Polyurethan – Vereinfacht

Polyurethan steckt in den Autos, die wir fahren, den Schuhen an unseren Füßen und der Einrichtung im privaten und geschäftlichen Bereich. Es kann viele Formen haben, wie z.B. Formteile, Schaumkissen, Sprühbeschichtungen oder Klebstoffe. Mit anderen Worten: Polyurethan ist überall.

Wie entsteht Polyurethan? Einfach gesagt, ist Polyurethan das Ergebnis einer chemischen Reaktion, die normalerweise aus zwei Komponenten besteht: Isocyanat und Polyol. Was daran spannend ist, sind die unbegrenzten Möglichkeiten, neue Formulierungen – oder „Rezepte“ – zu entwickeln. Diese verändern das Polyurethan so, dass es hart oder weich, elastisch oder starr, flüssig oder gelartig wird.

Einfach wie Kuchen backen

Hersteller von Spezial-Polyurethansystemen

Für nicht technisch veranlagte Menschen: Es ist im Prinzip wie Backen. Aus den beiden Hauptzutaten, Mehl und Zucker, können Sie eine riesige Palette an Lebensmitteln machen, wie z.B. Kekse, Kuchen, Brot und Pastete. Sie müssen nur die Mehl- und Zuckermengen anpassen und andere Zutaten wie Backpulver oder Gewürze hinzugeben. Sie können natürlich auch Fertigmischungen kaufen, die bereits das richtige Verhältnis aller nötigen Zutaten haben. Sie müssen nur die Flüssigkeiten einrühren, den Teig in eine Form gießen oder auf ein Backblech geben und bei einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeit backen – schon haben Sie ein fertiges Produkt.

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Zugabe eines Katalysators

Ein Katalysator wird verwendet, um die für eine Reaktion erforderliche Aktivierungsidee zu senken und dadurch die chemische Reaktion zu beschleunigen. Luft, Wasser oder Wärme reichen meist zum Auslösen der Reaktion aus, jedoch können auch chemische Katalysatoren verwendet werden – normalerweise in kleinen Mengen.

Beim Backen könnten Sie die Zutaten vermischen und auf dem Küchentresen stehenlassen, jedoch würden Sie dann wohl niemals einen Kuchen bekommen. Die Wärme im Ofen dient als Katalysator, um die Reaktanten (Zutaten) in das gewünschte Produkt umzuwandeln - Ihren Kuchen!

Polyurethan-Kuchen!

Lecker.

Hersteller von Spezial-Polyurethansystemen

Polyurethan-Systeme sind wie flüssige Backmischungen. Bei 1-Komponenten-Systemen ist der „Teig“ ein bereits gemischtes Vorpolymer. Sobald der Behälter geöffnet ist, reagiert die Mischung mit der Feuchtigkeit in der Luft und die Verarbeitungsdauer beginnt. Bei 2-Komponenten-Systemen werden die ISO- und die POLYOL-Komponenten separat aufbewahrt, damit die chemische Reaktion nicht stattfindet, bis die beiden Komponenten im angegebenen Mischverhältnis vermischt werden. Z.B. bedeutet ein Mischverhältnis von 100:25 100 Teile POLY zu 25 Teilen ISO.

Achtung! Seien Sie vorsichtig im Umgang mit Polyurethan-Systemen. Sie sollten niemals verzehrt werden. Die Kuchen-Terminologie dient ausschließlich als anschauliche Erklärung, wie die Inhaltsstoffe zusammenwirken und soll nicht nahelegen, dass das Ergebnis essbar ist.

Wenn Sie auf ISOs oder Polymere treffen, können auch kleine Wassermengen zum Auslösen einer chemischen Reaktion ausreichen, die genug Druck entwickeln kann, um eine Stahltrommel zu verformen oder in ein Geschoss zu verwandeln. Daher ist es äußerst wichtig, ISOs und Polymere trocken zu halten. Stickstoff ist schwerer als Sauerstoff, weshalb vor dem Versiegeln der Trommel in den Kopfraum zwischen dem Produkt und der Oberseite der Trommel Stickstoffgas hinzugefügt wird – daher wird das auch Stickstoffdecke genannt. Das dient als zusätzliche Schutzschicht gegen Feuchtigkeit.

Machen Sie sich stets mit den Sicherheitsdatenblättern (SDB) und technischen Datenblättern (TDS) vertraut, um sich über die beim Umgang mit Chemikalien notwendigen Vorsichtsmaßnahmen zu informieren.

Glossar

UNsere Sprache mag einschüchternd wirken, aber die Bedeutungen sind einfach–hier sind einige Definitionen
  • Additive – Substanzen, die Polyolkomponenten zur Veränderung ihrer Eigenschaften zugefügt werden, üblicherweise zu einem relativ geringen Prozentsatz. Beispiele sind Entgasungsmittel, Feuchtigkeitsfänger, Tenside, Haftvermittler usw.
  • Aliphatisch – Polyurethanarten, die keine in aromatischen (Benzol) Ringstrukturen angeordnete Karbonatome enthalten. Im Vergleich zu aromatischen Produkten sind aliphatische Polyurethane widerstandfähiger gegen UV-Alterung und weisen eine bessere Farb- und Glanzbeständigkeit auf.
  • Anfangsfestigkeit – Die Fähigkeit zur Bearbeitung vor der vollständigen Aushärtung.
  • Aromatisch – Polyurethanarten, die einige in aromatischen (Benzol) Ringstrukturen angeordnete Karbonatome enthalten. Im Vergleich zu aliphatischen Produkten sind aromatische Polyurethane meist robuster, aber weniger widerstandsfähig gegen UV-Alterung und weisen eine geringere Farb- und Glanzbeständigkeit auf.
  • Aushärtung – Stoffliche Verbindung durch dauerhafte Vernetzung der Moleküle.
  • Aushärtungszeit – Ein Begriff, der sich auf die Vollständigkeit der chemischen Reaktion bezieht. Bei 100%iger Beendigung sollte das Polyurethan 100 % seiner maximal erreichbaren physischen Eigenschaften erreicht haben.
  • Brennbarkeit – Relative Fähigkeit eines Materials zu verbrennen, angegeben durch seinen Flammpunkt.
  • Dehnung – Prozentsatz der ursprünglichen Länge, um den sich eine Probe dehnen kann, ohne zu brechen.
  • Dichte – Dichte entspricht der Masse der Substanz dividiert durch ihr Volumen.
  • Druckverformungsrest – Misst die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen dauerhafte Deformation.
  • Durometer – Eines von mehreren Maßen für die Härte eines Materials.
  • Duroplast – Polymerart, die nicht durch Wärmeeinwirkung geschmolzen und umgeformt werden kann.
  • Elastizität – Das Maß für die Fähigkeit eines Materials, nach Ausdehnen oder Deformation die ursprüngliche Form zurückzuerlangen.
  • Elastomer – Polyurethan mit „gummiähnlichen“ Eigenschaften, das Deformationen durch Krafteinwirkung standhält und sich davon erholt.
  • Entformungszeit – Kürzeste Zeit, innerhalb derer ein ausgehärtetes Teil aus der Gussform entfernt werden kann.
  • Farbverlust – Jegliche Veränderung von der ursprünglichen Farbe.
  • Feuchtigkeitsaushärtung – Vorpolymere, die formuliert sind, um bei der Einwirkung von Feuchtigkeit entweder im Substrat oder in der Atmosphäre auszuhärten.
  • Flammpunkt – Die niedrigste Temperatur eines Materials, bei der es ausreichend Dämpfe entwickelt, um ein entzündliches Gemisch mit Luft nahe seiner Oberfläche zu bilden.
  • Füllstoff enthaltendes System – Polyurethan mit Füllstoff
  • Füllstoffloses System – Polyurethan ohne Füllstoff
  • Gel – Anfänglicher halbfester Zustand, der während der Bildung eines Harzes aus einer Flüssigkeit entsteht.
  • Gelierzeit – Die „Bearbeitungszeit“ von der anfänglichen Vermischung der Urethan-Rohmaterialkomponenten bis zur Verfestigung des Materials.
  • Glasübergangstemperatur – Der Temperaturbereich, in dem sich das Polymer von einem harten, glasartigen Material zu einem weichen, gummiartigen Material verändert.
  • Haltbarkeitsdauer – Dauer, während der ein Produkt bei Lagerung unter festgelegten Temperaturbedingungen für den Gebrauch geeignet bleibt.
  • Härtungsmittel – Verbindung, die eine Polymerreaktion vervollständigt.
  • Harz – Jede natürliche oder synthetische organische Verbindung, die aus einer nichtkristallinen oder viskosen liquiden Substanz besteht.
  • Hydrophil – Affinität für Wasser
  • Hydrophob – Wasserabweisend
  • Isocyanate (ISO) – Chemische Verbindungen mit einer oder mehreren reaktiven NCO-Gruppen.
  • Katalysator – Zur Beschleunigung der chemischen Reaktion verwendeter Inhaltsstoff.
  • Klebstoff – Zum Verbinden zweier oder mehrerer Materialien verwendete Substanz.
  • MDI – Akronym für 4,4′-Methylendiphenyldiisocyanat, ein bei der Produktion von Polyurethan-Elastomeren häufig eingesetztes Rohmaterial.
  • Mischverhältnis – Gibt das ordnungsgemäße Verhältnis (nach Gewicht oder Volumen) von POLY und ISO an, die vor dem Eingießen kombiniert werden müssen.
  • Nachhärtung – Eine zweite Aushärtungsphase, in der ein Gussteil bei erhöhter Temperatur ausgehärtet wird, sobald es seine „Anfangsfestigkeit“ erreicht hat, die die Vervollständigung der chemischen Reaktion vorantreibt.
  • NCO% – Ein Maß für den Isocyanatgehalt eines Polymers oder einer anderen isocyanathaltigen Verbindung, gemessen als Gewichtsprozent nicht umgesetzter Isocyanatgruppen im Material. Der Wert wird zur Bestimmung des ordnungsgemäßen Mischverhältnisses der Polyurethan-Systemkomponenten verwendet.
  • Polyharnstoff – Eine Elastomerart, die aus dem Reaktionsprodukt einer Isocyanatkomponente und einer Kunstharzmischkomponente abgeleitet wird. Das Isocyanat kann aromatischer oder aliphatischer Natur sein.
  • Polyol – Ein Alkohol mit mehr als zwei reaktiven Hydroxylgruppen pro Molekül.
  • Polyurethan – Eine auf der Reaktion verschiedener Isocyanate und Polyolharze basierende Verbindung.
  • Reißfestigkeit – Die maximal notwendige Kraft zum Zerreißen einer Probe, wobei die Kraft im Wesentlichen parallel zur Hauptachse der Testprobe wirkt.
  • Rückprallelastizität – Die Fähigkeit einer Substanz oder eines Objekts, sich wieder in die Ursprungsform zu bringen.
  • Shore-Härte – Maß der Härte auf der Shore-Skala.
  • Spezifisches Gewicht – Das Verhältnis des Gewichts eines beliebigen Volumens einer Substanz zum Gewicht eines identischen Volumens einer anderen Substanz, das bei konstanter oder vorgegebener Temperatur als Standard betrachtet wird.
  • TDI – Akronym für Toluylen-Diisocyanat, ein in der Produktion von Polyurethan-Elastomeren häufig eingesetztes Rohmaterial.
  • Tenside – Additive, die die Bildung und Stabilisierung von Blasen entweder unterstützen oder verhindern.
  • Thermoplast – Polymerart, die durch Wärmeeinwirkung geschmolzen und umgeformt werden kann.
  • Thixotrop – Eigenschaft, die Viskosität zu reduzieren und die Scherspannung zu erhöhen. Eine Beschichtung ist thixotrop, wenn sie unter Rühren oder Pumpen dünner wird, sich aber wieder verdickt, wenn die Bewegung aufhört.
  • TrioI – Polyol, das drei reaktive Hydroxyl-Gruppen (OH) aufweist.
  • Offene Zeit – Zeit nach dem Auftragen des Klebstoffs, während der eine brauchbare Klebeverbindung hergestellt werden kann.
  • Umgebungstemperatur – Die Lufttemperatur der Umgebung.
  • Topfzeit – Dauer, die für das Arbeiten mit einem Produkt zur Verfügung steht, bevor es zu gelieren beginnt.
  • Verguss – Prozess der Ummantelung eines Geräts. Die Gießmasse wird in einen Hohlraum, in dem das Gerät fixiert wurde, gegossen und direkt dort ausgehärtet.
  • Verwendungsdauer – Zeitraum, in dem ein Klebstoff nach Öffnen der Verpackung verwendet werden muss.
  • Viskosität – Stärke oder Fließwiderstand einer Flüssigkeit. Die Viskosität nimmt üblicherweise mit steigender Temperatur ab.
  • Prepolymer – Gebildet durch Kombinieren eines Überschusses von Diisocyanaten mit Polyol.
  • Wärmeleitfähigkeit – Fähigkeit eines Materials, Wärme zu leiten.
  • Weichmacher – Als Additive verwendete Chemikalien, die im Allgemeinen dazu dienen, die Flexibilität zu erhöhen und Viskosität und Härte zu reduzieren.
  • Zugfestigkeit – Die zum Zerreißen einer Materialprobe notwendige Kraft, dividiert durch die ursprüngliche Querschnittsfläche der Probe.
  • Zündtemperatur – Die Mindesttemperatur, auf die ein fester, flüssiger oder gasförmiger Stoff erhitzt werden muss, um eine vom Heizelement unabhängige Selbstentzündung einzuleiten oder zu verursachen.
  • 1-Komponenten-System – Systeme, die durch Reaktion mit entweder Wasser oder Wasserdampf aushärten.
  • 2-Komponenten-System – Durch Mischen und Reaktion von zwei unterschiedlichen Materialien gebildetes Polyurethan.