Oberflächentechnologie

Forschungsprojekt

Polyurethandispersionen aus biotechnologisch modifizierten Pflanzenölen

Im Gegensatz zur Energiegewinnung, bei der auch Sonnenenergie, Wind- oder Wasserkraft zum Tragen kommen, ist Biomasse für die Erzeugung chemischer und pharmazeutischer Produkte die einzige alternative Kohlenstoffquelle zu fossilen Rohstoffen. Ein neues Verfahren ist die biotechnologische Herstellung von Synthesebausteinen, bevorzugt aus nachwachsenden Rohstoffen. Die entwickelten Lackharze sind nicht nur nachhaltiger als petrochemische Erzeugnisse, sondern verfügen auch über sehr gute chemische und mechanische Eigenschaften.

© Fraunhofer WKI
Polyesterkomponente für PU-Lack
© Fraunhofer WKI
Lasur eines PU-Acrylats mit 34 % biotechnologisch erzeugten Komponenten.

Für den Bereich Farben und Lacke wurden 2005 bereits 64 000 Tonnen nichtfossiler Öle genutzt, was etwa 5,6 % der Gesamtproduktion der pflanzlichen Öle und tierischen Fette entspricht. Üblicherweise werden die biogenen Rohstoffe chemisch modifiziert und anschließend polymerisiert. Neben der Chemie der biogenen Öle und Saccharide, bietet sich dem Fraunhofer WKI mit der Nutzung biotechnologisch gewonnener Rohmaterialien ein drittes Standbein bei der Lackharz- bzw. Klebstoffsynthese. 

Aus dem biotechnologisch hergestellten 1,3-Propandiol und der 1,18-Octadecandicarbonsäure werden Polyersterpolyole synthetisiert. Diese werden zu Polyurethanen umgesetzt, aus denen anschließend PU-Dispersionen bzw. PU-Acrylat-Dispersionen hergestellt werden.

Die Verwendung von 1,3-Propandiol bewirkt eine Verbesserung des Festigkeits-Elastizitäts-Verhältnisses gegenüber üblichen Synthesebausteinen und ermöglicht daher eine Substitution von längerkettigen Diolen, wie z. B. 1,6-Hexandiol, wodurch ggf. eine Kostenreduktion erzielt werden kann. Die Verwendung langkettiger Dicarbonsäuren in den Polyurethandispersionen führt zu hochelastischen Lackfilmen, die aufgrund ihrer geringen Esterbindungsdichte eine hohe Hydrolysebeständigkeit erwarten lassen. Sie können daher als elastifizierende Komponente für witterungsbeständige PU-Acrylatdispersionen verwendet werden. Der Anteil der biotechnologisch basierten Komponenten in der Dispersion beträgt zurzeit 34 %. Die Synthese von weiteren Edukten im Bereich der Biotechnologie und die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen bei der Synthese ermöglichen in absehbarer Zeit die Herstellung von Lackdispersionen mit einem biogenen Anteil von weit mehr als 70 %. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sind diese Produkte vielfach mit petrochemisch hergestellten Erzeugnissen ökonomisch vergleichbar.