Duurzame polyurethaanproductie zonder giftig isocyanaat
Polyurethanen (PUR) worden in veel producten gebruikt, zoals gestoffeerde meubels, schuim- of isolatiematerialen, vloeren, verf en zelfs medische katheterbuizen. De productie van deze veelgevraagde kunststoffen is echter afhankelijk van giftig isocyanaat. Onderzoekers van Fraunhofer hebben nu een alternatief productieproces ontwikkeld met behulp van onschadelijk dicarbamaat.
© Fraunhofer IAP
Medische infuusslangen worden vaak gemaakt van polyurethanen. Een nieuwe productiemethode, ontwikkeld door Fraunhofer IAP, maakt de productie van hoogwaardige polyurethanen mogelijk zonder gebruik te maken van giftige isocyanaten.
Chemische verbindingen zoals isocyanaten zijn giftig en kunnen allergieën of astma veroorzaken. Toch blijven ze onmisbaar voor de chemische industrie. Ze zijn met name nodig bij de productie van PUR. Deze kunststoffen zijn zeer veelzijdig en worden daarom in veel producten gebruikt. Hoewel het eindproduct geen isocyanaten meer bevat, zijn er tijdens de productie speciale veiligheidsmaatregelen nodig om ze uit de buurt van mensen te houden en gezondheidsrisico’s te vermijden.
Fraunhofer-onderzoekers zijn er in het CO2NIPU-project (niet-isocyanaatpolyurethaan, NIPU) voor het eerst in geslaagd polyurethanen te produceren zonder gebruik te maken van isocyanaten.
Dicarbamaat als vervanging voor isocyanaat
Om dit te bereiken, verving projectmanager Christoph Herfurth van het Fraunhofer Instituut voor Toegepast Polymere Onderzoek IAP en zijn team isocyanaat door het onschadelijke dicarbamaat. Het innovatieve proces maakt de productie van kunststoffen eenvoudiger en veiliger. Werknemers hoeven geen speciale training meer te volgen om zich te beschermen tegen de giftige stof. Een bijkomend voordeel: het proces resulteert in lagere broeikasgasemissies. Dit komt doordat de onderzoekers koolstofdioxide gebruiken voor de productie van dicarbamaat. Ze ontwikkelen ook recyclingmethoden voor gebruikte PUR-materialen.
Naast Fraunhofer IAP namen ook het Fraunhofer Instituut voor Chemische Technologieën ICT, het Fraunhofer Instituut voor Productietechnologie en Geavanceerde Materialen IFAM en het Fraunhofer Instituut voor Milieu-, Veiligheids- en Energietechnologie UMSICHT deel aan het CO2NIPU-project. Herfurth wijst op de voordelen van dit innovatieve project: “De moleculaire structuren van polyurethanen gemaakt van dicarbamaten zijn identiek aan die van conventioneel PU gemaakt van isocyanaten. Dit betekent dat bestaande expertise kan worden benut om de materiaaleigenschappen te bereiken die nodig zijn voor het eindproduct of de toepassing.”
Modulair systeem voor materiaaleigenschappen
De onderzoekers hebben het proces verder ontwikkeld met het oog op industriële toepasbaarheid. Verschillende chemicaliën worden in specifieke verhoudingen gemengd om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. Zogenaamde ketenverlengers helpen bij het crosslinken van de moleculaire groepen en zorgen voor elastische of hechtende eigenschappen. Polymeerdiolen dienen om het plastic te verzachten, terwijl het dicarbamaat, als vervanging voor isocyanaat, het chemische proces initieert. Na het mengen worden deze chemicaliën gesmolten en geroerd bij temperaturen tussen 180 en 190 graden Celsius. Na afkoeling testen de experts eigenschappen zoals treksterkte en elasticiteit.
Isocyanaten zijn zeer reactief, waardoor polyurethanen vaak al binnen enkele minuten gevormd worden. Hoewel het gebruik van minder reactieve dicarbamaten hetzelfde proces verlengt tot zes tot acht uur, maakt dit het veel gemakkelijker te beheersen en te reguleren. Dit vermindert afval en kwaliteitsschommelingen in de productie.
Circulaire economie voor de kunststofindustrie
Dicarbamaten worden geproduceerd met behulp van een hogedrukproces bij projectpartner Fraunhofer UMSICHT. Methanol en CO₂ reageren met diamines onder een druk van 50 bar om dicarbamaten te synthetiseren. Fraunhofer ICT ontwikkelt recyclingprocessen voor gebruikte polyurethanen, bijvoorbeeld van oude schuimmaterialen, die vervolgens worden herverwerkt tot nieuwe PUR-producten. “Zo dragen we bij aan het doel van een duurzame circulaire economie zonder broeikasgasemissies”, vat Herfurth samen.
Fraunhofer-onderzoekers richten zich in eerste instantie op de productie van biocompatibele katheterbuizen voor medische toepassingen. Fraunhofer IFAM gebruikt het variabele modulaire systeem om kleefstoffen te ontwikkelen waarmee canules aan de buis kunnen worden bevestigd.
De technologie voor de productie van isocyanaatvrije polyurethanen werkt nu ook buiten het laboratorium. “We kunnen nu enkele kilogrammen NIPU produceren in onze proefinstallatie. In de volgende stap zal het mogelijk zijn om enkele honderden kilogrammen NIPU te produceren in het Fraunhofer Pilot Plant Center for Polymer Synthesis and Processing PAZ in Schkopau”, aldus Herfurth.
- Onderzoeksnieuws februari 2026 – Duurzame polyurethaanproductie zonder giftig isocyanaat [PDF 0,19 MB]
- Fraunhofer Instituut voor Toegepast Polymere Onderzoek IAP (iap.fraunhofer.de)
- Fraunhofer Instituut voor Chemische Technologie ICT (ict.fraunhofer.de)
- Fraunhofer Instituut voor Productietechnologie en Geavanceerde Materialen IFAM (ifam.fraunhofer.de)
- Fraunhofer Instituut voor Milieu-, Veiligheids- en Energietechnologie UMSICHT (umsicht.fraunhofer.de)
