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Polyurethaan
Bauschaum oder Polyurethanschaum (Polyurethanschaum) im Aerosol
Polyurethanschaum

Polyurethan (PU oder pur) ist eine wichtige Familie Polymere, das viele Anwendungsmöglichkeiten hat, zum Beispiel als künstliche Alternative für Leder.

Copolymer

Pur ist ein Copolymer bestehend aus zwei Segmenten:

  • ein hartes Segment, normalerweise a Diisocyanat wie Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) oder 2,4-Toluylendiisocyanat (TDI), das in zwei (oder mehr) funktionellen NCO-Gruppen endet
  • ein weiches Segment, das in zwei (oder mehr) OH-Gruppen endet, z.B. a Polyol wie PEO oder PPO. Die Polyole können "maßgeschneidert" sein, wobei die Anzahl der -OH-Gruppen und die Länge der Ketten variieren.

Das Copolymer wird durch die Reaktion der Isocyanat- und Alkoholgruppen gebildet, um eine Urethanbindung zu bilden. Dadurch entsteht eine lange Kette mit abwechselnd einem harten und einem weichen Segment.

Die harten Segmente neigen per se zur Kristallisation und bilden ein hartes und sprödes Material. Die weichen Segmente würden, getrennt betrachtet, eine weiche viskose Flüssigkeit ergeben. Die innige Kombination der beiden im Copolymer sorgt dafür, dass dieses Gewebe die besten Eigenschaften von beiden vereint. PU kann flexibel und gleichzeitig stark und verschleißfest sein. Darüber hinaus lassen sich durch die Wahl der Länge (Verteilung) sowohl weich als auch hart (Anzahl der NCO- oder OH-Gruppen pro Molekül) die Materialeigenschaften in weiten Grenzen einstellen.

Anwendungsbeispiel

Ein Beispiel für die Anwendung von Polyurethanen ist die Verwendung in Farben und Beschichtungen, wie beispielsweise Autolacken. Für Autolacke gelten bestimmte Anforderungen: u. a. gute Kratzfestigkeit (d. h. hart), Steinschlagfestigkeit (so flexibel), gut scheinen (d.h. nach dem Aushärten chemisch und physikalisch inert) und geringe Wasserdurchlässigkeit. Diese Anforderungen können mit Beschichtungen auf Basis der Polyurethanchemie erfüllt werden. In den 1960er Jahren wurden Polyurethan- oder PU-Lackierungen für die Industrie entwickelt. Die hohe Druck- und Zugfestigkeit sowie die Flüssigkeitsdichte des Materials waren vor allem in der Schwerindustrie wichtige Faktoren. Seit der Jahrtausendwende hat sich die Produktanwendung auf den ästhetischen Markt verlagert.

Auch in der Bauindustrie wird Polyurethan als Dämmstoff verwendet. Hier kommt es in verschiedenen Formen zum Einsatz: in Form von Dämmplatten und aufgetragen als gesprühter PUR-Schaum. Gesprühter PUR-Schaum wird häufig zur (Nach-)Dämmung von Böden, Hohlwänden und Dächern verwendet.

PU-Familie

Es gibt eine Reihe von Unterteilungen in der PU-Familie:

Elastomation

  • Elastomere. Funktionalität -OH : -NCO normalerweise 2:2 mit langen weichen Segmenten. Es wird kein Treibmittel verwendet und das Endergebnis ist ein zähes gummiartiges Material. Dies wird zum Beispiel angewendet in

Polyurethan wird auch verwendet in Holzkleber, genannt PU-Kleber.

Die Klassen sind bekannt:

  • D1: 15% wasserdicht water
  • D2: 18% wasserdicht
  • D3: Feuchtigkeitsbeständig, z.B. für Badezimmer
  • D4: Wasserdicht, z.B. für Schwimmbäder

Schäume

  • Sanft Schaum. Funktionalität meist >2:2, lange Segmente. Es wird ein Treibmittel der Formulierung zugesetzt, um einen Schaum mit offenzelliger Struktur zu erzeugen. Verwendung: Kissen, Matratzen, Stuhlbezüge.
  • Harte Schäume. Funktionalität >2 : >2. Kurze Segmente, mit Treibmittel. Es entsteht ein Hartschaum mit geschlossenen Zellen, gefüllt mit einem wärmedämmenden Gasgemisch. Es wird hauptsächlich zur Isolierung von Gebäuden, Kühlschränken, als Polyurethanschaum in Aerosoldosen und in Leichtathletikbahnen.

Dies ist nur eine kleine Auswahl des besonders großen Anwendungsgebietes dieser Polymerfamilie.

Antwort

Reaktion von Diisocyanat mit Polyol zu Polyurethan
Reaktionsmechanismus zwischen einem Alkohol und Isocyanat

Dieses nukleophile Addition der Alkoholgruppe findet am Kohlenstoffatom im Isocyanat statt, da es relativ wenige Elektronen enthält, da Sauerstoff und Stickstoff gegenüber Kohlenstoff elektronegativ sind.

Gesundheitsrisiken

Sensibilisierung kann bei Kontakt mit ausgehärtetem Polyurethanschaum durch Einatmen oder Hautkontakt auftreten. Das bedeutet, dass man nach nur einem Kontakt für immer überempfindlich sein kann. Zu den Beschwerden, die auftreten können, gehören: Nasenbeschwerden (laufende Nase, geschwollene Nasenschleimhaut, Niesen), erschwertes und manchmal pfeifendes Atmen, rote Augen (Konjunktivitis), Hautveränderungen (Rötung, Hitzeentwicklung, Juckreiz, Hautausschlag) und asthmatische Wirkungen (z Entzündung der Atemwege).[1]Es ist (im Jahr 2020) nicht bekannt, bei welcher genauen Konzentration Menschen überempfindlich auf MDI werden können. Die Konzentration kann auch pro Person unterschiedlich sein.

Es wurden verschiedene Studien durchgeführt, unter anderem von Forschungsinstituten TNO, auf einen möglichen Zusammenhang zwischen gesprühtem PU-Schaum und Gesundheit, ein Zusammenhang wurde jedoch nie festgestellt. Auch der GGD hat mehr als vierzig Fälle untersucht und konnte keinen Zusammenhang zwischen den aufgetretenen gesundheitlichen Beschwerden und der aufgebrachten gespritzten PUR-Bodendämmung herstellen. Unzureichende Belüftung, Feuchtigkeit und/oder Schimmel in der Wohnung schienen in vielen Fällen die Ursache für die gemeldeten Gesundheitsbeschwerden zu sein.

Ein Punkt der Aufmerksamkeit ist das mögliche Vorhandensein von bromierten Flammschutzmitteln (HBCDD) in älteren Dämmplatten.

Umgebung

PU-Schaum ist schwer abbaubar. In der Vergangenheit wurden Schaumbildner auf Basis von FCKW. Dies erschwert das Recycling, da diese FCKW bei der Verarbeitung freigesetzt werden.

Siehe die Kategorie Polyurethanschaum von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.