Ziel der Entwicklung

Die Einsatzbereiche hochwertiger PUR-Kunstleder für Polstermaterialien sind breit gefächert. Sie reichen von Innenraummaterialien im Objektbereich über den Hospital- und Pflegebereich, den Sport- und Wellnessbereich bis hin zum Mobilbereich. Der Mobilbereich wiederum gliedert sich in die Automobilinnenraumausstattung, die Ausstattung öffentlicher Verkehrsmittel wie Busse und Bahnen sowie die Schifffahrt und den Luftverkehr. In der Industrie angewandte Formulierungen für PUR-Kunstleder enthalten zum größten Teil petrochemisch basierte Isocyanate, Polyole und Additive. Die verwendeten textilen Träger sind überwiegend auf Basis chemischer Fasern wie Polyester. Seit einigen Jahren gehen die Bestrebungen dahin, die Komponenten für die Kunststoffproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen statt fossilbasiert zu gewinnen. Durch den Einsatz von biobasierten Isocyanaten und Polyolen in Verbindung mit einem Naturfasertextil könnten PUR-Kunstleder mit hohem biobasierten Anteil entwickelt werden. Die Kombination mit einem toxikologisch unbedenklichen Katalysator würde zu einem neuartigen, schadstofffreien Verbundmaterial führen, das im Anwendungsspektrum des Kunstlederbereiches enormes Potential hat. KMU würden dadurch deutliche Wettbewerbsvorteile erzielen.

Vorteile und Lösungen

Ziel des Projektes war die Entwicklung von biobasierten lösemittelfreien PUR-Formulierungen für die verschiedenen Schichten eines PUR-Kunstleders: Deckschicht, Schaumschicht, Haftschicht. In Kombination mit einem Naturfasertextil sollte ein geschäumtes PUR-Kunstleder mit einem Anteil an biobasierten Edukten zwischen 85-90 Prozent realisiert werden. Aus den angepassten Beschichtungsmassen sollte ein Schichtaufbau entstehen, der durch eine Streichbeschichtung im Transferverfahren hergestellt und mit einem Textil kaschiert werden kann. Als Naturfasertextilien wurden im Projekt Baumwolle und Hanf favorisiert. Die biobasierten Kunstleder sollten die Zielparameter hochwertiger PUR-Kunstleder erreichen:
biobasierter Anteil im Kunstleder: mindestens 85 Prozent
hohe Abriebfestigkeit (DIN EN ISO 5470-2: > 100.000 Zyklen trocken)
Flexibilität und mechanische Beständigkeit: (Dauerfaltverhalten (DIN EN ISO 32100): 100.000 Faltungen, Dauerknickverhalten (DIN 53359): 200.000 Knickungen)
hohe Haftfestigkeit zwischen den einzelnen Schichten
UV-Stabilität
angenehmer Griff
Um einen möglichst hohen Bioanteil im Verbundmaterial zu erzielen, wurde gezielt nach biobasierten und mineralischen Additiven gesucht und diese für die Formulierungsentwicklung getestet. Jede Schichtformulierung wurde in unterschiedlichen Mengen mit einem silikatbasierten Rheologieadditiv versetzt, um ein Zusammenlaufen der Schichten im Ofen durch den starken Viskositätsabfall bei erhöhten Temperaturen zu verhindern. Die Deckschicht enthält zudem einen Entschäumer, ein Teil des Polyols sechs wurde durch Glycerin ersetzt, um eine starke Vernetzung und damit robuste Oberfläche zu erzielen, und es wurden verschiedenste Pigmente eingesetzt. Durch den Einsatz strukturierter Umkehrpapiere können verschiedenste Oberflächennarbungen realisiert werden. Für die Entwicklung der Schaumschichtformulierung hat sich letztendlich der Einsatz von Mikrohohlkugeln mit geeigneter Expansionstemperatur bewährt. Es konnten weiche Schaumschichten mit einer gleichmäßigen Bläschenverteilung hergestellt werden. Für den Haftstrich wurden viele Haftvermittler getestet und ein acrylatbasierter Haftvermittler gefunden, mit dem eine gute Haftung zum Hanftextil erreicht wurde. Für die Kaschierung von Baumwolltextilien kam dagegen ein biobasiertes PUR-Hotmelt zum Einsatz. Die Herstellung der Verbundmaterialien wurde in den kleintechnischen Maßstab überführt. Es wurden Kunstleder bestehend aus Deck-, Schaum- und Haftstrich sowie einem Hanfgestrick und Kunstleder bestehend aus Deck- und Schaumstrich, Hotmelt und Baumwollgewebe hergestellt.
Diese Kunstleder wurden umfangreich geprüft. Die Materialien weisen eine sehr gute Abriebbeständigkeit (100.000 Touren nach DIN EN ISO 5470-2), Lichtechtheit (Note 8 BM nach DIN EN ISO 105-B02) und Reibechtheit (Noten 5/5 A03/A02 nach DIN EN ISO 105-X12) auf. Die Deckschicht ist beständig gegenüber haushaltsüblichen Chemikalien (Reinigungs- und Desinfektionsmittel) und weist eine geringe Fleckenempfindlichkeit auf. Auch kritische Anschmutzmedien wie Edding und Kugelschreiber konnten nach der jeweiligen Einwirkzeit rückstandslos entfernt werden. Zwischen den einzelnen Schichten wurde eine gute Haftung erzielt. Je nach Anwendungsgebiet der Materialien muss die Flexibilität noch optimiert werden. Hinsichtlich Dauerfalt- und Dauerknickverhalten konnten die gesetzten Zielwerte nicht erreicht werden. Als Ursache wird der große Unterschied zwischen relativ harter Deck- und weicher Schaumschicht vermutet. Der biobasierte Anteil der einzelnen Schichten und der Verbundmaterialien wurde mit Hilfe der Herstellerangaben zu den biobasierten Edukten und Additiven, den jeweiligen Rezepturen und der Flächenmasse der Schichten berechnet. Je nach Rezeptur und Aufbau des Kunstleders variieren die Werte leicht. Für die PUR-Beschichtungen wurde ein Anteil von über 85 Prozent und für die Verbunde von über 90 Prozent an biobasierten und mineralischen Rohstoffen berechnet.

Zielgruppe und Zielmarkt

Nachhaltig produzierte Verbundmaterialien sind von außer¬ordent¬lichem Interesse für die Beschich¬tungs¬industrie. Kunstleder, welche zu einem hohen Anteil aus biobasierten und mineralischen Rohstoffen bestehen, werden auf dem Markt klare Wettbewerbsvorteile besitzen.
Der Markt solcher Materialien für den Objektbereich setzt sich aus individuellen Anwendungen, zum Beispiel Restaurants, Hotels, Pflegeeinrichtungen, Kindertagesstätten, Kinosäle, Sport- und Wellnessbereich usw., zusammen. Je nach Anwendung unterscheiden sich die Anforderungen. Daher haben sich vor allem KMU auf die Ausstattung einzelner Objektbereiche spezialisiert.
Die Zielgruppen für die wirtschaftliche Verwertung liegen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Sowohl die Hersteller von biobasierten Polyolen und Isocyanaten sowie Katalysatorsystemen und Additiven als auch die Produzenten und Vertriebe von beschichteten technischen Textilien profitieren von den erzielten Ergebnissen.