Polyurethan

Was ist Polyurethan (PU)?

Polyurethan (auch PUR oder PU abgekürzt) gehört zu den Kunststoffen bzw. Kunstharzen. Das Wort Polyurethan besteht aus zwei Teilen: Dem griechischen „Poly“ (Viele) und „Urethan“ also die Urethan-Gruppe –NH-CO-O-. An der Bezeichnung siehst du auch gleich, dass das Molekül aus vielen aneinandergeketteten Urethangruppen besteht. 

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Je nachdem, wie PU hergestellt wird, können drei Typen von Kunststoffen entstehen: Thermoplasten, Duroplasten und Elastomere. Deshalb ist Polyurethan auch sehr vielseitig einsetzbar. Beispielsweise für Kleidung, Möbel, Lacke, Klebstoffe oder Autos. 

Polyurethan Herstellung

Polyurethan entsteht durch eine Polyaddition . Um Polyurethan herzustellen, benötigst du im Wesentlichen zwei Stoffgruppen, die sich miteinander verbinden. Die zwei Stoffgruppen nennst du Dialkohole und Diisocyanate. Das heißt, dass die Reaktion zwischen einer Isocyanat-Gruppe (NCO) und einer Alkohol -Gruppe (OH) stattfindet. 

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Auf die Weise entsteht also die Urethan-Gruppe (–NH-CO-O–). Polyurethan ist aber ein großes Molekül, das aus mehreren Komponenten besteht. Deshalb müssen sich noch weitere Moleküle an das Urethan binden.

Das bedeutet konkret: du brauchst zuerst zwei Monomere, also ein Diisocyanat und ein Dialkohol. Die beiden verbinden sich. Dann entsteht ein Produkt, an das an beiden Seiten noch weitere Monomere anknüpfen können. So erhältst du dann in mehreren Schritten Polyurethan.

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Das PU kannst du dir dann als lineares, langes Molekül vorstellen. Wenn du jetzt mehrere Diisocyanat-Gruppen für die Herstellung verwendest, entstehen Verzweigungen. Je nachdem, wie stark verzweigt das PU ist, erhältst du eine andere Art von Kunststoff (Thermoplast, Duroplast, Elastomer).

Polyurethan Verwendung

Polyurethane können für viele verschiedene Bereiche eingesetzt werden. Wir haben ein paar Wichtige für dich aufgelistet:

• Bauwesen: Hier wird häufig PUR-Schaum zum Abdichten von Fugen im Beton, zum Stabilisieren von Fundamenten oder zum Abdichten von Fenstern verwendet. Da sich der Kunststoff als Hartschaum gut zur Isolierung eignet, kann er auch als Wärmedämmung eingesetzt werden. 
• Textilindustrie: Wenn Polyurethan als Elastomer vorliegt, kann es für Textilfasern benutzt werden. Als Mikroschaum kann es für atmungsaktive Regenbekleidung nützlich sein (Polyurethan-Beschichtung).
• Möbelindustrie: Viele Polster von Möbeln bestehen aus PU-Schaumstoff. Auch einige Matratzen enthalten den Kunststoff. Außerdem eignet sich PU gut, um Holz und andere Materialien zu kleben.
• Autoindustrie: Die Inneneinrichtung des Autos enthält meistens auch Polyurethan. Beispielsweise die Autositze bestehen aus PU-Material oder auch das Armaturenbrett. Hier wird der Kunststoff zudem auch verwendet, um Materialien zu kleben.
• Haushalt: Vermutlich verwendest du jeden Tag Polyurethan. Denn die meisten Haushaltsschwämme bestehen aus weichem PUR-Schaum. 
• Lackieren: Ob für Autos oder andere Anwendungsgebiete wie die Textilindustrie: Polyurethan wird oft als Lack eingesetzt. 
• Vergussmassen: Hierfür werden Harze verwendet. PU als Thermoplast dient beispielsweise als Spritzguss. Der kann dann unter anderem zu Silikon weiterverarbeitet werden.

Polyurethan Toxizität

Polyurethan kann giftig (toxisch) sein. Das liegt hauptsächlich an einer der Gruppen, aus denen es besteht: nämlich Isocyanat. Isocyanate können Allergien hervorrufen. Außerdem wird auch vermutet, dass sie Krebs verursachen können. 

Wenn aber Polyurethan „ausreagiert“ ist und keine einzelnen reaktionsfähigen Moleküle (Monomere ) mehr übrig sind, stellt es keine Gefahr dar.

Polyurethan Eigenschaften

Im Folgenden schauen wir uns noch einige Eigenschaften von PU an.

• Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan schwankt zwischen 1000 und 1250 g/cm³. Für weichen Blockschaum beträgt die Dichte zwischen 5 und 40g/cm³ und für harten Blockschaum zwischen 30 – 90 g/cm³.
• Je länger Polyurethan ist und je mehr Verzweigungen es hat, desto höher ist der Schmelzpunkt. 
• Durch Zugabe von Wasser kann der Kunststoff aufgeschäumt werden.
• Der PUR-Kunststoff kann giftig sein. Wenn er allerdings ausgehärtet ist, ist Polyurethan nicht gesundheitsschädlich.
• Polyurethan kann als Thermoplast, Duroplast oder Elastomer auftreten.
  • Thermoplast : Du kannst sie schmelzen und beim Abkühlen nehmen sie wieder die vorherige Form an. PU-Thermoplasten werden beispielsweise als Spritzguss verwendet.
  • Duroplast : Sind relativ hart und steif. Eignen sich daher z.B. gut für Bremsbeläge bei Autos.
  • Elastomer : Wie der Name schon verrät, sind Elastomere sehr elastisch, können also leicht verformt werden. Das PU-Elastomer wird deshalb oft für Textilfasern verwendet.

Neben der Elastizität haben die Elastomere noch weitere Eigenschaften, weswegen sie beispielsweise auch für die Herstellung von Golfbällen nützlich sind. Schau dir jetzt unser Video dazu an und lerne die Eigenschaften kennen!