Polyurethaan

Polyurethaan (PU) is een belangrijke familie polymeren, die veel toepassingen kent.

PU is een copolymeer dat bestaat uit twee segmenten:

• een hard segment, meestal een di-isocyanaat zoals MDI of TDI dat eindigt in twee (of meer) functionele -NCO groepen
• een zacht segment dat eindigt in twee (of meer) -OH groepen, bijvoorbeeld een polyol zoals PEO of PPO.

Het copolymeer ontstaat door de reactie van de isocyanaat en alcohol groepen tot een urethaanbinding. Er ontstaat dan een lange keten met afwisselend een hard en een zacht segment.

De harde segmenten op zich hebben de neiging te kristalliseren en een hard en bros materiaal te vormen. De zachte segmenten zouden los bekeken juist een zachte stroperige vloeistof geven. De innige combinatie van de twee in het copolymeer zorgt ervoor dat deze stof de beste eigenschappen van beide in zich verenigt. PU kan tegelijkertijd buigzaam en toch sterk en slijtvast zijn. Bovendien kan door de keuze van de lengte(verdeling) van het zachte segment en de functionaliteit van zowel zacht als hard (het aantal -NCO of -OH groepen per molecuul) de eigenschappen van het materiaal binnen ruime grenzen aangepast worden.

Een aardig voorbeeld van de toepassing van polyurethanen is het gebruik in verven en coatings, zoals autolakken. Voor autolakken gelden bepaalde eisen: onder andere goede krasvastheid (dus hard), steenslagbestendigheid (dus flexibel), goede glans (dus na uitharden, chemisch en fysisch inert) en lage waterdoordringbaarheid. Met coatings op basis van polyurethaanchemie kunnen deze eisen worden gehaald.

Er zijn een aantal onderverdelingen in de PU-familie aan te brengen:

• Elastomeren. Functionaliteit -OH:-NCO meestal 2:2 met lange zachte segmenten. Er wordt geen blaasmiddel gebruikt. Het ontstane rubberachtige materiaal wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de wieltjes van een skateboard. Een andere bekende toepassing van elastomeren is in de textiel, in zwemkleding en andere rekbare kleding soorten, zoals Lycra, Elastan, Spandex en Dorlastan.
• Zachte schuimen. Functionaliteit meestal >2:2, lange segmenten. Er wordt een blaasmiddel toegevoegd aan de formulering waardoor er een schuim ontstaat met een open celstructuur. Gebruik: kussens, matrassen, de stoelbekleding waar de lezer mogelijk op zit.
• Harde schuimen Functionaliteit >2 : >2. Korte segmenten, met blaasmiddel. Er ontstaat een hard schuim met dichte cellen gevuld met een warmteisolerend gasmengsel. Toepassing vooral in koelkasten.

Bovenstaande is maar een kleine selectie van het bijzonder grote toepassingsgebied van deze grote familie van polymeren.

        O=C=N-R-N=C=O  +  H-O-Q-O-H  +  O=C=N-R-N=C=O  +  H-O-Q-O-H   →
        di-isocyanaat      diol
                                                                                       .
      O               O               O               O
      ||              ||              ||              ||
... - C - N - R - N - C - O - Q - O - C - N - R - N - C - O - Q - O - ...
          H       H                       H       H
                                                                                       .
                     Polyurethaan