Polyurethan ist hochelastisch, verschleißfest und langlebig und wird beispielsweise in Kissen, Fasern, Wärmedämmstoffen, Farbstoffen, Klebstoffen und Autoteilen verwendet. Polyurethan ist ein industriell wichtiger Polymerwerkstoff mit einem geschätzten weltweiten Marktwert von 75 Milliarden Dollar.
Die meisten Polyurethane werden derzeit durch die Reaktion von Diisocyanat mit Diol synthetisiert. Allerdings sind Isocyanatverbindungen hochgiftig, und aus gesundheitlichen und ökologischen Gründen werden in jüngster Zeit insbesondere in der EU die Vorschriften für die Verwendung von Diisocyanat verschärft. In den letzten Jahren wird aktiv an der Synthese von Polyurethan ohne Verwendung von Isocyanatverbindungen geforscht, um eine nachhaltige Gesellschaft zu verwirklichen.
Die meisten aktuellen Methoden sind jedoch aufgrund der damit verbundenen Vielfalt an Problemen nicht praktikabel: Sie haben einen geringen Nutzen und hohe Umweltkosten, und die Qualität des daraus hergestellten Polyurethans ist gering und teuer.
Vor diesem Hintergrund haben der außerordentliche Professor der Universität Kobe, Tsuda, und AGC ihre Bemühungen gebündelt, um gemeinsam eine neuartige Polyurethan-Synthesemethode zu entwickeln. Die Zusammenarbeit zwischen Universität und Industrie zwischen der Forschungsgruppe von außerordentlichem Professor Tsuda, den Pionieren der organischen Photo-on-Demand-Synthesemethode, und AGC, einem Hersteller von fluorierten Verbindungen und Polyurethan-Rohstoffen, schuf ein neues akademisches Feld und eine neue industrielle Aktivität, die auf der Entwicklung einer neuen Polyurethan-Synthesemethode und von Funktionsmaterialien basiert.
Inhalt der Recherche
Eine Vielzahl fluorierter Biscarbonate (BFBC) wurde durch eine Kondensationsreaktion von fluorierten Carbonaten, die im Photo-on-Demand-Syntheseverfahren aus fluorierten Alkoholen und Chloroform synthetisiert wurden, mit Diolen synthetisiert. Das erzeugte BFBC konnte durch einfaches Trocknen der gewonnenen Probenlösung bei reduziertem Druck gereinigt werden, was die quantitative Gewinnung der Zielsubstanz durch einen einfachen Vorgang ermöglichte.
Die Synthese eines Nicht-Isocyanat-Polyurethans (NIPU) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von über 10.000 wurde durch Polykondensation des abgeleiteten BFBC mit Diamin erreicht. Das ohne Lösungsmittel synthetisierte NIPU verfärbte sich bei über 120 °C nur leicht und diese Verfärbung wurde bis 100 °C nicht beobachtet. Wenn andererseits ein Lösungsmittel verwendet wird, kann es bei einer niedrigeren Temperatur polymerisiert werden und ein farbloses NIPU mit hohem Molekulargewicht wird in hoher Ausbeute erhalten.
Durch eine geeignete Kombination von BFBC und Diaminen in harten und weichen Segmenten gelang es ihnen, ein hochelastisches farbloses und transparentes Polyurethan zu bilden. Es gelang ihnen auch, ein neuartiges fluoriertes Polyurethan zu synthetisieren, bei dem es sich um ein farbloses transparentes Öl handelt.
Die Vielfalt und Art der synthetisierten Polyurethane, die von allgemeinen Zwecken bis hin zu spezifischen Anwendungen reichen, bieten im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Synthesemethoden von NIPU die folgenden Vorteile:
Zukunftsperspektiven
Das herkömmliche Polyurethan-Syntheseverfahren mit Isocyanat bietet aus Kostensicht Vorteile. Die neuartige und nützliche Synthesemethode für Nicht-Isocyanat-Polyurethan (NIPU) unter Verwendung dieser neu entwickelten fluorierten Carbonate und fluorierten Bicarbonate kann jedoch mehrere herkömmliche Methoden im Hinblick auf die Umsetzung einer nachhaltigen Gesellschaft ersetzen und darüber hinaus die Herstellung funktioneller Polyurethane ermöglichen, die mit herkömmlichen Methoden nicht synthetisiert werden können.
Derzeit wird sowohl aus akademischer als auch aus industrieller Sicht daran geforscht, dieses Verfahren auf den Markt zu bringen.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Bulletin der Chemical Society of Japan.
Mehr Informationen:
Sasuga Hosokawa et al., Nicht-Isocyanat-Polyurethan-Synthese durch Polykondensation von Alkylen- und Arylen-Bis(fluoralkyl)-bis(carbonat)en mit Diaminen, Bulletin der Chemical Society of Japan (2023). DOI: 10.1246/bcsj.20230066