilden eine wichtige Grundlage für weitere Untersuchungen zur Entwicklung maßgeschneiderter Weichmacher und Additive. Für die zukünftige Anwendung pflanzenölbasierter Weichmacher sind weitere Untersuchungen notwendig, unter anderem zum Einfluss der Rohstoffherkunft und der chemischen Struktur der Weichmacher auf das Langzeitverhalten von PVC.