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Polyurethan-Nanoschäume

(17.10.2010) Bayer MaterialScience arbeitet zusammen mit Partnern an der Entwicklung von Polyurethan-(PUR-)Nanoschäumen, die in einigen Jahren die Wärmedämmung signifikant verbessern sollen. Ausgangspunkt sind Mikroemulsionen, die sich unter überkritischen Bedingungen (Principle Of Supercritical Microemulsion Expansion, POSME) zu PUR-Hartschäumen mit Porengrößen von weniger als 150 Nanometern (nm) Durchmesser entwickeln.

Zur Erinnerung: Die Dämmleistung eines PUR-Hartschaums ergibt sich vor allem aus der Größe der Schaumstoffporen: Je kleiner ihr Durchmesser, desto geringer ist die Wärmeleitung und desto besser das Wärmedämmverhalten. Heutige PUR-Hartschäume haben typischerweise Porengrößen von rund 150 Mikrometer (µm), was in etwa dem 1.000-fachen der Porengröße entspricht, die man für die Nanoschäume anstebt.

Zur Synthese eines Nanoschaums werden gemäß dem POSME-Konzept Kohlendioxid (CO₂) sowie die flüssigen PUR-Rohstoffe Polyol und Isocyanat mit Hilfe ausgewählter Tenside unter hohem Druck von 200 bar vermischt. So entsteht eine Mikroemulsion mit nanometerkleinen, CO₂-gefüllten und mit Tensid ummantelten Tröpfchen. Anschließend wird der Druck gesenkt. Dadurch dehnt sich das CO₂ aus und die Tröpfchen werden zu immer noch nanometerkleinen Bläschen. Parallel dazu reagieren die PUR-Rohstoffe und entwickeln ein 3D-Polymernetzwerk in Form eines festen PUR-Schaums.

„Unser Kunstgriff besteht unter anderem darin, die Reaktion der PUR-Rohstoffe und das Aufblähen der CO₂-Bläschen durch geschickte Wahl der Prozessparameter optimal aufeinander abzustimmen, damit sich Nanoporen mit dem gewünschten Durchmesser bilden“, so Dr. Stefan Lindner, Experte für Polyurethan-Hartschaum bei Bayer MaterialScience. „Keine leichte Aufgabe“, ergänzt Dr. Wolfgang Friederichs, Leiter der Globalen Produktforschung Polyurethane bei Bayer MaterialScience. „Wir gehen davon aus, dass uns die Lösung dieser Aufgabe noch einige Jahre beschäftigen wird.“

Das Unternehmen kooperiert bei diesem Forschungsprojekt mit Prof. Reinhard Strey vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Köln, der für das POSME-Konzept eine Patentanmeldung eingereicht hat. Sein Arbeitskreis optimiert im Rahmen der Zusammenarbeit die Eigenschaften der Mikroemulsionen.

Bayer MaterialScience plant, die vorgenannten Entwicklungen auch auf der K 2010 (vom 27. Oktober bis 3. November 2010, in Halle 6, Stand A 75) in Düsseldorf vorzustellen.

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