Ziel der Entwicklung
Die Forschung beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Herstellung von Polyurethanen aus nicht-isocyanatbasierten Monomeren. Beim Polymeraufbau wird dabei die Isocyanatstufe völlig umgangen und das Polymer ohne di- oder höherfunktionelle Isocyanate aufgebaut. Trotz der vielfältigen und auch vielversprechenden Forschungsansätze zu diesem Thema ist diese Polyurethanalternative bisher nur in Ausnahmefällen über einen Labormaßstab hinausgekommen. Auf diesem Weg zugängliche thermoplastische NIPUs eignen sich aus heutiger Sicht hervorragend, um diese Materialgruppe wirtschaftlich nutzbar weiterzuentwickeln. Hierfür müssen allerdings die verschiedenen, im Labormaßstab erprobten Syntheseansätze auf die Möglichkeit zu einer Maßstabsvergrößerung und die Überführbarkeit in eine vollständig kontinuierliche Technologie hin überprüft sowie in einen Pilotprozess übertragen werden.
Vorteile und Lösungen
Zunächst wurden die Ausgangsstoffe im Labor synthetisiert und diese in hohen Ausbeuten zu Polyurethanen polymerisiert, wobei auf toxische zellschädigende Isocyanate verzichtet wurde. Die gewonnen Erkenntnisse konnten dann auf den technischen Maßstab übertragen werden. Die Verwendung von Dimethylcarbonat als Ausgangsstoff hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, da sich Methanol als Kondensat während der Polymerisation sehr leicht abtrennen lässt. Auch die Rückgewinnung des überschüssigen Dimethylcarbonats stellt technisch kein Problem dar. Mit entsprechender Sicherheitsaustattung lässt sich leicht eine Nachkondensation am Extruder realisieren. Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sich die hergestellten Basispolyurethane zur Anwendung in Holz-, Möbel- und Verpackungsverklebungen. Durch Beimengung von Harzen als Klebrigmacher wurden gute Klebeeigenschaften erzielt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Lokale und globale Märkte für PUs haben sich trotz Corona-Pandemie sehr positiv entwickelt. Das Wachstum fiel zwar pandemiebedingt etwas geringer aus als prognostiziert, kehrt aber schon dieses Jahr auf das Niveau von 2019 zurück mit 2,5 Milliarden US Dollar. bei einer prognostizierten jährlichen Wachstumsrate von rund sieben Prozent. Triebkräfte hierbei sind vor allem die Bereiche Verpackung, Bau, Mobilität und Medizintechnik. In allen diesen Bereichen sind Anwender der entwickelten NIPUs angesiedelt. Mengenmäßig macht die Verpackungsindustrie mit 20–25 Prozent den größten Anteil aus. Die Konkurrenzfähigkeit gegenüber den kommerziellen Produkten ist gegeben oder übersteigt deren Wirtschaftlichkeit. Weitere Vorteile ergeben sich für die potentiellen Hersteller von NIPUs durch die Flexibilität in der Synthese. Niedrigviskose NIPUs eigenen sich zudem sehr gut für Spritzgussanwendungen und können mit hohen Durchsätzen verarbeitet werden, was deren Wirtschaftlichkeit beträchtlich erhöht. In Anbetracht der aktuellen geopolitischen Umwälzungen ist ebenfalls eine Beschleunigung hin zur Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu erwarten. Hinzu kommt einerseits eine steigende Nachfrage der Verbraucher nach biobasierten und zum Teil auch bio-abbaubaren Produkten, anderseits auch strengere Regularien zur Verarbeitung von toxischen Isocyanaten. Folglich können NIPUs auch hier einen wichtigen Beitrag leisten, da die Ausgangsverbindungen zu deren Synthese schon heute aus nachwachsenden Rohstoffen wie zum Beispiel Cellulose oder Stärke hergestellt werden können.
