Entwicklung von biobasierten, ungesättigten Polyesterharzen auf Basis von Itaconsäure

In den letzten Jahren haben ungesättigte Polyester und ungesättigte Polyesterharze auf Basis nachwachsender Rohstoffe große Aufmerksamkeit in Hinblick auf die Erschöpfung der Erdölvorräte bekommen. Eine Reihe von biobasierten, ungesättigten Polyestern basierend auf Itaconsäure und Glycerin, Diglycerin, Pentaerythrit beziehungsweise Trimethylolpropan wurden durch Schmelzpolykondensationsreaktionen bei 170°C hergestellt. Zu Beginn der Veresterung wurde die autokatalytische Wirkung der Itaconsäure ausgenutzt, anschließend kam Dibutylzinnoxid als Katalysator zum Einsatz. Weiterhin sind Reaktivverdünner auf Basis von Itaconsäure mit verschiedenen Alkoholen hergestellt und charakterisiert worden. Zusätzlich wurde geprüft, ob diese sich als Alternative zu dem klassischen Reaktivverdünner Styrol eignen. Strukturinformationen sind mittels FTIR, Doppelbindungs- und Säurezahltitrationen ermittelt worden. Die Molmasse der verzweigten Polyester wurde mit der Größenausschlusschromatographie identifiziert. Die Ruhescherviskositäten der ungesättigten Polyester wurden mit dem Rheometer bestimmt. Der Restmonomergehalt des Reaktivverdünners wurde gaschromatographisch ermittelt. Die Viskositäten und die mittleren Molmassen der unterschiedlichen Polyester erstreckt sich über einen Bereich von ca. 400 Pa•s bis ca. 50.000 Pa•s beziehungsweise von ca. 1.000 g/mol bis 3.100 g/mol. Mit der Arrhenius-Beziehung lassen sich Fließaktivierungsenergien zwischen 85 kJ/mol und 130 kJ/mol berechnen, was auf ein verzweigtes Strukturmerkmal hindeutet.Die Aushärtungsreaktionen der flüssigen Polyester zum festen Duromer erfolgte bei erhöhter Temperatur (60°C) mit dem Härtungssystem Methylethylketonperoxid-Härter und einem Cobalt-Beschleuniger. Mittels Materialprüfmaschine und dynamisch-mechanischen Analysen wurden Zugfestigkeiten, Bruchdehnungen, Biegefestigkeiten und moduln sowie Gelzeiten und Glasübergangstemperaturen bestimmt. Das geeignetste Produkt, Poly(glycerlyitaconat), besitzt eine Zugfestigkeit von 10 MPa, eine Biegefestigkeit von ca. 60 MPa und ein Biegemodul von 6.900 MPa, sowie eine Gelzeit von ca. 30 Minuten und eine Glasübergangstemperatur von 92°C. Dieses Produkt wurde mit Dimethylitaconat als alternativem, biobasiertem Reaktivverdünner in variierenden Anteilen versetzt und charakterisiert. Es zeigte sich, dass die Viskosität, die mechanischen Eigenschaften, die Glasübergangstemperatur sowie die Gelzeiten jeweils verbessert werden konnten. Insgesamt ergibt sich ein großes Substitutionspotential für konventionelle UP-Harzanwendungen zum Beispiel im Bereich der Prepregs, der Gießharze und Beschichtungen.