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Polyurethane II - Schäume

Polyurethan-Schäume

Schäume entstehen, wenn man die Polyadditionsreaktion mit einer Gasentwicklung kombiniert. Bei der Polyurethanbildung entsteht bei Wasserzugabe durch dessen Reaktion mit dem Isocyanat eine Carbaminsäure, die sofort zu CO2 und einem Amin zerfällt. Dieses bildet mit einem weiteren Isocyanat-Molekül eine Harnstoffeinheit. Im dabei entstehenden Polyurethanmolekül sind also einige Urethanbindungen durch Harnstoffbindungen ersetzt.

Abb.1
CO2- und Harnstoffbildung aus Isocyanat und Wasser

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Abb.2
Reaktionsmechanismus zur Harnstoffbildung

Zu Beginn der Polyaddition ist die Reaktionsmischung flüssig, die CO2-Blasen können entweichen. Je weiter die Reaktion fortschreitet, desto viskoser wird die Mischung. Die Gasblasen bleiben dort gefangen und bilden die schaumige Struktur, wenn das Polymer fest wird. Anfang der 1960er Jahre wurde das chemische Treibverfahren mit Wasser durch physikalische Treibverfahren ergänzt. Zunächst wurden Chlorfluoralkane eingesetzt, die durch die Reaktionswärme verdampfen. Inzwischen wird wegen der Umweltproblematik dieser Stoffe vor allem Pentan verwendet. Das physikalische Verfahren ist vor allem für die Herstellung von harten geschlossenzelligen Schaumstoffen geeignet.

Wasserunterschuss und langkettige bewegliche Polyole, die mit einem trifunktionellen Monomer vernetzt werden, ergeben weichen, flexiblen Schaumstoff. Bei Verwendung kurzkettiger Polyole und höherer Vernetzungsdichte erhält man feste, steife Materialien.

Abb.3
Vergleich von Weich- und Hartschaum
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