Den Grundstein der Polyurethan-Industrie setzte Otto Bayer zusammen mit seinem Forschungsteam in den Labors der Bayer AG, wo 1937 erstmals die Synthese von Polyurethanen gelang. In den folgenden drei Jahren entwickelte Bayer ein Verfahren, um Polyurethane großtechnisch herzustellen. Somit begann 1940 die industrielle Synthese von Polyurethanen durch die Bayer-AG mit Sitz in Leverkusen.
Aufgrund der Rohstoffknappheit, die aus der Kriegssituation hervorging, kam die Gewinnung von PUR in den ersten Jahren nicht so richtig in Gang. Ein Beleg dafür ist die verfügbare Menge an Toluylendiisocyanat (TDI), die um 1952 bei weniger als 100 to lag.
TDI gehört zu den wichtigsten Isocyanaten, da es ein wichtiges Zwischenprodukt in der Kunstoffindustrie ist. TDI ist eine sehr gut geeignete Ausgangssubstanz für Polyadditionsreaktionen, zeichnet sich aber auch dadurch aus, dass es hochgiftig ist.
Das Interesse an Polyurethan stieg nicht zuletzt an der Entwicklung der Polyester Schaumstoffe in den Jahren 1952- 1954. Die Verwendung von Polyetherpolyolen führte dazu, dass die Bedeutung von Polyurethan sprunghaft anstieg. Diese Entwicklungen hatten zur Folge, dass 1960 bereits 45.000 t an Schaumstoffen produziert wurden.
Doch die Forschung rund um das Polyurethan fand kein Ende. Weitere Verbesserungen hatten weitere Anwendungsgebiete zur Folge. Wichtiger Vertreter ist die Einführung von Treibmitteln und der Einsatz von MDI.
Polymeres Diphenylmethandiisocyanat ist ein Bindemittel, das häufig in Holzwerkstoffplatten eingesetzt wird. Neben TDI ist es das am Meisten hergestellte Polyisocyanat. MDI setzte neue Maßstäbe in Sachen Polyurethan. Somit wurde die Herstellung von PUR-Hartschäumen ermöglicht. Mit dem Verbot von FCKW-haltigen Treibmitteln, kam es stattdessen zum Einsatz von Pentanen, Methylenchlorid oder reinem CO2.
Diese Entwicklungen führten dazu, dass Polyurethan mit einem weltweiten Jahresverbrauch von mehr als sieben Millionen Tonnen heute zu den wichtigsten Kunststoffen überhaupt gehört. Als Träger des Fortschritts wird der Bedarf an Kunststoffen auch in den kommenden Jahren weiter steigen.

Zur Synthese von Polyurethan verwendet man im Prinzip nur zwei Ausgangsstoffe. Die eigentliche Reaktion, die Polyaddition, erfolgt mit den beiden Komponenten Polyisocyanat und einer Polyolkompenente. Im Beispiel wird die Reaktion von einem Diisocyanat mit einem Diol veranschaulicht.
Diisocyanat weist zwei charakteristische -N=C=O Gruppen auf. Aufgrund der höheren Elektronegativität von Sauerstoff und Stickstoff ziehen die Elektronen vom Kohlenstoff weg, wobei eine lokale positive Ladung beim Kohlenstoffatom auftritt. Begünstigt durch einen Katalysator bzw. einem Treibgas und in Anwesenheit eines Alkohols, besser eines Diols, lagert sich das positivierte Kohlenstoffatom an freie Elektronenbahn des Sauerstoffatoms des Diols an, woraus eine Bindung entsteht. Da dem Sauerstoff nun ein Elektron fehlt, wird ein Proton (Wasserstoff, H+) abgeschieden, welches sich an das leicht negativierte Stickstoffatom anlagern kann. Es ergibt sich somit folgende Reaktionsgleichung des ersten Schrittes:



O=C=N-R1-N=C=O + HO-R2-OH --> O=C=N-R1-NH-CO-O-R2-OH (1)


Hier entsteht bereits die charakteristische Urethangruppe (-HNCOO-), die durch weitere Reaktion in beide Richtungen immer wieder gebildet wird. So kann sich auf der einen Seite an die alkoholische Gruppe ein Diisocyanat-Molekül und auf der anderen Seite ein weiteres Dialkohol an die Isocyanat-Gruppe anlagern. Es entsteht somit ein Polymer:

Usw… -CO-NH-R1-NH-CO-O-R2-O- usw. (2)

Diese Reaktion erklärt aber nicht das Aufschäumen des Polyurethans bei der Reaktion. Dafür verantwortlich ist eine Nebenreaktion, dessen Produkt Kohlendioxid ist. Dieses Kohlendioxid entsteht bei der Reaktion von Cyanatmolekülen und Wasser. An das positivierte Kohlenstoffatom lagert sich das Sauerstoffatom des Wassers an, wobei sich CO2 abscheidet und die Wasserstoffatome an die frei gewordenen Elektronenbahnen anlagern.

Es ergibt sich die Aufschäumungsreaktion:

O=C=N-R1-N=C=O + H2O --> CO2↑ + H2N-R1-N=C=O (3)

Ein wichtiger Baustein der Polymerkette sind die in den chemischen Gleichungen als R1 (Isocyanat) oder R2 (Dialkohol) ausgezeichneten organischen Reste. Durch diese Komponenten werden die mechanischen Eigenschaften erheblich beeinflusst.

In der Praxis wird jedoch nicht zunächst der Grundstoff Polyurethan hergestellt, sondern ist selbst Teil des Weiterarbeitungsprozesses. Im Folgenden soll veranschaulicht werden, wie die Reaktion der hierzu erforderlichen Komponenten Polyol, Polyisocyanat und Vernetzer erfolgen.
Ein wichtiger Baustein der Herstellung von Polyurethan ist der Weg über das Prepolymer. Lagert sich an das Reaktionsprodukt aus (1) ein weiteres Diisocynatmolekül an die alkoholische Gruppe an, spricht man in diesem Fall von einem Prepolymer. Würde man die Reaktion an dieser Stelle nicht stoppen, wäre es schwierig ein homogenes, d.h. ein für den verlässlichen Einsatz in der Industrie einsetzbares Material zu bekommen. Hat man dieses Prepolymer gewonnen, kommt der Vernetzer zum Einsatz.
Wie der Name schon sagt, bringt vernetzt diese Komponente die Prepolymere durch eine kontrollierte Polyaddition zu einem einheitlichen Reaktionsprodukt, dem Polyurethan. Bei der Heißgießtechnik ist als nächster Schritt noch ein Tempern des Werkstoffes notwendig, da erst dann eine vollständige Vernetzung erfolgt ist.

Die Eigenschaften von Polyurethan reichen sehr weit auseinander und aus diesem Grund auch gezielt und individuell einstellbar. So sind wir in der Lage, Ihnen eine optimale Beschichtung für Ihren Einsatz zu ermitteln.
Die mechanischen Eigenschaften reichen für die PU-Elastomere von gummielastisch bis hart. Folgende Werkstoffkennwerte ergeben sich hierfür:

- Dichte: 1,18 bis 1,24 g/cm³
- Reißfestigkeit: 35 bis 40 N/mm²
- Reißdehnung 350 bis 550 %
- E-Modul: 60 bis 2000 N/mm²
- Kerbschlagzähigkeit: Kein Bruch
- Shore-Härte: 78 Shore A bis 74 Shore D
- Vicat-Temperatur: 100 bis 110°C
- Max. Gebrauchstemperatur, variiert von 80 bis 180 °C
- Schmelztemperatur: 140 bis 200 °C

Doch Kennwerte sagen nicht soviel wie die Fakten für den alltäglichen Gebrauch. Die bestechenden Eigenschaften von PUR-Elastomeren führen dazu, dass diese überall dort eingesetzt werden, wo die Beanspruchung für bekannte Natur- und Synthesekautschuke zur groß wäre. Außerdem macht das elastische Verhalten PUR zu einem außergewöhnlichen Werkstoff, wie es bei keinem thermoplastischen Kunststoff zu finden ist.

7 gute Gründe für PUR:

1. sehr hohe mechanische Festigkeit
2. extrem verschleißfest
3. sehr hohe Schlagzähigkeit
4. gute Dämpfungswerte
5. hohe Weiterreißfestigkeit
6. sehr gute Witterungsbeständigkeit
7. beständig gegen Öle und Fette

Die Weiterverarbeitungsverfahren, die wir anbieten, sind:

- Spritzguss (Link zu Leistungen/Spritzguss)
- Kaltgießen (Link)
- Heißgießen (Link)
- Rotationsverfahren (Link)

Mit diesen Verfahren sind Sie in Sachen PU-Giessformartikel, Walzen und Walzenbeschichtungen sowie Spritzgussartikel bei uns genau an der richtigen Stelle.