Ziel der Entwicklung
Leder, Kunstleder und beschichtete Textilien werden häufig lackiert, um die Langlebigkeit der Materialien zu gewährleisten. Der Lack kann das Material vor verschiedensten Faktoren schützen: zum Beispiel Schmutz, Abrieb, Eindringen von Flüssigkeiten oder Chemikalien, UV-Strahlung oder Ähnlichem. Insbesondere für Lacke auf flexiblen Untergründen ergeben sich erhöhte Anforderungen: sie müssen ebenfalls eine Flexibilität aufweisen sowie ein hohes Dauerfalt- und Dauerknickverhalten. Je nach Einsatzbereich müssen die Materialien weitere Anforderungen erfüllen. Der Lack bietet nicht nur eine Barrierewirkung gegen das Eindringen sondern auch gegen das Austreten von Substanzen aus dem lackierten Material. Der Lack von Bezugsmaterialen in öffentlichen Verkehrsmitteln muss auch abriebfest, flammfest und gut zu reinigen sein. Häufig sind die Bezugsmaterialien Kunstleder auf Polyurethanbasis. Polyurethane (PUR) können durch die Wahl der Ausgangsstoffe und Additive ein vielfältiges Eigenschaftsspektrum aufweisen und eignen sich als Kunstleder für Möbel, als Membranen in Kleidung oder für Bodenbeläge.
Typischerweise basieren PUR-Kunstleder-Lacke auf Polymeren aus fossilen Rohstoffen wie Polycarbonaten, Acrylaten, Fluorpolymeren, Polyestern oder Polyethern. Als biobasierte Alternative zu den fossilen Rohstoffen stellt PLA einen geeigneten Kandidaten dar. Bei PLA handelt es sich um einen biobasierten Thermoplast mit guten mechanischen sowie chemischen Eigenschaften. Für die Formulierung eines Lackes ist die Dispergierbarkeit des PLA in einem Lösungsmittel Voraussetzung. Kommerziell erhältliche PLA-Typen sind für die thermoplastische Verarbeitung optimiert, besitzen hohe Molmassen und sind daher schwer dispergierbar in typischen halogenfreien, gesundheitlich unbedenklicheren Dispersionsmitteln. Prinzipiell sind niedermolekulare Polymere in einer größeren Auswahl an Dispersionsmitteln dispergierbar und können in höheren Konzentrationen dispergiert werden als die hochmolekularen Analoga.
Folgende Zielparameter sollten die niedermolekularen PLA-Prepolymere erreichen:
ein Molekulargewicht zwischen 5 000 g/mol und 20 000 g/mol
dispergierbar in halogenfreien Dispersionsmitteln oder Dispersionsmittelgemischen
PLA-Konzentration > 30 Gew.Prozent in Dispersion
niedrige Viskosität der PLA-Dispersion, so dass eine Applikation mit Rasterwalze möglich ist
vernetzbar zu einer dünnen Lackschicht mit hoher Beständigkeit gegen das Anschmutzen mit organischen Farbstoffen und guter Haftung auf PUR-Oberflächen (zum Beispiel Kunstleder).
Vorteile und Lösungen
Da aus der PLA-Dispersion eine geschlossene, hochmolekulare Lackschicht hergestellt werden soll, muss nach dem Lackierprozess eine Vernetzung und dadurch Erhöhung des Molekulargewichts erfolgen. Dementsprechend muss die Synthese der niedermolekularen PLA-Prepolymere angepasst werden. Die Entwicklung eines Lackes auf Basis von vernetzbaren, niedermolekularen PLA-Typen ermöglicht es, Dispersionen mit hohem Feststoffgehalt in halogenfreien Dispersionsmitteln herzustellen und durch die Vernetzung nach der Lackierung trotzdem eine geschlossene, hochmolekulare PLA-Lackschicht zu erhalten. Die niedermolekularen Prepolymere bieten außerdem die Möglichkeit, durch verschiedene Verarbeitungsschritte und Nachfolgereaktionen abhängig von den Reaktionspartnern das Eigenschaftsprofil spezifisch einzustellen und die Verarbeitbarkeit von PLA zu verbessern. Die breiter gefächerten Anwendungsmöglichkeiten von PLA können die Produktionskosten und so auch die (End-)Kosten senken und den Marktanteil steigern, sowie den kunststoffverarbeitenden KMU den Einstieg in die Herstellung und Verarbeitung von PLA-Kunststoffen erleichtern.
Zielgruppe und Zielmarkt
Für die Industrie sind nachhaltig produzierte und biobasierte Beschichtungen und Lacke von großem Interesse. Diese haben einen zunehmenden Wettbewerbsvorteil, was für KMU von besonderer Bedeutung ist. Dabei ist PLA einer der Biokunststoffe mit den höchsten Zuwachsprognosen. Es wird erwartet, dass die weltweite Produktionskapazität von PLA von 2022 bis 2027 verfünffacht wird. [2] PLA-Kunststoffe sind vielseitig einsetzbar (zum Beispiel Verpackungen, Electronic, Textil) und haben neben der hohen Festigkeit, Transparenz und biologischen Abbaubarkeit den Vorteil, dass sie mit den vorhandenen Anlagen der kunststoffverarbeitenden Industrie verarbeitet werden können. PLA lässt sich wie petrochemische Thermoplaste verarbeiten, was den Einstieg in die Herstellung und Verarbeitung von PLA-Kunststoffen erleichtert. Der im Projekt entwickelte Lack ist als Finish (Schutzschicht) für flexible PUR-Materialien, wie Kunstleder oder technische Textilien, geeignet. Der im Projekt entwickelte Lack aus niedermolekularen PLA-Prepolymeren kann mit den in der Branche typischen Verfahren und Anlagen (Tiefdruck mit Rasterwalze) appliziert werden. Daher sind keine besonderen anlagenseitigen Investitionen notwendig und eine Überführung in die Industrie sollte somit zeitnah möglich sein.
