Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Thermoaktivierbare Bio-Klebstoffe (ThermoBIK); Teilvorhaben 1: Entwicklung neuer Polyesterpolyole und Polyurethandispersionen

Anschrift
Covestro Deutschland AG - CAS-A&TD-ADE-ADHI
51373 Leverkusen
Kaiser-Wilhelm-Allee
Kontakt
Dr. Martin Melchiors
Tel: +49 214 6009 5243
E-Mail: martin.melchiors@covestro.com
FKZ
22018212
Anfang
01.08.2014
Ende
31.12.2017
Aufgabenbeschreibung
Ziel des vorliegenden Projektes ist es, Polyurethan- Dispersionen für Klebstoffe zuerarbeiten, die mindestens 50% biobasierten Anteil (bezogen auf Festkörper) enthalten, bei signifikant, d.h. mindestens 25% reduziertem Carbon Footprint und die vergleichbare oder bessere Anwendungseigenschaften aufweisen als herkömmliche Produkte auf petrochemischer Basis. Anwendungen sollen in den Bereichen Automobil, Möbel und Schuh liegen. Hauptkomponenten (neben Wasser), aus denen die Klebstoffdispersionen bestehen, sind Polyurethane, bestehend aus Isocyanaten und Polyesterpolyolen, wobei die Eigenschaften des Polyurethans im Wesentlichen durch die Polyesterpolyolkomponente bestimmt werden. Polyesterpolyole werden heute kommerziell aus erdölbasierten Diolen und Dicarbonsäuren hergestellt. Biobasierte Substitute sind nur begrenzt oder in, im Vergleich zu petrochemischen Rohstoffen, abweichender Qualität vorhanden. Vor diesem Hintergrund müssen neue Rezepturen für den Einsatz biobasierter Rohstoffe entwickelt werden. ThermoBiK ist auf 3 Jahre angesetzt. Aus biogenen Dicarbonsäuren und Diolen werden kristallisierende Polyesterpolyole zum Einsatz in Polyurethan-Dispersionsklebstoffen hergestellt. Zu diesem Zweck müssen folgende Aspekte systematisch geprüft werden: 1. die technische Machbarkeit, 2. die wirtschaftliche Darstellbarkeit und 3. die ökologische Darstellbarkeit. Dabei ist experimentell herauszufinden, ob bereits erhältliche biogene Diole und Dicarbonsäuren genügen.
Ergebnisdarstellung
Lösemittelfreie, wasserbasierte Polyurethandispersions (PUD)-Klebstoffe werden bei der Herstellung einer Vielzahl von Konsumgütern eingesetzt. Produzenten in den Schwerpunktbereichen Automobil, Möbel und Schuh verwenden dabei typischerweise einzeln an Werkstoffe und Fertigungsverfahren angepasste, thermoaktivierbare Klebstoffformulierungen. Diese basieren bis heute ausschließlich auf petrochemischer Basis. Im Teilvorhaben 1 des Verbundvorhabens Thermoaktivierbare Bioklebstoffe hat Covestro Polyesterpolyole auf Basis von biogenen Monomerbausteinen wie Bernsteinsäure, Sebacinsäure, 1,3-Propandiol und 1,4-Butandiol für PU-Dispersionen hergestellt und charakterisiert. Daraus konnten thermoaktivierbare PU-Dispersionen hergestellt werden, die die typischerweise benötigten Dispersionsspezifikationen (Viskosität, Festkörpergehalt, Partikelgröße, pH-Wert, Thermoaktivierbarkeit, Hydrolysestabilität, Vernetzbarkeit) erfüllen. Für einen der am besten geeigneten Polyester wurde durch das Upscaling bis in den 5t-Maßstab durchgeführt und damit als wichtigste Vorstufe für PU-Dispersionen für den Produktionsmaßstab validiert. Im Rahmen der Nachhaltigkeitsbetrachtung wurde seitens Fraunhofer UMSICHT der Carbon Footprint und der biobasierte C-Anteil für verschiedene PUD-Rezepturen berechnet und ausgewiesen. Die neuen PU-Dispersionen weisen biogene Kohlenstoffanteile > 50 % auf und ermöglichen i. Vgl. zum fossil basierten Standard eine Reduktion im Carbon Footprint von > 25 %. Darüber hinaus wurden zwei Anwendungen betrachtet: die Sohlenklebung bei der Schuhfertigung und die Kaschierung von 3D-Möbelfronten mit Dekorfolien. Muster der biobasierten PUD wurden an die Projektpartner Henkel AG (TV 2) für anwendungstechnische Untersuchungen mit Schwerpunkt auf den Schuhbereich und an den Projektpartner Jowat SE (TV 3) mit anwendungstechnischen Untersuchungen für Einsatzbereiche in der Möbelindustrie und der Automobilindustrie geliefert und dort eingesetzt und getestet.

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