Polyurethan umgibt uns in nahezu allen Lebensbereichen. Ob in Schuhen, Surfbrettern oder als Hochleistungsdämmstoff – Polyurethan findet durch seine Vielseitigkeit Anwendung in den unterschiedlichsten Formen und Funktionen. Erfahren Sie in diesem Artikel was Polyurethan ist, wie es hergestellt wird und wie sich dessen Eigenschaften an individuelle Bedürfnisse anpassen lassen.
Was ist Polyurethan (PU)?
Polyurethan (PU) ist ein Kunststoff, der nicht aus einem Monomer (Styrol, Ethylen etc.), sondern aus mindestens zwei Komponenten hergestellt wird. Die beiden Monomere, ein Diisocyanat und ein Diol oder Polyol (eine Art Alkohol), sind die grundlegenden Materialien. Tatsächlich gibt es aber nicht das eine Polyol und das eine Diisocyanat, sondern es gibt eine ganze Reihe davon. Das erklärt auch, warum Polyurethan so viele verschiedene Eigenschaften haben kann und warum solche Kunststoffe überall eingesetzt werden.
Die bekanntesten Polyurethane sind:
- Soft-Touch-Lack
- Elastanfasern für Kleidung
- Schwämme zum Putzen und Reinigen
- Rollen für Inline-Skates
- Bowlingkugeln
- Bauschaum zum Einsetzen von Fenstern und Türen
Die technisch wichtigsten Anwendungen sind:
- Isolierschäume für Gebäude oder z.B. Kühlschränke
- Gießmassen
- Lacke
- Oberflächen
- Matratzen & Polster
Anhand dieser Beispiele erkennen Sie, dass Polyurethan wie kein anderer Kunststoff individualisierbar für bestimmte Anwendungen ist.
Einblick: Toluoldiisocyanat zur Herstellung von PU-Schaumstoff
Toluoldiisocyanat (TDI, Toluol-2,4-diisocyanat) ist ein häufig verwendetes Molekül für PU-Schaumstoffe. Da es ein unflexibles, aromatisches Molekülgerüst besitzt, werden daraus hergestellte Produkte ebenfalls hart. Es besitzt zwei reaktive Zentren, auch Funktionen oder funktionelle Gruppen genannt. Hätte es nur eine Funktion, so könnte es nur einmal reagieren und würde kein Polymer bilden. Deswegen hat das dazugehörige Polyol auch mehr als zwei Funktionen. Die funktionellen Gruppen von Diisocyanat und Polyol reagieren miteinander. Da es mehrere Funktionen auf jeder Seite sind, könnten sie ausschließlich miteinander reagieren. Tatsächlich ist es aber wahrscheinlicher, dass das Polyol mit unterschiedlichen Molekülen Diisocyanat reagiert. So entsteht also eine Kettenreaktion, aus der das gewünschte Polymer hervorgeht.
Je nach Wahl der Materialien sind die Kunststoffe weich, gummiartig oder hart. Es gibt neben Polyolen auch Diole und Triole. Diese Alkohole haben mehrere Funktionen und können den daraus entstehenden Kunststoffen besondere Eigenschaften geben.
Was ist Polyisocyanurat (PIR)?
In der Regel wird bei der Herstellung von Polyurethan nicht ein genau gleiches Verhältnis von Polyol und Diisocyanat gewählt. Ein Kunststoff mit dem Verhältnis 1:1 ist in der Regel sehr weich und mechanisch wenig stabil. Daher verwendet man oft einen Überschuss Diisocyanat, bis zu einem Verhältnis von 1:4. Das Diisocyanat kann auch mit sich selbst reagieren, sich untereinander vernetzen und das Polymer so härter und widerstandsfähiger machen. In diesem Fall würde man nicht von einem Polyurethan (PU), sondern von einem Polyisocyanurat (PIR) sprechen.
Der Übergang dazwischen ist fließend, umgangssprachlich bleibt man meist bei dem Begriff Polyurethan. Ein reines Polyisocyanurat wäre theoretisch möglich, praktisch wegen seiner Eigenschaften aber uninteressant. PIR-Schäume werden für Dämmstoffe in der Bauindustrie und für Kühlgeräte eingesetzt. Das Treibmittel für solche Schäume sind meist Pentane wie iso-Pentan, n-Pentan und Cyclopentan. Haltermann Carless ist einer der weltweit wenigen Hersteller aller drei Pentan-Isomere.
Fazit
Mithilfe des Kunststoffes Polyurethan gestaltet sich unser Alltag fortschrittlicher, sicherer und nachhaltiger. Durch die unterschiedliche Reaktion mit verschiedenen Komponenten setzt Polyurethan in seinen Anwendungsmöglichkeiten kaum Grenzen und ermöglicht oftmals eine leichtere, schnellere und ökologisch sinnvollere Anwendung, als es herkömmliche Bau- und Kunststoffe tun. Pentane von Haltermann Carless sind hier eine etablierte, umweltfreundliche Lösung zu anderen Treibmitteln.
