Katalytische Derivatisierung von Itaconsäure für die Polyestersynthese

Ziel der Dissertation war die Entwicklung von Itaconsäurederivaten und Verwendung dieser bei der Herstellung von ungesättigten Polyester(UP)-Harzen zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten. Eine Anwendung von Itaconsäurepolyestern im Topcoatbereich sollte somit ermöglicht werden. Ein Kriterium für den Einsatz von UP-Harzen als Topcoat ist die Flexibilität. Die partielle Substitution von Itaconsäure durch Methylbernsteinsäure führt zur Verringerung der Quervernetzungsdichte und ermöglicht somit eine größere Flexibilität des entstehenden Duromers. Ein weiteres Ziel war die Substitution von Styrol durch biobasierte Reaktivverdünner. Hierfür wurden Dialkylitaconate der Itaconsäure als Reaktivverdünner untersucht.

Für die katalytische Hydrierung von Itaconsäure zu Methylbernsteinsäure wurden diverse geträgerte Metallkatalysatoren entwickelt. Diese konnten durch einfache Methoden reproduzierbar hergestellt und erfolgreich in der Hydrierung von Itaconsäure angewendet werden. Die höchste Aktivität wurde für den Bimetallträgerkatalysator 5 % Pd-Pt/SiO₂ (Sipernat 22) mit 2800 g Itaconsäure / (h ∙ g Metall) bei einem Wasserstoffdruck von 5 bar, einer Eduktkonzentration von 50 g/L Itaconsäure und einem Reaktionsvolumen von 1 L erreicht. Die Stabilität des Katalysators wurde über fünf Hydrierungsversuche untersucht und zeigte eine stabile Aktivität.

Durch einen unkomplizierten Prozess der Hydrierung von Itaconsäure sowie die einfache Polykondensation von Itaconsäure-Methylbernsteinsäure-Gemischen mit 1,3-Propandiol konnten Polyesterharze auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Die Anwendung von Itaconsäurederivaten als Reaktivverdünner konnte zudem als Alternative von Styrol-basierten Reaktivverdünnern angewendet werden. Durch Variation der Itaconsäuregehalte in den Polyesterharzen und Veränderung des Reaktivverdünners konnte gezeigt werden, dass die Eigenschaften der gehärteten Polyesterharze durch den Methylbernsteinsäuregehalt und die Wahl des Reaktivverdünners in ihrer Flexibilität und in den mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden können. Dies ermöglicht Verwendungen als Laminierharz für faserverstärkte Formteile oder als Polyesterharz für Topcoatanwendungen. Itaconsäurederivate können Styrol in UP-Harzen und in Topcoatanwendungen ersetzen und erreichen ähnliche mechanische Eigenschaften. Die Produkte sind nahezu vollständig biobasiert und erfüllen die steigende Nachfrage nach biobasierten Polyesterharzen.