Hurtig produktion af isocyanatfri, biobaseret polyurethanskum ved omgivelsestemperatur

Forskere fra CERM (Center for Education and Research on Macromolecules) ved University of Liège har netop udviklet en innovativ proces til fremstilling af isocyanatfri, genanvendelig og biobaseret polyurethan (PU) skum ved at bruge en hurtig skummende teknologi fra stuetemperaturformuleringer.

Denne innovation tilbyder et banebrydende alternativ til den traditionelle proces baseret på giftige isocyanater. Undersøgelsen er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Polyurethanskum (PU), produceret i årtier af den giftige isocyanatkemi og i øjeblikket under strenge restriktioner for brug, er stadig essentielle materialer i vores hverdag. Hårde PU-skum er vigtige aktører i den drastiske reduktion af vores energibehov, når de bruges som varmeisolerende paneler i gulve, vægge og tage samt i køleskabsdøre. I deres fleksible udgaver bruges skummet hovedsageligt til komfortanvendelser i madrasser, sofaer, autostole og sportsskosåler, men også til akustisk isolering eller stødabsorberende materialer.

Selvom der i øjeblikket udvikles forskellige PU-genbrugsstrategier, er håndteringen af ​​PU-skums udtjente levetid stadig problematisk. Derudover søger mange kunder i skumsektoren efter isocyanatfrie og ideelt biobaserede materialer. Forskere søger intensivt efter alternativer til fremstilling af skummet ved at udnytte lokalt tilgængelige ressourcer og samtidig gøre dem nemme at genbruge. At udvikle sådanne cirkulære og mere bæredygtige skum udgør en stor udfordring, især når eftermontering af eksisterende industrielle skumningsinfrastrukturer skal overvejes.

"I 2022 introducerede vi den første genanvendelige isocyanatfri polyurethanskum (NIPU) fremstillingsproces, hvor der blev brugt vand til at producere skummidlet (CO₂ ), det enkleste og mest økonomiske system, der nogensinde er rapporteret," forklarer Christophe Detrembleur, kemiker ved CERM (Center for Education and Research on Macromolecules).

"Denne teknologi efterligner skumdannelsen af ​​konventionelle PU'er, men uden at bruge giftige isocyanater. Den er baseret på brugen af ​​vand og en katalysator tilsat formuleringen bestående af cykliske carbonater og aminer. En del af de cykliske carbonater omdannes til blæsemidlet ( CO₂ ) som udvider matrixen, og den anden del bidrager til dens dannelse og hærdning."

Da denne opskumningsproces kræver en termisk behandling for at finde sted, er den meget velegnet til fremstilling af NIPU-skum i opvarmede støbeforme, dvs. til kompleksformet skum (autostole, skosåler osv.). Det er dog ikke tilpasset den hurtige opskumning ved stuetemperatur, som mange skumproducenter kræver.

"I et nyt forskningsprojekt, som der netop er indgivet patent på, demonstrerer vi, hvordan denne proces kan producere NIPU-skum fra stuetemperaturformuleringer på rekordtid, og stadig bruge vand til at generere skummidlet," forklarer CERM-forsker Maxime Bourguignon . "Idéen er at skabe kaskadereaktioner, der spontant og hurtigt genererer, og derved fremskynde fremstillingen af ​​NIPU-matrixen og dens skumdannelse ved at efterligne den traditionelle isocyanatbaserede proces.

"Stort set alle anvendelser af PU-skum, både stive og fleksible, kan derfor forestilles ved hjælp af denne teknologi, uden at det kræver brug af en ekstern varmekilde til deres fremstilling. Desuden skum med et højt biobaseret indhold (70%–90%) kan nemt produceres på mindre end to minutter."

Denne innovative teknologi er enkel, modulær, robust og meget nem at implementere. "Alt, der er tilbage nu, er at overbevise PU-skumproducenter, som er meget konservative, til at bruge denne proces til at producere den næste generation af skummaterialer, der forventes at opfylde de nye lovkrav, sociale behov og vores bæredygtighedsimperativer," slutter Detrembleur.

Flere oplysninger: Maxime Bourguignon et al., Cascade Exotherms for Rapidly Producing Hybrid Nonisocyanate Polyurethane Foams from Room Temperature Formulations, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c11637

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af University de Liege