Polyurethan (PU): Definition, egenskaber, typer og anvendelser

Polyurethan (PU): definition, egenskaber, typer og anvendelser — alt om fleksibelt skum, hårde plastdele, isolering, elastomerer, klæbemidler, tætningsmaterialer og fodtøj.

Polyurethan er en polymer. Navnet forkortes ofte til PU eller PUR. Polyurethan er fremstillet af organiske enheder, som er forbundet med urethan. Polyurethanpolymerer dannes ved trinvis polymerisation. I denne proces reagerer en monomer, der indeholder mindst to isocyanatfunktionelle grupper, med en anden monomer, der indeholder mindst to hydroxylgrupper (alkoholgrupper), under tilstedeværelse af en katalysator.

Polyurethan fås med forskellige niveauer af stivhed, hårdhed og densitet. Eksempler på sådanne materialer er:

• Fleksibelt skum med lav densitet, der anvendes til polstring
• Hård skum med lav densitet, der anvendes til varmeisolering og RTM-kerner
• Bløde faste elastomerer, der anvendes til gelpuder og trykruller
• Elastomerer med lav massefylde, der anvendes i fodtøj
• Hård fast plast, der anvendes som indfatninger til elektroniske instrumenter og konstruktionsdele

Polyurethaner anvendes i vid udstrækning i fleksible skumplader med høj elasticitet, isoleringspaneler af hård skum, mikrocellulære skumtætninger og pakninger, holdbare elastomere hjul og dæk, bøsninger til bilophæng, elektriske pottemasser, højtydende klæbemidler og fugemasser, spandexfibre, tætninger, pakninger, tæppeunderlag og dele af hård plast.

Polyurethanprodukter kaldes ofte "urethaner". De bør ikke forveksles med det specifikke stof urethan, også kendt som ethylcarbamat. Polyurethaner er hverken fremstillet af ethylcarbamat eller indeholder det.

Fremstilling og grundlæggende kemi

Polyurethan fremstilles typisk ved at reagere polyisocyanater (f.eks. MDI eller TDI i industrien) med polyoler (polyalkylenglycoler). Reaktionen danner urethanbindinger (-NH-CO-O-). Afhængig af råmaterialernes funktionalitet og forholdet mellem isocyanat og hydroxylgrupper kan man få lineære, forgrenede eller tværbundne strukturer, hvilket bestemmer det færdige materiales mekaniske egenskaber.

I fremstillingsprocesser benyttes ofte:

• katalysatorer til at styre reaktionshastighed
• blåsemidler (f.eks. vand eller flygtige stoffer) til at danne skumceller
• hjælpestoffer som skumdannere, overfladeaktive stoffer, flammehæmmere og fyldstoffer

Typer af polyurethan

• Fleksibelt skum – anvendes i polstring, madrasser og sæder; karakteriseres ved høj kompressionseftergivelse og god elasticitet.
• Hårdt skum – bruges til termisk isolering i byggeri og køleindustrien; har lav varmeledningsevne.
• Elastomerer – både støbte og formstøbte varianter, anvendt til hjul, pakninger, bøsninger og sliddele; kendt for høj slidstyrke og elasticitet.
• Thermoplastisk polyurethan (TPU) – smeltbar og genformbar plast, anvendt i kabler, sko, film og 3D-print filamenter.
• Belægninger og klæbemidler – PU-baserede coatinger giver god vedhæftning, kemikalie- og slidsmodstand; bruges til gulvbelægninger, marine beskyttelse og bilkomponenter.
• Reaktion-injektion-moulding (RIM) – proces til at fremstille større strukturelle dele i bilindustrien og fritidsprodukter.

Egenskaber

• Høj mekanisk styrke og slidmodstand i elastomerer.
• God isolatesevne i lukkede celle-hårde skum.
• Varierende hårdhed målt i Shore A (bløde elastomerer) til Shore D (hårde plasttyper).
• Gode dæmpnings- og stødabsorberende egenskaber.
• Fleksible formuleringer: kan fremstilles bløde, faste, elastiske eller stive efter behov.
• Modstandsdygtighed mod olie og fedt varierer med typen; visse formuleringer er særligt gode mod kemisk påvirkning.
• Sårbarhed: kan med tiden angribes af UV-lys, ilt og fugt afhængigt af sammensætning; visse polyurethaner er følsomme over for hydrolytisk nedbrydning ved langvarig fugtighed og varme.

Anvendelser (udvidet)

Udover de allerede nævnte områder anvendes PU bredt i:

• Møbel- og bilindustrien: sæder, nakkestøtter, instrumentpaneler, isolering og klæbemidler.
• Byggeri: isoleringspaneler, tætninger, fugemasser, gulvbelægninger, tagmaterialer og facadeelementer.
• Sport og fritid: skosåler, støddæmpere, sportsudstyr og madrasser.
• Elektronik: indfatninger, støbte komponenter og isolationsmaterialer.
• Medicin: visse medicinske indlæg, puder og slanger (særlige biokompatible formuleringer).
• Industrielle komponenter: hjul, ruller, tandhjul og bøsninger som tåler høj mekanisk belastning.

Miljø, tilbagesendelse og sikkerhed

Produktion af polyurethan involverer isocyanater, som er sundhedsfarlige og kan give luftvejsallergi og irritation; derfor stilles der strenge krav til arbejdsmiljø og personlige værnemidler ved produktion. Hærdet polyurethan er generelt kemisk mere inaktivt, men kan afgive skadelige stoffer ved forbrænding (f.eks. isocyanater og andre toksiske gasser).

Genanvendelse af PU er udfordrende, men mulighederne øges:

• mekanisk genanvendelse: knusning og brug som fyldstoffer
• kemisk genanvendelse (f.eks. glykolyse, pyrolyse) for at regenerere polyoler
• energiudnyttelse gennem kontrolleret forbrænding i affaldsforbrændingsanlæg

Miljømæssigt er der fokus på at udvikle bio-baserede polyoler og mere genanvendelige formuleringer samt reducere brugen af problematiske flammehæmmere og andre tilsætningsstoffer.

Fordele og ulemper (kort)

• Fordele: Meget fleksibel materialeteknologi, bredt anvendelsesområde, fremragende mekaniske egenskaber og mulighed for skræddersyede løsninger.
• Ulemper: Produktion kræver håndtering af farlige råstoffer (isocyanater), udfordringer ved genanvendelse og potentiel miljøpåvirkning fra visse tilsætningsstoffer.

Praktiske tips

• Ved valg af PU-materiale: fastlæg krav til hårdhed, slidstyrke, kemikalie- og temperaturbestandighed samt om det skal være fleksibelt eller stift.
• Ved bearbejdning: følg producentens anvisninger for blandingsforhold, hærdetider og sikkerhedsforanstaltninger.
• Ved bortskaffelse: spørg lokale affaldsmyndigheder om muligheder for genanvendelse eller miljøsikker forbrænding.

Samlet set er polyurethan en alsidig og vigtig materialeklasse med anvendelser i mange brancher. Valg af den rigtige type PU og korrekt håndtering under produktion og bortskaffelse er afgørende for både ydeevne og sikkerhed.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er polyurethan?

Spørgsmål: Hvordan fremstilles polyurethan?

Spørgsmål: Hvad er nogle eksempler på produkter, hvor der anvendes polyurethaner?

Spørgsmål: Er urethan det samme som polyurethan?

Spørgsmål: Er der andre anvendelsesmuligheder for polyurethaner ud over de ovenfor nævnte?

Spørgsmål: Indeholder produktionsprocessen for polyurethaner nogen katalysatorer?

Søg efter bogstav