Forskare från CERM (Center for Education and Research on Macromolecules) vid universitetet i Liège har just utvecklat en innovativ process för att producera isocyanatfria, återvinningsbara och biobaserade polyuretanskum (PU) genom att använda en snabbskumningsteknik från rumstemperaturformuleringar.
Denna innovation erbjuder ett banbrytande alternativ till den traditionella processen baserad på giftiga isocyanater. Studien publiceras i Journal of the American Chemical Society .
Polyuretanskum (PU), producerat i årtionden av den giftiga isocyanatkemin och för närvarande under strikta användningsbegränsningar, är fortfarande väsentliga material i vår vardag. Hårda PU-skum är viktiga aktörer i den drastiska minskningen av våra energibehov när de används som värmeisolerande paneler i golv, väggar och tak, såväl som i kylskåpsdörrar. I sina flexibla versioner används skummet främst för komfortapplikationer i madrasser, soffor, bilsäten och sulor på sportskor, men också för akustisk isolering eller stötdämpande material.
Även om olika PU-återvinningsstrategier för närvarande utvecklas, är hanteringen av PU-skum fortfarande problematisk. Dessutom letar många kunder inom skumsektorn efter isocyanatfria och idealiskt biobaserade material. Forskare letar intensivt efter alternativ för att tillverka skummet genom att utnyttja lokalt tillgängliga resurser samtidigt som de gör dem lätta att återvinna. Att utveckla sådana cirkulära och mer hållbara skum utgör en stor utmaning, särskilt när man måste överväga ombyggnad av befintlig industriell skumningsinfrastruktur.
"2022 introducerade vi den första återvinningsbara isocyanatfria tillverkningsprocessen för polyuretanskum (NIPU) som använder vatten för att producera skummedlet (CO2 ), det enklaste och mest ekonomiska systemet som någonsin rapporterats", förklarar Christophe Detrembleur, kemist vid CERM (Center for Education and Research on Macromolecules).
"Denna teknik efterliknar skumbildningen av konventionella PU, men utan att använda giftiga isocyanater. Den är baserad på användningen av vatten och en katalysator som tillsätts till formuleringen som består av cykliska karbonater och aminer. En del av de cykliska karbonaterna omvandlas till jäsmedlet ( CO2 ) som expanderar matrisen, och den andra delen bidrar till dess bildning och härdning."
Eftersom denna skumningsprocess kräver en värmebehandling för att inträffa är den mycket väl lämpad för tillverkning av NIPU-skum i upphettade formar, d.v.s. för komplexformade skum (bilsäten, skosulor, etc.). Den är dock inte anpassad till den snabba skumning vid rumstemperatur som många skumproducenter kräver.
"I ett nytt forskningsprojekt, för vilket ett patent precis har lämnats in, visar vi hur denna process kan producera NIPU-skum från rumstemperaturformuleringar på rekordtid, och fortfarande använda vatten för att generera skummedlet", förklarar CERM-forskaren Maxime Bourguignon . "Tanken är att skapa kaskadreaktioner som spontant och snabbt genererar, och därigenom påskynda tillverkningen av NIPU-matrisen och dess skumning genom att efterlikna den traditionella isocyanatbaserade processen.
"Så gott som alla tillämpningar av PU-skum, både styva och flexibla, kan därför föreställas med denna teknik, utan att det krävs användning av en extern värmekälla för tillverkningen. Dessutom skum med ett högt biobaserat innehåll (70%–90%) kan enkelt produceras på mindre än två minuter."
Denna innovativa teknik är enkel, modulär, robust och mycket lätt att implementera. "Allt som återstår nu är att övertyga PU-skumproducenter, som är mycket konservativa, att använda denna process för att producera nästa generation av skummaterial som förväntas svara mot de nya lagkraven, sociala behov och våra hållbarhetskrav", avslutar Detrembleur.
Mer information: Maxime Bourguignon et al, Cascade Exotherms for Rapidly Producing Hybrid Nonisocyanate Polyuretane Foams from Room Temperature Forulations, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c11637
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av University de Liege
