Allgemeines:
Wie viele andere Kunststoffe haben sich Polyurethane aufgrund ihrer Natur, ihrer vielfältigen Eigenschaften und Anwendungen in allen Bereichen unseres täglichen Lebens durchgesetzt. Obwohl sie eine duroplastische Struktur haben, d.h. irreversibel sind im Gegensatz zu Thermoplasten, hinderte dies nicht ihre Verwendung überall.
Diese große Vielseitigkeit von Polyurethan ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen, wie weiche Schaumstoffe für Komfort und Schalldämmung, harte Schaumstoffe für Wärmedämmung, kompakte Polyurethane usw. Die Weiterentwicklung der Verarbeitungstechniken und der Chemie ermöglicht kurze Herstellungszyklen und eine hohe Reproduzierbarkeit in großen Mengen. Die Verarbeitung von Polyurethan hat mittlerweile eine Phase der Reife und Konsolidierung erreicht.
All diese Eigenschaften machen Polyurethan zu einem wichtigen Bestandteil des täglichen Lebens und lassen darauf schließen, dass sowohl auf der Materialseite als auch auf der Transformationsseite noch Fortschritte möglich sind. Mit einem stetig wachsenden Markt wird Polyurethan Gegenstand intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit sein.
Einzelheiten:
Polyurethane (der Begriff Polyurethan(e) wird seit 1988 nicht mehr verwendet) sind Polymere, die die Urethan-Gruppierung enthalten. Urethan bezeichnet jede Verbindung, die durch die Reaktion eines Isocyanats mit einem Alkohol gemäß der folgenden Reaktion gebildet wird:
Diese Bindung entsteht durch die Kondensationsreaktion zwischen einem Alkohol R-OH mit beweglichem Wasserstoff und einem Isocyanat R‘-N=C=O. Um ein Polyurethan zu bilden, müssen Polyole (mindestens zwei Hydroxylgruppen pro Molekül) mit Polyisocyanaten (mindestens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül) reagieren.
Die Urethanfunktion, die durch die Addition eines Isocyanats an einen Alkohol entsteht, ist seit dem späten neunzehnten Jahrhundert bekannt, und die Reaktionen von Isocyanaten mit verschiedenen Komponenten wurden zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts untersucht. Diese Reaktionen sind in der Regel exotherm.
Insbesondere der Einsatz einer breiten Palette von Polyolen unterschiedlicher Art, Molmassen und Funktionalitäten hat die Entwicklung der großen Vielfalt von Polyurethanen ermöglicht.
Tatsächlich können diese Polyole sein:
• Langkettige Polyesterpolyole, die durch Polykondensation von Dicarbonsäuren und einem Überschuss an Diolen entstehen, in Fall von linearen Molekülen, oder durch Ringöffnungspolymerisation von Lactonen wie Polycaprolactonen.
• Langkettige Polyether, die durch Ringöffnungspolymerisation von Etherzyklen (Oxiranen, Oxetanen oder Tetrahydrofuran) entstehen.
• Andere kurzkettige Diole oder Polyole wie hydroxyterminierte Polybutadiene, Polycarbonate oder hydroxytelechelic Polysiloxane.
• Sehr kurze Diol-Verlängerungsmittel oder Kettenverlängerer.
• Kurzkettige Polyole mit Funktionalitäten über drei, genannt Vernetzer.
Die Formulierung ermöglicht die Modifizierung der Eigenschaften von Polyurethanen durch den Einsatz vieler Additive und Füllstoffe.
Diese beeindruckende Vielzahl von Rohstoffen ermöglicht eine unendliche Anzahl von Formulierungen.
Diese beeindruckende Vielfalt an Rohstoffen ist der Schlüssel zur Vielfalt der Polyurethane in Bezug auf Strukturen und Anwendungen.
Somit gehören Polyurethane zu den umfangreichsten Gruppen von sogenannten „Kunststoffen“, obwohl Polyurethane häufiger thermoset als thermoplastisch sind:
• Weiche Schaumstoffe mit geringer Dichte (10-80 kg/m3),
• Hochdichte flexible Schaumstoffe (> 100 kg/m3),
• Halbstarrer und mikrozellularer Schaumstoff (400-800 kg/m3),
• Hartschäume (30-80 kg/m3),
• Hochdichte Hartschäume,
• Thermisch härtende Elastomere und Gießmassen,
• Thermoplastische Elastomere und Plastomere,
• Textilfasern (wie ELASTAN),
• Klebstoffe, Farben, Beschichtungen und Lacke,
• Kleber und Bindemittel.
Schaumstoffe bilden eine eigene Familie, die die größten Produktionsvolumina erzeugt, der Rest der Polyurethane bildet eine Familie, die in der Industrie üblicherweise als C.A.S.E. (Coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers) bezeichnet wird.
