Ziel der Entwicklung
Füllstoffe in Polyurethanen (PUR) können gezielt Eigenschaften modifizieren und verbessern. Immer neue Füll- und Verstärkungsstoffe natürlichen Ursprungs oder aus dem Recyclingprozess kommen auf den Markt und lassen Eigenschaftsverbesserungen häufig gekoppelt mit Kosteneinsparungen erwarten.
Einschränkend für den Einsatz der verschiedenen Füllstoffe ist es häufig, dass Schwierigkeiten bei der Verarbeitung auftreten, die den Verarbeitungsprozess limitieren und / oder die Wirkungsweise der Füllstoffe einschränken. Die wesentlichen Parameter der Füllstoffverarbeitung in PUR sind:
– die maximal möglichen Feststoffgehalte,
– die Dispergierung der Füllstoffe in den Ausgangsprodukten (üblicherweise Polyol)
– die Viskositäten der füllstoffhaltigen Ausgangsprodukte als auch des Reaktionsgemisches,
– die Fließfähigkeit des Reaktionsgemisches,
– die Vermischung der Komponenten,
– die Verteilung der Füllstoffe im Werkstoffverbund und
– eine mögliche Schädigung der Füllstoffe infolge des Verarbeitungsprozesses.
Daraus ergeben sich in Abhängigkeit des zu verarbeitenden Füllstoffes spezifische technologische Probleme und Herausforderungen, um homogene Werkstoffverbunde mit dem gewünschten Eigenschaftsniveau zu erzielen.
In der PUR-Verarbeitung gibt es verschiedene Verfahren mit denen Füllstoffe verarbeitet werden können. Nicht jedes Verfahren ist dabei für jeden Füllstoff geeignet.
Durch die Spezifik der Füll- und Verstärkungsstoffe im Verarbeitungsprozess und den Wirkungsmechanismen der Füllstoffe in den jeweiligen Schaumsystemen ist die Anzahl der Anwendungen bisher limitiert. Im Rahmen des Projektes waren deshalb gezielt zu untersuchen:
– verarbeitungstechnische Fragestellungen der spezifischen Füllstoffverarbeitung mit dem Ziel, ein modular aufgebautes Anlagenkonzept zu entwickeln,
– Füll- sowie verstärkungsstoffbezogene Effekte in den einzelnen PUR-Systemen (Hartschaum, Weichschaum, Kompakt/ mikrozellular) mit dem Ziel eines applikationsbezogenen Füllstoffeinsatzes.
Vorteile und Lösungen
Die Ergebnisse aus den systematischen technologischen und den applikationsbezogenen materialspezifischen Untersuchungen wurden dahingehend zusammengefasst, dass
– ein modular aufgebauter Technologiebaukasten für die Verarbeitung der einzelnen Füllstoffe herausgearbeitet,
– ein Zusammenhang für die Problematik: Füllstoff, PUR-System, Verarbeitungstechnik, Eigenschaften, Applikationspotenzial erarbeitet und entwickelt wurde und damit
– eine breitere Anwendung der innovativen Füllstoffe generiert und Stoffkreisläufe durch Verwendung von Recyclingprodukten hier insbesondere Glashohlkugeln geschlossen werden können.
Im Rahmen des industrienahen, marktorientierten Forschungsvorhabens wurden somit die verarbeitungstechnischen und werkstofflichen Zusammenhänge, die sich aus der Kombination von Füll- oder Verstärkungsstoffen mit den PUR-Systemenergeben, untersucht.
Potenzielle Anwendungen für füllstoffhaltige PUR-Systeme ergeben sich in folgenden Bereichen:
– Hartschaum
– Bauindustrie (Wärmeleitfähigkeit, Druckfestigkeit, Haftung)
– Kühlanlagenbau, Transportbehälter (Wärmeleitfähigkeit, Druckfestigkeit, Haftung)
– Weichschaum
– Möbel/ Matratzen (Härte, Brandeigenschaften)
– kompakte bzw. mikrozellulare Systeme
– Vergussmassen (Dichte, Schwund, Brandeigenschaften)
– Konsumartikel (Wärmeleitfähigkeit)
Zielgruppe und Zielmarkt
Eine breite Varianz für die PUR-Verarbeitung gerade auch bezüglich der Füllstoffverarbeitung und im Technikumsbetrieb besteht in einer modifizierten Anlagenkonzeption. Idealerweise besteht eine derartige Maschine aus modular aufgebauten Komponentensträngen, wobei ein Komponentenstrang jeweils über den Tagesbehälter und die entsprechende Dosierpumpe (Axialkolbenpumpe, Zahnradpumpe, Tauchkolben oder Tandemkolben) verfügt. Über plug and play erkennt die Steuerung, welcher Strang gerade angeschlossen ist. Damit sind die verschiedenen Stränge wahllos miteinander kombinierbar und die verschiedensten Materialien dosierbar. Zusätzlich zur bereits erwähnten Steuerung ist ein Mischkopf (oder mehrere Mischköpfe; auch hier plug and play-Erkennung wünschenswert) mit der entsprechenden Hydraulik notwendig. Durch die Verwendung von 3-Komponenten-Mischköpfen oder modifizierten Mischköpfen könnte auf die jeweiligen Verarbeitungsbedingungen entsprechend reagiert werden. Dieses Verarbeitungskonzept ermöglicht ein hohes Maß an Flexibilität in Bezug auf die zu verarbeitenden Materialien. Die konsequente Umsetzung der Strangphilosophie lässt ein hohes Maß an Flexibilität erwarten und stellt den technologisch optimalen Ansatz dar.