Kunststoff Lexikon

Polyurethan

Polyurethane (PU, DIN-Kurzzeichen: PUR) sind Kunststoffe oder Kunstharze, welche aus der Polymerisationsreaktion eines Polyesters oder eines (Poly)Acrylates und eines Polyisocyanats entstehen. Charakteristisch fr Polyurethane ist die Urethan-Gruppe.

− NH − CO − O −

Polyurethane knnen, je nach Herstellung hart und sprde, aber auch weich und elastisch sein. In aufgeschumter Form ist PUR als Schaumgummi oder als Bauschaum bekannt.


Geschichte
1937 synthetisierte Otto Bayer zusammen mit seinem Team in den Laboratorien der Bayer AG in Leverkusen zum ersten Mal Polyurethane. 1940 begann die industrielle Produktion durch die Bayer-Werke in Leverkusen. Aufgrund des Zweiten Weltkriegs und der damit verbundenen Knappheit an Rohstoffen entwickelte sich der Markt fr Polyurethane jedoch zunchst nur sehr langsam. So waren 1952 weniger als 100 t pro Jahr des wichtigen Polyisocyanats Toluylendiisocyanat (TDI) verfgbar. Von 1952 bis 1954 wurden Polyester-Schaumstoffe entwickelt, wodurch das kommerzielle Interesse an Polyurethanen weiter gesteigert wurde. Mit dem Einsatz von Polyetherpolyolen, auch Polyole genannt, wuchs die Bedeutung der Polyurethane rasch an. Die greren Variationsmglichkeiten bei der Herstellung von Polyetherpolyolen fhrten zu einer erheblichen Ausdehnung der Anwendungen. So wurden 1960 bereits ber 45000 t an Schaumstoffen produziert.

Weitere technische Verbesserungen haben immer wieder neue Anwendungsfelder erschlossen. So ermglichte die Einfhrung von Treibmitteln und der Einsatz von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) die Herstellung von PUR-Hartschumen. In den letzten Jahren wurde mit dem Verbot von FCKW-haltigen Treibmitteln eine Wende in der Herstellung dieser Hartschume eingeleitet. In letzter Zeit werden daher verstrkt Pentane oder reines Kohlendioxid als Treibmittel verwendet. Ihre hervorragende isolierende Wirkung wurde bis heute nicht bertroffen.

Bis zum Jahr 2002 war der weltweite Verbrauch auf rund 9 Millionen Tonnen an Polyurethanen angestiegen.


Herstellung im Labor
In einem Plastikgef werden 0,5 g Splmittel sowie 20 g Polyethylenglykol 300, in einem 150 ml Becherglas 20 g Toluylen-2,4-diisocyanat eingewogen.

Unter dem Abzug gibt man das Isocyanat zu dem Splmittel und Polyethylenglykol und rhrt mit einem Glasstab um.

VORSICHT: es setzt bald ein Aufschumen (im Freischaum bis 35 fache des ursprnglichen Raumvolumen) und Erwrmen (unter Umstnden kann es zur Selbstentzndung kommen) ein!

In der praktischen Anwendung wird der Grad des Aufschumens- das sich letztlich einstellende Raumgewicht durch die Zugabe von Wasser eingestellt. Das durch die Reaktion von Wasser mit Isocyanat entstehende Kohlendioxid treibt den Schaum.

Die weiter unten erwhnten zinnorganischen Verbindungen werden vor allem im Weichschaum (Matratzen, Kaltschaum usw.) benutzt um eine optimale Verteilung und Gre der Blasen zu gewhrleisten.


Toxizitt
Isocyanate knnen Allergien auslsen und stehen im Verdacht, Krebs zu verursachen. TDI's verdampfen bei Raumtemperatur und knnen Schden in der Lunge verursachen. Die Amine im Polyol sind ebenfalls der Gesundheit nicht frderlich. Im allgemeinen sind ausreagierte Gemische fr den Menschen vllig ungefhrlich.

In PUR-beschichteter Kleidung, beispielsweise Regenkleidung fr Kinder, wurden auerdem giftige Stoffe wie zinnorganische Verbindungen nachgewiesen, die durch den Schwei leicht in den Krper gelangen knnen.


Eigenschaften
Polyurethane knnen je nach Wahl des Isocyanats und des Alkohols vllig unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.


Handelsnamen
kreis 202Elastomer: Baytec, Cellasto, Elastolan, Elastoflex
kreis 202Fasern: Elastan, Spandex, Lycra und Dorlastan


Verwendung
Aus PUR werden Matratzen, Schuhsohlen, Dichtungen, Fubden, Lacke, Klebstoffe, Dichtstoffe, Skier, Autositze, Laufbahnen in Stadien, Armaturenbretter, Vergussmassen und vieles mehr hergestellt.

kreis 202Polyurethan wird im Bauwesen als 1- oder 2-Komponenten-Schaum 
  (Montageschaum) zum Abdichten von Fugen im Beton vor dem Vergieen, zum
  Stabilisieren von Fundamenten, zum Anheben von Gebudeteilen, Fubden etc.
  verwendet und beim Einbau von Fenstern und Tren benutzt.
kreis 202PU-Elastomer wird hufig fr Textilfasern eingesetzt. Diese Fasern bestehen nicht
  unbedingt zu 100% aus PUR. Ebenfalls eingesetzt wird Polyurethan als
  Mikroschaum fr atmungsaktive Membrane fr Regenbekleidung.
kreis 202Aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften eignen sich bestimmte
  Polyurethane fr Anwendungen, die eine hohe Verschleissfestigkeit verlangen. So   z. B. beim Transport von Schttgtern durch Polyurethanschluche, oder als
  Schutzschicht in Rohren und Rohrbgen.
kreis 202Ein weiteres spezielleres industrielles Verarbeitungsspektrum findet sich im
  Prototypen- und Musterbau sowie in der Gieereiindustrie. Hier werden Produkte
  aus Polyurethan eingesetzt, um Modelle und Werkzeuge vieler Art, aber auch
  Serienteile herzustellen.
kreis 202Bei der Herstellung von multifilen Tennissaiten wird Polyurethan als Fllstoff 
  verwendet


PU-Lacke
Eine der wichtigsten Anwendungen von Polyurethanen ist der Einsatz in Lacken. Hier wird PUR insbesondere als Grundierung wegen seiner guten Haftungseigenschaften verwendet.

Auerdem gibt es eine Variante als Coil Coating Lacke.


Vergussmassen
kreis 202PU-Vakuumgieharze: Verschiedene Produkte mit kurzer Topfzeit meist fr 
  Prototypen oder Vorserien, die z.B. Serienmaterialien (Thermoplast-Spritzgu: 
  ABS, PP, POM, PS, PC, PMMA etc.) hnelnden mechanischen und thermischen
  Spezifikationen oder optischen Aspekten entsprechen. Sie werden in einer
  Vakuumgieanlage verarbeitet. Formen i.d.R. aus polyadditionsvernetzendem
  Silikon. Stichwort: Duplizierung von mit Rapid-prototyping-Techniken gefertigten
  Teilen.
kreis 202PU-Schnellgieharze: relativ einfach zu verarbeitende Produkte fr Gieteile,
  Modelle und Werkzeuge, welche eine kurze Topfzeit besitzen und nicht unter
  Vakuum verarbeitet werden mssen.
kreis 202Elastomer aushrtende PU-Gieharze: Produkte mit verschiedenen im Shore-A-Bereich angesiedelten Hrtegraden. Fr elastische bis hartelastische Teile, Formen und Werkzeuge.


RIM
RIM (Reaction Injection Moulding) sind sehr reaktive PU-Harze, die mittels Niederdruckspritzgu verarbeitet werden. Hier werden die Harzkomponenten erst kurz bevor sie in die Form gepret werden, in einem an die Form heranfhrbaren Mischkopf miteinander vermischt. Anwendung fr dnnwandige Teile wie Prototypen, Vorserienteile und Serienteile wie z.B. Verkleidungen sowie Teile im Fahrzeugbereich wie Stofnger, Spoiler, Innenverkleidungen, Gehuse etc.


Schaumstoffe
Aus PUR lassen sich sehr einfach Schume herstellen. Diese sind als Schaumgummi bekannt und werden als Reinigungsschwamm, Matratze, Sitzkissen aber auch zur Isolierung in Gebuden und Khlgerten eingesetzt.

PU-Hartschaumplatten sind in verschiedenen Dichten verfgbar. Die Produkte sind teils mit Fllstoffen versehen (Glasmicroballons, Aluminiumpulver). Einsatzzweck sind Dmmstoffe sowie der Modell- und Vorrichtungsbau. Der Schaum wird dazu meist spanend bearbeitet.
 

Quelle: Wikipedia


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