Polyurethaan plastic:van lijm tot yogabroek

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

Polyurethaan is een polymeer verbonden door urethaanverbindingen. Deze verbindingen worden gevormd door een di- of polyisocyanaat te laten reageren met een polyol. Polyurethaan is uniek omdat het niet wordt vervaardigd zoals veel andere kunststoffen. De meeste polymeren, zoals polyethyleen, worden geproduceerd in de vorm van een poeder en vervolgens in een gewenste vorm gegoten. Daarentegen worden polyurethanen meestal direct in het eindproduct gevormd.

Waar wordt polyurethaan plastic voor gebruikt?

Polyurethaan is de basiscomponent voor diverse commerciële toepassingen en bouwmaterialen. Het is ook te vinden in kleding, sportartikelen en apparaten voor verkeersbeheer.

Polyurethaanplastic wordt vaak gebruikt als basiscomponent in surfplanken en uitrusting van zeeschepen.

Kunststof onderdelen

Polyurethaan plastic kan stijf of flexibel zijn. Stijf polyurethaan wordt gebruikt in structurele onderdelen voor industriële en commerciële toepassingen. Het wordt ook gebruikt voor surfplank- en bootcomponenten, evenals bezels voor elektronische instrumenten. Flexibel polyurethaan is een veelgebruikt materiaal voor het maken van grepen in sportuitrusting, zoals golfclubs en tennisrackets.

Flexibele paaltjes zijn duurzaam en kosteneffectief - ontworpen voor niet-schurend, impactvol verkeersbeheer.

Flexibele bolders

Polyurethaan flexibele bolders bieden verkeersmanagementoplossingen op parkeerterreinen en stadsstraten. Low-impact bolders zijn duurzaam en kosteneffectief en worden gebruikt als markering van fietspaden of om het einde van een parkeerkraam te markeren. Voor gebieden met veranderende verkeersbehoeften maakt een verwijderbare flexibele verkeerspaal verschillende configuraties mogelijk.

Spandex, bestaande uit ten minste 85% polyurethaan, wordt veel gebruikt in sportkleding.

Stof

Polyurethaan kan worden omgezet in vezels met behulp van een droogspintechniek. Deze vezels worden veel gebruikt in stoffen voor kleding, van sportkleding tot kousen. Chemisch gezien bestaat de stof, bekend als spandex, lycra of elastaan, uit ten minste 85% polyurethaan.

Het hoge draagvermogen van polyurethaan zorgt voor duurzame elastomere wielen.

Wielen

Polyurethaan heeft een hoog draagvermogen en is het basismateriaal voor elastomere wielen en banden. Deze zijn te vinden op winkelwagentjes, liften, achtbanen en rolschaatsen.

Polyurethaan-gecoate vloeren zijn beschermd tegen schuren en stoten.

Bevloering en infrastructuur

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

Semi-flexibele polyurethaanschuimen hebben stevigere eigenschappen, ideaal voor autodashboards en deurbekleding.

Schuimen en kussens

Soepele schuimen zijn zacht met hoge absorptie-eigenschappen. Semi-flexibele polyurethaanschuimen zijn steviger en worden gebruikt voor autodashboards en deurbekleding. Schuimproducten met een hoge veerkracht zijn geschikt voor schuimzittingen, afdichtingen en isolatiepanelen.

Polyurethaanschuimsprays vullen spleten rond ramen op voor een betere isolatie.

Lijmen en kitten

Polyurethaan wordt gebruikt in hoogwaardige lijmen en oppervlakteafdichtingsmiddelen. Deze afdichtingsmiddelen vullen gaten terwijl ze ruimte bieden voor uitzetting en krimp in bouwmaterialen. De elastomere eigenschappen van de kit zorgen voor 25-50% beweging. Schuimsprays zijn ook ontwikkeld van polyurethaan en vullen spleten op voor een betere isolatie van gebouwen.

Polyurethaan eigenschappen

De polymeerdichtheden van polyurethaan kunnen worden gecontroleerd, wat resulteert in een reeks eigenschappen. Voordelen van polyurethaan zijn onder meer een hoge elasticiteit en vormbaarheid, waardoor het een ideaal basismateriaal is voor veel plastic producten, zoals hierboven te zien is.

POLYURETHAAN EIGENSCHAPPEN

VOORDELEN

NADELINGEN

Hoge slijtvastheid en bestand tegen oplosmiddelen

Laag thermisch vermogen

Hoge draagkracht en elasticiteit

Giftige eigenschappen (Isocyanaten)

Hoge isolatie

Lage tolerantie voor zonlicht

Goede vormkwaliteit

Ontvlambaar

Polyurethaanstructuur en productie

Polyurethaan wordt geproduceerd door de exotherme reactie tussen twee moleculen, isocyanaten en polyolen, die een urethaanbinding creëren. Het is belangrijk om eerst isocyanaten en polyolen te begrijpen, aangezien polyurethaan het resultaat is van deze twee verbindingen.

1) Isocyanaten

Isocyanaat heeft de formule R–N=C=O. Het is een organische verbinding die reactief is en vaak polymere materialen bevat. Wanneer een isocyanaat twee isocyanaatgroepen heeft, wordt dit een diisocyanaat (TDI) genoemd. TDI wordt gebruikt om te reageren met polyolen bij de productie van polyurethaan.

2) Polyolen

Polyolen kunnen polyether- of polyesterpolyolen zijn. Polyetherpolyolen worden gemaakt wanneer epoxiden reageren met een actieve waterstofbevattende verbinding. Polycondensatie treedt op tussen de multifunctionele carbonzuren en polyhydroxyverbindingen. Polyolen met een hoger molecuulgewicht resulteren in flexibele polyurethanen. Polyolen met een lager molecuulgewicht produceren stijve polyurethanen.

3) Polyurethaan

Het type isocyanaat en polyol dat bij de productie van polyurethaan wordt gebruikt, beïnvloedt de eigenschappen ervan. Polyolen zijn verantwoordelijk voor het regelen 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 er worden verschillende verwerkingsomstandigheden gebruikt voor de productie.

Additieven zijn ook betrokken bij het productieproces van polyurethaan. Deze chemicaliën beheersen polyurethaanvormende reacties en eigenschappen.

ADDITIEVEN DIE WORDEN GEBRUIKT BIJ DE PRODUCTIE VAN POLYURETHAAN

Katalysatoren

Versnelt chemische reactie

Cross-linking agents

Mechanische versterking

Vlamvertragers

Vermindert ontvlambaarheid

Plasticizers

Vermindert hardheid

Vulstoffen

Verbetert de materiaaleigenschappen en verlaagt de kosten

Blaasmiddelen oppervlakteactieve stoffen

Regelt de celstructuur van polyurethaanschuim

Rookonderdrukkers

Vermindert het rookniveau bij verbranding

Pigmenten

Voegt kleur toe voor esthetiek

Classificaties van polyurethaan

Polyurethaan kan worden ingedeeld in twee groepen op basis van hun reacties op warmte:

Thermoplastisch

Thermoplastisch polyurethaan is veelzijdig omdat het meerdere keren opnieuw kan worden verwarmd en opnieuw gevormd. Bij verhitting wordt het vloeibaar en kan het in de gewenste vorm worden gegoten zonder dat de eigenschappen van het plastic veranderen. Thermoplastisch polyurethaan is het meest geschikt voor eindproducten die hittetoleranties van meer dan 250 ° F vereisen.

Thermoset

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

Soorten polyurethaan

Polyurethaan kan worden onderverdeeld in vier hoofdtypen:elastomeren, coatings, flexibel schuim en vernet schuim. Voor elk van de typen moet de meest geschikte klasse polyurethaan worden gekozen:thermoplastisch of thermohardend. Afhankelijk van het specifieke ontwerp en de toepassing moet rekening worden gehouden met verschillende vereisten voor warmte, gewicht en slijtage.

Elastomeren

Polyurethaanelastomeren hebben een zeer hoge elasticiteit. Verkeersveiligheidsvoorzieningen, zoals flexibele paaltjes, profiteren van deze elastische eigenschappen. Flexibele bolders zijn ontworpen om onder voertuigen te buigen en kunnen snel terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm nadat ze zijn platgedrukt.

Coatings

Polyurethaancoatings bieden weerstand tegen agressieve oplosmiddelen zoals industriële reinigingsmiddelen. Ze bieden ook enige bescherming tegen schokken. Polyurethaancoatings zijn ideaal voor oppervlakken die slijtvastheid nodig hebben. Er zijn ook oplossingen op waterbasis beschikbaar.

Flexibele schuimen

Flexibel schuim heeft een hoge slagvastheid en demping. Semi-flexibele polyurethaanschuimen zijn ook beschikbaar als stevigere alternatieven.

Cross-linked schuim

Vernet schuim biedt een stijvere en dikkere structuur in vergelijking met flexibel schuim.

Polyurethaan kunststof onderhoud

Polyurethaan is gemakkelijk te onderhouden en onderhoudsarm. Het is bestand tegen oplosmiddelen, oliën en corrosie - en zeer duurzaam tegen weersinvloeden en slijtage. Regelmatig onderhoud is zo eenvoudig als het oppervlak afvegen met een vochtige doek. Voor gevallen met meer oppervlakteschade kunnen was- en reinigingsmiddelen worden gebruikt. Het is echter het beste om de agressieve reinigingsmiddelen te bewaren voor incidenteel gebruik, omdat ze het glansniveau van sommige polyurethaanafwerkingen kunnen beïnvloeden.

Recycling van polyurethaanplastic

Polyurethaan kan op twee manieren worden gerecycled:mechanische of chemische recycling. Mechanische recycling hergebruikt het materiaal in zijn polymeervorm, terwijl chemische recycling het materiaal terugbrengt naar zijn chemische componenten.

1) Mechanische recycling

Herbinden

Polyurethaanafval wordt in kleine stukjes gehakt, besproeid met een prepolymeer en gebonden aan de gewenste schuimkwaliteit. Een populaire methode voor gerecyclede ondertapijten.

Opschuren

Industriële bekleding van polyurethaan wordt vermalen tot een fijn poeder. Het poeder kan vervolgens worden gecombineerd met nieuwe materialen om nieuw polyurethaanschuim te produceren.

Lijm persen

Onderdelen van polyurethaan worden gegranuleerd en gemengd, vervolgens onder hitte en druk gezet om platen of lijstwerk te vormen. De resulterende spaanplaten kunnen worden gebruikt in geluidsisolerende producten en meubeltoepassingen.

2) Chemische recycling

Glycolyse

Industriële en post-consumer polyurethanen worden op hoog vuur gemengd met diolen. Door een chemische reactie worden nieuwe polyolen gemaakt, die vervolgens kunnen worden gebruikt om gerecycled polyurethaan te maken.

Hydrolyse

Een reactie tussen gebruikte polyurethanen en water resulteert in polyolen die als brandstof kunnen worden gebruikt. De tussenliggende chemicaliën kunnen worden gebruikt als grondstof om gerecycled polyurethaan te maken.

Pyrolyse

Gas en olie ontstaan ​​door het afbreken van polyurethaan in een zuurstofvrije omgeving.

Hydrogenering

Gas en olie worden gemaakt van gebruikte polyurethanen door warmte, druk en zuurstof toe te passen.

De toekomst van polyurethaan

Polyurethaan is een indrukwekkende grondstof met zijn combinatie van werkbare eigenschappen. Polyurethaanproducten bieden ook variëteit - variërend van kunststoffen, schuimen, coatings tot afdichtingsmiddelen - die een groot aantal industrieën ten goede komen.

Polyurethaanproducten hebben een cyclische levensduur omdat ze waarde blijven behouden, zelfs nadat ze het einde van hun productlevenscyclus hebben bereikt. In 2010 kondigde de Amerikaanse autofabrikant Chrysler aan dat het 180.000 pond gerecycled polyurethaanschuim zou gebruiken voor hun stoelen en hoofdsteunen. Terwijl de wereld groener wordt, volgt de polyurethaanindustrie dit voorbeeld met duurzame praktijken.