Polyurethan-Kunststoff:von Klebstoffen bis zu Yogahosen

Polyurethan wirkt oft nicht wie Plastik. Was ist es und wie wird es hergestellt?

Polyurethan ist ein Polymer, das durch Urethanbindungen verbunden ist. Diese Verknüpfungen werden durch Umsetzen eines Di- oder Polyisocyanats mit einem Polyol gebildet. Polyurethan ist insofern einzigartig, als es nicht wie viele andere Kunststoffe hergestellt wird. Die meisten Polymere wie Polyethylen werden in Form eines Pulvers hergestellt und dann in eine gewünschte Form gegossen. Im Gegensatz dazu werden Polyurethane typischerweise direkt zum Endprodukt verarbeitet.

Wofür wird Polyurethan-Kunststoff verwendet?

Polyurethan ist die Basiskomponente für verschiedene kommerzielle Anwendungen und Baumaterialien. Es kann auch in Bekleidung, Sportartikeln und Verkehrsmanagementgeräten gefunden werden.

Polyurethan-Kunststoff wird häufig als Basiskomponente in Surfbrettern und Schiffsausrüstung verwendet.

Kunststoffteile

Polyurethan-Kunststoff kann starr oder flexibel sein. Hartes Polyurethan wird in Strukturteilen für industrielle und kommerzielle Anwendungen verwendet. Es wird auch für Surfbrett- und Bootskomponenten sowie Einfassungen für elektronische Instrumente verwendet. Flexibles Polyurethan ist ein gängiges Material zur Herstellung von Griffen in Sportgeräten wie Golfschlägern und Tennisschlägern.

Flexible Poller sind langlebig und kosteneffektiv – sie wurden für eine nicht scheuernde Verkehrsführung mit geringen Auswirkungen entwickelt.

Flexible Poller

Flexible Poller aus Polyurethan bieten Verkehrsmanagementlösungen auf Parkplätzen und Straßen in der Stadt. Poller mit geringem Aufprall sind langlebig und kostengünstig und werden als Leitplanken für Fahrradwege oder zur Markierung des Endes eines Parkhauses verwendet. Für Bereiche mit wechselnden Verkehrsanforderungen ermöglicht ein abnehmbarer flexibler Poller vielfältige Konfigurationen.

Spandex besteht zu mindestens 85 % aus Polyurethan und wird vor allem in Sportbekleidung verwendet.

Stoff

Polyurethan kann mit einer Trockenspinntechnik in Fasern umgewandelt werden. Diese Fasern werden häufig in Stoffen für Bekleidung von Sportbekleidung bis hin zu Strumpfwaren verwendet. Chemisch gesehen besteht der als Spandex, Lycra oder Elastan bekannte Stoff zu mindestens 85 % aus Polyurethan.

Die hohe Tragfähigkeit von Polyurethan sorgt für langlebige Elastomerräder.

Räder

Polyurethan hat eine hohe Belastbarkeit und ist das Basismaterial für Elastomerräder und -reifen. Diese sind an Einkaufswagen, Aufzügen, Achterbahnen und Rollschuhen zu finden.

Polyurethanbeschichtete Böden sind gegen Abrieb und Stöße geschützt.

Bodenbeläge und Infrastruktur

Polyurethanbeschichtungen sind ideal für Oberflächen, die Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Hartholzböden und Infrastruktur im Außenbereich. Durch regelmäßige Pflege können diese Oberflächen vor der täglichen Abnutzung geschützt werden.

Halbflexible Polyurethanschäume haben festere Eigenschaften, ideal für Armaturenbretter und Türverkleidungen in Autos.

Schäume und Kissen

Weichschäume sind weich mit hohen Absorptionseigenschaften. Halbflexible Polyurethanschäume sind fester und werden für Armaturenbretter und Türverkleidungen von Autos verwendet. Hochelastische Schaumstoffprodukte eignen sich für Schaumstoffsitze, Dichtungen und Dämmplatten.

Polyurethan-Schaumsprays füllen Spalten um Fenster herum für eine bessere Isolierung.

Kleb- und Dichtstoffe

Polyurethan wird in Hochleistungsklebstoffen und Oberflächenversiegelungen verwendet. Diese Dichtstoffe füllen Lücken und ermöglichen gleichzeitig die Ausdehnung und Kontraktion von Baumaterialien. Die elastomeren Eigenschaften des Dichtmittels ermöglichen eine Bewegung von 25–50 %. Auch Schaumsprays werden aus Polyurethan entwickelt und füllen Spalten zur besseren Gebäudeisolierung auf.

Eigenschaften von Polyurethan

Die Polymerdichten von Polyurethan können kontrolliert werden, was zu einer Reihe von Eigenschaften führt. Zu den Vorteilen von Polyurethan gehören eine hohe Elastizität und Formbarkeit, was es zu einem idealen Basismaterial für viele Kunststoffprodukte macht, wie oben gezeigt.

POLYURETHAN-EIGENSCHAFTEN

VORTEILE

NACHTEILE

Hohe Abrieb- und Lösungsmittelbeständigkeit

Niedrige Wärmekapazität

Hohe Belastbarkeit und Elastizität

Toxische Eigenschaften (Isocyanate)

Hohe Isolierung

Geringe Toleranz gegenüber Sonnenlicht

Gute Formqualität

Entzündlich

Polyurethanstruktur und Herstellung

Polyurethan entsteht durch die exotherme Reaktion zwischen zwei Molekülen, Isocyanaten und Polyolen, die eine Urethanbindung erzeugen. Es ist wichtig, zunächst Isocyanate und Polyole zu verstehen, da Polyurethan ein Ergebnis dieser beiden Verbindungen ist.

1) Isocyanate

Isocyanat hat die Formel R–N=C=O. Es ist eine organische Verbindung, die reaktiv ist und oft polymere Materialien enthält. Wenn ein Isocyanat zwei Isocyanatgruppen aufweist, wird es als Diisocyanat (TDI) bezeichnet. TDI wird zur Reaktion mit Polyolen bei der Herstellung von Polyurethan verwendet.

2) Polyole

Polyole können entweder Polyether- oder Polyesterpolyole sein. Polyetherpolyole werden hergestellt, wenn Epoxide mit Verbindungen reagieren, die aktiven Wasserstoff enthalten. Polykondensation findet zwischen den multifunktionellen Carbonsäuren und Polyhydroxyverbindungen statt. Polyole mit höherem Molekulargewicht ergeben flexible Polyurethane. Polyole mit niedrigerem Molekulargewicht erzeugen starre Polyurethane.

3) Polyurethan

Die Art des bei der Polyurethanherstellung verwendeten Isocyanats und Polyols beeinflusst seine Eigenschaften. Polyole sind für die Steuerung der Flexibilität und Elastizität des Polymers verantwortlich. Längere Ketten und geringe Vernetzung erzeugen ein dehnbares Polymer, während kürzere Ketten zu einem härteren Polymer führen. Es gibt viele Möglichkeiten für Isocyanate und Polyole und eine Vielzahl von Verarbeitungsbedingungen werden für die Produktion verwendet.

Auch Additive sind am Polyurethan-Herstellungsprozess beteiligt. Diese Chemikalien steuern Reaktionen und Eigenschaften der Polyurethanbildung.

ZUSATZSTOFFE, DIE BEI ​​DER POLYURETHAN-HERSTELLUNG VERWENDET WERDEN

Katalysatoren

Beschleunigt die chemische Reaktion

Vernetzungsmittel

Mechanische Verstärkung

Flammschutzmittel

Reduziert die Entflammbarkeit

Weichmacher

Reduziert die Härte

Füllstoffe

Verbessert die Materialeigenschaften und senkt die Kosten

Treibmittel Tenside

Steuert die Zellstruktur von Polyurethanschaum

Rauchunterdrücker

Reduziert die Rauchentwicklung beim Verbrennen

Pigmente

Fügt Farbe für Ästhetik hinzu

Klassifikationen von Polyurethan

Polyurethane können aufgrund ihrer Reaktion auf Hitze in zwei Gruppen eingeteilt werden:

Thermoplast

Thermoplastisches Polyurethan ist insofern vielseitig, als es viele Male wieder erhitzt und umgeformt werden kann. Beim Erhitzen wird es flüssig und kann ohne Veränderung der Kunststoffeigenschaften in die gewünschte Form gebracht werden. Thermoplastisches Polyurethan eignet sich am besten für Endprodukte, die Hitzetoleranzen von über 250 °F erfordern.

Duroplast

Duroplast-Polyurethan kann nicht mehr als einmal geformt werden. Wenn duroplastisches Polyurethan aushärtet, erfährt es eine chemische Reaktion, die die Veränderung dauerhaft macht. Duroplast-Polyurethan ist die haltbarere Option für tragende und abriebfeste Produkte.

Arten von Polyurethan

Polyurethan kann in vier Haupttypen eingeteilt werden:Elastomere, Beschichtungen, flexible Schäume und vernetzte Schäume. Für jeden der Typen sollte die am besten geeignete Klasse von Polyurethan gewählt werden – entweder thermoplastisch oder duroplastische. Je nach Ausführung und Anwendung sind unterschiedliche Anforderungen an Wärme, Gewicht und Abrieb zu berücksichtigen.

Elastomere

Polyurethan-Elastomere haben eine sehr hohe Elastizität. Von diesen elastischen Eigenschaften profitieren Verkehrssicherungseinrichtungen wie flexible Poller. Flexible Poller, die so konzipiert sind, dass sie sich unter Fahrzeugen biegen, können nach dem Abflachen schnell wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.

Beschichtungen

Polyurethanbeschichtungen bieten Beständigkeit gegen scharfe Lösungsmittel wie Industriereiniger. Sie bieten auch einen gewissen Schutz vor Stößen. Polyurethanbeschichtungen sind ideal für Oberflächen, die Abriebfestigkeit erfordern. Lösungen auf Wasserbasis sind ebenfalls erhältlich.

Weichschaumstoffe

Flexible Schäume haben eine hohe Schlagfestigkeit und Dämpfung. Als festere Alternative sind auch halbflexible Polyurethanschäume erhältlich.

Vernetzte Schäume

Vernetzte Schäume bieten im Vergleich zu Weichschäumen eine steifere und dickere Struktur.

Polyurethan-Kunststoffpflege

Polyurethan ist pflegeleicht und wartungsarm. Es ist beständig gegen Lösungsmittel, Öle und Korrosion – und sehr beständig gegen Witterungseinflüsse und Abrieb. Die regelmäßige Pflege ist so einfach wie das Abwischen der Oberfläche mit einem feuchten Tuch. Bei stärkeren Oberflächenschäden können Wasch- und Reinigungsmittel verwendet werden. Es ist jedoch am besten, die scharfen Reinigungsmittel für den gelegentlichen Gebrauch aufzuheben, da sie den Glanzgrad einiger Polyurethan-Oberflächen beeinträchtigen können.

Polyurethan-Kunststoffrecycling

Polyurethan kann auf zwei Arten recycelt werden:mechanisches oder chemisches Recycling. Beim mechanischen Recycling wird das Material in seiner Polymerform wiederverwendet, während beim chemischen Recycling das Material in seine chemischen Bestandteile zurückgeführt wird.

1) Mechanisches Recycling

Wiederverbinden

Polyurethanabfälle werden klein geschnitten, mit einem Prepolymer besprüht und zur gewünschten Schaumqualität gebunden. Eine beliebte Methode für recycelte Teppichunterlagen.

Nachschleifen

Polyurethan-Industrieverkleidung wird zu einem feinen Pulver gemahlen. Das Pulver kann dann mit neuen Materialien kombiniert werden, um neuen Polyurethanschaum herzustellen.

Klebepressung

Polyurethanteile werden granuliert und gemischt, dann unter Hitze und Druck gesetzt, um Platten oder Formteile zu bilden. Die resultierenden Spanplatten können in Schallschutzprodukten und Möbelanwendungen verwendet werden.

2) Chemisches Recycling

Glykolyse

Industrie- und Post-Consumer-Polyurethane werden bei hoher Hitze mit Diolen gemischt. Durch eine chemische Reaktion entstehen neue Polyole, die dann zur Herstellung von recyceltem Polyurethan verwendet werden können.

Hydrolyse

Eine Reaktion zwischen gebrauchten Polyurethanen und Wasser führt zu Polyolen, die als Kraftstoff verwendet werden können. Die Zwischenchemikalien können als Rohstoffe zur Herstellung von recyceltem Polyurethan verwendet werden.

Pyrolyse

Gas und Öl entstehen durch den Abbau von Polyurethanen in einer sauerstofffreien Umgebung.

Hydrierung

Gas und Öl werden aus gebrauchten Polyurethanen durch Anwendung von Hitze, Druck und Sauerstoff erzeugt.

Die Zukunft von Polyurethan

Polyurethan ist ein beeindruckender Rohstoff mit seiner Kombination aus bearbeitbaren Eigenschaften. Polyurethan-Produkte weisen ebenfalls eine große Vielfalt auf – von Kunststoffen, Schäumen, Beschichtungen bis hin zu Dichtungsmitteln –, die einer Vielzahl von Branchen zugute kommen.

Polyurethan-Produkte haben eine zyklische Lebensdauer, da sie auch nach Erreichen des Endes ihres Produktlebenszyklus ihren Wert behalten. Im Jahr 2010 kündigte der amerikanische Automobilhersteller Chrysler an, 180.000 Pfund recycelter Polyurethanschaum für seine Sitze und Kopfstützen zu verwenden. Während die Welt grün wird, zieht die Polyurethanindustrie mit nachhaltigen Praktiken nach.