Was genau ist einPolyurethan-PräpolymerUnd warum wird es häufig in Polyurethan-Elastomeren, Beschichtungen, Klebstoffen und anderen Anwendungen verwendet?
In der Polyurethanindustrie werden „Prepolymer“ und „Prepolymer“ im Allgemeinen zur Beschreibung desselben Konzepts verwendet, obwohl „Prepolymer“ in der alltäglichen technischen Kommunikation der gebräuchlichere Begriff ist. Ein Polyurethan-Präpolymer ist ein Zwischenprodukt, das durch teilweise Reaktion eines Polyols, beispielsweise eines Polyether- oder Polyesterpolyols, mit einem Überschuss an Diisocyanat, beispielsweise MDI oder TDI, hergestellt wird.
Das Hauptmerkmal eines NCO-terminierten Polyurethan-Prepolymers besteht darin, dass es nach der ersten Reaktion noch reaktive Isocyanatgruppen (-NCO) enthält. Diese verbleibenden NCO-Gruppen können anschließend mit einem Härter, Kettenverlängerer, Wasser oder anderen reaktiven Komponenten reagieren, um das endgültige Polyurethanmaterial zu bilden.
Vereinfacht ausgedrückt kann ein Präpolymer als halbfertiges Polyurethanmaterial betrachtet werden. Anstatt alle Rohstoffe gleichzeitig reagieren zu lassen, wird ein Teil der Reaktion bereits im Voraus abgeschlossen. Dies gibt den Herstellern eine größere Kontrolle über die endgültige Verarbeitung und die Eigenschaften.
Warum ein Präpolymer verwenden?
Ein großer Vorteil ist eine bessere Prozesskontrolle. Die direkte Reaktion von Diisocyanat mit Polyol während der Endproduktion kann zu einem hochreaktiven System führen, das schwer zu kontrollieren ist. Bei einem Präpolymer ist die anfängliche Reaktion bereits teilweise abgeschlossen und die weitere Reaktion kann durch die Wahl und Menge des Härtungsmittels, die Temperatur, den Katalysator und die Verarbeitungsbedingungen gesteuert werden.
Ein Vorpolymersystem kann auch ein praktischeres Verarbeitungsfenster zum Mischen, Entgasen und Gießen bieten. Je nach Rezeptur können Hersteller die Reaktionsgeschwindigkeit an die Anforderungen unterschiedlicher Produktionsprozesse anpassen.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Flexibilität bei der Formulierung. Durch die Auswahl verschiedener Polyole und Isocyanate können Hersteller Polyurethansysteme mit unterschiedlicher Härte, Elastizität, Abriebfestigkeit, Ölbeständigkeit, Hydrolysebeständigkeit und anderen Eigenschaften entwickeln.
Präpolymere sind mit unterschiedlichen NCO-Gehalten und Viskositäten erhältlich. Systeme mit niedrigerem NCO-Gehalt sind häufig viskoser und können in feuchtigkeitshärtenden Beschichtungen und Dichtstoffen verwendet werden, während Systeme mit höherem NCO-Gehalt üblicherweise in Zweikomponenten-Polyurethansystemen verwendet werden. Der geeignete NCO-Gehalt hängt von der Anwendung, dem Härtungssystem, den Viskositätsanforderungen und den Zieleigenschaften ab.
Wie wird ein Präpolymer verwendet?
Beispielsweise kann ein Hersteller bei der Herstellung einer Polyurethanwalze mit 80 Shore A zunächst ein Polyetherpolyol mit einem geeigneten Isocyanat reagieren lassen, um ein NCO-terminiertes Präpolymer herzustellen. Das Präpolymer wird dann je nach Formulierung mit einer berechneten Menge Kettenverlängerer oder Härter wie BDO oder MOCA kombiniert.
Nach dem Mischen und ggf. Vakuumentgasen wird das Material in eine Form gegossen und unter kontrollierten Temperaturbedingungen ausgehärtet. Anschließend kann eine Nachhärtung durchgeführt werden, um die erforderlichen endgültigen mechanischen Eigenschaften und Dimensionsstabilität zu erreichen.
Es ist auch wichtig zu verstehen, dass ein Präpolymer nicht unbedingt eine einzelne reine chemische Verbindung ist. Kommerzielle Präpolymere können nicht umgesetztes Isocyanat, Isocyanat-Polyol-Reaktionsprodukte und oligomere Spezies mit unterschiedlichen Molekülstrukturen enthalten.