Bei der Herstellung von Polyurethan-Elastomeren ist die Kontrolle der Reaktion zwischen dem Vorpolymer und dem Härtungssystem von entscheidender Bedeutung für eine stabile Verarbeitung und eine gleichbleibende Produktqualität. Wenn die Reaktion zu schnell abläuft, kann das Material gelieren, bevor es richtig gemischt oder gegossen werden kann. Wenn es zu langsam ist, kann das fertige Produkt weich, klebrig oder unzureichend ausgehärtet bleiben. Wie können Hersteller also die Reaktionsgeschwindigkeit kontrollieren?
Der erste zu berücksichtigende Faktor ist der NCO-Gehalt des Präpolymers und das Härterverhältnis. Der Reaktionsindex, oft ausgedrückt als tatsächliche NCO-Menge im Verhältnis zum theoretischen Bedarf, hat direkten Einfluss auf die Endreaktion. In vielen Systemen wird ein Index um 1,02–1,05 als praktischer Startbereich verwendet. Ein höherer Index kann dazu führen, dass mehr nicht umgesetztes NCO für die Nachreaktion zurückbleibt, während ein niedrigerer Index zu einer unvollständigen Aushärtung führen kann. Das genaue Verhältnis sollte jedoch immer entsprechend der spezifischen Formulierung und den Zieleigenschaften bestimmt werden.
Der zweite Faktor ist die Art des Härters. Verschiedene Härter weisen deutlich unterschiedliche Reaktionsaktivitäten auf. Härter auf Aminbasis wie MOCA und DETDA können relativ schnelle Reaktionen ermöglichen, während Härter auf Diolbasis wie BDO im Allgemeinen ein anderes Verarbeitungsfenster bieten. Langkettige Diole und andere Härtungskomponenten können für noch unterschiedliche Reaktionseigenschaften sorgen. Daher ist die Auswahl des richtigen Härtungssystems oft wichtiger als nur die Änderung der Härtermenge.
Katalysatoren sind ein weiteres wichtiges Anpassungsinstrument. Organozinnkatalysatoren können die Reaktion zwischen NCO und Hydroxylgruppen deutlich beschleunigen. Allerdings kann ein Überschuss an Katalysator die Verarbeitungszeit verkürzen und das Mischen und Gießen erschweren. Bei Elastomersystemen sollte daher der Katalysatorgehalt je nach Rezeptur sorgfältig kontrolliert werden. Wenn die Reaktion zu schnell abläuft, kann eine Reduzierung oder Eliminierung des Katalysators in Betracht gezogen werden. Wenn die Reaktion zu langsam ist, kann eine kleine Anpassung helfen, die Aushärtungseffizienz zu verbessern.
Die Temperatur ist eine der direktesten Möglichkeiten, die Reaktionsgeschwindigkeit zu steuern. Eine Erhöhung der Vorpolymer- oder Formtemperatur beschleunigt im Allgemeinen die Reaktion, während niedrigere Temperaturen sie verlangsamen. Bei der praktischen Verarbeitung kann das Prepolymer auf etwa 40–60 Grad erhitzt werden, während die Formtemperatur auch innerhalb eines geeigneten Bereichs kontrolliert werden kann. Bei festen Härtern wie MOCA kann eine Erwärmung erforderlich sein, um den Härter vor dem schnellen Mischen und Gießen zu schmelzen.
Allerdings sollte die Temperatur nicht getrennt vom Mischen, Formenfüllen und Aushärtezeit betrachtet werden. Ein stabiles Temperaturprofil trägt dazu bei, während des gesamten Produktionsprozesses eine konstante Reaktionsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
Das Grundprinzip ist einfach: Die Reaktionsgeschwindigkeit sollte schnell genug sein, um eine vollständige Aushärtung zu erreichen, aber langsam genug, um ausreichend Verarbeitungszeit zum Mischen, Entgasen und Gießen zu gewährleisten. Durch die gemeinsame Anpassung des NCO-Index, des Härtertyps, des Katalysatorgehalts und der Temperatur können Hersteller ein stabileres Verarbeitungsfenster für Polyurethan-Elastomere festlegen.