Polüuretaan: definitsioon, tüübid, omadused ja kasutusalad

Polüuretaan: täielik ülevaade PU tüüpide, omaduste ja kasutusalade kohta — vahtudest elastomeerideni, isolatsioonist autotoodeteni. Loe edasi.

Polüuretaan on polümeer, tavaliselt lühendatult PU või PUR. Polüuretaan koosneb orgaanilistest ühikutest, mis on omavahel seotud uretaan-sidemeid sisaldavate fragmentidega. Polüuretaanpolümeerid moodustuvad astmepolümerisatsiooni (reaktsioonipõhise polümerisatsiooni) teel: selle protsessi käigus reageerib vähemalt kahte isotsüanaatfunktsionaalset rühma sisaldav monomeer katalüsaatori juuresolekul teise monomeeriga, mis sisaldab vähemalt kahte hüdroksüül- (alkoholi-) rühma. Reaktsioonis kasutatakse sageli polüole (mitmehüdroksüülsed ühendid) ja isotsüanaate; protsessi juures võidakse lisada ka täiteaineid, pehmendajaid, vahustajaid, surfaktante ja leekpidurdajaid, et saavutada soovitud omadused.

Tüübid ja struktuurid

• Madala tihedusega elastne vaht, mida kasutatakse pehmete polstrite ja mööbli istmete valmistamisel — see vaht on mugav, hästi surve all taastuv ja hea pehmenduse ning šokineeldusega.
• Madala tihedusega jäik vaht, mida kasutatakse soojusisolatsiooniks ja RTM-südamikuks — jäikud vahud pakuvad head soojusisolatsiooni, madalat soojusjuhtivust ja konstruktiivset jäikust.
• Pehmed tahked elastomeerid, mida kasutatakse geel-tampoonide ja trükirullide jaoks — vastupidavad elastomeersed PU-d taluvad korduvat deformeerimist.
• Jalatsites kasutatavad madala tihedusega elastomeerid — pehmed, kergesti vormitavad ja kulumiskindlad materjalid tallades ja vahetaldades.
• Kõvad tahked plastid, mida kasutatakse elektrooniliste instrumentide ümbriste ja konstruktsioonielementidena — tugevad, löögikindlad ja hea pinnaviimistlusega.
• Termoplastilised polüuretaanid (TPU) — töödeldavad sulatades ja ümbervormides, neid kasutatakse näiteks kaabli- ja torukatete, mänguasjade ja spordivarustuse puhul.
• Polüuretaankatte- ja liimitüübid — vedelad süsteemid, mis kovenevad pinnaks (katteks või liimiks), pakuvad head nakkumist ja vastupidavust kemikaalidele ning kulumisele.

Omadused

Polüuretaanide omadused on väga mitmekesised ja sõltuvad molekulaarstruktuurist ning lisanditest:

• Mehaaniline tugevus ja elastsus: PU võib olla väga elastne või väga jäik; elastomeersed vormid pakuvad kõrget venimis- ja taastuvustugevust.
• Töötemperatuuri vahemik: sõltuvalt tüübist säilitavad PU-d head omadused laias temperatuurivahemikus, kuigi kõrge temperatuur või UV-kiirgus võivad pikas perspektiivis põhjustada vananemist.
• Hea kulumis- ja hõõrdetakistus: eriti elastomeerse ja tahke plastina kasutatavad PU-d on kulumiskindlad.
• Hea elektriline isoleerivus: kasutatakse elektroonika potting- ja isolatsioonirakendustes.
• Tihedus ja poorisus: vahtudena on võimalik saavutada väga madal tihedus (heaks isolatsiooniks) või kontrollitud rakuline struktuur tihendite ja amortisaatorite jaoks.
• Keemiline resistentsus: PU-d on vastupidavad paljudele õlidele ja lahustitele, kuid võivad olla tundlikud teatud tugevate happete ja alustega.

Tootmine ja töötlemismeetodid

Polüuretaanide tootmisel kasutatakse mitut tehnoloogiat: traditsiooniline kastmine või valamine, vahtimine (gaas- või keemiliste vahustajate abil), Reaction Injection Molding (RIM), survevalutüüpi protsessid ning ekstruusioon termoplastsete PU-de puhul. Toodetena esinevad nii termoreaktiivsed (võrkuvõetud, mittesulatavad) kui ka termoplastsed (sulatatavad ja ümbertöödeldavad) polüuretaanid. Tihti valmistatakse esmalt prepolümeere, mida seejärel lõpuks ümberreaktsioneeritakse ja võrgustatakse vastava katalüüsi ja tingimuste all.

Kasutusalad

Polüuretaane kasutatakse väga laialdaselt mitmes valdkonnas. Näited:

• Mööbel ja voodid: pehmed vahtpolstrid ja madratsid.
• Ehitustööstus: soojustusmaterjalid, tihendid, kattematerjalid ja vahtisolatsioon.
• Autotööstus: istmete polsterdus, vedrustuse puksid, porilauad, helikindluse lahendused ja kaitsevistid.
• Jalatsitööstus: tallad ja pehmendused.
• Tööstuslikud rullid ja trükirullid: vastupidavad elastomeersed segud.
• Ratta- ja rattaalusdetailid: vastupidavad elastomeersed rattad ja rataste osad.
• Elektri- ja elektroonika: potting-massid, liimid ja kaitsekatted.
• Meditsiin: teatud tüüpi meditsiinilised elastomeerid ja seadmete komponendid (rangelt kontrollitud tootmise ja biokompatibluse nõuetega).
• Tekstiil: Spandex- ehk elastaani-kiud (veerandati polüuretaani baasil valmistatavad elastsed kiud).

Tervise- ja keskkonnaküsimused

Isotsüanaadid, mis on üheks peamiseks lähtematerjaliks polüuretaanide sünteesis, on tundlikud ja võivad olla tervisele ohtlikud (ärritavad hingamisteid, allergilised reaktsioonid). Tööstuslikes tingimustes on isikukaitse ning ventilatsioon väga olulised. Vahtude tootmisel kasutatavad vahustajad ja muud lisandid on aja jooksul muutunud (nt CFC-de asendamine keskkonnasõbralikumate lahendustega), kuid keskkonnamõju ning jäätmekäitlus on endiselt olulised küsimused. Polüuretaanide ringlussevõtt on väljakutse — tootmises kasutatakse nii mehhaanilist ringlussevõttu, purustatud materjali kasutust täiteainena kui ka keemilisi ringlussevõtumeetodeid (nt glükolüüs), kuid ametlikud ringlussevõtu- ja käitlusvõimalused sõltuvad riigist ja tootest.

Nõuanded kasutajale

• Kui töötate polüuretaaniga tootmises või paigaldamisel, kasutage sobivaid kaitsevahendeid ja tagage hea ventilatsioon, et vähendada kokkupuudet isotsüanaatide ja lahustitega.
• Säilitage PU-tooteid vastavalt tootja juhistele (temperatuur, niiskus), et vältida enneaegset degradatsiooni.
• Valige õige PU-tüüp rakenduse järgi — näiteks ei pruugi pehme vaht sobida struktuurseks kandmiseks, ja vastupidi.

Polüuretaantooteid nimetatakse sageli "uretaanideks". Neid ei tohi segi ajada konkreetse ainega uretaan, mida nimetatakse ka etüülkarbamaadiks. Polüuretaane ei tooda etüülkarbamaadist ega sisalda seda.

Küsimused ja vastused

K: Mis on polüuretaan?

K: Kuidas toodetakse polüuretaani?

K: Millised on mõned näited toodetest, milles kasutatakse polüuretaane?

K: Kas uretaan on sama mis polüuretaan?

K: Kas polüuretaanidel on ka muid kasutusviise peale eespool nimetatud?

K: Kas polüuretaanide tootmisprotsessis kasutatakse katalüsaatoreid?

Otsing