BMWi IGF 17121 BR | Laufzeit: 10.2012 – 03.2015
Silke Grund, FILK Freiberg; Antje Lieske, Fraunhofer IAP Potsdam
Das IGF-Vorhaben 17121 BR der Forschungsvereinigung „Verein zur Förderung des Forschungsinstitutes für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) Freiberg/Sachsen e.V., Meißner Ring 1, 09599 Freiberg“ wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.
Ziel des Gesamtprojektes war die Entwicklung von kalandrierfähigen aliphatischen acrylatbasierenden TPU für Beschichtungs-Anwendungen im Außenbereich, um damit die Lücke zwischen herkömmlichen TPU und Fluorpolymeren zu schließen. Die technischen Herausforderungen bestanden in der Synthese von geeigneten acrylatbasierenden Polymer-Diolen, in der Ermittlung geeigneter Verfahrensparameter zur Herstellung der TPU, sowie der Herausarbeitung der Prozessparameter für die Verarbeitung der neu entwickelten TPU durch Kalandrieren.
Es wurden zunächst an beiden Forschungsstellen erfolgreich zwei Verfahren zur Reaktivextrusion von TPU auf der Basis kommerziell eingeführter Polyesterdiole entwickelt. Mit diesen Verfahren (Präpolymer- bzw. one shot-Verfahren) ist eine reproduzierbare kontinuierliche Herstellung von TPU, angefangen vom Labormaßstab bis in technische Größenordnungen hinein möglich, wobei TPU mit Eigenschaften, die denen marktgängiger Produkte entsprechen, erzeugt wurden.
Zur Herstellung von Poly(meth)acrylatdiolen als neuartigem Baustein für TPU wurde eine Vielzahl verschiedener Syntheserouten verfolgt; schlussendlich wurde eine ATRP-Methode als geeignet ausgewählt. Obwohl es gelang, sensitive Analysemethoden zu entwickeln und die analytischen Daten zunächst auf das Erreichen der mit den Polymer-Diolen verbundenen Zielsetzungen hindeuteten (steuerbare Molmasse und Glasübergangstemperatur, Funktionalität möglichst genau 2), erwies sich das Aufskalieren der Synthese zur Erzeugung prozessierbarer Mengen an Poly(meth)acrylatdiol als schlecht reproduzierbar.
Trotzdem konnten auf Basis der Poly(meth)acrylatdiole TPU synthetisiert werden, jedoch aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Mengen nur in einem Batch-Verfahren, nicht als Umsetzung mittels des entwickelten Reaktivextrusionsverfahrens. Die TPU wurden bezüglich thermischer und molekularer Parameter charakterisiert und dem Projektpartner FILK zur weiteren Prozessierung (Kalandrierung) übergeben. Aus den bei der TPU-Herstellung auf Basis der Poly(meth)acrylatdiole akkumulierten Daten, kombiniert mit den analytischen Daten der Diole muss geschlussfolgert werden, dass die Funktionalität der polymeren Diole vom gewünschten Wert 2 teilweise erheblich abwich, was dazu führte, dass nur Acrylat-TPU mit relativ geringen Molmassen synthetisiert werden konnten. Zudem wiesen die Acrylat-TPU eine ungenügende Phasenseparation auf und sind infolgedessen fast vollständig amorph, was zu Problemen bei der Weiterverarbeitung führte. Obwohl für das letztgenannte Problem für andere TPU-Systeme prinzipiell technisch erfolgreiche Lösungen existieren, muss aufgrund der synthetischen Probleme bei der Herstellung der Poly(meth)acrylatdiole konstatiert werden, das eine Überführung der verfolgten Syntheserouten für Acrylat-TPU in die Praxis nicht umsetzbar sein wird.
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