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


Kurzfassung

In einem von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnte nun an der Universität Freiburg ein innovatives, vergleichsweise einfaches Verfahren entwickelt werden, unter Verwendung von biobasierten Bausteinen und vorzugsweise lösungsmittelfrei nachhaltige, gesundheitlich weniger bedenkliche Poly(ß-hydroxy)urethane (PHUs) herzustellen. 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 (shape memory effect). 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 Freiburg ein innovatives, vergleichsweise einfaches Verfahren entwickelt werden, unter Verwendung von biobasierten Bausteinen und vorzugsweise lösungsmittelfrei, nachhaltige, gesundheitlich weniger bedenkliche Poly(ß-hydroxy)urethane (PHUs) herzustellen. Diese werden mittels Polyaddition von di- oder mehrfunktionellen, 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

Anne Böse
+ 49 721 790 040
boese@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • DE anhängig
  • EP 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