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Isocyanatfreie, „grüne“ Polyhydroxyurethane (PHU) mit programmier- und schaltbaren Formen (SMPs)


Kurzfassung

Mit diesem vergleichsweise einfachen Verfahren können unter Verwendung von biobasierten Bausteinen und vorzugsweise lösungsmittelfrei nachhaltige und somit gesundheitlich weniger bedenkliche Poly(ß-hydroxy)urethane (PHUs) hergestellt werden, die über einen shape memory effect verfügen (SMPs). Das Verfahren kommt dabei ohne Isocyanate aus und die verwendeten Monomere sind feuchtigkeitsunempfindlich. Die so hergestellten teilkristallinen Polyurethanmaterialien bzw. Mehrschichtsysteme können gezielt über die Temperatur oder durch Wasseraufnahme definierte, zuvor einprogrammierte Formänderungen vollführen (auch 'triple shape memory'). Möglich sind vielfältige Anwendungen als Formkörper, Beschichtungen, Fasern, Folien, Aktuatoren oder auch als Bauteile in der Medizintechnik.


Hintergrund

Sogenannte Shape Memory-Polyurethane (SMPs) reagie­ren auf wechselnde Umgebungseinflüsse mit einer Ände­rung ihrer Polymerstruktur. Sie weisen dabei ein Formge­dächtnis auf, d. h. sie können sich an ihre frühere Struktur trotz zwischenzeitlich induzierter Umformung „erinnern“ und in diese zurückkehren.


Problemstellung

Konventionelle, „stimulus-responsive“ Polyurethane wer­den aus toxischen und Phosgen-basierten Isocyanaten hergestellt. Diese Isocyanate können Allergien auslösen, Hautirritationen verursachen und stehen insbesondere im Verdacht, Krebs zu erregen. Werden aromatische Isocya­nate verwendet, entstehen außerdem toxische aromati­sche Amine als Abbauprodukte.


Lösung

In einem von der Baden-Württemberg Stif­tung gGmbH geförderten Projekt konnte nun an der Uni­versität Frei-burg ein innovatives, vergleichsweise einfa­ches Verfahren entwickelt werden, unter Verwendung von biobasierten Bausteinen und vorzugsweise lösungsmit­telfreie, nach­haltige, gesundheitlich weniger bedenkliche Poly(ß-hydroxy)urethane (PHUs) herzustellen. Diese werden mittels Polyaddition von di- oder mehr-funktionel­len, bevorzugt fünfgliedrigen, cyclischen Carbonaten mit di- oder mehrfunktionellen Aminen erhalten. Die Carbo­nate können dabei über chemische Fixierung von Koh­lendioxid an Epoxiden erhalten werden und so auch die chemische und biologische Kohlendioxidfixierung kombi­nieren.
Die erfindungsgemäßen teilkristallinen Polyurethanmate­rialien bzw. Mehrschichtsysteme können gezielt über die Temperatur oder durch Wasseraufnahme definierte, ein­programmierte Formänderungen vollführen (‚shape memory effect‘).


Vorteile

  • Vergleichsweise einfache Synthese von „grünen“ Poly(ß-hydroxy)urethanen  
  • Verzicht auf Isocyanate
  • Verwendung biobasierter Bausteine
  • Lösungsmittelfrei
  • Feuchtigkeitsunempfindliche Monomere
  • Zusatz von Additiven möglich, welche die Eigenschaften der PHUs tunen können
  • ‚Triple shape memory‘-Verhalten
  • Reversible ‘two-way shape memory’
  • Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen PHUs

Anwendungsbereiche

Die vorliegenden SMPs sind nun vergleichsweise einfach zu synthetisieren, lassen sich durch Verzicht auf Isocyanate umweltfreundlich herstellen und weisen trotzdem ohne Einbußen „stimulus-responsive“ Eigenschaften von gängigen SMPs auf.
Möglich sind vielfältige Anwendungen als Formkörper, Beschichtungen, Fasern, Folien, Aktuatoren oder auch als Bauteile in der Medizintechnik.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr. Dirk Windisch
+ 49 721 790 040
windisch@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • DE 102017001393 A1 anhängig

Stichworte

isocyanatfrei, umweltfreundlich, PHU, Polyhydroxyurethan, biobasiert, schaltbar, SMP, shape memory effect, Formkörper, Beschichtungen, Fasern, Folien

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr