Neuentwicklungen phthalatfreier, 100% biobasierter Additive

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Gerstel GmbH & Co. KG

Van der Heijden Labortechnik GmbH

t & p Triestram & Partner GmbH

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Aktuelle Entwicklung – Non-Phthalat/Phthalat free

Der Markt für Weichmacher ist insgesamt stark in Bewegung geraten, was z. B. durch ein Seminar des Süddeutschen Kunststoffzentrums SKZ zum Thema PVC im September 2011 belegt wird: Allein drei der neun strategischen Vorträge beschäftigten sich mit der Substitution phthalatbasierter Weichmacher durch „grüne“ Additive.

Die kritischen Eigenschaften der Pthalate führten auch zu Neuentwicklungen phthalatfreier Weichmacher, welche inzwischen ein eigenes Marketing-Segment darstellen. Einer der ersten Vertreter waren die Alkylarylsulfonate von Lanxess oder Hexamoll DINCH, ein hydriertes Phthalat mit Cyclohexandicarbonsäure als Säurekomponente, der BASF, welches seit letztem Jahr auch von Evonik angeboten wird. Kürzlich präsentierte Oxea ihre neuen trimellitate- und adipatbasierten „Oxsoft“-Weichmacher auch mit dem Zusatz „Phthalat-free“. „Grüne Weichmacher“ im Sinne von biobasierten Weichmachern sind zudem auch bekannt. Sie beruhen auf Estern von Fettsäuren, der Zitronensäure, des Glycerins oder von Dicarbonsäuren, welche aus Fettsäuren gewonnen werden.

Typische Vertreter der letztgenannten Gruppe sind die Sebacate und Azelate. Viele dieser Weichmacher sind nur zum Teil biobasiert, da im Allgemeinen entweder nur die zugrundeliegende Säure oder nur der zugrundeliegende Alkohol biobasiert sind.

Biobasierte Weichmacher als Herausforderung

Mit Beginn der Diskussion um die Endlichkeit des Rohöls, die Vermeidung des Klimawandels und die Nachhaltigkeit im Allgemeinen wurden Anfang der 2000er-Jahre viele aus natürlichen Quellen – chemisch-synthetisch oder fermentativ – gewinnbare Monomere hinsichtlich ihrer Potenziale als neue Plattformchemikalien bewertet. Eines der bereits früh identifizierten vielversprechenden Moleküle ist die Bernsteinsäure [1]. Inzwischen wird weltweit von einigen Unternehmen die fermentative Produktion der Bernsteinsäure aufgebaut. Auf dieser Basis startet auch die Produktion Bernsteinsäure-basierter Weichmacher, wie die Lanxess Uniplex-Reihe. Die eingesetzten Alkohole wie Benzylalkohol, 2-Ethyl-1-hexanol oder Isononanol beruhen aber weiterhin auf fossilen Quellen.

Zukünftig mögen auch die bereits heute produzierten Adipinsäure-basierten Weichmacher teilbiobasiert werden – Arbeiten zur Gewinnung von Adipinsäure aus Lignin werden zurzeit in Angriff genommen [6]. Das Portfolio der Natur ist aber zur Zeit dennoch sehr begrenzt, sodass Entwickler noch nicht aus einem großzügig gefüllten Baukasten biobasierter Alkohole hinsichtlich der jeweiligen Applikation

Mittelkettige biobasierte Alkohole verfügbar machen

Zwar sind Ethanol, welcher fermentativ aus Zuckern gewonnen wird, wie auch diverse langkettige Fettalkohole, die aus Fettsäuren durch Spaltung und/oder Hydrierung hergestellt werden, biobasiert. Die mittelkettigen Alkohole (mit drei bis zehn C-Atomen) sind aber bis heute nicht kostengünstig biobasiert herzustellen.

Eine Möglichkeit, mittelkettige biobasierte Alkohole verfügbar zu machen, besteht in der thermochemischen Konversion biobasierter kurzkettiger Alkohole, wie Ethanol, mittels heterogen katalysierter Gasphasenreaktion. Ein solcher Prozess wurde am Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen entwickelt und patentiert [3; 4] (s. Abb. 1).

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