Poliuretan (PU): definicija, lastnosti in glavne uporabe

Poliuretan je polimer. Njegovo ime se pogosto skrajša na PU ali PUR. Poliuretan je sestavljen iz organskih enot, ki so povezane z uretanom. Polimeri poliuretana nastanejo s postopno rastočo polimerizacijo. Pri tem postopku monomer, ki vsebuje vsaj dve izocianatni funkcionalni skupini, reagira z drugim monomerom, ki vsebuje vsaj dve hidroksilni (alkoholni) skupini, ob prisotnosti katalizatorja.

Poliuretan je na voljo z različnimi stopnjami togosti, trdote ali gostote. Primeri takšnih materialov so:

• Prožna pena nizke gostote, ki se uporablja v oblazinjenju
• Toga pena z nizko gostoto, ki se uporablja za toplotno izolacijo in jedra RTM
• Mehki trdni elastomeri, ki se uporabljajo za gelske blazinice in tiskarske valje.
• Elastomeri z nizko gostoto, ki se uporabljajo v obutvi
• Trdna trdna plastika, ki se uporablja kot okvirji elektronskih instrumentov in strukturni deli.

Poliuretani se pogosto uporabljajo v visoko prožnih prožnih penastih sedežih, izolacijskih ploščah iz toge pene, tesnilih in tesnilih iz mikrocelične pene, trajnih elastomernih kolesih in pnevmatikah, pušelah avtomobilskega vzmetenja, električnih lončarskih masah, visoko zmogljivih lepilih in tesnilih, vlaknih Spandex, tesnilih, tesnilih, preprogah in trdih plastičnih delih.

Poliuretanske izdelke pogosto imenujemo "uretani". Ne smemo jih zamenjevati s posebno snovjo uretan, znano tudi kot etilkarbamat. Poliuretani se ne proizvajajo iz etilkarbamata in ga tudi ne vsebujejo.

Lastnosti poliuretana

Poliuretani so zelo raznoliki materiali, kar pomeni, da jih je mogoče prilagoditi širokemu naboru lastnosti:

• Mehanske lastnosti: od zelo mehkih in elastičnih do trdih in strukturnih materialov; visoka odpornost na obrabo pri elastomerih.
• Toplotne lastnosti: toplotna prevodnost se razlikuje glede na gostoto in strukturo (toge pene so dober izolator, trde plastike pa bolje prenašajo toploto).
• Kemična odpornost: poliuretani so pogosto odporni na olja in razna topila, a so lahko občutljivi na dolgotrajno izpostavljenost vodi (posebno poliesterne vrste) in močne kisline ali baze.
• Strukturiranje celic: pene so lahko odprto- ali zaporo-celične; to vpliva na elastičnost, absorpcijo vode in izolacijske lastnosti.
• Trdota: meri se v Shore A (elastomeri) ali Shore D (trde plastike); izbira formulacije omogoča širok razpon trdot.

Vrste poliuretanov

Na kratko so glavne skupine:

• Prožne pene (flexible foam): primerne za oblazinjenje, sedeže in vzmetnice; zaporo- ali odprto-celične strukture.
• Toge pene (rigid foam): uporabljajo se za toplotno izolacijo v gradbeništvu in hladilnih enotah.
• Elastomeri (poliuretanski elastomeri): trajne gumaste komponente, kolesa, puše, tesnila, valji; odlikuje jih odpornost na udarce in obrabo.
• Termoplastični poliuretani (TPU): omogočajo predelavo z brizganjem ali ekstruzijo in jih najdemo v obutvi, cevkah, kablih, zaščitnih ovojih in mobilnih ohišjih.
• Premazni in lepilski sistemi: poliuretanski laki in premazi nudijo dobro odpornost proti obrabi in vremenskim vplivom; poliuretanska lepila imajo visoko vezno moč.

Kako nastane poliuretan (na kratko)

Osnovna reakcija je polikondenzacija med di- ali poli-izocianati (npr. MDI, TDI) in polioli (poliesterni ali polieterni polioli). Poleg osnovnih reagirajočih komponent se pogosto dodajajo:

• katalizatorji, ki pospešijo reakcijo;
• surfaktanti za nadzor celjenja pene;
• reakcijski podaljševalci in križno povezovalci za uravnavanje strukture;
• dodatek za ognjevarnost, polnila, barvila in stabilizatorji.

Glavne uporabe

Poleg že navedenih primerov so najpogostejše uporabe:

• gradbeništvo: izolacijske plošče, tesnila, lepilne mase;
• avtomobilska industrija: sedeži, armature, puše, blažilne pene;
• pohištvo in posteljnina: sedežne in vzmetnice iz prožnih pen;
• športna oprema in obutev: podplati, vložki, amortizacija;
• industrijska kolesa, valji in tesnila zaradi odpornosti na obrabo;
• elektronska ohišja in strukturirani deli zaradi dobre dimenzijske stabilnosti;
• premazi in barve, ki nudijo trpežno zaščito površin.

Prednosti in slabosti

• Prednosti: izjemna prilagodljivost lastnosti, dobra trpežnost, odlična izolacija (pri togih penah), visoka odpornost proti obrabi (elastomeri), širok spekter oblik in gostot.
• Slabosti: proizvodnja vključuje izocianate, ki so toksični in zahtevajo strogo varnost pri obdelavi; nekateri poliuretani so občutljivi na dolgoročno delovanje vlage; recikliranje je zahtevno zaradi termoreaktivne narave večine sistemov (termoplastični tipi so lažje reciklirani).

Varnost, okolje in recikliranje

Pri proizvodnji poliuretanov je pomembno upoštevati varnostne ukrepe zaradi izocianatov: potrebno je ustrezno prezračevanje, zaščitna oprema in nadzor izpostavljenosti. Pri končnih izdelkih je emisija nevarnih snovi običajno nizka, če so materiali pravilno utrjeni.

Odpadni poliuretani se reciklirajo na več načinov:

• mehanično recikliranje: zdrobljena pena se lahko uporabi kot polnilo ali za izdelavo „rebond“ pen;
• kemijsko recikliranje: procesi kot so glicoliza ali hidroiza razgradijo polimer v surovine za ponovno uporabo;
• energetska uporaba: sežig z izkoriščanjem toplote, pri čemer je potrebno nadzorovati emisije;
• raziskave potekajo na področju biobaziranih poliolov in bolj okolju prijaznih formulacij.

Nasveti pri izbiri in uporabi

• Pri izbiri poliuretana upoštevajte gostoto, trdoto (Shore), odpornost na obrabo in kemikalije za konkretno uporabo.
• Za gradbene izolacije izberite materiale z ustreznimi lastnostmi ognjevarnosti in nizko toplotno prevodnostjo.
• Pri industrijskih komponentah preverite odpornost proti obrabi in udarcem ter temperaturni razpon delovanja.
• Upoštevajte smernice za varno ravnanje s surovinami (izocianati) in pravilno odstranjevanje odpadkov.

Poliuretan ostaja vsestranski in široko uporaben material v številnih industrijah, saj omogoča optimizacijo lastnosti glede na potrebe aplikacije — od udobnih sedežev do trpežnih industrijskih delov.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je poliuretan?

V: Kako se proizvaja poliuretan?

V: Kateri so primeri izdelkov, pri katerih se uporabljajo poliuretani?

V: Ali je uretan enak poliuretanu?

V: Ali so poleg zgoraj omenjenih še kakšne druge uporabe poliuretanov?

V: Ali proizvodni postopek poliuretanov vključuje katalizatorje?

Išči po črki