Polyurethane
Polyurethane (Kurzzeichen PUR) sind Kunststoffe oder Kunstharze, welche aus der Polyadditionsreaktion eines Polyalkohols und eines Polyisocyanats entstehen. Charakteristisch für Polyurethane ist die Urethan-Gruppe.
Polyurethane können schaumartig oder fest, hart, spröde aber auch weich und elastisch sein.
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 für Polyurethane jedoch zunächst nur sehr langsam. So waren 1952 weniger als 100 t pro Jahr des wichtigen Polyisocyanats Toluylendiisocyanat (TDI) verfügbar. Von 1952 bis 1954 wurden Polyester-Schaumstoffe entwickelte, 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 größeren Variationsmöglichkeiten bei der Herstellung von Polyetherpolyolen führten zu einer erheblichen Ausdehnung der Anwendungen. So wurden 1960 bereits über 45000 t an Schaumstoffen produziert.
Weitere technische Verbesserungen haben immer wieder neue Anwendungsfelder erschlossen. So ermöglichte die Einführung von Treibmitteln und der Einsatz von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) die Herstellung von PUR-Hartschäumen. Ihre hervorragende isolierende Wirkung wurde bis heute nicht übertroffen.
Bis zum Jahr 2002 ist so der weltweite Verbrauch auf rund 9 Millionen Tonnen an Polyurethanen angestiegen.
Herstellung im Labor
In einem Plastikgefäß werden 0,5 g Spülmittel 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 Spülmittel und Polyethylenglykol und rührt mit einem Glasstab um.
VORSICHT: es setzt bald eine Aufschäumen und Erwärmen ein!
In der praktischen Anwendung wird der Grad des Aufschäumens- das sich letztlich einstellende Raumgewicht durch die Zugabe von Wasser eingestellt. Das durch die Reaktion von Wasser mit Isocyanat entstehende Kohlendioxid treibt den Schaum.
Toxizität
Isocyanate können Allergien auslösen und stehen im Verdacht, Krebs zu verursachen. In PUR-beschichteter Kleidung, beispielsweise Regenkleidung für Kinder, wurden außerdem giftige Stoffe wie zinnorganische Verbindungen nachgewiesen, die durch den Schweiß leicht in den Körper gelangen können.
Verwendung
Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Alkohols völlig unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Aus PUR werden Matratzen, Schuhsohlen, Dichtungen, Fußböden, Lacke, Klebstoffe, Dichtstoffe, Skiern, Autositze, Armaturenbretter, Vergussmassen und vieles mehr hergestellt.
Polyurethan wird im Baubereich als 1- oder 2-Komponenten-Schaum (PU-Schaum) zum Abdichten von Fugen im Beton vor dem Vergießen, zum Stabilisieren von Fundamenten, zum Anheben von Gebäudeteilen, Fußböden etc. verwendet und beim Einbau von Fenstern und Türen benutzt.
Polyurethan in seiner weichen Form als Elastomer wird häufig für Textilfasern eingesetzt, Handelsnamen sind Elastan, Spandex, Lycra und Dorlastan. Diese Fasern bestehen nicht unbedingt zu 100% aus PUR. Ebenfalls eingesetzt wird Polyurethan als Mikroschaum für atmungsaktive Membrane für Regenbekleidung.
Aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften bestimmter Polyurethane wird dieser Kunststoff vermehrt in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Verschleissfestigkeit verlangen. So z. B. beim Transport von Schüttgütern durch Polyurethanschläuche, oder als Schutzschicht in Rohren und Rohrbögen.
Schaumgummi
Aus PUR lassen sich sehr einfach Schäume herstellen. Diese sind als Schaumgummi bekannt und werden als Reinigungsschwamm, Matratze, Sitzkissen aber auch zur Isolierung in Gebäuden und Kühlgeräten eingesetzt.
Siehe auch: Polyisocyanat, RRIM