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Bio-basierte NIPU-Klebstoffe aus Isosorbid und CO₂-Vorstufe
Forschende aus China entwickeln wasserbasierte, isocyanatfreie Polyurethan-Klebstoffe auf Basis von Isosorbid und Dimethylcarbonat. Die grüne Syntheseroute liefert Klebstoffe mit hoher Haftung und Kohäsion – dank gezielt eingestellter Wasserstoffbrückennetzwerke.
Klassische Polyurethan-Klebstoffe auf Isocyanat-Basis stehen aufgrund ihrer Toxizität und Umweltbedenken zunehmend in der Kritik. Ein Forschungsteam stellt nun eine grüne Alternative vor: eine Reihe wasserbasierter, isocyanatfreier Polyurethane (INIPUs) auf Basis des bio-basierten Isosorbids und Dimethylcarbonats. Die Synthese erfolgt über eine Polykondensationsroute in Kombination mit verschiedenen Polyaminen – darunter Ethylendiamin, 1,4-Butandiamin, Hexamethylendiamin (HMDA), Isophorondiamin und Diethylentriamin – sowie Trimethylolpropan-triglycidylether.
FTIR- und ¹H-NMR-Analysen bestätigten die erfolgreiche Bildung der Urethan-Bindungen. Die Polyaminstruktur beeinflusst maßgeblich die Wasserstoffbrückendichte, das thermische Verhalten und die Klebeleistung der INIPUs. Die mit HMDA hergestellte Variante (HMDA-NIPU) erreichte mit Xb = 73,16 % den höchsten Wasserstoffbrücken-Anteil.
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Ausgewogene Kombination aus Festigkeit und Dehnbarkeit
Thermische Analysen zeigten, dass alle INIPUs Glasübergangstemperaturen unterhalb der Raumtemperatur aufwiesen – die HMDA-Variante lag bei -21,69 °C. Mit einer Anfangszersetzungstemperatur von T5% = 212 °C zeigte sie zudem die höchste thermische Anfangsstabilität. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften erreichte HMDA-NIPU eine 180°-Schälfestigkeit von 1,576 ± 0,097 N/mm, eine Überlappungs-Scherfestigkeit von 1,057 ± 0,029 MPa, eine Zugfestigkeit von 7,123 MPa sowie eine Bruchdehnung von 909,0 %.
Die niedrigste Aktivierungsenergie der Adhäsion lag mit Ea = 73,19 kJ/mol ebenfalls bei der HMDA-Variante. Das dynamische, physikalisch vernetzte Netzwerk – aufgebaut aus linearen, langen aliphatischen Segmenten und starken Wasserstoffbrücken – ermöglicht eine effiziente Energiedissipation durch reversible Bindungsdissoziation und -neubildung während Haftung, Verformung und Ablösung. Damit liefert die Studie eine Strategie für die makromolekulare Auslegung leistungsfähiger wasserbasierter INIPU-Klebstoffe.
Quelle: Liang, G. & Ye, D. Waterborne epoxy-hybrid non-isocyanate polyurethanes based on isosorbide via dimethyl carbonate polycondensation with improving adhesion and cohesion properties. Prog. Org. Coat. 110134 (2026).
