Fraunhofer: Wie Polyurethan künftig ohne giftiges Isocyanat hergestellt werden kann

Ohne Polyurethane geht wenig. In Polstermöbeln wird das Material genauso verwendet wie in Dämmstoffen, Fußböden, Lacken und Medizinprodukten.

Um es herzustellen, ist das giftige Isocyanat nötig. Noch.

Denn in einem Gemeinschaftsprojekt haben Forschende an mehreren Fraunhofer-Instituten ein neues Produktionsverfahren entwickelt, bei dem unschädliches Dicarbamat eingesetzt wird. Ein weiterer Vorteil: Um den Stoff herzustellen, wird CO2 verwendet.

Das Verfahren entstand am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam. Ebenfalls beteiligt waren die Fraunhofer-Institute für Chemische Technologien ICT nahe Karlsruhe, für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Ifam in Bremen und für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen. 

Die Forscher versprechen sich von dem neuen Verfahren eine einfachere und sicherere Produktion von Kunststoffen. Mitarbeiter müssen nicht mehr gesondert geschult werden, um mit giftigen Stoffen umgehen zu können. Es entstehen auch weniger Treibhausgase. Ein weiterer Vorteil: Dicarbamate sind weniger reaktiv als Isocyanate, weshalb ein Prozess für Polyurethane zwar sechs bis acht Stunden statt Minuten dauert, aber viel besser zu steuern ist. So fällt weniger Ausschuss an, die Qualität ist gleichmäßiger. Was zunächst nur im Labor erfolgreich war, funktioniert inzwischen auch in größerem Maßstab.

„Wir sind inzwischen schon in der Lage, in unserem Technikum einige Kilogramm zu produzieren“, sagt Projektleiter Christoph Herfurth. „Im nächsten Schritt können dann im Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau mehrere Hundert Kilo hergestellt werden.“

Polyurethan (PU) ist ein vielseitiger Kunststoff, der sich unterschiedlich anfühlen und verhalten kann – wie Schaumstoff, Gummi oder sogar hartes Plastik. Polyurethan kommt vor in Matratzen & Polsterungen → als weicher Schaumstoff, Schuhsohlen → elastisch und dämpfend, Schwämmen → als weicher Schaum, Dämmmaterial → zur Wärmeisolierung in Häusern, Lacken & Beschichtungen → als schützende Oberfläche oder Autositzen & Innenverkleidungen

Ziel: Herstellung von Polyurethanen (PUR) ohne giftige Isocyanate

Innovation:

• Ersatz von toxischem Isocyanat durch unbedenkliches Dicarbamat
• Nutzung von CO₂ zur Herstellung des Dicarbamats
• Identische Molekülstrukturen wie bei klassischen PUR
• Kontrollierbarer Produktionsprozess mit geringerer Ausschussquote

Vorteile:

• Höhere Arbeitssicherheit
• Weniger Treibhausgas-Emissionen
• Recyclingfähigkeit der Materialien
• Beitrag zur nachhaltigen Kreislaufwirtschaft

Herstellung:

• Synthese von Dicarbamaten bei 50 bar aus Methanol, CO₂ und Diaminen
• Verarbeitung bei 180–190 °C
• Reaktionszeit: 6–8 Stunden (statt weniger Minuten bei Isocyanaten)

Anwendungen:

• Biokompatible Katheterschläuche
• Klebstoffe für Medizintechnik
• Perspektivisch: Schaumstoffe, Dämmstoffe, Lacke u. a. PUR-Produkte

Quelle: Fraunhofer Institut - Nachhaltige Polyurethan-Produktion ohne giftiges Isocyanat