18/10/2010

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Bayer MaterialScience: Polyurethan-Nanoschäume für die Wärmedämmung

Bayer MaterialScience arbeitet an der Entwicklung von Polyurethan (PUR)-Nanoschäumen, die in einigen Jahren die Wärmedämmung signifikant verbessern könnten. Das Unternehmen geht dabei von Mikroemulsionen aus, die unter überkritischen Bedingungen (Principle Of Supercritical Microemulsion Expansion, POSME) zu PUR-Hartschäumen umgesetzt werden. Ziel ist es, Hartschäume mit Porengrößen von weniger als 150 Nanometern Durchmesser herzustellen.

Doppelte Dämmleistung, reduzierter Energieverbrauch
"Solche Nanoschäume würden dank ihrer im Vergleich zu heutigen PUR-Schäumen doppelt so guten Wärmedämmleistung zum Beispiel den Stromverbrauch von Kühlgeräten deutlich reduzieren und dadurch auch einen großen Beitrag zur Verringerung der CO2-Emissionen leisten. Oder die Wände der Geräte könnten dünner ausgelegt werden, was mehr Stauraum für Kühlgut schaffen würde", erklärt Dr. Stefan Lindner, Experte für Polyurethan-Hartschaum bei Bayer MaterialScience.

Das Unternehmen kooperiert in 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.

Die Wärmedämmleistung eines Polyurethan-Hartschaums hängt vor allem von der Größe der Schaumstoffporen ab. Je kleiner ihr Durchmesser, desto geringer ist die Wärmeleitung und desto besser das Dämmverhalten. Heutige PUR-Hartschäume haben typischerweise Porengrößen von rund 150 Mikrometern, was etwa dem 1.000-fachen der Porengröße der für die Zukunft geplanten Nanoschäume entspricht.

Zur Synthese eines Nanoschaums nach dem POSME-Konzept werden Kohlendioxid (CO2) und die flüssigen PUR-Rohstoffe Polyol und Isocyanat mit Hilfe spezieller Tenside unter hohen Drücken von 200 bar vermischt. Es 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 reagieren die PUR-Rohstoffe zu einem 3D-Polymernetzwerk in Form eines festen PUR-Schaums.

"Der 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 Lindner. "Keine leichte Aufgabe", fährt Dr. Wolfgang Friederichs, Leiter der Globalen Produktforschung Polyurethane bei Bayer MaterialScience, fort. "Wir gehen davon aus, dass uns die Lösung dieser Aufgabe noch einige Jahre beschäftigen wird."