Polyurethan-Präpolymere auf der Basis von Sacchariden und Saccharid-Derivaten

Polyurethane gehören mit einem weltweiten Jahresverbrauch von 7.5 Mio t (1998) zu den wirtschaftlich fünf wichtigsten Spezialkunststoffen. Produkte auf der Basis nachwachsender Rohstoffe spielen bei deren Herstellung eine immer größer werdende Rolle. Bei Kohlenhydraten werden insbesondere die Polyhydroxy-Charakteristika, d.h. die hohe Funktionalität, die zur Stabilität von Polyurethanen beiträgt, ausgenutzt. Die gute Verfügbarkeit und der niedrige Preis sind neben der flammhemmenden Wirkung weitere Argumente für deren Einsatz. Aufgrund der Unverträglichkeit von Kohlenhydraten mit anderen Komponenten der Polyurethan-Formulierung ist deren Anwendungspotenzial jedoch erheblich herabgesetzt. Ein effizienter und industriell relevanter Syntheseweg zur Herstellung einer neuartigen Klasse von Polyurethan-Präpolymeren auf Basis von niedermolekularen Sacchariden und Isocyanaten wurde daher im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Aufgrund der hohen Funktionalität niedermolekularer Kohlenhydrate wurden zunächst Untersuchungen bzgl. der Regioselektivität der Isocyanat-Addition in Abhängigkeit der Saccharidstruktur, der Isocyanatreaktivität sowie verschiedener Katalysatoren durchgeführt. Die Lösungs-Polyaddition verschiedener Saccharide mit Diisocyanaten und Monoisocyanaten erfolgte in einem für Polyurethane herkömmlich verwendeten Flammschutzmittel, wobei sogenannte Saccharid-Isocyanat-Präpolymere erhalten wurden. Die chemischen Strukturen und physikalischen Eigenschaften der Produkte werden in der vorliegenden Arbeit beschrieben. Weiterhin wurden die neuartigen Polyurethan-Präpolymere in Polyurethan-Fertigprodukte, wie Hart- und Weichschaumstoffen sowie Elastomeren, eingebracht und diese anwendungstechnischen Prüfungen unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, dass die mechanischen sowie physikalischen Eigenschaften der Polyurethan-Produkte entscheidend verbessert werden konnten wobei gleichzeitig der Anteil an nachwachsenden Rohstoffen ansteigt. Das entwickelte Verfahrenskonzept zur industriellen Synthese der Saccharid-Isocyanat-Präpolymere diente als Grundlage einer Kostenrechnung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Herstellung der Präpolymere.