Исследователи Института Фраунгофера (Германия) впервые получили полиуретаны без использования изоцианатов — токсичных химических соединений, применяемых в традиционном производстве полиуретановых пластмасс. Разработка выполнена в рамках проекта CO₂NIPU (полиуретаны без изоцианатов, NIPU) и направлена на повышение безопасности производства и снижение климатической нагрузки.
Изоцианаты широко используются в химической промышленности, в частности при выпуске полиуретанов, которые применяются в строительстве, медицине, автомобилестроении и производстве бытовых изделий. Несмотря на то что в готовых изделиях изоцианаты отсутствуют, на стадии производства требуются специальные меры защиты из-за их токсичности и способности вызывать аллергические реакции и астму.
Для решения этой проблемы руководитель проекта Кристоф Херфурт из Институт прикладных полимерных исследований Фраунгофера IAP и его команда заменили изоцианаты на дикарбаматы — менее опасные химические соединения. В рамках разработанного процесса дикарбаматы синтезируются с использованием углекислого газа, что также способствует снижению выбросов парниковых газов.
По словам Херфурта, молекулярные структуры полиуретанов, полученных из дикарбаматов, идентичны структурам традиционных полиуретанов на основе изоцианатов. Это позволяет использовать существующие знания и методы настройки свойств материала под конкретные области применения.
Для промышленной адаптации технологии исследователи разработали модульную систему регулирования свойств материалов. В процессе используются удлинители цепи, полимерные диолы и дикарбаматы, которые смешиваются и обрабатываются при температуре 180–190°C. После охлаждения материалы тестируются на прочность, эластичность и другие параметры.
Хотя дикарбаматы менее реакционноспособны, чем изоцианаты, и время формирования полиуретанов увеличивается с нескольких минут до шести–восьми часов, это упрощает контроль процесса и снижает количество брака и колебаний качества продукции.
Важной частью проекта стала интеграция принципов циркулярной экономики. Дикарбаматы производятся с использованием CO₂ и метанола при давлении около 50 бар, а Институт Фраунгофера разрабатывает технологии переработки отслуживших полиуретановых изделий, включая старые пеноматериалы, для повторного использования в новых продуктах.
В качестве одного из первых практических применений технологии исследователи планируют разработку биосовместимых катетерных трубок для медицинских целей. Институт Фраунгофера также использует модульную систему для создания клеевых составов, предназначенных для соединения медицинских канюль и трубок.
Технология уже вышла за пределы лабораторных условий. В настоящее время на опытной установке возможно производство нескольких килограммов полиуретана без изоцианатов, а на следующем этапе планируется масштабирование до сотен килограммов на базе Центра опытных установок синтеза и переработки полимеров Фраунгофера (PAZ) в Шкопау.