Polyurethaan kunststof: Van lijm tot alledaagse kleding – Het veelzijdige materiaal uitgelegd

Polyurethaan lijkt vaak niet op kunststof. Wat is het en hoe wordt het geproduceerd?

Polyurethaan is een polymeer verbonden door urethane koppelingen. Deze koppelingen worden gevormd door een di- of poly-isocyaanaten te laten reageren met een polyol. Polyurethaan is uniek in dat het niet geproduceerd wordt zoals veel andere kunststoffen. De meeste polymeren, zoals polyethyleen, worden in poedervorm geproduceerd en daarna in een gewenste vorm gegoten. In tegenstelling, worden polyurethanen typisch direct in het eindproduct gevormd.

Waarvoor wordt polyurethaan kunststof gebruikt?

Polyurethaan is de basiskomponent voor diverse commerciële toepassingen en bouwmaterialen. Het kan ook gevonden worden in kleding, sportartikelen en verkeersbeheersapparaten.

Polyurethaan kunststof wordt vaak gebruikt als basiskomponent in surfborden en mariene apparatuur.

Kunststofonderdelen

Polyurethaan kunststof kan rigide of flexibel zijn. Rigide polyurethaan wordt gebruikt in structurele onderdelen voor industriële en commerciële toepassingen. Het wordt ook gebruikt voor surfbord- en bootcomponenten, alsook elektronische instrumenten bevels. Flexibele polyurethaan is een veelvoorkomend materiaal voor het creëren van grepen in sportapparatuur, zoals golfclubs en tennisrackets.

Flexibele bollards

Polyurethaan flexibele bollards bieden verkeersbeheersoplossingen in parkeerterreinen en stadsstraten. Laag-impact bollards zijn duurzaam en kosteneffectief, gebruikt als fietspadscheiders of om het einde van een parkeerplaats te markeren. Voor gebieden met veranderende verkeersbehoeften, stelt een verwijderbare flexibele bollard gevarieerde configuraties in.

Stof

Polyurethaan kan omgezet worden in vezels met een droogspin techniek. Deze vezels worden breed gebruikt in stof voor kleding van sportkleding tot kousen. Chemisch gezien, is de stof, bekend als Spandex, Lycra of elastane, samengesteld uit ten minste 85% polyurethaan.

Wielen

Polyurethaan heeft een hoge belastingscapaciteit en is het basismateriaal voor elastomere wielen en banden. Deze kunnen gevonden worden op winkelwagentjes, liften, achtbanen en rolschaatsen.

Vloeren en infrastructuur

Polyurethaan coatings zijn ideaal voor oppervlakken die slijtvastheid en corrosieweerstand vereisen, zoals hardhouten vloeren en buiteninfrastructuur. Door regelmatig onderhoud kunnen deze oppervlakken beschermd worden tegen dagelijkse slijtage.

Schuimen en kussens

Flexibele schuimen zijn zacht met hoge absorptiekenmerken. Semi-flexibele polyurethaan schuimen zijn fester en gebruikt voor autodashboards en deurbekledingen. Hoog-veerkrachtige schuimproducten zijn geschikt voor zitplaatsen, afdichtingen en isolatiepanelen.

Lijmen en kitten

Polyurethaan wordt gebruikt in hoog-presterende lijmen en oppervlaktekitten. Deze kitten vullen gaten terwijl ze expansie en krimp in bouwmaterialen toestaan. De elastomere eigenschappen van het kit laten 25-50% beweging toe. Schuimsprays zijn ook ontwikkeld uit polyurethaan en vullen spleten voor betere gebouwisolatie.

Polyurethaan eigenschappen

De polymere dichtheden van polyurethaan kunnen gecontroleerd worden, wat resulteert in een reeks eigenschappen. Voordelen van polyurethaan omvatten hoge elasticiteit en vormbaarheid, wat het een ideaal basismateriaal maakt voor veel kunststofproducten, zoals hierboven getoond.

POLYURETHAAN EIGENSCHAPPEN

VOORDELEN	NADELEN
Hoge slijt- en oplosmiddelweerstand	Lage thermische capaciteit
Hoge belastingscapaciteit en elasticiteit	Giftige eigenschappen (Isocyanaten)
Hoge isolatie	Lage tolerantie voor zonlicht
Goede vormkwaliteit	Brandbaar

Polyurethaan structuur en productie

Polyurethaan wordt geproduceerd door de exothermische reactie tussen twee moleculen, isocyanaten en polyolen, die een urethane koppeling creëren. Het is belangrijk om eerst isocyanaten en polyolen te begrijpen omdat polyurethaan een resultaat is van deze twee verbindingen.

1) Isocyanaten

Isocyaanaten heeft de formule R–N=C=O. Het is een organische verbinding die reactief is, en vaak polymere materialen bevat. Wanneer een isocyaanaten twee isocyaanategroepen heeft, wordt het aangeduid als di-isocyaanaten (TDI). TDI wordt gebruikt om te reageren met polyolen in de productie van polyurethaan.

2) Polyolen

Polyolen kunnen ofwel polyether of polyester polyolen zijn. Polyether polyolen worden gemaakt wanneer epoxiden reageren met waterstofhoudende verbindingen. Polycondensatie treedt op tussen de multifunctionele carboxylezuren en polyhydroxy verbindingen. Polyolen met een hoger molecuulgewicht resulteren in flexibele polyurethanen. Lagere molecuulgewicht polyolen produceren rigide polyurethanen.

3) Polyurethaan

Het type isocyaanaten en polyol dat gebruikt wordt in de polyurethaanproductie beïnvloedt de eigenschappen. Polyolen zijn verantwoordelijk voor het controleren van de flexibiliteit en elasticiteit van het polymeer. Langere ketens en lage crosslinking creëren een rekbaar polymeer, terwijl kortere ketens resulteren in een harder polymeer. Er zijn veel keuzes beschikbaar voor isocyanaten en polyolen, en een verscheidenheid aan verwerkingsomstandigheden worden voor productie gebruikt.

Additieven zijn ook betrokken bij het polyurethaanproductieproces. Deze chemicaliën controleren polyurethaan-vormende reacties en eigenschappen.

ADDITIEVEN IN POLYURETHAAN PRODUCTIE

Katalysatoren	Versnelt chemische reactie
Cross-linking agentia	Mechanische versterking
Vlamvertragers	Vermindert brandbaarheid
Plasticizers	Vermindert hardheid
Vulstoffen (Fillers)	Verbetert materiaaleigenschappen en verlaagt kosten
Opblaasagentia surfactanten	Controleert celstructuur van schuim polyurethaan
RoOnderdrukkers	Vermindert rookniveau bij verbranding
Pigmenten	Voegt kleur toe voor esthetiek

Classificaties van polyurethaan

Polyurethaan kan in twee groepen geclassificeerd worden gebaseerd op hun reacties op warmte:

Thermoplastisch

Thermoplastisch polyurethaan is veelzijdig in dat het herhaaldelijk opnieuw verhit en gevormd kan worden. Wanneer verhit, wordt het vloeibaar en kan het in de gewenste vorm gegoten worden zonder veranderingen in de kunststofeigenschappen. Thermoplastisch polyurethaan is het best geschikt voor eindproducten die warmte toleraties van meer dan 250°F vereisen.

Thermohardend (Thermoset)

Thermohardend polyurethaan kan niet meer dan eenmaal gevormd worden. Wanneer thermohardend polyurethaan uithardt, ondergaat het een chemische reactie, waardoor de verandering permanent is. Thermohardend polyurethaan is de duurzamere optie voor gewichtdragende en slijtvaste producten.

Typen polyurethaan

Polyurethaan kan in vier hoofdtypen gecategoriseerd worden: elastomeren, coatings, flexibele schuimen, en gecrosslinkte schuimen. Voor elk van de typen, moet de meest geschikte klasse polyurethaan gekozen worden — ofwel thermoplastisch of thermohardend. Afhankelijk van het specifieke ontwerp en toepassing, moeten verschillende eisen voor warmte, gewicht en slijtage overwogen worden.

Elastomeren

Polyurethaan elastomeren hebben zeer hoge elasticiteit. Verkeersveiligheidsapparaten, zoals flexibele bollards, profiteren van deze elastische eigenschappen. Ontworpen om onder voertuigen te buigen, kunnen flexibele bollards snel terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm na afvlakking.

Coatings

Polyurethaan coatings bieden weerstand tegen harde oplosmiddelen zoals industriële reinigers. Ze bieden ook enige bescherming tegen impact. Polyurethaan coatings zijn ideaal voor oppervlakken die slijtvastheid nodig hebben. Watergebaseerde oplossingen zijn ook beschikbaar.

Flexibele schuimen

Flexibele schuimen hebben hoge impactssterkte en dempende werking. Semi-flexibele polyurethaan schuimen zijn ook beschikbaar als fester alternatieven.

Gecrosslinkte schuimen

Gecrosslinkte schuimen bieden een rigidere en dikker structuur vergeleken met flexibele schuimen.

Polyurethaan kunststof onderhoud

Polyurethaan is makkelijk te verzorgen en laag in onderhoud. Het is bestendig tegen oplosmiddelen, oliën en corrosie — en uiterst duurzaam tegen verwering en slijtage. Regelmatig onderhoud is zo simpel als het afwissen van het oppervlak met een vochtige doek. Voor gevallen met meer oppervlakteschade, kunnen detergenten en reinigingsmiddelen gebruikt worden. Het is echter het beste om de harde reinigers voor occasioneel gebruik te reserveren, omdat ze het glansniveau van sommige polyurethaan afwerkingen kunnen beïnvloeden.

Polyurethaan kunststof recycling

Polyurethaan kan op twee manieren gerecycled worden: mechanisch of chemisch. Mechanisch hergebruikt het materiaal in zijn polymere vorm, terwijl chemische recycling het materiaal terugbrengt tot zijn chemische componenten.

1) Mechanische recycling

Rebond

Polyurethaan afval wordt in kleine stukken gehakt, besproeid met een prepolymeer, en gebonden tot de gewenste schuimgraad. Een populaire methode voor gerecyclde tapijtonderleggers.

Regrind

Polyurethaan industriële versnipperingen worden verfijnd tot een fijn poeder. Het poeder kan dan gecombineerd worden met virgine materialen om nieuw polyurethaan schuim te produceren.

Lijmpressen (Adhesive pressing)

Polyurethaan onderdelen worden gegraveerd en gemengd, dan onder warmte en druk gepres om platen of vormingen te vormen. De resulterende spaanderplaten kunnen gebruikt worden in geluiddempende producten en meubeltoepassingen.

2) Chemische recycling

Glycolyse

Industriële en post-consumer polyurethanen worden gemengd met diolen bij hoge hitte. Nieuwe polyolen worden gecreëerd door een chemische reactie, die dan gebruikt kunnen worden om gerecyclde polyurethaan te maken.

Hydrolyse

Een reactie tussen gebruikte polyurethanen en water resulteert in polyolen die als brandstof gebruikt kunnen worden. De intermediaire chemicaliën kunnen als grondstoffen gebruikt worden om gerecyclde polyurethaan te creëren.

Pyrolyse

Gas en olie worden gecreëerd door polyurethanen af te breken in een zuurstofvrije omgeving.

Hydrogenering

Gas en olie worden gecreëerd uit gebruikte polyurethanen door toepassing van warmte, druk en zuurstof.

De toekomst van polyurethaan

Polyurethaan is een indrukwekkende bron met zijn combinatie van werkbare kenmerken. Polyurethaan producten bieden ook verscheidenheid — variërend van kunststoffen, schuimen, coatings, tot kitten — die een veelheid aan industrieën ten goede komen.

Polyurethaan producten hebben een cyclische levensduur omdat ze waarde blijven houden zelfs na het einde van hun productlevenscyclus. In 2010 kondigde de Amerikaanse auto-fabrikant Chrysler aan dat het 180.000 pond gerecyclde polyurethaan schuimen zou gebruiken voor hun zitplaatsen en hoofdsteunen. Naarmate de wereld groener wordt, volgt de polyurethaan industrie het voorbeeld met duurzame praktijken.