Vad är polyuretan (PU/PUR)? Definition, egenskaper och användningar
Polyuretan (PU/PUR): definition, egenskaper och användningar — skum, elastomerer, isolering och industrins tillämpningar. Komplett teknisk översikt.
Polyuretan är en polymer som ofta förkortas PU eller PUR. Polyuretan består av organiska enheter sammanfogade med uretanbindningar. Polyuretanpolymerer bildas genom stegvis tillväxtpolymerisation där en monomer som innehåller minst två isocyanatfunktionella grupper reagerar med en annan monomer som innehåller minst två hydroxylgrupper (alkohol) i närvaro av en katalysator. Typiska komponenter är polyoler (polyhydroxylföreningar) och di- eller polyisocyanater. Beroende på val av råmaterial, tillsatser och process kan man framställa ett mycket brett spektrum av material med olika egenskaper.
Hur tillverkas polyuretan (kortfattat)
Den grundläggande reaktionen är en kondensationsliknande (stegvis) polyaddition där isocyanatgrupper reagerar med hydroxylgrupper och bildar urethanbindningar. Vid skumtillverkning tillsätts ofta ett blåsmedel — antingen gas som injiceras eller vatten som reagerar med isocyanat och bildar koldioxid (CO2) — vilket skapar cellstrukturen. Katalysatorer (t.ex. aminer eller organiska tennföreningar) kontrollerar reaktionshastighet och egenskaper. Genom att variera polyoler (molekylvikt, funktionalitet), typen av isocyanat (aromatiska eller alifatiska), och tillsatser som fyllmedel, mjukgörare och flamskyddsmedel kan man styra mekaniska, termiska och kemiska egenskaper.
Typer och egenskaper
Polyuretaner kan ha mycket olika styvhet, hårdhet och densitet. Exempel på varianter:
- Flexibelt skum med låg densitet som används för stoppning, möbler och madrasser.
- Hårt skum med låg densitet som används för värmeisolering och RTM-kärnor.
- Mjuka fasta elastomerer som används för gelkuddar och tryckrullar.
- Elastomerer med låg densitet som används i skodon (sulor, mellansulor).
- Hårda fasta plaster som används som ramar för elektroniska instrument och konstruktionsdelar.
Andra varianter är tätningsmassor, lacker och beläggningar (polyuretanöverdrag), limsystem och termoplastiska polyuretaner (TPU) som kan bearbetas som vanliga termoplaster. Egenskaper som hög nötningsbeständighet, god flexibilitet, bra kemikalieresistens och goda mekaniska egenskaper gör polyuretan användbart i många tillämpningar. Samtidigt kan vissa polyuretaner vara känsliga för hydrolys (särskilt polyeter- vs polyesterpolyoler spelar roll) och för UV-strålning om de inte skyddas.
Vanliga användningsområden
Polyuretan används inom många industrisektorer. Exempel:
- Flexibelt skum för möbler, madrasser och ljudisolering.
- Styvt skum i byggisolering (paneler, tak, kylisolering).
- Tätnings- och packningsmaterial, mikrocellulära skum.
- Slitstarka hjul och däck, bussningar och stötdämpare i fordon.
- Elektrisk ingjutningsmassa och komponentdetaljer för elektronik.
- Högpresterande lim och tätningsmaterial.
- Textilfibrer som spandex (elastan) och underlag för mattor.
- Beläggningar och lacker med god kemikalie- och nötningstålighet.
Bearbetning och tillverkningstekniker
Vanliga processer för polyuretan är bland annat:
- Reaktion-injektion-moulding (RIM) för större delar och fordonskomponenter.
- Skumtillverkning (blåst eller vattensystem) för flexibelt och styvt skum.
- Sprut- och rullbeläggningar för ytbehandlingar och takbeläggningar.
- Extrudering och formsprutning för termoplastiska PU som TPU.
- Gjutning för elastomerer och specialkomponenter.
Miljö, hälsa och säkerhet
Arbetet med isocyanater (råmaterial) kräver stor försiktighet: isocyanater är potentiella luftvägssensibiliserande ämnen och kan orsaka allergiska reaktioner och astmaliknande symtom. Därför används personlig skyddsutrustning, god ventilation och processåtgärder i industrin. När polymeren väl är härdad är den i regel kemiskt stabil och mindre reaktiv, men vid hög temperatur eller förbränning kan farliga nedbrytningsprodukter bildas.
Polyuretaner kan innehålla flamskyddsmedel, mjukgörare eller andra tillsatser som påverkar miljöprofilen. Regulativa krav (t.ex. REACH i EU) styr användning av vissa ämnen. Vid hantering av avfall är mekanisk återvinning, kemisk återvinning (t.ex. glycolys, hydrolys) och energiåtervinning vanliga strategier, men materialets sammansättning påverkar valmöjligheterna.
Återvinning och avfallshantering
Återvinning av polyuretan är tekniskt möjlig men kan vara utmanande beroende på produktens sammansättning (tillsatser, blandningar med andra material). Metoder som används:
- Mechanisk återvinning (krossning, regranulering) för vissa termoplastiska PU och skum.
- Chemisk återvinning (glycolys, aminolys, hydrolys) för att bryta ned polymeren till användbara monomerer eller oligomerer.
- Energiextraktion i kontrollerade förbränningsanläggningar om återvinning inte är möjlig.
Terminologi och vanliga förkortningar
Polyuretanprodukter kallas ofta ”uretaner” i vardagligt tal, men detta får inte förväxlas med det specifika ämnet uretan (etylkarbamat). Polyuretaner tillverkas inte av etylkarbamat och innehåller det inte. Vanliga förkortningar är PU, PUR (ofta i Europa) och TPU för termoplastisk polyuretan.
Sammanfattningsvis är polyuretan en mycket mångsidig polymerfamilj med ett brett användningsområde — från bekväma madrasser och isolering till slitstarka industrikomponenter och specialbeläggningar. Valet av råmaterial, tillsatser och process bestämmer slutproduktens egenskaper, livslängd och miljöpåverkan.
Plaströr med isolering. Det röda röret och den svarta manteln är tillverkade av polyeten, det gulbruna skummet är tillverkat av polyuretan.
Frågor och svar
F: Vad är polyuretan?
S: Polyuretan är en polymer som består av organiska enheter som är sammanfogade med uretan. Den bildas genom stegvis polymerisering och kan finnas i olika nivåer av styvhet, hårdhet eller densitet.
F: Hur tillverkas polyuretan?
S: Polyuretan framställs genom stegvis tillväxtpolymerisation, där en monomer som innehåller minst två isocyanatfunktionella grupper reagerar med en annan monomer som innehåller minst två hydroxylgrupper (alkohol) i närvaro av en katalysator.
F: Vilka är några exempel på produkter där polyuretaner används?
S: Exempel på produkter där polyuretaner används är flexibelt skum med låg densitet som används för stoppning, styvt skum med låg densitet som används för värmeisolering och RTM-kärnor, mjuka fasta elastomerer som används för gelkuddar och tryckrullar, elastomerer med låg densitet som används i skor, hårda fasta plaster som används som kåpor för elektroniska instrument och konstruktionsdelar.
F: Är uretan samma sak som polyuretan?
S: Nej, uretan (även känd som etylkarbamat) bör inte förväxlas med polyuretan eftersom de varken tillverkas av etylkarbamat eller innehåller det.
F: Finns det andra användningsområden för polyuretaner än de som nämns ovan?
S: Ja, andra användningsområden för polyuretaner är bl.a. flexibelt skum med hög elasticitet, isoleringspaneler av styvt skum, tätningar och packningar av mikrocellulärt skum, slitstarka elastomerhjul och -däck, bussningar för fordonsupphängning, elektriska ingjutningsmassor, högpresterande lim och tätningsmaterial, spandexfibrer, tätningar, packningar, underlag för mattor och delar av hårdplast.
F: Används det några katalysatorer i produktionsprocessen för polyuretaner?
S: Ja, i produktionsprocessen ingår en katalysator som hjälper till att låta en monomer som innehåller minst två funktionella isocyanatgrupper reagera med en annan monomer som innehåller minst två hydroxylgrupper (alkohol).
Sök