Was ist Urethan-Harz?
Urethan-Harz ist ein Oberbegriff für Polymere, die durch die Polyadditionsreaktion von Verbindungen mit Isocyanatgruppen und Hydroxylgruppen hergestellt werden. Die Bindungsstelle wird als Urethanbindung bezeichnet und entsteht im Allgemeinen durch die Polyaddition von Diisocyanat und Polyol.
Als Abkürzungssymbol wird PU für Kunststoffe und U für Gummi verwendet. Urethan Harze haben eine hervorragende Zugfestigkeit, Abrieb-, Öl- und Chemikalienbeständigkeit und werden daher auch in Farben und Lacken eingesetzt. Sie haben jedoch auch den Nachteil, dass sie sich durch Hydrolyse und UV-Strahlung allmählich zersetzen.
Anwendungen von Urethan-Harzen
Aufgrund ihrer großen Vielseitigkeit werden Urethan-Harze in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, das von bekannten Haushaltsprodukten bis hin zu Industriegütern reicht. Beispiele für bekannte Produkte sind Kleidung und Stoßstangen für Autos, während industrielle Anwendungen schalldämpfende Materialien und Klebstoffe umfassen.
Aufgrund seiner hohen Flexibilität wird es auch für die Sohlen von Sportschuhen verwendet, was es zu einem der unentbehrlichsten Harze in unserem täglichen Leben macht. Dieses Material wurde ursprünglich als Ersatz für Naturkautschuk verwendet. Infolgedessen werden Anwendungen entwickelt, die die hohe Elastizität und Zugfestigkeit von Gummi nutzen.
Rückstände in der Umwelt und Recycling von Urethan-Harzen
Urethan-Harze werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmedämmungseigenschaften häufig als Wärmedämmung in Kühlschränken, Gefriergeräten und Kühlboxen eingesetzt. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften lassen sie sich jedoch nur schwer recyceln und weiterverarbeiten, und dies ist ein Bereich, in dem Forschung betrieben wird.
Zersetzungs- und Recyclingtechnologien wie thermische, Hydrolyse-, Glykol-, Ammoniak- und Amin-Zersetzungsmethoden sind bereits etabliert, aber es gibt immer noch Probleme, die hinsichtlich der Zersetzungseffizienz und der Kosten gelöst werden müssen.
Funktionsweise von Urethan-Harzen
Urethan-Harze haben eine ausgezeichnete Flexibilität, Schlagzähigkeit, Zugfestigkeit und chemische Beständigkeit, aber sie verschlechtern sich nach etwa drei Jahren. Obwohl sie viele dieser Merkmale aufweisen, variieren ihre Eigenschaften je nach Herstellungsverfahren stark.
Die Zersetzung kann durch eine Vielzahl von Faktoren wie Sauerstoff, Ozon, Licht und Wärme, Hydrolyse durch Reaktion mit Wasser und mikrobiellen Abbau verursacht werden. Polyurethan zeichnet sich auch dadurch aus, dass seine Eigenschaften je nach Herstellungsverfahren variieren können. Es gibt daher verschiedene Arten von Urethan-Harzen, je nach ihrem Verwendungszweck. Typische Beispiele sind die folgenden:
Auf Schaumstoffbasis
Bei Materialien auf Schaumbasis handelt es sich um Urethan-Harze, bei denen durch Polymerisation unter Zugabe eines Schaumbildners Luft in das Harz eingearbeitet wird. Dieses Material kann in weichen Urethanschaum und harten Urethanschaum unterteilt werden. Ersterer wird z. B. für Autositze verwendet, da er leicht ist und eine hervorragende Dämpfung und Haltbarkeit aufweist. Letzterer hat hervorragende Wärmedämmeigenschaften und wird als Wärmeisolierung für Kühlschränke, Gefriergeräte und Klimaanlagen verwendet.
Von den Urethanschaum-Herstellungsverfahren erfordern das Plattenformen, das Gießen und das Laminatformen große Produktionsanlagen. Sprühschaumverfahren hingegen sind leicht zu handhaben, da sie an Ort und Stelle gemischt und geschäumt werden können, wo die Isolierung benötigt wird.
Nicht-geschäumte Systeme
Zu den nicht geschäumten Systemen gehören die in Sportschuhen verwendeten Elastomere, d. h. Urethan-Harze mit Gummielastizität. Urethan-Harze mit diesen Eigenschaften werden aufgrund ihrer hohen Elastizität für Sportbekleidung und Hosen verwendet.
Unterschiede zwischen Urethan-Harzen, Epoxidharzen und Acrylharzen
Alle drei Begriffe werden oft synonym verwendet, vielleicht weil sie alle das Wort Harz enthalten, aber sie beziehen sich auf völlig unterschiedliche Materialien.
Urethan-Harz ist ein Oberbegriff für ein polymeres Material mit Urethan-Bindungen, wie zu Beginn dieses Artikels erläutert. Epoxidharze hingegen beziehen sich auf wärmehärtende Harze mit einem hochreaktiven Epoxidring am Ende des Moleküls.
Acrylharze sind ebenfalls Polymere und Copolymere der Acrylsäure und ihrer Derivate. Mit anderen Worten, ihre Bedeutung ist durch ihre unterschiedlichen Strukturen und chemischen Eigenschaften streng definiert, sodass bei ihrer Verwendung Vorsicht geboten ist. Strukturelle Unterschiede zwischen Urethan-Harzen, Acrylharzen und Epoxidharzen
Positionierung von Urethan-Harzen in Klebstoffen
Zu den Klebstoffen gehören feste Klebstoffe wie doppelseitiges Klebeband und Falzband sowie Flüssigklebstoffe, bei denen der aufgetragene Klebstoff gepresst wird und aushärtet, um eine Klebewirkung zu erzielen.
Flüssigklebstoffe lassen sich nach der Art der Verklebung in zwei Haupttypen einteilen: trockenhärtend und reaktionshärtend. Beim trockenhärtenden Typ wird der Klebstoff durch die Verflüchtigung des im Klebstoff enthaltenen Wassers oder Lösungsmittels verklebt. Der reaktionshärtende Typ hingegen ist ein Klebstoff, bei dem die Aushärtung durch eine chemische Reaktion zwischen den im Klebstoff enthaltenen Komponenten erfolgt.
Reaktionshärtende Klebstoffe lassen sich in zwei weitere Typen unterteilen. Klebstoffe auf Epoxidharzbasis, bei denen die Aushärtung durch den Hauptbestandteil und den Härter verursacht wird, und Klebstoffe auf Urethan-Harz-Basis, bei denen die Aushärtung durch die Luftfeuchtigkeit verursacht wird. Die Klebstoffe auf Urethan-Harz-Basis werden aufgrund ihrer hohen Haftfähigkeit und schnellen Aushärtung in einer Vielzahl allgemeiner Anwendungen eingesetzt, was sie vielseitig macht.
Bodenbeschichtungsmittel auf Basis von Urethan-Harzen
Es gibt zwei Arten von Bodenbeschichtungsmitteln: auf Wasserbasis und auf Ölbasis. Ursprünglich wurden auch Beschichtungsmittel auf der Basis von Urethan-Harzen in Systeme auf Wasser- und Ölbasis unterteilt. Da jedoch Fragen zu den Sicherheitsaspekten von ölbasierten Systemen aufkamen, sind jetzt allgemein Systeme auf Wasserbasis gemeint.
Wasserbasierte Urethanbeschichtungsmittel zeichnen sich durch eine geringere Haltbarkeit aus als ölbasierte Bodenbeschichtungsmittel wie Glas- und Silikonbeschichtungen. Sie haben jedoch auch die Eigenschaft, dass sie kostengünstig sind. Aus diesem Grund werden Urethanbeschichtungen auf Wasserbasis häufig anderen Bodenbeschichtungsmitteln vorgezogen.
Die Vorteile von Urethanbeschichtungen auf Wasserbasis liegen darin, dass sie aufgrund ihrer schnellen Aushärtung schnell trocknen und praktisch geruchlos sind, ohne den flüchtigen Geruch von Verdünnern. Außerdem sind sie mit den meisten Bodenbelägen kompatibel und können auf jeder Art von Bodenbelag verwendet werden.
Ein Nachteil ist hingegen die altersbedingte Verschlechterung, die als Schwäche der Urethan-Harze angesehen werden kann. Die meisten Urethanbeschichtungen auf Wasserbasis haben eine Haltbarkeit von weniger als 10 Jahren. Abgesehen von den genannten Vorteilen sind Urethanbeschichtungen auf Wasserbasis jedoch nach wie vor die beliebteste Wahl für Beschichtungen, da sie sehr sicher und einfach in der Anwendung sind.