Polyurethan-Elastomer: Mischungen aus PTMEG- und PPG-Polyolen

Die beiden Hauptfamilien der Polyetherpolyole sind Polytetramethylenetherglykole (PTMEG) und Polypropylenglykole (PPG). PTMEG ist das führende Polyol, das in Hochleistungs-Polyurethan-Elastomeren verwendet wird. PTMEG-basierte Polyurethane weisen eine hervorragende Beständigkeit gegen hydrolytische Spaltung, eine gute Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen, eine hohe Elastizität, gute Verarbeitungseigenschaften sowie hervorragende mechanische und dynamische Eigenschaften auf. Dehnungsinduzierte Kristallisation der PTMEG-Weichsegmente, exakte Difunktionalität und niedrige Säurewerte tragen allesamt zu den guten mechanischen Eigenschaften der zugehörigen Polyurethan-Elastomere bei. PPG-Polyole weisen außerdem eine hervorragende Hydrolysebeständigkeit und Tieftemperatureigenschaften auf. Im Vergleich zu PTMEG-Polyolen weisen die PPG-Polyole jedoch schlechtere mechanische Eigenschaften auf und sind anfälliger für thermooxidativen Abbau.

Ausgleich der Leistung von Polyurethan-Elastomeren mit Mischungen aus PTMEG- und PPG-Polyolen

Das Mischen von PTMEG- und PPG-Polyolen kann eine Optimierung der Eigenschaften und Kosten in Polyurethanformulierungen auf Polyetherbasis ermöglichen. Diese Polyolmischungen können in Anwendungen wie PUR-Klebstoffen, gegossenen Polyurethan-Elastomeren, thermoplastischen Polyurethanen und Polyurethan-Dispersionsbeschichtungen einen Mehrwert schaffen. Zu den Leistungsverbesserungen, die durch den Einbau von PTMEG in PPG-Polyole erreicht werden, gehören Zug-, Reiß- und Rückpralleigenschaften, verbesserte dynamische Leistung unter zyklischer Belastung und günstigere Gleichgewichte zwischen Klebrigkeit, Haftung und Kohäsion. Die kostengünstigeren PPG-Polyole können die Klebrigkeit, die Kalthärtungseigenschaften und die Weichheit von PTMEG-Elastomeren verbessern und gleichzeitig ein ausgewogenes Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. PTMEG- und PPG-Polyole sind nicht miteinander mischbar, sodass es Polyurethan-Elastomeren an Klarheit mangelt.

Um die Wissenschaft hinter der Erzielung von Leistungsoptimierungen zu verstehen, ist es wertvoll, einen Blick auf die Wissenschaft zu werfen, die den Unterschieden zwischen den PTMEG-Polyolen und den PPG-Polyolen zugrunde liegt.

PTMEG-Polyole vs. PPG-Polyole

Sowohl PTMEG- als auch PPG-Polyole sind Polyether, die Polyurethan-Elastomeren gute Tieftemperatureigenschaften und ausgezeichnete Hydrolysestabilität verleihen. Beide Polyetherklassen weisen im Weichsegment der Polyurethane sehr niedrige Tgs auf. Die Tg von PTMEG-Polyol (Tg ~ 75 Grad) ist niedriger als die von PPG-Polyolen (~65 Grad). Darüber hinaus verfügt PTMEG über eine gleichmäßige lineare Struktur, die es ihm ermöglicht, sich eng in ein weiches PUR-Segment zu packen und eine spannungsinduzierte Kristallisation zu durchlaufen. Die Spannungskristallisation führt zu einer deutlichen Steigerung der Zugeigenschaften bei gleichzeitiger Verringerung der Bruchdehnung. PPG-Polyole sind komplexere Strukturen mit anhängenden Methylgruppen, die die Kettenpackung unterbrechen und nicht kristallisierbare amorphe Weichsegmentstrukturen ergeben. Dadurch kommt es bei PPG-Polyolen in einem PUR-Elastomer nicht zu einer „Kalthärtung“, was eine vorteilhafte Eigenschaft darstellt.

Nachfolgend sind die chemischen Grundstrukturen und die Synthesewege zu beiden Polyetherpolyolen dargestellt.

Die folgende Tabelle vergleicht die wichtigsten Merkmale und Eigenschaften von PTMEG- und PPG-Polyolen.

Die Informationen in der obigen Tabelle bieten nützliche Hinweise zur Formulierung von Polyolmischungen zur Optimierung spezifischer Leistungsmerkmale in einem PUR-Elastomer.