Polyurethan - Versionsgeschichte

Admin: /* RIM */

2011-02-02T11:49:26Z

RIM

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	=== RIM ===		=== RIM ===
-	Bei der ~~[[Reaction Injection Moulding\|~~RIM]]-Technik werden die Reaktionskomponenten mit hohen Drücken von 100 bis 200 bar in kleine Mischkammern dosiert und dort unter Nutzung ihrer kinetische Energie miteinander vermischt (Gegenstrominjektion). In der Regel wird das Reaktionsgemisch über einen selbstreinigenden Anbaumischkopf und Anguss in eine geschlossene Form gefüllt, in der es zum Formteil aushärtet.	+	Bei der RIM-Technik werden die Reaktionskomponenten mit hohen Drücken von 100 bis 200 bar in kleine Mischkammern dosiert und dort unter Nutzung ihrer kinetische Energie miteinander vermischt (Gegenstrominjektion). In der Regel wird das Reaktionsgemisch über einen selbstreinigenden Anbaumischkopf und Anguss in eine geschlossene Form gefüllt, in der es zum Formteil aushärtet.

-	Die ~~[[Reaction Injection Moulding\|~~RIM]]-Technik kann auch dazu verwendet werden, Polyurethan direkt zu verspritzen. Zum Beispiel zur Versiegelung von Flachdächern, Auffangwannen, Brücken,... oder zur Wärme- und/oder Schallisolation von Bauten und Fahrzeugen (Schaum). Besonders in den USA werden mit dem Verfahren ganze Gebäude gedämmt, in dem der Schaum großflächig zwischen die Sparren der üblichen Holzwände und Dächer gespritzt wird. Im Zuge der verstärkten Nachfrage nach ökologischen Baustoffen wird der Polyurethan-Schaum in den USA von einigen Herstellen aus über 70 % nachwachsenden Rohstoffen produziert, üblicherweise Sojabohnen. Nach europäischen Maßstäben würde man diese Produkte allerdings nicht als Bio bezeichnen. Baubiologisch einwandfreie Produkte mit ähnlichen Eigenschaften wie Polyurethan sind bisher nicht bekannt geworden.	+	Die RIM-Technik kann auch dazu verwendet werden, Polyurethan direkt zu verspritzen. Zum Beispiel zur Versiegelung von Flachdächern, Auffangwannen, Brücken,... oder zur Wärme- und/oder Schallisolation von Bauten und Fahrzeugen (Schaum). Besonders in den USA werden mit dem Verfahren ganze Gebäude gedämmt, in dem der Schaum großflächig zwischen die Sparren der üblichen Holzwände und Dächer gespritzt wird. Im Zuge der verstärkten Nachfrage nach ökologischen Baustoffen wird der Polyurethan-Schaum in den USA von einigen Herstellen aus über 70 % nachwachsenden Rohstoffen produziert, üblicherweise Sojabohnen. Nach europäischen Maßstäben würde man diese Produkte allerdings nicht als Bio bezeichnen. Baubiologisch einwandfreie Produkte mit ähnlichen Eigenschaften wie Polyurethan sind bisher nicht bekannt geworden.

	Eine weitere Variante der Verwendung von RIM ist die Herstellung von Bauteilen aus PUR- Harzen. Solche RIM-Teile können in Vor- und Kleinserien Teile aus Thermoplasten bzw. FVW ersetzen.		Eine weitere Variante der Verwendung von RIM ist die Herstellung von Bauteilen aus PUR- Harzen. Solche RIM-Teile können in Vor- und Kleinserien Teile aus Thermoplasten bzw. FVW ersetzen.

Admin am 2. Februar 2011 um 11:48 Uhr

2011-02-02T11:48:40Z

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Admin am 2. Februar 2011 um 11:36 Uhr

2011-02-02T11:36:11Z

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	In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.		In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.

-	[[Datei:polyurethane5.png\|center\|Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub>]]	+	[[Datei:polyurethane5.png\|center\|thumb\|546px\|Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub>]]

	Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an <ref name="wkaiser">Walter Kaiser: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 2. Auflage, Hanser, München 2006, ISBN 978-3446413252.</ref>:		Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an <ref name="wkaiser">Walter Kaiser: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 2. Auflage, Hanser, München 2006, ISBN 978-3446413252.</ref>:

Admin am 2. Februar 2011 um 11:35 Uhr

2011-02-02T11:35:26Z

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	In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.		In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.

-	[[Datei:polyurethane5.png\|center\|~~<small>~~Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub~~></small~~>]]	+	[[Datei:polyurethane5.png\|center\|Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub>]]

	Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an <ref name="wkaiser">Walter Kaiser: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 2. Auflage, Hanser, München 2006, ISBN 978-3446413252.</ref>:		Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an <ref name="wkaiser">Walter Kaiser: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 2. Auflage, Hanser, München 2006, ISBN 978-3446413252.</ref>:

Admin am 2. Februar 2011 um 11:33 Uhr

2011-02-02T11:33:54Z

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	In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.		In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.

-	[[Datei:polyurethane5.png]]	+	[[Datei:polyurethane5.png\|center\|<small>Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub></small>]]
-	:<small>Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub></small>	+

	Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an <ref name="wkaiser">Walter Kaiser: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 2. Auflage, Hanser, München 2006, ISBN 978-3446413252.</ref>:		Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an <ref name="wkaiser">Walter Kaiser: ''Kunststoffchemie für Ingenieure.'' 2. Auflage, Hanser, München 2006, ISBN 978-3446413252.</ref>:

Admin am 2. Februar 2011 um 11:32 Uhr

2011-02-02T11:32:51Z

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-	Je nach Ausgangsstoffen können lineare oder vernetzte Polymere erhalten werden. Lineare Polyurethane können beispielsweise aus ~~[[Diole]]n~~ und Diisocyanaten erhalten werden. Durch Zugabe von weiterem Diisocyanat können lineare Polyurethane nachträglich vernetzt werden. Alternativ können vernetzte Polyurethane auch durch die Reaktion von Di- oder Triisocyanaten mit Polyolen hergestellt werden.	+	Je nach Ausgangsstoffen können lineare oder vernetzte Polymere erhalten werden. Lineare Polyurethane können beispielsweise aus Diolen und Diisocyanaten erhalten werden. Durch Zugabe von weiterem Diisocyanat können lineare Polyurethane nachträglich vernetzt werden. Alternativ können vernetzte Polyurethane auch durch die Reaktion von Di- oder Triisocyanaten mit Polyolen hergestellt werden.

	Die oben stehenden Reaktionsgleichungen erklären noch nicht das starke „Aufschäumen“ des Urethanschaumes.		Die oben stehenden Reaktionsgleichungen erklären noch nicht das starke „Aufschäumen“ des Urethanschaumes.
-	In einer [[Nebenreaktion]] reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird [[Kohlenstoffdioxid]] frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene ~~[[Primär (Chemie)\|~~primäre~~]] [[Amine\|~~Aminogruppe]] reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten [[Harnstoff]].	+	In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.

-	:~~<math>\mathrm{O{=}C{=}N{-}R^1{-}N{=}C{=}O + H_2O \longrightarrow H_2N{-}R^1{-}N{=}C{=}O + CO_2 \uparrow}</math>~~	+	[[Datei:polyurethane5.png]]
	:<small>Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub></small>		:<small>Reaktion von Isocyanat mit Wasser unter Entstehung von CO<sub>2</sub></small>

Admin am 2. Februar 2011 um 11:30 Uhr

2011-02-02T11:30:42Z

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	Im Wesentlichen werden die späteren Eigenschaften durch die Polyolkomponente bestimmt, weil zum Erreichen gewünschter Eigenschaften üblicherweise nicht die Isocyanatkomponente angepasst (chemisch verändert) wird, sondern die Polyolkomponente. Es kommen nur wenig verschiedene Isocyanatkomponenten zum Einsatz:		Im Wesentlichen werden die späteren Eigenschaften durch die Polyolkomponente bestimmt, weil zum Erreichen gewünschter Eigenschaften üblicherweise nicht die Isocyanatkomponente angepasst (chemisch verändert) wird, sondern die Polyolkomponente. Es kommen nur wenig verschiedene Isocyanatkomponenten zum Einsatz:

-	* [[Diphenylmethandiisocyanat]] (MDI)	+	* Diphenylmethandiisocyanat (MDI)
-	* ~~[[PMDI\|~~Polymeres Diphenylmethandiisocyanat]] (PMDI)	+	* Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)
-	* ~~[[Toluol-2,4-diisocyanat\|~~Toluylendiisocyanat]] (TDI)	+	* Toluylendiisocyanat (TDI)
-	* [[Naphthylendiisocyanat]] (NDI)	+	* Naphthylendiisocyanat (NDI)
-	* [[Hexamethylendiisocyanat]] (HDI)	+	* Hexamethylendiisocyanat (HDI)
-	* [[Isophorondiisocyanat]] (IPDI)	+	* Isophorondiisocyanat (IPDI)
-	* ~~[[H12MDI\|~~4,4’-Diisocyanatodicyclohexylmethan]] (H12MDI)	+	* 4,4’-Diisocyanatodicyclohexylmethan (H12MDI)

	Abhängig von Kettenlänge und Anzahl der Verzweigungen im Polyol können mechanische Eigenschaften beeinflusst werden.		Abhängig von Kettenlänge und Anzahl der Verzweigungen im Polyol können mechanische Eigenschaften beeinflusst werden.
	So führt ein Einsatz von Polyesterpolyolen zusätzlich zu den üblicheren Polyetherpolyolen zu besserer Standfestigkeit, weil Polyesterpolyole einen höheren Schmelzpunkt haben und somit beim Applizieren des Polyurethans erstarren.		So führt ein Einsatz von Polyesterpolyolen zusätzlich zu den üblicheren Polyetherpolyolen zu besserer Standfestigkeit, weil Polyesterpolyole einen höheren Schmelzpunkt haben und somit beim Applizieren des Polyurethans erstarren.

-	Das eigentliche Aufschäumen der Polyurethanschäume kommt durch die Zugabe von [[Wasser]] zustande. Bei der Reaktion von Wasser mit Isocyanat wird [[Kohlenstoffdioxid]] abgespalten, welches den Schaum auftreibt. Durch die Menge des zugegebenen Wassers kann das ~~[[Dichte\|~~Raumgewicht]] des entstehenden Schaumes variiert werden. Typische Dichten sind rund 5 bis 40 kg/m<sup>3</sup> für weichen Blockschaum oder 30 bis 90 kg/m<sup>3</sup> für harten Blockschaum.	+	Das eigentliche Aufschäumen der Polyurethanschäume kommt durch die Zugabe von Wasser zustande. Bei der Reaktion von Wasser mit Isocyanat wird Kohlenstoffdioxid abgespalten, welches den Schaum auftreibt. Durch die Menge des zugegebenen Wassers kann das Raumgewicht des entstehenden Schaumes variiert werden. Typische Dichten sind rund 5 bis 40 kg/m<sup>3</sup> für weichen Blockschaum oder 30 bis 90 kg/m<sup>3</sup> für harten Blockschaum.

	;Toxizität		;Toxizität
	Wenn Polyurethane ausreagiert sind und keine Monomere mehr enthalten, besitzen sie in der Regel keine gesundheitsschädlichen Eigenschaften.		Wenn Polyurethane ausreagiert sind und keine Monomere mehr enthalten, besitzen sie in der Regel keine gesundheitsschädlichen Eigenschaften.
-	Isocyanate können ~~[[Allergie]]n~~ auslösen und stehen im Verdacht, [[Krebs ~~(Medizin)\|Krebs]]~~ zu verursachen. Das für einige Polyurethane verwendete ~~[[Toluol-2,4-diisocyanat\|~~Toluylendiisocyanat]] verdampft bei Raumtemperatur und kann beim Einatmen Schäden in der [[Lunge]] verursachen.	+	Isocyanate können Allergien auslösen und stehen im Verdacht, Krebs zu verursachen. Das für einige Polyurethane verwendete Toluylendiisocyanat verdampft bei Raumtemperatur und kann beim Einatmen Schäden in der Lunge verursachen.
	Richtlinien und Merkblätter für den sicheren Umgang mit Polyurethan-Rohstoffen können bei den Herstellern oder der ISOPA		Richtlinien und Merkblätter für den sicheren Umgang mit Polyurethan-Rohstoffen können bei den Herstellern oder der ISOPA
-	(Europäischer Verband der Diisocyanat- und Polyolhersteller) abgerufen werden.~~<ref>ISOPA [http://www.isopa.org]</ref>~~	+	(Europäischer Verband der Diisocyanat- und Polyolhersteller) abgerufen werden.

	== Synthese ==		== Synthese ==
-	Polyurethane entstehen durch die ~~[[Polyaddition]]sreaktion~~ von ~~[[Polyisocyanate]]n~~ mit mehrwertigen Alkoholen, den ~~[[Polyole]]n~~. Die Verknüpfung erfolgt durch die Reaktion einer Isocyanatgruppe (–N=C=O) eines Moleküls mit einer Hydroxylgruppe (-OH) eines anderen Moleküls unter Bildung einer Urethangruppe (–NH–CO–O–). Dabei erfolgt keine Abspaltung von Nebenprodukten wie bei der [[Polykondensation]].	+	Polyurethane entstehen durch die Polyadditionsreaktion von Polyisocyanaten mit mehrwertigen Alkoholen, den Polyolen. Die Verknüpfung erfolgt durch die Reaktion einer Isocyanatgruppe (–N=C=O) eines Moleküls mit einer Hydroxylgruppe (-OH) eines anderen Moleküls unter Bildung einer Urethangruppe (–NH–CO–O–). Dabei erfolgt keine Abspaltung von Nebenprodukten wie bei der Polykondensation.

-	Das ~~[[Kohlenstoff]]atom~~ der Isocyanatgruppe (–N=C=O) ist wegen der benachbarten elektronegativeren [[Sauerstoff]]- und ~~[[Stickstoff]]atome~~ positiviert. Ein freies [[Elektronenpaar]] des Sauerstoffatoms der Hydroxylgruppe (–OH) „klappt“ zum positivierten Kohlenstoffatom und bildet mit diesem eine Bindung aus. Gleichzeitig wird ein Bindungselektronenpaar der N=C-[[Doppelbindung]] zum Stickstoffatom verschoben. Dadurch trägt das Stickstoffatom eine negative Ladung und das Sauerstoffatom eine positive Ladung. Zum Ladungsausgleich wird das ~~[[Proton (Chemie)\|~~Proton]] der ursprünglichen Hydroxylgruppe auf das Stickstoffatom der ursprünglichen Isocyanatgruppe übertragen, wobei die Urethangruppe entsteht.	+	Das Kohlenstoffatom der Isocyanatgruppe (–N=C=O) ist wegen der benachbarten elektronegativeren Sauerstoff- und Stickstoffatome positiviert. Ein freies Elektronenpaar des Sauerstoffatoms der Hydroxylgruppe (–OH) „klappt“ zum positivierten Kohlenstoffatom und bildet mit diesem eine Bindung aus. Gleichzeitig wird ein Bindungselektronenpaar der N=C-Doppelbindung zum Stickstoffatom verschoben. Dadurch trägt das Stickstoffatom eine negative Ladung und das Sauerstoffatom eine positive Ladung. Zum Ladungsausgleich wird das Proton der ursprünglichen Hydroxylgruppe auf das Stickstoffatom der ursprünglichen Isocyanatgruppe übertragen, wobei die Urethangruppe entsteht.

	=== Polyaddition ===		=== Polyaddition ===
-	Die Polyurethanbildung erfordert mindestens zwei verschiedene Monomere, im einfachsten Fall Diol und Diisocyanat. Sie verläuft in Stufen. Zunächst entsteht aus Diol und Diisocyanat ein bifunktionelles Molekül mit einer Isocyanatgruppe (–N=C=O) und einer Hydroxylgruppe (–OH). Dieses kann an beiden Enden mit weiteren ~~[[Monomer]]en~~ reagieren. Dabei entstehen kurze Molekülketten, sogenannte ~~[[Oligomer]]e~~. Diese können mit weiteren Monomeren, anderen Oligomeren oder bereits gebildeten ~~[[Polymer]]e~~ reagieren.	+	Die Polyurethanbildung erfordert mindestens zwei verschiedene Monomere, im einfachsten Fall Diol und Diisocyanat. Sie verläuft in Stufen. Zunächst entsteht aus Diol und Diisocyanat ein bifunktionelles Molekül mit einer Isocyanatgruppe (–N=C=O) und einer Hydroxylgruppe (–OH). Dieses kann an beiden Enden mit weiteren Monomeren reagieren. Dabei entstehen kurze Molekülketten, sogenannte Oligomere. Diese können mit weiteren Monomeren, anderen Oligomeren oder bereits gebildeten Polymere reagieren.


-	[[Datei:~~Polyaddition Polyurethanes V~~.~~1.svg~~\|thumb\|center\|800px\|Polyaddition von 1,6-Hexandiisocyanats mit 1,4-Butandiol. (n ≈ 40)]]	+	[[Datei:polyurethane4.png\|thumb\|center\|800px\|Polyaddition von 1,6-Hexandiisocyanats mit 1,4-Butandiol. (n ≈ 40)]]

Admin: /* Eigenschaften */

2011-02-02T11:26:48Z

Eigenschaften

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	== Eigenschaften ==		== Eigenschaften ==
-	[[Datei:polyurethane3.png\|~~200px~~\|thumb\|Strukturformel verschiedener auf Polyolen basierender Polymere]]	+	[[Datei:polyurethane3.png\|279px\|thumb\|Strukturformel verschiedener auf Polyolen basierender Polymere]]
	Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Polyols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m<sup>3</sup>.		Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Polyols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m<sup>3</sup>.

Admin: /* Eigenschaften */

2011-02-02T11:26:26Z

Eigenschaften

← Nächstältere Version		Version vom 2. Februar 2011, 11:26 Uhr
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	== Eigenschaften ==		== Eigenschaften ==
-	[[Datei:polyurethane3.png\|200px\|Strukturformel verschiedener auf Polyolen basierender Polymere]]	+	[[Datei:polyurethane3.png\|200px\|thumb\|Strukturformel verschiedener auf Polyolen basierender Polymere]]
	Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Polyols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m<sup>3</sup>.		Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Polyols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m<sup>3</sup>.

Admin: /* Eigenschaften */

2011-02-02T11:26:01Z

Eigenschaften

← Nächstältere Version		Version vom 2. Februar 2011, 11:26 Uhr
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	== Eigenschaften ==		== Eigenschaften ==
-	[[Datei:polyurethane3.png\|~~thumb~~\|Strukturformel verschiedener auf Polyolen basierender Polymere]]	+	[[Datei:polyurethane3.png\|200px\|Strukturformel verschiedener auf Polyolen basierender Polymere]]
	Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Polyols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m<sup>3</sup>.		Polyurethane können je nach Wahl des Isocyanats und des Polyols unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m<sup>3</sup>.