Polyurethan
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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) |
| - | * | + | * Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) |
| - | * | + | * Toluylendiisocyanat (TDI) |
| - | * | + | * Naphthylendiisocyanat (NDI) |
| - | * | + | * Hexamethylendiisocyanat (HDI) |
| - | * | + | * Isophorondiisocyanat (IPDI) |
| - | * | + | * 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 | + | 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 | + | 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. | + | (Europäischer Verband der Diisocyanat- und Polyolhersteller) abgerufen werden. |
== Synthese == | == Synthese == | ||
| - | Polyurethane entstehen durch die | + | 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 | + | 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 | + | 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: | + | [[Datei:polyurethane4.png|thumb|center|800px|Polyaddition von 1,6-Hexandiisocyanats mit 1,4-Butandiol. (n ≈ 40)]] |
