Polyurethane (Kurzzeichen PUR) bilden eine ganz besondere und interessante Gruppe von Polymeren (Kunststoffen). Obendrein könnte man Kunststoffe wie folgt einteilen: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere und eben Polyurethane. Das lässt sich dadurch erklären, dass Polyurethane ganz unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und damit verschiedenen Kunststoff-Gruppen zugeordnet werden können. Über die Kunststoffgrupen können Sie unter: Einteilung von Kunststoffen lesen

Polyurethan - Systeme

Ob Fasern, Harze, Lacke, Klebstoffe, weiche oder feste Elastomere, Hart- oder Weichschaumstoff – die verschiedensten Materialtypen können durch geschickte Wahl der PUR-Rohstoffsysteme hergestellt werden. Hierbei lassen sich die Polyurethan-Systeme gezielt für bestimmte Aufgaben maßschneidern. Am häufigsten werden Polyurethane als Schäume verwendet und dann sind sie für uns unsichtbar. Wenn Sie auf einer Matratze (Abb. 1a) liegen, dann liegen Sie meist auf einem Polyurethan, allerdings oft unwissend. Man könnte noch viele weitere Anwendungsbeispiele von diesen vielseitigen und ziemlich unbekannten Materialien auflisten.

                                                                 Abb. 1 Anwendungsbeispiele für Polyurethane a) Matratze, b) Laufschuhe

Unter der Stoffklasse der Polyurethane ist eine ganze Palette linearer, verzweigter und vernetzter Polymere zusammengefasst. Eines haben sie alle aber gemeinsam: Polyurethane entstehen durch die Verknüpfung von zwei Bausteintypen: Baustein Nummer eins ist ein Dialkohol, also eine Verbindung mit einer Alkohol-Gruppe (-OH) an beiden Enden. Baustein Nummer zwei ist ein Diisocyanat, also ein Stoff mit einer Isocyanat-Gruppe (-N=C=O) an beiden Enden. Isocyanat-Gruppen reagieren sehr gerne mit Alkoholen und so entstehen lange Molekülketten. Hierbei können Dialkohole und Diisocyanate variabel eingesetzt werden. Viele von ihnen eignen sich für diese Reaktionen, die bei Bedarf auch mit geeigneten Katalysatoren unterstützt werden kann. Damit kann man eine ganze Menge von Materialien erzielen. Das ist aber noch nicht alles, was möglich ist.

Aus Polyurethan lassen sich ziemlich einfach Schaumstoffe herstellen. Bei Zugabe von Wasser oder einer Säure zum Reaktionssystem reagiert ein Teil der Isocyanat-Gruppen unter Abspaltung von Kohlendioxid. Dadurch entstehen Gasblasen und das Material wird aufgeschäumt. Mithilfe von Emulgatoren und Stabilisatoren lassen sich diese Blasen sehr stabil in der entstehenden Masse halten. Alternativ können die PUR-Systeme auch mit zugesetzten Treibmitteln zum Schäumen gebracht werden. Für die richtige Größe und die Form der Poren sorgen dabei Polyethersiloxane, siliziumhaltige Polymere aus der Gruppe der Silikone. Die Weichschäume gehen vor allem in die Herstellung von Matratzen (Abb. 1a), Möbelpostern und Autositzen. Hartschäume sind ein sehr gutes Isoliermaterial für den Bausektor und die Kälteisolierung z.B. in Kühlschränken.
Anstatt kurzkettiger Dialkohole können vorgefertigte lange Polymerketten mit zwei Alkohol-Endgruppen eingesetzt werden, die mit Hilfe von Diisocyanaten dann quervernetzt werden. Der Vernetzungsgrad bestimmt, ob das resultierende Material eher stark vernetzt und fest oder eher wenig vernetzt und weich ausfällt. Werden Polymerketten gewählt, die zum Kristallisieren neigen, erhält man steifere Werkstoffe.

Anwendung von Polyurethanen

Weil Polyurethane, je nachdem, wie sie verarbeitet werden, die unterschiedlichsten Formen annehmen können, finden sie sich in vielen alltäglichen Gebrauchsgegenständen. So werden etwa die Polster vieler Möbel oder wärmedämmende Schaumstoffplatten für den Hausbau aus Polyurethanschäumen gefertigt. Die Bauindustrie belegt aufgrund der Dämmmaterialien sogar den ersten Platz unter den Branchen, die am meisten Polyurethane verbrauchen. Dicht gefolgt von der Möbelindustrie (Polster inklusive Matratzen) und der Autoindustrie (z. B. das Auto-Interieur).
Auch weniger Offensichtliches wie das Innere von Skiern oder die Rollen von Inline-Skates und Skateboards werden aus Polyurethan hergestellt. Laufschuhe (Abb. 1b) federn unsere Gelenke meist auf Schaumgummi-Sohlen aus Polyurethan ab und auch die Sohlen moderner Fußballschuhe bestehen daraus. Weil sich Polyurethan gut weiterverarbeiten und formen lässt, ist das Material zudem bei Produktdesignern sehr beliebt – erste Prototypen werden aus Polyurethan angefertigt. In vollkommen schaumfreier Form werden Polyurethane auch als Klebstoffe oder Lacke eingesetzt. In einem Baumarkt können wir PU-Möbel-Klarlack kaufen, der als farbloser Schutzanstrich, etwa für Holzmöbel, hervorragend geeignet ist.

Übrigens: Die hohe Variabilität der Eigenschaften innerhalb einer Kunststoffklasse erleichtert das Recycling. Damit stellen die Polyurethane die Werksstoffe der Zukunft dar.<<