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Gesündere Reaktion Polyurethan kann ohne Isocyanat auskommen!

Quelle: Fraunhofer IAP 2 min Lesedauer

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Polyurethan (PUR) ist ein wichtiger Kunststoff. Aus ihm werden Lacke, Schaumstoffe, Schläuche, Schuhsohlen und vieles mehr gefertigt. Doch einer seiner Rohstoffe ist giftig. Das könnte sich bald ändern ...

Polyurethan (PUR) ist ein vielseitiger Kunststoff, der von hart bis weich eingestellt werden kann. Die Herstellung erfolgt im Wesentlichen durch die Reaktion von Polyol mit Isocyanat. Letztes ist aber nicht ungiftig! Deshalb haben Potsdamer Forscher eine Alternative zu Isocyanat gesucht ...(Bild: Fraunhofer IAP)
Polyurethan (PUR) ist ein vielseitiger Kunststoff, der von hart bis weich eingestellt werden kann. Die Herstellung erfolgt im Wesentlichen durch die Reaktion von Polyol mit Isocyanat. Letztes ist aber nicht ungiftig! Deshalb haben Potsdamer Forscher eine Alternative zu Isocyanat gesucht ...
(Bild: Fraunhofer IAP)

Aus Polyolen – Polyhydroxid-Verbindungen, die man auch in Kaugummis findet – und den relativ giftigen Isocyanaten werden per Polyadditionsreaktion Polyurethane (PUR, oder auch nur PU abgekürzt) hergestellt. Zwar ist das fertige PUR nicht mehr giftig, doch diejenigen, die mit der Herstellung betraut sind, sind der Substanz ausgesetzt. Deshalb muss einiger Aufwand getrieben werden, dass nichts passieren kann. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Potsam haben sich deshalb Gedanken gemacht, ob es auch ohne Isocyanat gehen könnte. Wie sich herausgestellt hat, funktioniert die Polyaddition mit Polyolen auch mit dem unschädlichen Dicarbamat. Die Arbeiten geschahen im Rahmen des Projekts „CO2NIPU“ (Non-Isocyanate Polyurethanes = NIPU).

Isocyanat-Ersatz ohne Eigenschaftsänderungen

Dafür ersetzte das Potsdamer Team das bedenkliche Isocyanat also, wie gesagt, durch harmloses Dicarbamat. Das als innovatives Verfahren bezeichnete Vorgehen mache die Produktion von PUR-Kunststoffen aber nicht nur sicherer sondern auch einfacher, denn die Mitarbeiter müssten nicht besonders geschult werden, um sich vor dem toxischen Isocyanant zu schützen. Die Experten verwenden Kohlenstoffdioxid (also CO2) für die Produktion von Dicarbamat. Auch entwickeln sie gleich die passenden Recycling-Methoden, um gebrauchte PUR-Materialien weiterzuverwenden. Polyurethane mit Dicarbamaten hergestellt haben nach Aussage der Forscher identische Molekülstrukturen wie klassisches PUR. Deshalb ließe sich auf das bereits bestehende Herstellungs-Know-how aufbauen, um genau die Materialeigenschaften zu erreichen, die für das Endprodukt oder die Anwendung gewünscht sind. Denn Polyurethane sind äußerst wandlungsfähig. Sie können butterweich bis knochenhart eingestellt werden. Hinzu kommt die Möglichkeit, aus ihnen Schaumstoffe unterschiedlicher Dichte herzustellen. Auch als gute Klebstoffsysteme sind sie bekannt.

So werden ungiftige Polyurethane gemacht

Die IAP-Forscher haben das Verfahren auch bereits in Richtung einer industriellen Umsetzbarkeit weiterentwickelt, wie man sagt. Unterschiedliche Chemikalien werden dabei in einem bestimmten Verhältnis gemischt. So entstehen eben die gewünschten Eigenschaften des fertigen Kunststoffteils. Sogenannte Kettenverlängerer helfen dabei, die Molekülgruppen der Ausgangsstoffe zu vernetzen. Sie sorgen auch für Elastizität oder eher klebrigere Eigenschaften. Die Polyole machen den Kunststoff weich, das Dicarbamat (als Isocyanat-Ersatz) bringt den recht exothermen Reaktionsprozess in Gang. Nach dem Abkühlen testen man Zugfestigkeit oder eben Elastizität. Allerdings muss gesagt werden, dass Dicarbamat deutlich langsamer reagiert als Isocyanat. Doch die Reaktion sei besser zu kontrollieren, zu steuern und man könne Ausschuss reduzieren sowie Qualitätsschwankungen besser begegnen. Man sei bereits in der Lage, im Technikumsmaßstab zu produzieren. Die Forscher reden von einigen Kilogramm NIPU.

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