Polyurethan-Schäume oder polyurethanbasierte Produkte entstehen durch eine chemische Reaktion zwischen zwei Hauptkomponenten: dem Polyolsystem (Komponente A) und Isocyanat (Komponente B). Hier eine detailliertere Erläuterung dieser Bestandteile:

I. Komponente (Component A): Polyolsystem
Das Polyolsystem wird durch die Mischung von polyether- oder polyesterbasierten Polyolen in geeigneten Verhältnissen hergestellt. Zusätzlich können Katalysatoren, Silikone, Farbstoffe, Treibmittel und andere Chemikalien zugesetzt werden. Das Polyolsystem enthält freie Hydroxylgruppen (OH).

II. Komponente (Component B): Isocyanat
Isocyanate sind Chemikalien, die bei Mischung mit dem Polyolsystem eine exotherme Reaktion eingehen und freie NCO-Gruppen enthalten. Sie werden durch ihren NCO-Anteil definiert und bezeichnet. Zum Beispiel beträgt der NCO-Gehalt von MDI 31 %, während der von TDI 48 % beträgt.

Wenn das Polyolsystem (Komponente A) und Isocyanat (Komponente B) in bestimmten Verhältnissen und Temperaturen gemischt werden, findet eine exotherme Reaktion statt, die zur Bildung von Polyurethanschaum oder anderen Produkten führt. Während der Reaktion werden Wärme und Gase freigesetzt.

Die Reaktion (Schaumbildung) verläuft dreidimensional, sodass Polyurethanschaum alle Hohlräume in der Form oder im Behältnis ausfüllt und deren Form annimmt. Die Ausbreitungseigenschaft von Polyurethanschaum ist anderen chemischen Produkten überlegen.

Ob Polyurethanschaum hart, halb-hart oder flexibel ist, hängt vom OH- und NCO-Anteil der Komponenten ab. Harte Schäume haben in der Regel einen OH-Wert über 300, halbharte um 100. Diese Werte bestimmen die mechanischen Eigenschaften des Schaums.

Polyurethanschäume werden in Wärmedämmstoffen, Füllstoffen, Verpackungen, Möbelproduktion, Automobil- und Bauindustrie sowie vielen weiteren industriellen Anwendungen verwendet. Flexible Polyurethane finden Einsatz in Kissen, Polstern und Matratzen, während harte Polyurethane für Dämmplatten, Kernmaterialien und konstruktive Bauteile genutzt werden, die hohe Belastbarkeit erfordern.

Eigenschaften von Polyurethan:

1. Chemische Struktur: Polyurethane entstehen durch die Reaktion eines Polyols mit einem Isocyanat. Dabei entstehen Urethan- und Urethan-Gruppen, die die Hauptbausteine bilden. Diese Struktur verleiht Polyurethan seine Elastizität, Widerstandsfähigkeit und Vielseitigkeit.

2. Flexibilität und Haltbarkeit: Durch die elastische Struktur bietet Polyurethan Flexibilität in verschiedensten Anwendungen. Es ist formveränderlich und kehrt wieder in die Ausgangsform zurück. Zudem ist es stoß- und abriebfest.

3. Leichtigkeit: Polyurethan ist leicht und führt daher nicht zu erheblicher Gewichtszunahme. Dies ist besonders in der Automobil-, Luftfahrt- und Schifffahrtsindustrie von Vorteil für Kraftstoffeffizienz und Traglastoptimierung.

4. Isoliereigenschaften: Polyurethan besitzt hervorragende Wärme- und Schalldämmeigenschaften und wird daher im Bauwesen häufig eingesetzt. PU-Schaum isoliert Wände, Dächer und Böden, während PU-Sprays zur Hohlraumfüllung geeignet sind.

5. Chemische Beständigkeit: Polyurethane sind resistent gegenüber vielen Chemikalien. Deshalb werden sie in Industriebeschichtungen, Farben, Lacken, Abdichtungsmaterialien und Chemikalientanks eingesetzt.

6. Vielfalt: Polyurethane können in verschiedenen Formen wie hart, elastisch oder als Schaumstoff hergestellt werden. Diese Vielfalt ermöglicht eine Anpassung an unterschiedliche Anwendungsbedürfnisse.

7. Anwendungsbereiche: Polyurethane finden ein breites Einsatzspektrum: Im Automotive-Bereich für Bauteile, Polsterungen und Isolierungen; im Bau für Werkstoffe, Dämmungen, Klebstoffe und Beschichtungen; in der Möbel-, Textil-, Schuh-, Sportartikel- und Elektronikindustrie ebenso wie in vielen weiteren Bereichen.

Die breite Anwendung und Vielseitigkeit machen Polyurethan zu einem gefragten Material in vielen Industrien.

Allgemeine Eigenschaften von Polyurethan

Die allgemeinen Eigenschaften hängen stark von der Polymerstruktur ab. Sie lassen sich hinsichtlich hoher Festigkeit, Steifigkeit oder Flexibilität anpassen.

• Schlagfestigkeit: Außergewöhnlich hohe Schlagfestigkeit, selbst bei niedrigen Temperaturen, wodurch Risse, Brüche und Aufquellen verhindert werden.

• Verschleißfestigkeit: Besonders in Bergbau, Öl- und Gasindustrie eingesetzt. PU zeigt im Vergleich zu anderen Materialien deutliche Vorteile gegen Verschleiß.

• Einfache Formgebung: PU-Bauteile können durch kostengünstige, niedrigdruckbasierte Verfahren hergestellt werden. In flüssiger Form füllt es problemlos komplexe Formen aus.

• Mechanische Festigkeit: Polyurethan hält Zug- und Druckbelastungen stand und kehrt nach Belastung wieder in seine Ausgangsform zurück.

• Schnelle Produktion: Aufgrund kurzer Lieferzeiten und geringer Werkzeugkosten wird PU sowohl für Einzelstücke und Prototypen als auch für Serienproduktionen eingesetzt.

Temperatureigenschaften von Polyurethan

Polyurethane halten einem breiten Temperaturbereich stand und behalten auch unter schwierigen Bedingungen ihre Form und Eigenschaften. Standard-Thermoset-Polyurethane sind zwischen -26°C und 93°C einsetzbar, spezielle Produkte bis 148°C. Außerhalb dieser Bereiche können sie an Stabilität verlieren.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt den Wärmetransport eines Materials. Polyurethan hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, was seine gute Dämmleistung bestimmt.

Wasserdampfdiffusionswiderstand

Dieser Faktor beschreibt das Verhältnis von Luft- zur wasserdampfdurchlässigkeit des Materials. Polyurethane sind allgemein resistent gegen saure Dämpfe und Säuren.

Dimensionsstabilität

Dank seiner Thermoset-Struktur weist Polyurethan hervorragende Dimensionsstabilität auf. Je nach Beschichtung ist eine langfristige Nutzung von -30°C bis +90°C möglich.

Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften von PU-Schaum werden durch Struktur, Zellgröße, Füllvolumen und Polymereigenschaften bestimmt. Unter dynamischer Belastung beeinflusst die Zellstruktur und die eingeschlossene Luft das Verhalten.

Brandschutz

Durch spezielle Formulierungen kann Polyurethan schwer entflammbar gemacht werden. Es verkohlt anstatt zu schmelzen und schützt dadurch vor weiterer Brandausbreitung.

Beständigkeit gegenüber sauren Dämpfen und Säuren

Die chemische Resistenz hängt von der Formulierung ab. Polyester-Typen sind beständiger gegenüber Ölen, Lösungsmitteln und schwachen Säuren/Basen. PU ist im Vergleich zu vielen Metallen, Gummi oder Kunststoffen widerstandsfähiger.

Anwendungsgebiete von Polyurethan

PU wird in flexibler Schaumstoffform in Möbeln, Matratzen und Teppichunterlagen verwendet. Harter Schaumstoff findet als Dämmmaterial im Bau, in Heiz- und Kühlsystemen Verwendung. In der Schuhindustrie wird PU zudem als Bindemittel genutzt.