Natural Oil Polyols erschließen Polyurethan-Hartschaum-Anwendungen

Für die Herstellung von Polyolen – neben Isocyanaten eine der beiden Ausgangskomponenten für Polyurethane (PUR) – werden schon seit vielen Jahren natürliche Komponenten wie Industriezucker, Glycerin und Sorbit eingesetzt. Zurzeit werden verstärkt sogenannte Natural Oil Polyols (NOP) entwickelt, die neben den erwähnten Rohstoffen auch Pflanzenölbestandteile enthalten. Experten gehen davon aus, dass die Bedeutung solcher Polyole, die zu einem größeren Anteil auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, aller Voraussicht nach weiter zunehmen wird.

Die Anwendung von Natural Oil Polyols wird als nachhaltiger angesehen als die Verwendung von auf fossilen Brennstoffen basierenden herkömmlichen Werkstoffen, und die Nachfrage nach solchen „grünen“ Produkten steigt stetig. Jedoch haben die bisher am Markt eingeführten Natural Oil Polyols auch Nachteile, die den Anwendungsbereich einschränken. Nun hat Bayer Materialscience, Leverkusen, ein innovatives Produktionsverfahren entwickelt, mit dem sich viele dieser Herausforderungen meistern lassen.

Das Verfahren wurde zur Herstellung von Natural Oil Polyols für Hartschäume aus Polyurethan entwickelt. Inzwischen ist es zum Patent angemeldet. Polyurethan-Hartschäume zeichnen sich durch die beste Wärmedämmleistung aller marktgängigen Werkstoffe aus und werden weltweit in großem Umfang zur effizienten Isolierung von Gebäuden, Kühlgeräten und Pipelines eingesetzt.

„Das neue Verfahren vereinigt auf ausgeklügelte Weise zwei unterschiedliche chemische Reaktionen in einem Schritt“, erläutert Dr. Klaus Lorenz, Senior Principal Scientist in der Polyether-Verfahrensentwicklung bei Bayer Materialscience. „Durch die Kombination von Alkoxylierung und Umesterung lassen sich Polyole mit hohen Anteilen an Pflanzenölkomponenten und gleichzeitig mit dem gewohnten Eigenschaftsspektrum sowie in der bekannten strukturellen Vielfalt konventioneller Polyole erhalten“.

Polyurethaneigenschaften teilweise sogar verbessert

Auf dieser Basis werden Hartschaumstoffe hergestellt, die bei Verwendung verschiedener gängiger Treibmittel nicht nur ähnliche Eigenschaften wie konventioneller Produkte haben; sie sind zum Teil sogar besser. Kundenspezifische Anforderungen konnten damit erfüllt werden.

Die ausgezeichnete Verträglichkeit mit konventionellen Polyolen ermöglicht die Steigerung des NOP-Anteils in den Rezepturen, so dass die Hartschäume beispielsweise problemlos die Beschaffungsrichtlinie der amerikanischen Regierung erfüllen können. In den USA werden Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen gegenüber solchen auf Basis petrochemischer Rohstoffe bevorzugt. Diese Richtlinie basiert auf einem Vorschlag des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA), demzufolge im Rahmen der Beschaffung von Produkten einschließlich Baukonstruktionswerkstoffen durch die öffentliche Hand ein Mindestgehalt an nachwachsenden Rohstoffen für die Einstufung als „biobasiert“ festzulegen sei.

Im Falle der Isolierung von Gebäudewänden soll ein Hartschaum (Sprühschaum oder Dämmplatte) mindestens zu 8% auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, um diese Anforderung zu erfüllen. Während Polyetherpolyole auf Basis von Zucker bis zu etwa 30% aus erneuerbaren Anteilen bestehen, ermöglicht das neue Verfahren die Herstellung von Natural Oil Polyols mit Gehalten an nachwachsenden Rohstoffen zwischen 40 und 70%. Aus diesen Natural Oil Polyols lassen sich Hartschäume mit Anteilen von etwa 10 bis 15% an natürlichen Rohstoffen produzieren, die damit die genannte Anforderung für die Einstufung als biobasiert sogar deutlich übertreffen.

Entscheidender Wettbewerbsvorteil auf dem Polyurethanmarkt

Im neuen Verfahren sieht Dr. Peter Seifert, globales Produktmanagement Polyether bei Bayer Materialscience „entscheidende Wettbewerbsvorteile in dem wichtigen Markt nachwachsender Rohstoffe für die Polyurethanherstellung“: „Damit lassen sich Hartschäume mit einem deutlich erhöhten Anteil nachwachsender Rohstoffe formulieren, die nicht nur durch ihren Beitrag zur Senkung des Energieverbrauchs, sondern auch durch die Wahl der Rohstoffe einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.“

Auf der Kunststoffmesse K 2007 hat Bayer Materialscience viel versprechende Anwendungen mit den neu entwickelten Polyolen vorgestellt. Ein Beispiel ist ein hochwertiges Kühlgerät der Firma Liebherr, dessen Isolierschicht aus einem NOP-haltigen Baytherm-Polyurethan-Hartschaum besteht. Es erfüllt die hohe Energieeffizienzklasse A+. Der Anteil nachwachsender Rohstoffe konnte bei diesem Projekt im Vergleich zu konventionellen PUR-Isolierschaumsystemen verdoppelt werden. Im Hinblick auf die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften steht das neue System den marktgängigen Hartschaumstoffen in nichts nach, sondern übertrifft diese sogar in einigen Aspekten.

Entwicklung neuer Polyurethane im Nafta-Raum auf dem Vormarsch

Die Formulierungsentwicklungen mit dem Ziel einer stärkeren Einbeziehung von Natural Oil Polyols in PUR- und Polyisocyanurat (PIR)-Hartschäumen für Verbundplatten und Blockschaum in Bauanwendungen kommen in der Region Nafta gut voran. „Wir sind sehr zuversichtlich, dass die Natural Oil Polyols, die Bayer Materialscience zurzeit entwickelt, einen wichtigen Beitrag zu unserem Portfolio an Hochleistungsprodukten liefern werden“, erläutert William J. Nicola, Leiter der Anwendungsentwicklung für Rohstoffe für Hartschaumspezialitäten bei der Bayer Materialscience LLC in Pittsburgh. „Unsere derzeitigen Aktivitäten in diesem Bereich zielen auf eine Markteinführung in der zweiten Jahreshälfte 2008.“

Mit einem Umsatz von 10,4 Mrd. Euro im Jahr 2007 gehört die Bayer Materialscience AG zu den weltweit größten Herstellern von Polymermaterialien. Die wichtigsten Abnehmerbranchen sind die Automobilindustrie, die Elektro-/Elektronik-Branche sowie die Bau-, Sport- und Freizeitartikelindustrie. Bayer Materialscience produziert weltweit an 30 Standorten und beschäftigte Ende 2007 etwa 15 400 Mitarbeiter. Bayer Materialscience ist ein Unternehmen des Bayer-Konzerns.