14.01.2020

ETHACURE® 300 – die sichere Alternative zu MOCA

Der Vertrieb von MOCA, welches mit Genehmigung heute noch als Vernetzer in Polyurethan-Elastomeren verwendet werden darf, wird 2021 eingestellt. Nordmann-Partner Albemarle Corporation bietet eine Alternative, die bei elastomeren PU-Systemen eine höhere Flexibilität und sehr gute physikalische Eigenschaften aufweist.

Im November 2011 wurde MOCA von der International Agency for Research on Cancer (IARC) als karzinogen der Klasse 1 definiert und in der REACH-Verordnung der EU als besonders besorgniserregend eingestuft. Als Konsequenz darf es bereits seit November 2017 nicht mehr ohne spezielle Genehmigung der Europäischen Kommission gehandelt werden.

Eine sichere Option für Anwender

ETHACURE 300 ist ein flüssiges aromatisches Diamin mit geringer Toxizität und einfacher Handhabung, das in der Polyurethanindustrie für seine hervorragenden Eigenschaften und seine extreme Vielseitigkeit bekannt ist.

Mit E300 vernetzte Polyurethan-Elastomere verfügen über vielfältige Eigenschaften wie zum Beispiel hohe Festigkeiten, gute Härtegrade und verbesserte Bruchdehnung.

Gießelastomere, bei denen ein TDI-Präpolymer mit E300 vernetzt wird, verfügen über eine moderate Reaktivität, eine optimale Verarbeitungszeit und ideale mechanische Eigenschaften. E300 ist somit eine hervorragende Alternative zu MOCA.

Leistung, die sich bewährt hat

Mit E300 vernetzte Polyurethan-Elastomere liefern nachweislich ähnliche Leistungen wie MOCA vernetzte Teile. So weisen E300-gehärtete Teile bei einem Amin-Iso-Verhältnis von 0,85 und 0,95 eine überlegene Reißfestigkeit gegenüber MOCA-Systemen auf (siehe Abbildung 1). Auch Härte sowie Zug-, Reiß- und Druckfestigkeit sind wettbewerbsfähig, wenn die in den folgenden Abschnitten beschriebenen Optimierungsstrategien berücksichtigt werden.

Überlegene Leistung bei der Wärmeauslagerung im Vergleich zu MOCA

Figure 2: E300 vs. MOCA Thermal Aging
  • In Abbildung 2 wurden E300- und MOCA-TDI-Systeme mit einem Amin-Iso-Verhältnis von 0,95 bei einer Formtemperatur von 100°C formuliert. Die Teile wurden nach 30 Minuten entformt, bevor eine Nachhärtung bei 100°C über zwei Stunden erfolgte.
  • Die mit E300 gehärteten Systeme zeigten eine außergewöhnliche Leistung gegenüber MOCA-gehärteten Polymeren, nachdem sie über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt waren.
  • Die Zugfestigkeit steigt bei den mit E300 vernetzten Systemen um etwa 50%. Dagegen zeigen MOCA-gehärtete Systeme eine allgemeine Abnahme der Zugfestigkeit. Nach 50 Tagen bei 100 °C zeigen MOCA-Teile weniger als die Hälfte der ursprünglichen Zugfestigkeit.

Leistungsoptimierung - Anpassung des Amin-Iso-Verhältnisses

Die Optimierung ist der Schlüssel zur Maximierung der potenziellen Vorteile, die E300 den Formulierern beim Einsatz in Systemen bietet.

Beim Formulieren ist es wichtig, das geeignete Amin-Iso-Verhältnis zu wählen, um am Ende die Leistung zu erzielen, die die Bedürfnisse der Anwender am besten erfüllt. Die Änderung des Amin-Iso-Verhältnisses ist eine vorteilhafte Modifikation, die zur Verbesserung der Teileleistung berücksichtigt werden sollte.

In Abbildung 3 wurde unter Verwendung von 4,1 % NCO TDI-PTMEG-Prepolymer gezeigt, dass E300-Teile bei einem Amin-Iso-Verhältnis von 0,95 optimal funktionieren. Dieses Verhältnis ergibt die beste Leistungsbilanz. Die Auswertungen zeigten auch, dass sich der Druckverformungsrest bei einem niedrigeren Verhältnis erhöht.

Figure 3: Effect of Amine/Iso Ratio on E300 Elastomer Performance

Leistungsoptimierung - Anpassung der Nachhärtung

Eine direkte und leistungsfähige Möglichkeit, die Eigenschaften der Formteile zu verändern, ist die Anpassung der Nachhärtungsbedingungen. Durch die Erhöhung der Zeit und Temperatur der Nachhärtung wird die Leistung des E300/TDI-Polymers erheblich gesteigert, insbesondere die Zug-, Reiß- und Druckfestigkeit. Diese Leistungsmerkmale sind in Abbildung 4 dargestellt.

Figure 4: Effect of Post-cure Conditions on Elastomers Cured with E300

Leistungsoptimierung - Anpassung von NCO-Gehalt und Temperatur

Die Änderung des NCO-Gehaltes eines Prepolymers ermöglicht es den Formulierern, die Reaktionsgeschwindigkeit zu steuern und die Härte der E300-Teile zu erhöhen. In Abbildung 5 führt die Erhöhung des NCO-Anteils von 4,05 % auf 5,25 % zu einer Erhöhung der Härte des Elastomers von 88 Shore A auf 91 Shore A. Die Verwendung eines hochprozentigen NCO-Prepolymers ist auch deshalb vorteilhaft, weil dadurch andere Polymereigenschaften wie Zugfestigkeit, Elastizität und Reißfestigkeit erhöht werden.

Da E300 bei Raumtemperatur flüssig ist, kann der Anwender die Verarbeitung des Prepolymers bei Raumtemperatur einstellen. Diese Einstellung steht in direktem Zusammenhang mit der Topfzeit der Formulierung.

Figure 5: Effect of NCO% on Elastomers Cured with ETHACURE 300

In Bild 6 wurde mit E300/TDI-Systemen gezeigt, dass eine 15 °C-Absenkung der Prepolymer-Temperatur die Verarbeitungszeit für Formulierer nahezu verdoppelt. Bei der Auswertung beträgt die Topfzeit bei einem Präpolymer mit 9,5% NCO-Gehalt bei 80 °C etwa 2 Minuten. Bei einer Reduktion der Temperatur auf 65 °C verdoppelt sich die Topfzeit auf 4 Minuten. Dieser Trend wiederholt sich für Prepolymere mit niedrigerem NCO-Gehalt.

Figure 6: Effect of Temperature on Pot-Life of E300 Systems