Verzicht auf Isocyanate: Neues Technikum am TITK

TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer, Thüringens Wirtschaftsminister Wolfgang Tiefensee und Anton Fürst, Geschäftsführer von Leistritz Extrusionstechnik (v.l.n.r.), bei der Inbetriebnahme des neuen Technikums am Rudolstädter Forschungsinstitut (Bild: Steffen Beikirch/TITK)

„Die Herstellung dieser Nicht-Isocyanat-Polyurethane – der sogenannten NIPUs – ist bislang nur unter Laborbedingungen gelungen“, erläutert TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer. Hier wolle das Institut nun bei der Entwicklung und Produktion im größeren Maßstab vorangehen, um einen Beitrag zum Verzicht auf Isocyanate zu leisten. Diese flüchtigen, hochreaktiven und toxisch wirkenden Verbindungen werden häufig in industriellen Herstellungsprozessen eingesetzt. „Wir treiben jetzt die Forschung an nachhaltigen und sicheren Polyurethanen voran“, sagt Redlingshöfer.
Das neue Extrusionstechnikum schafft dafür die Voraussetzung. Das thüringische Wirtschaftsministerium hat das insgesamt rund 1,5 Millionen Euro teure Vorhaben deshalb mit rund einer Million Euro unterstützt. Der Förderantrag für das Extrusionstechnikum hatte zuvor im Wettbewerbsaufruf zur Förderung forschungsbezogener Geräteinfrastruktur den Zuschlag erhalten. Darüber hinaus hat das Wirtschaftsministerium dem TITK seit 2014 weitere rund 3,3 Millionen Euro für Geräteausstattungen, Bauvorhaben und Forschergruppen bereitgestellt.

Upscaling von Bio-Schmelzklebstoff auf Industriemaßstab

Aktuell arbeitet das TITK in der Polyurethanforschung unter anderem an Leichtbauschäumen und Beschichtungslösungen. Auch beim selbst entwickelten Bio-Schmelzklebstoff Caremelt kann dank des neuen Kunststoff-Technikums nun das Scale-up auf den Industriemaßstab angepeilt werden. Möglich machen dies zwei spezielle Extruder mit Nebenapparaturen, wie etwa einer Vakuum-Entgasung und einer Schmelze-Rückführung. In einer der Maschinen lässt sich die Polymermasse im Kreislauf führen. „Damit gelingt es, die Polyurethane über eine längere Zeit thermisch und mechanisch zu bearbeiten. Das ist nötig, um hohe Molekularmassen aufzubauen“, sagt Dr. Frank Meister, Leiter der Abteilung Native Polymere und Chemische Forschung am TITK. Mit dem zweiten Extruder können der geschmolzenen Polymermasse Gase zugeführt werden. So lassen sich etwa bioabbaubare Schäume auf Stärke-Basis produzieren. „Sie können für so genannte Verpackungschips, schüttfähige Polstermaterialien und vieles mehr Verwendung finden“, so Meister.

Hochleistungskunststoffe für die Medizintechnik

Von den neuen Möglichkeiten ist auch sein Kollege Dr. Stefan Reinemann angetan. Seine Abteilung Kunststoff-Forschung profitiert vor allem vom dritten, noch leistungsfähigeren Extruder. „Er ist mit einem besonders langen Verfahrensteil ausgestattet und kann sehr hohe Temperaturen realisieren“, sagt Reinemann. Dies erlaube auch chemische Reaktionen. „Mit dem integrierten Rheometer können wir zudem die Viskosität des Materials während des Extrusionsprozesses messen und bei Bedarf nachjustieren. Das gestattet uns, Hochleistungskunststoffe zu erzeugen, die unter anderem in der Medizintechnik als Implantate oder als hochfeste Operationsnägel zum Einsatz kommen“, so Reinemann. Das Material dafür: Polyetheretherketon (PEEK), dem bei Temperaturen von über 400 Grad Celsius Kohlefasern beigemischt werden.

Größter Extruder als Dauerleihgabe

TITK-Techniker Mario Willing (links) und Industriemeister Florian Sorge arbeiten im Technikum an PCM-Verbundmaterial für den Transport temperatursensibler Güter – zum Beispiel Insulin, Blutkonserven oder Impfstoffe bei einer Temperatur von 5 Grad Celsius. (Bild: Steffen Beikirch/TITK)

Neben der Landesförderung stellte Leistritz Extrusionstechnik, Nürnberg, dem Institut die dritte und zugleich größte Anlage als Dauerleihgabe zur Verfügung. Für dieses großzügige Engagement bedankt sich TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer im Namen seiner Forscherteams. „Wenn einer der weltweit führenden Anbieter von Extrusionstechnik sein exzellentes Anlagen-Know-how bei uns in Thüringen platziert, dann spricht das nicht nur für das große Vertrauen in unsere Polymer-Kompetenz, sondern auch für den Freistaat insgesamt als Wirtschaftsstandort“, betont Redlingshöfer. Zugleich zeige dies eindrucksvoll, wie die wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen – unterstützt durch die Förderpolitik des Landes – ihre Transferaufgabe wahrnehmen und dadurch die Innovationskraft gerade von kleinen und mittleren Unternehmen nachhaltig stärken können.
Anton Fürst, Geschäftsführer der Leistritz Extrusionstechnik GmbH Nürnberg, bekräftigte bei der Inbetriebnahme, man strebe eine sehr lebendige Kooperation mit dem TITK an. „Unsere Extrusionsanlagen stehen in zahlreichen Instituten und Forschungseinrichtungen weltweit. Es ist für uns wichtig, teil daran zu haben, wenn Materialien der Zukunft entwickelt und erarbeitet werden“, so Fürst. „Für Rezepturentwicklungen, Grundlagenforschung und Kleinmengenproduktion bieten die hier eingesetzten Extruder eine ausgezeichnete Maschinenbasis sowie skalierbare Betriebsbedingungen. Einen großen Vorteil, den wir in dieser Zusammenarbeit sehen, ist vor allem aber, dass wir das TITK als eine Art ausgelagertes Technikum nutzen können. Wir werden mit wichtigen Industriekunden nach Rudolstadt kommen, um gemeinsam mit dem TITK deren Problemstellungen zu lösen.“