Duurzame polyurethaanproductie zonder giftig isocyanaat

De productie van polyurathanen is afhankelijk van giftig isocyanaat. Onderzoekers hebben nu echter een alternatief productieproces ontwikkeld met behulp van het onschadelijke dicarbamaat. Werknemers hoeven dan dus geen speciale training meer te volgen om zich te beschermen tegen isocyanaat.

Isocyanaat is giftig en kan allergieën of astma veroorzaken. Hoewel het eindproduct PUR geen isocyanaten meer bevat, zijn er tijdens de productie speciale veiligheidsmaatregelen nodig om ze uit de buurt van mensen te houden en gezondheidsrisico’s te vermijden. Voor het eerst zijn de onderzoekers er nu dus in geslaagd polyurethanen te produceren zonder isocyanaten te gebruiken.

Het team verving isocyanaat door het onschadelijke dicarbamaat. Dit innovatieve proces maakt de productie van kunststoffen eenvoudiger en veiliger. Werknemers hoeven geen speciale training meer te volgen om zich te beschermen tegen de giftige stof. Een bijkomend voordeel: het proces resulteert in lagere broeikasgasemissies. Dit komt doordat de onderzoekers koolstofdioxide gebruiken voor de productie van dicarbamaat. Ze ontwikkelen ook recyclingmethoden voor gebruikte PUR-materialen.

Identiek

Het onderzoek CO2NIPU werd uitgevoerd door het Fraunhofer Instituten for Applied Polymer Research (IAP), Chemical Technologies (ICT), Manufacturing Technology and Advanced Materials, en Environmental, Safety and Energy Technology.

Projectmanager Christoph Herfurth: “De moleculaire structuren van polyurethanen gemaakt van dicarbamaten zijn identiek aan die van conventioneel PU gemaakt van isocyanaten. Dit betekent dat bestaande expertise kan worden benut om de materiaaleigenschappen te bereiken die nodig zijn voor het eindproduct of de toepassing.”

Industriële haalbaarheid

De onderzoekers hebben het proces verder ontwikkeld met het oog op industriële haalbaarheid. Verschillende chemicaliën worden in specifieke verhoudingen gemengd om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Ketenverlengers helpen bij het crosslinken van de moleculaire groepen en zorgen voor elastische of hechtende eigenschappen. Polymeerdiolen dienen om het plastic te verzachten, terwijl het dicarbamaat, als vervanging voor isocyanaat, het chemische proces initieert. Na het mengen worden deze chemicaliën gesmolten en geroerd bij temperaturen tussen 180 en 190 graden Celsius. Na afkoeling testen de experts eigenschappen als treksterkte en elasticiteit.

Duurt langer

Isocyanaten zijn zeer reactief, waardoor polyurethanen vaak al binnen enkele minuten gevormd worden. Hoewel het gebruik van minder reactieve dicarbamaten hetzelfde proces verlengt tot zes tot acht uur, maakt dit het veel gemakkelijker te controleren en te reguleren. Dit vermindert afval en kwaliteitsschommelingen in de productie.

De technologie voor de productie van isocyanaatvrije polyurethanen wordt nu ook buiten het laboratorium toegepast. “We kunnen nu enkele kilogrammen NIPU produceren in onze proefinstallatie. In de volgende stap zal het mogelijk zijn om enkele honderden kilogrammen NIPU te produceren”, aldus Herfurth.