Was ist ein Polyurethan?Härter?
In der Polyurethanindustrie wird der Begriff „Härter“ häufig verwendet, aber oft missverstanden. Verschiedene Hersteller, Formulierer und Endbenutzer verwenden möglicherweise denselben Begriff, um unterschiedliche Materialien zu beschreiben. Daher kommt es bei der Diskussion von Polyurethan-Systemen häufig zu Verwirrung.
Aus praktischer Sicht kann jede Komponente, die dazu beiträgt, dass ein Polyurethanmaterial aushärtet und von einer Flüssigkeit in einen Feststoff übergeht, als Härter bezeichnet werden. Aus chemischer Sicht ist die Definition jedoch spezifischer.
Ein Polyurethan-Härter ist die reaktive Komponente, die an der Vernetzungsreaktion beteiligt ist und das dreidimensionale Polymernetzwerk bildet, das für die endgültigen mechanischen Eigenschaften des Materials verantwortlich ist.
Um die Rolle von Härtern zu verstehen, muss man zunächst verstehen, wie Polyurethan entsteht.
Wie härtet Polyurethan aus?
Polyurethanmaterialien werden durch die Reaktion von Isocyanatgruppen (-NCO) mit Verbindungen, die aktiven Wasserstoff- enthalten, hauptsächlich Hydroxylgruppen (-OH) oder Aminogruppen (-NH₂), hergestellt.
Bei dieser Reaktion werden einzelne Moleküle chemisch miteinander verknüpft und es entsteht ein Polymernetzwerk. Dieser Prozess wandelt das Material aus einem flüssigen oder halb{1}}flüssigen Zustand in ein festes Elastomer, eine Beschichtung, einen Klebstoff, einen Schaum oder ein Dichtungsmittel um.
Die Komponente, die mit dem Hauptharz reagiert und dieses Netzwerk bildet, wird im Allgemeinen als Härter bezeichnet.
Wenn Isocyanate als Härter wirken?
Das gebräuchlichste Polyurethansystem ist die Zweikomponenten-Polyurethanformulierung.
In diesen Systemen:
Komponente A besteht hauptsächlich aus Polyetherpolyolen oder Polyesterpolyolen.
Komponente B besteht aus Isocyanaten wie MDI, TDI, HDI oder IPDI.
Die Polyolkomponente dient als Primärharz, während die Isocyanatkomponente mit Hydroxylgruppen reagiert, um Polyurethanverknüpfungen und -vernetzungen zu erzeugen.
In dieser Formulierung gilt die Isocyanatkomponente als Härter.
Aus diesem Grund wird die B-Komponente in Polyurethan-Beschichtungen, Klebstoffen, Bodenbelägen und Abdichtungssystemen üblicherweise als Polyurethan-Härter oder Polyurethan-Härter bezeichnet.
Wenn Polyole oder Amine als Härter wirken?
Bei einigen Polyurethansystemen ist die Situation umgekehrt.
Viele gegossene Polyurethan-Elastomersysteme verwenden NCO-terminierte Polyurethan-Präpolymere als Hauptkomponente. Diese Präpolymere enthalten bereits überschüssige Isocyanatgruppen und benötigen daher Verbindungen mit aktivem Wasserstoff, um den Aushärtungsprozess abzuschließen.
Das Präpolymer fungiert als Basisharz, während die Polyol- oder Aminkomponente als Härter dient.
Beispielsweise werden MOCA, DETDA, BDO und andere Kettenverlängerer häufig als Härter bei der Herstellung von Polyurethan-Gieß-Elastomeren bezeichnet, da sie mit dem NCO{0}}terminierten Präpolymer reagieren und das Vernetzungsnetzwerk vervollständigen.
Ob ein Material als Härter betrachtet wird, hängt daher eher von seiner Rolle in der Formulierung als von seiner chemischen Identität ab.
Eine weitere Quelle der Verwirrung ist der Unterschied zwischen Härtern und Katalysatoren.
Obwohl beide den Aushärtungsprozess beeinflussen, sind ihre Funktionen völlig unterschiedlich.
Ein Polyurethan-Härter nimmt direkt an der chemischen Reaktion teil und wird Teil der endgültigen Polymerstruktur. Es trägt zu den physikalischen Eigenschaften des Endprodukts bei, einschließlich Härte, Zugfestigkeit, Dehnung, Haftung, chemischer Beständigkeit, Wasserbeständigkeit und Haltbarkeit.
Ein Polyurethan-Katalysator hingegen wird nicht Teil des Polymernetzwerks. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen oder zu regulieren.
Zu den gängigen Polyurethankatalysatoren gehören: Organozinnkatalysatoren, Wismutkatalysatoren, tertiäre Aminkatalysatoren und Metallcarboxylate
Katalysatoren werden typischerweise in sehr geringen Konzentrationen zugesetzt und beeinflussen hauptsächlich Verarbeitungseigenschaften wie Gelierzeit, Zeit der Klebfreiheit, Aushärtungsgeschwindigkeit und Topfzeit.
Ohne einen Katalysator kann ein Polyurethansystem dennoch aushärten, wenn auch langsamer.
Ohne einen Härter kann die Polyurethan-Reaktion nicht abgeschlossen werden und das Material bleibt möglicherweise flüssig oder nur teilweise ausgehärtet.
Dieser grundlegende Unterschied verdeutlicht, warum Härter strukturelle Bestandteile des Polyurethan-Netzwerks sind, während Katalysatoren Verarbeitungsadditive sind.