Polyurethaan (PUR en PU) is een polymeer dat is samengesteld uit organische eenheden die zijn verbonden door carbamaat (urethaan) verbindingen. Hoewel de meeste polyurethanen thermohardende polymeren zijn die niet smelten bij verhitting, zijn er ook thermoplastische polyurethanen beschikbaar.

Polyurethaanpolymeren worden traditioneel en meestal gevormd door een di- of triisocyanaat te laten reageren met een polyol. Omdat polyurethanen twee soorten monomeren bevatten, die achter elkaar polymeriseren, worden ze geclassificeerd als alternerende copolymeren. Zowel de isocyanaten als de polyolen die worden gebruikt om polyurethanen te maken, bevatten gemiddeld twee of meer functionele groepen per molecuul.

Polyurethanen worden gebruikt bij de productie van schuimrubberen stoelen met hoge veerkracht, isolatiepanelen van hardschuim, microcellulaire schuimafdichtingen en pakkingen, spuitschuim, duurzame elastomere wielen en banden (zoals achtbaan, roltrap, winkelwagentje, lift en skateboardwielen), ophangbussen voor auto’s, elektrische potmassa’s, hoogwaardige kleefstoffen, oppervlaktecoatings en afdichtingsmiddelen, synthetische vezels (bijv. Spandex), tapijtonderlaag, hard plastic onderdelen (bijv. voor elektronische instrumenten), condooms en slangen.

Geschiedenis

Otto Bayer en zijn collega’s bij IG Farben in Leverkusen, Duitsland, maakten voor het eerst polyurethanen in 1937. De nieuwe polymeren hadden een aantal voordelen ten opzichte van bestaande kunststoffen die werden gemaakt door olefinen te polymeriseren of door polycondensatie, en werden niet gedekt door patenten verkregen door Wallace Carothers op polyesters . Vroeg werk gericht op de productie van vezels en flexibele schuimen en PU’s werd tijdens de Tweede Wereldoorlog op beperkte schaal toegepast als vliegtuigcoating. Polyisocyanaten werden commercieel verkrijgbaar in 1952 en de productie van flexibel polyurethaanschuim begon in 1954 met gebruikmaking van tolueendiisocyanaat (TDI) en polyesterpolyolen. Deze materialen werden ook gebruikt om harde schuimen, gomrubber en elastomeren te produceren. Lineaire vezels werden geproduceerd uit hexamethyleendiisocyanaat (HDI) en 1,4-butaandiol (BDO).

In 1956 introduceerde DuPont polyetherpolyolen, met name poly (tetramethyleenether) glycol, en BASF en Dow Chemical begonnen in 1957 met de verkoop van polyalkyleenglycolen. Polyetherpolyolen waren goedkoper, gemakkelijker te hanteren en waterbestendiger dan polyesterpolyolen en werden populairder. Union Carbide en Mobay, een joint venture van Monsanto en Bayer in de Verenigde Staten, begonnen ook polyurethaanchemicaliën te maken. In 1960 werd meer dan 45.000 ton flexibel polyurethaanschuim geproduceerd. Door de beschikbaarheid van blaasmiddelen met chloorfluoralkaan, goedkope polyetherpolyolen en methyleendifenyldiisocyanaat (MDI) konden harde polyurethaanschuimen worden gebruikt als hoogwaardige isolatiematerialen. In 1967 werden met urethaan gemodificeerde polyisocyanuraat-stijve schuimen geïntroduceerd, die een nog betere thermische stabiliteit en brandwerendheid bieden. In de jaren zestig werden veiligheidscomponenten voor auto-interieurs, zoals instrumenten- en deurpanelen, geproduceerd door thermoplastische huiden aan de achterkant te vullen met halfhard schuim.

In 1969 stelde Bayer een volledig plastic auto tentoon in Düsseldorf, Duitsland. Onderdelen van deze auto, zoals het dashboard en de carrosseriepanelen, werden vervaardigd met behulp van een nieuw proces, het zogenaamde injectie-spuitgieten (RIM), waarbij de reactanten werden gemengd en vervolgens in een mal werden gespoten. De toevoeging van vulstoffen, zoals gemalen glas, mica en verwerkte minerale vezels, leidde tot versterkte RIM (RRIM), die verbeteringen in de buigmodulus (stijfheid), vermindering van de thermische uitzettingscoëfficiënt en betere thermische stabiliteit opleverde. Deze technologie werd gebruikt om in 1983 de eerste auto met kunststof carrosserie in de Verenigde Staten te maken, de Pontiac Fiero. Verdere stijgingen werden verkregen door voorgemonteerde glasmatten op te nemen in de RIM-vormholte, ook algemeen bekend als hars-spuitgieten of structurele RIM.

Vanaf begin jaren tachtig werden watergeblazen microcellulaire flexibele schuimen gebruikt om pakkingen te vormen voor autopanelen en luchtfilterafdichtingen, ter vervanging van PVC-polymeren. Polyurethaanschuimen zijn populair geworden in de automobielwereld en worden nu gebruikt in oliefiltertoepassingen bij hoge temperaturen.

Polyurethaanschuim (inclusief schuimrubber) wordt soms gemaakt met kleine hoeveelheden blaasmiddelen om minder dicht schuim te geven, betere demping / energieabsorptie of thermische isolatie. Vanwege hun invloed op de aantasting van de ozonlaag beperkte het Montreal-protocol begin jaren negentig het gebruik van veel chloorhoudende blaasmiddelen, zoals trichloorfluormethaan (CFC-11). Tegen het einde van de jaren negentig werden blaasmiddelen zoals kooldioxide, pentaan, 1,1,1,2-tetrafluorethaan (HFC-134a) en 1,1,1,3,3-pentafluorpropaan (HFC-245fa) op grote schaal gebruikt in Noord Amerika en de EU, hoewel gechloreerde blaasmiddelen in veel ontwikkelingslanden in gebruik bleven. 1,1-Dichloor-1-fluorethaan (HCFC-141b) werd begin 2000 geïntroduceerd als alternatief blaasmiddel in ontwikkelingslanden.

Polyurethaanproducten worden vaak eenvoudigweg “urethanen” genoemd, maar moeten niet worden verward met ethylcarbamaat, ook wel urethaan genoemd. Polyurethanen bevatten noch worden geproduceerd uit ethylcarbamaat.

Niet-isocyanaatgebaseerde polyurethanen (NIPU’s) zijn ontwikkeld om gezondheids- en milieuoverwegingen in verband met het gebruik van isocyanaten voor het synthetiseren van polyurethanen te verminderen.