Tailor-made polyols for sustainable polyurethanes by catalyzed copolymerization of CO2 and epoxides

Pohl, Michael; Müller, Thomas Ernst (Thesis advisor); Leitner, Walter (Thesis advisor)

Aachen (2017, 2018)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der katalysierten Synthese von Polyolen, welche, neben Isocyanaten, die Basisbausteine für Polyurethane darstellen. Im Fokus stehen dabei Doppel-Metall-Cyanid (DMC) Katalysatoren welche auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften bevorzugt bei der industriellen Herstellung von Polyetherpolyolen aus Epoxiden eingesetzt werden. CO2 basierte Polyethercarbonatpolyole, eine weitere Klasse von Polyolen welche mit Hilfe von DMC Katalysatoren synthetisiert werden und großes Interesse geweckt haben sind Teil aktueller Forschungsthemen und auch im Focus meiner Arbeit. Die Arbeit ist in vier Hauptkapitel unterteilt. Kapitel eins gibt einen allgemeinen Überblick über Polyurethane in Bezug auf Eigenschaften und Anwendungen durch Kombination verschiedener Polyol- und Isocyanat- Komponenten. Des Weiteren werden klassische sowie moderne Synthesewege für Polyole behandelt. Die Verwendung verschiedener Katalysatorsysteme sowie die DMC katalysierte ringöffnende Polymerisation von Epoxiden werden im Detail diskutiert. Im Folgenden, wird in Kapitel zwei die erfolgreiche Minimierung von Nebenprodukten, die während der DMC katalysierten Polyolsynthese mit Epoxiden und CO2 entstehen sowie die Abtrennung des Katalysators aus dem synthetisierten Polyol beschrieben. Hierbei wird durch Zugabe von Phosphorsäure als Additiv im finalen Schritt der Polyolsynthese eine Deaktivierung des DMC Katalysators erzielt, wodurch die weitere Bildung von zyklischem Carbonat als Nebenprodukt inhibiert wird. Eine nahezu quantitative Abtrennung des, nach der Synthese des Polyols darin fein dispergierten DMC Katalysators, wird durch Behandlung des Polyols mit Ethanol unter erhöhter Temperatur erzielt. In Kapitel drei werden verschiedene Methoden zur Synthese von höher funktionellen Polyethercarbonatpolyolen basierend auf der Katalyse mit DMC-Verbindungen beschrieben. Der Einbau von funktionellen, zyklisch latenten AxBy Monomeren in die Polymerkette erhöht die durchschnittliche Funktionalität des Polyols und erlauben eine Kontrolle über die Polymerarchitektur. Weiterhin steht die Entwicklung von Methoden für höhere Nachhaltigkeit im Fokus. In diesem Rahmen wird die erfolgreiche Synthese von Polyethercarbonaten basierend auf Zuckeralkoholen und Zitronensäure als Kettentransferreagenz gezeigt, welche in der bisherigen öffentlichen Literatur als für die DMC Katalyse nicht zugänglich beschrieben werden. Zum Abschluss wird in Kapitel vier die Polymerdynamik von klassischen Polyether- und modernen Polyethercarbonatpolyolen beschrieben, verglichen und die erweiterte Anwendbarkeit von Polyethercarbonatpolyolen basierend auf ihren, bei niederen Molekulargewichten, markant auftretenden visco-elastischen Eigenschaften diskutiert.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Technische Chemie und Petrolchemie (N.N.) [154110]
• Fachgruppe Chemie [150000]