Polyurethan

Was sind Polyurethane (PU)?

Polyurethane sind besonders vielseitig und begegnen dir in ganz unterschiedlichen Produkten des Alltags: Du findest sie beispielsweise in Matratzen, Sportschuhen oder lackierten Holzflächen.

Polyurethane sind Kunststoffe. Je nach Zusammensetzung können sie weich wie Schaumstoff oder hart wie ein Lack sein. Wegen dieser Vielseitigkeit nennt man Polyurethane auch „Alleskönner unter den Kunststoffen“.

Polyurethane – Chemische Struktur

Damit du verstehst, warum Polyurethane so unterschiedliche Eigenschaften haben können, sehen wir uns ihren Aufbau an.

Polyurethane entsteht durch die Reaktion von Molekülen, die mindestens zwei funktionelle Gruppen tragen:

• Polyole (mehrwertige Alkohole) enthalten die Hydroxygruppe $(-\text{OH})$.
• Isocyanate enthalten die Isocyanatgruppe $(-\text{NCO})$.

$\ce{R-OH + R'-NCO -> R-O-CO-NH-R'}$

Diese Reaktion bildet eine Urethan-Gruppe $(-\text{NH-CO-O-})$. Wenn die Ausgangsstoffe mehrere dieser Gruppen enthalten, verknüpfen sie sich zu langen Polymerketten. Das Ergebnis ist ein Makromolekül, also ein Polymer.

Wie werden Polyurethane hergestellt?

Die chemische Herstellung von Polyurethanen erfolgt durch eine Polyaddition, nicht durch Polykondensation oder Polymerisation.

Je nach Zusammensetzung entstehen unterschiedliche Produkte:

Bei der Schaumherstellung werden zusätzlich Wasser und Treibmittel zugesetzt. Das Wasser reagiert mit Isocyanaten zu $\ce{CO2}$, das als Blähgas wirkt und die Schaumstruktur bildet.

Polyurethan – Materialeigenschaften

Die Eigenschaften der Polyurethane hängt stark davon ab, welche Reaktionspartner verwendet werden. Polyurethane

• können hart oder weich sein,
• besitzen eine hohe Abriebfestigkeit, sie nutzen sich also kaum ab,
• sind chemisch beständig, sie werden beispielsweise von Öl, Fett und vielen Lösungsmitteln nicht angegriffen,
• zeigen gute Dämmeigenschaften (Wärme und Schall) und
• sind elastisch, sie lassen sich also dehnen und kehren in ihre ursprüngliche Form zurück.

Verwendung von Polyurethanen

Aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften gehören PU zu den wichtigsten Kunststoffen in Technik und Alltag.

Besonders beliebt ist Polyurethan-Schaum, weil er leicht, isolierend und formstabil ist.

Umweltaspekte und Recycling von Polyurethanen

Bei der Herstellung und Verarbeitung von Polyurethanen spielt Sicherheit eine wichtige Rolle, da Isocyanate gesundheitsschädlich sind und nur in geschlossenen Systemen verarbeitet werden dürfen.

Das Recycling von Polyurethanen ist schwierig, da es sich meist um vernetzte Polymere handelt, die sich nicht einfach einschmelzen lassen. Dennoch gibt es verschiedene Ansätze:

• Mechanisches Recycling: Zerkleinern und Wiederverwendung als Füllstoff
• Rohstoffliches Recycling: Zersetzung zu den ursprünglichen Monomeren durch chemische Spaltung (z. B. Glykolyse)
• Energierückgewinnung: Verbrennung mit Wärmenutzung

Thema Polyurethane – Ausblick

Wenn du das Prinzip der Polyaddition verstanden hast, kannst du dich als Nächstes mit anderen Polymeren beschäftigen, etwa Polyester oder Polyamide. Besonders spannend ist der Vergleich der Reaktionsarten (Polyaddition, Polykondensation, Polymerisation) und ihrer Auswirkungen auf die Materialeigenschaften.

Häufig gestellte Fragen zu Polyurethan (PU)