PUR LEXIKON 2

PUR-LEXIKON

Polyurethane, abgekürzt PUR, werden durch die Polyaddition von mehrfunktionalen Polyisocyanaten und zwei- und höherwertigen Alkoholen (Polyolen) hergestellt. Charakteristisch für Polyurethane ist die Urethan-Gruppe mit dem chemischen Aufbau:

Werkstoffe dieser Klasse enthalten üblicherweise auch andere Bindungstypen, z.B. Harnstoff-, Amid-, Biuret-, Allophanat-, Ester- und/oder Etherverbindungen. Deshalb steht der Name Polyurethan als Sammelbegriff für durchaus unterschiedlich aufgebaute Polymere.
Je nach Wahl und stöchiometrischem Verhältnis der Ausgangsstoffe gelangt man zu Polyurethanen sehr unterschiedlicher Eigenschaften, die als Bestandteile von Klebstoffen u. Lacken (Polyurethanharze), als thermoplastisches Material für Lagerteile, Rollen, Reifen, Walzen verwendet werden und als mehr oder weniger harte Elastomere in Faserform oder als Polyether- bzw. Polyesterurethan-Kautschuk, als duroplastische Gießharze und vor allem aber als Schaumkunststoffe vielfältige Einsatzmöglichkeiten finden.

Quelle: BASF

Polyurethanschaumstoffe entstehen bei der Polyaddition, wenn Wasser und/oder Treibmittel zugegen sind. Wasser reagiert mit den Isocyanaten unter Abspaltung von auftreibend und schaumbildend wirkendem Kohlendioxid.
Je nach Wahl der Reaktionskomponenten, deren stöchiometrischen Verhältnisse und chemischen Reaktionsbedingungen, gelangt man zu Polyurethan-Weichschaumstoffen, Polyurethan-Hartschaumstoffen und Struktur- oder Integralschaumstoffen.

Integralschaumstoffe (Strukturschaumstoffe) sind Schaumstoffe, die über den gesamten Querschnitt chemisch identisch sind, deren Dichte von außen nach innen aber kontinuierlich abnimmt. Sie sind gekennzeichnet durch einen porösen Kern und eine nahezu massive Randzone. Das beim Verschäumungsprozess eingestellte Temperatur-Gefälle vom Formeninneren zur Formenwand bewirkt bei der Herstellung der Integralschaumstoffe eine unterschiedliche Ausdehnung des verdampfenden Treibmittels, das in der kalten Randzone kondensiert, über den Formenquerschnitt und damit die beschriebenen Dichteunterschiede im Schaumstoff.
Zusätzlich benötigte Hilfsstoffe oder Additive bei der Polyaddition können Katalysatoren, Emulgatoren, Schaumstabilisatoren, Pigmente, Alterungs- u. Flammschutzmittel usw. sein. Diese sind beispielsweise in einer A-Komponente (Polyolabmischung) enthalten. Die Polyaddition ist eine stufenartig verlaufende Verknüpfungsreaktion von bi-, tri- oder mehrfunktionellen Grundmolekülen (Monomeren) zu großen Kettenmolekülen (Polymeren). Im Gegensatz zur Polykondensation werden bei der Polyaddition keine Moleküle abgespalten. Ein bekanntes Beispiel für eine Polyaddition ist die Reaktion von Diisocyanaten mit Diolen (mehrfunktionelle Alkohole) zu Polyurethanen. Dabei reagiert die Isocyanat-Gruppe (-N=C=O) mit einer Hydroxygruppe (-OH) zu einer Urethan-Brücke (-NH-CO-O-).

baur-hauptformel-deGenerell werden in der Chemie alle organischen Verbindungen als Alkohole bezeichnet, deren charakteristische funktionelle Gruppe die Hydroxy-Gruppe (-OH) ist. In den Polyurethanen werden hauptsächlich höhermolekulare Polyetherole und / oder Polyesterole verwandt und sind in z.B. in einem Zweikomponentensystem in der A-Komponente enthalten und werden auch kurz als Polyole bezeichnet.
Polyisocyanate (B-Komponente) können in aliphatische bzw. cycloaliphatische und aromatische Isocyanate unterschieden werden. Sie können mit der folgenden allgemeinen Strukturformel zusammengefasst werden:
R-(N=C=O)n
Die aromatischen Polyisocyante haben die größere wirtschaftliche Bedeutung. Sie werden bei mehr als 90% der Polyurethan-Anwendungen eingesetzt. Die beiden hauptsächlich eingesetzten Stoffe sind 4,4′-Methylendi(phenylisocyanat) kurz MDI und Toluoldiisocyanate kurz TDI. Aliphatische und cycloaliphatische Isocyanate werden aufgrund ihrer Lichtbeständigkeit hauptsächlich in Lacken eingesetzt.

Die Herstellung der Polyurethanschaumstoffe erfolgt durch so genannte Formverschäumung, bei der das zu verschäumende Reaktionsgemisch in flüssiger Form in temperierte Formen eingetragen wird, die es nach Beendigung der Verschäumungsreaktion vollständig ausfüllt. Zur Herstellung von kompliziert geformten Gegenständen aus Polyurethan-Bauteilen hat man in den 70er Jahren die sog. RIM-Technik entwickelt (Reaction Injection Moulding = Reaktionsspritzguss). Das RIM-Verfahren beruht auf raschem Dosieren und Mischen der Komponenten (z.B. 2 Komponenten: A- und B-Komponente) in einer Mischkammer und Injektion des reaktiven Gemisches z.B. in eine Form (des Weiteren bei Schaumstoffen: das Aufschäumen des Reaktionsgemisches und Ausfüllen der Form sowie schnellem Aushärten). Die Zykluszeit beträgt wenige Minuten.