Was ist Polyurethan?
Polyurethane sind Polymere mit Urethanbindungen, die durch die Reaktion von Isocyanat und Hydroxylgruppen entstehen.
Durch Änderung der Art und Zusammensetzung der Hauptrohstoffe und des Formgebungsverfahrens kann Polyurethan schwammig und flexibel wie Gummi oder hart und zäh wie Gummireifen sein.
Anwendungen von Polyurethan
Polyurethan lässt sich hinsichtlich seines Aussehens in zwei Hauptkategorien einteilen: schaumstoffbasiert, d. h. porös, und nicht geschäumt, d. h. gummiartig. Da die Anwendungen der beiden Kategorien sehr unterschiedlich sind, werden sie im Folgenden getrennt beschrieben.
1. Auf Schaumstoffbasis
Es gibt zwei Arten von Polyurethan auf Schaumstoffbasis: Weichschaum und Hartschaum. Vor allem Weichschaum wird häufig in Alltagsprodukten und industriellen Anwendungen eingesetzt. Zu den Anwendungen für Weichschaum gehören Schwämme für die Küche, Polster für Kopfhörer und andere Geräte, Rollen für Industrieanlagen und schalldämpfende Materialien.
Polyurethan-Hartschaumanwendungen werden häufig auf Baustellen als Wärmedämmung eingesetzt.
2. Nicht geschäumte Systeme
Nicht geschäumte Polyurethane zeichnen sich durch hohe Elastizität und Zähigkeit aus und werden als elastische Strukturmaterialien wie Gummi und Elastomere sowie in Textilien, Farben und Klebstoffen verwendet.
Als Elastomere werden sie in Reifen, Riemen, Dichtungen, Walzen, Maschinenteilen und Stoßdämpfern für Autos verwendet. Polyurethan-Fasern sind auch als Elasthan bekannt und werden aufgrund ihrer hohen Elastizität häufig in Kleidungsstücken wie Jacken, Hosen, Badebekleidung, Sportbekleidung usw. verwendet.
Zusammensetzung von Polyurethan
Diisocyanate und Polyole
Zu den Rohstoffen, die zur Herstellung von Polyurethan verwendet werden, gehören Diisocyanate, die bifunktionelle Isocyanatgruppen im Molekül haben, Polyole, die Hydroxylgruppen im Molekül haben, und Diole mit niedrigem Molekulargewicht.
Während in Polyurethanen nur wenige Diisocyanate verwendet werden, gibt es eine sehr breite Palette von Polyolen, die die Rohstoffe auf der Seite der Hydroxylgruppen-Komponente darstellen. Dies liegt daran, dass Polyole selbst Polymere mit Molekulargewichten von einigen hundert bis zu mehreren tausend sind und die sie bildenden Monomere in einer Vielzahl von Kombinationen vorkommen.
Die niedermolekularen Diole der Hydroxylgruppenkomponente und deren Dimere werden ebenfalls als niedermolekulare Diole verwendet. Triole mit drei Hydroxylgruppen, und Alkohole mit einer einzigen Hydroxylgruppe werden ebenfalls zur Einstellung des Molekulargewichts verwendet.
Eigenschaften von Polyurethanen
Die Eigenschaften von Polyurethanen sind je nach Art des in der Mischung verwendeten Rohstoffs sehr unterschiedlich, aber im Allgemeinen haben Polyurethane eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit (Elastizität, Zähigkeit) und die folgenden anderen Eigenschaften:
1. Vorteile
- Hohe mechanische Festigkeit, ausgezeichnete Elastizität und Zähigkeit, hohe Zugfestigkeit, behält seine Elastizität auch bei hoher Härte bei
- Ausgezeichnete Abrieb- und Alterungsbeständigkeit
- Hervorragende Öl- und Lösungsmittelbeständigkeit und gutes Haftvermögen
- Ausgezeichnete Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen und gute Witterungsbeständigkeit
- Hohe Druckbeständigkeit
2. Nachteile
- Schlechte Hitzebeständigkeit, mit einer Dauergebrauchstemperaturgrenze von 80 °C bis 100 °C
- Leicht hydrolysierbar und anfällig für Wasser
- Bei der Verbrennung entstehen giftige Gase
Diese Eigenschaften variieren stark je nach der Kombination der verwendeten Rohstoffe. So hängen beispielsweise Härte und Festigkeit stark vom Verhältnis der verwendeten Polyole und niedermolekularen Diole ab. Darüber hinaus trägt die Polyolkomponente wesentlich zur Witterungs- und Hydrolysebeständigkeit bei, so dass es wichtig ist, die Moleküle so zu konzipieren, dass sie den gewünschten Eigenschaften entsprechen.
Weitere Informationen über Polyurethan
Wie Polyurethan-Schaumstoffe hergestellt werden
Produktionsmethoden für das Polyurethanschaum
Polyurethanschaum ist ein schwammartiges, geformtes Material, das durch Aufschäumen von Polyurethan während des Formprozesses hergestellt wird. Es gibt verschiedene Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaum, darunter das Plattenverfahren, bei dem ein Rohstoffgemisch aufgeschäumt wird, ohne dass es in eine Form gebracht wird, und dann in die Form des Produkts geschnitten wird. Das Formgießen, bei dem eine Form verwendet wird, um die gewünschte Form zu erhalten, zählt ebenso dazu, wie das Laminatgießen, das sich für die Herstellung großer Dämmplatten eignet.
1. Polyurethan auf Weichschaumbasis
Bei Polyurethanen auf Weichschaumbasis wird dem Rohstoff Polyol Wasser als Schaumbildner zugesetzt, und die Isocyanatgruppen reagieren mit dem Wasser und bilden Kohlendioxidgas. Gleichzeitig findet eine Verharzung durch die Reaktion des Polyols, des niedermolekularen Diols und des Isocyanats statt, so dass die Kohlendioxidgasblasen in einem kontinuierlichen Zustand aushärten und einen porösen Schaum bilden.
Bei der Reaktion mit Wasser wird das Isocyanat zu einem Amin, das jedoch aufgrund der extrem hohen Reaktivität des Amins sofort mit einer anderen Isocyanatgruppe zu einer Harnstoffbindung reagiert. Aus diesem Grund ist die Zusammensetzung von Polyurethanen auf Weichschaumbasis nicht nur urethangebunden, sondern enthält auch viele Harnstoffbindungen.
2. Hartschaum-Polyurethane
Bei Polyurethanen auf Hartschaumbasis wird als Treibmittel ein physikalischer Schaumbildner mit niedrigem Siedepunkt verwendet, der bei der Urethanumwandlung mit der Reaktionswärme verdampft. Die Blasen in Hartschaum sind unabhängige Blasen, die ein hohes Maß an Wärmedämmung bieten.