Polyuretan (PUR) är ett plastmaterial av typen polymerer. Det är mycket flexibelt och anpassningsbart. Av polyuretan går det att framställa produkter som är mjuka eller hårda, i skummaterial eller i massivt material. Exempelvis går det att producera uretanplast som är känt för dess förmåga att det nöts extremt lite och ska stå emot stark värme. Polyuretan används även bland annat som isolering, i lack, bussningar och lim.
Så används polyuretan
Polyuretan PUR används inom ett stort antal områden, bland annat:
- Isolering: Byggisolering, isolering i kylskåp och frysar. Finns även som spray.
- Hjul: Industrihjul, hårda hjul för truckar, bandvagnshjul, linhjul, kölrulle m.m.
- Blandare till betongindustrin: Betongblandare, plantblandare och frifallsbrytare.
- Dämpare: Ljuddämpare i skrottransporter, kajskydd eller coilskydd m.m.
- Lim: 1- och 2-komponentform. Har låg ytspänning och kan väta plastmaterial bra. Det finns även trälim som innehåller polyuretan, t.ex. Cascol.
- Lack, ytbeläggningar och färg
- Bildelar:ex. bussningar Volvo 240, Volvo V70 och Saab 9-5
- Stoppning i möbler
- Madrasser
- Träpaneler
- Husdelar: Takbalk, taklist m.m.
- Skosulor
- Kläder och regnkläder
En stor fördel med att tillverka polyuretaner är priset. Det är ett förhållandevis billigt material. Ett företag som arbetar med att tillverka ämnet kan alltså ha kunder från en mängd olika branscher. Jämförs detta ämne med andra ämnen som har liknande egenskaper och hållbarhet, är det mycket konkurrensmässigt rent prismässigt med tillverkning i polyuretan.
Var kan man köpa polyuretan? Det beror på vilken typ du ska köpa. Det finns både tillverkare och återförsäljare som har ett stort antal olika polyuretanprodukter. Polyuretanlim, lack, vissa rullar och komponenter hittar du hos återförsäljare som t.ex. Biltema och Bauhaus.
Från textilindustri till verkstad
Materialet kan som nämnts användas till en rad olika produkter. Men den är även vanligt förekommande inom textilindustrin. Detta eftersom ämnet fungerar som olika beläggningar på textilmaterial. Vilken egenskap som denna beläggning ska ha beror även på hur sammansättningen ser ut. Det kan exempelvis handla om att skapa en imitation av läder, skapa motståndskraft mot smuts eller flamsäkra textilierna.
Det finns även företag som valt att använda polyuretan för att skapa vattenavvisande beläggningar på skor och textilier. Detta har i vissa fall kallats koagulerad polyuretan utifrån hur ämnet reagerar i kontakt med vatten. En stor del av tillverkningen av polyuretan handlar om att skapa material anpassat för verkstadsindustrin. Det används bland annat som vibrationsisolering. Man kan isolera enstaka maskiner, hela rum eller delar där extra ljudisolering är viktigt. Generellt är alltså användningsområdet mycket brett vilket även gör att tillverkare av polyuretan kan skapa flexibla produkter helt anpassade efter kundens behov.
Polyuretan inom industrin
Industrin är en stor användare av polyuretanprodukter. Tack vare att materialet är så pass anpassningsbart är också antalet användningsområden mycket stort. Den höga hållbarheten gör polyuretan fördelaktigt att användas i industriella miljöer med hög belastning.
Valsar
Valsar används inom bland annat pappersindustri, tryckerier och i kulblästermaskiner. De används även inom träindustrin för att sprida lim på en yta. Valsar av polyuretan har fördelen att de håller mycket länge vilket ger stora ekonomiska fördelar.
Genom att spåra valsarna kan de ges särskilda egenskaper vid indragning av exempelvis papper. För att undvika statisk elektricitet går det att bestryka valsarna med ett antistatiskt lager.
Trumling och polering
Trumlare används för att förvandla ojämna stenar och grus så att de blir jämnare och mjukare i kanterna. Det är således en form av stenslipning. Det finns trumlare i alla tänkbara storlekar från någon decimeter stora till upp till stora trumlingskar för stenindustrin.
Problemet med trumling är att stenarna ger upphov till en mycket hög bullernivå. Därför används ofta polyuretan i form av en beläggning på trummans insida. När stenarna slår mot polyuretanet låter det mycket mindre än då de slår direkt mot metalltrumman. Dessutom minskar vibrationerna vilket gör att trumlaren håller längre.
Formgjutna produkter
Ett av de vanligaste sätten att tillverka produkter av polyuretan är genom formgjutning. När man formgjuter polyuretan tillverkar man först en gjutform. Denna tillverkningsmetod lämpar sig från mycket små och lätta komponenter till stora och tunga polyuretandelar på hundratals kilo.
Exempel på formgjutna produkter av polyuretan:
- Hjul
- Inmatningsrullar
- Avskrapare
- Bottensilar
- Membran
- Betongformar
Polyuretanhjul
Polyuretanhjul har fördelen att de har en mycket lång hållbarhet. Därför är de vanliga inom industrin. Där används polyuretanhjul bland annat på truckar, som drivhjul och som linhjul. De kan till och med användas som bandvagnskuggar.
Betongblandare
Polyuretan går att använda som infodring i betongblandare. Det finns flera fördelar med denna typ av infodring. Bullret minskar, livslängden ökar och betongen bränner inte fast lika lätt. Dessutom är det lättare att göra rent betongblandare med polyuretaninfodring.
Dämpare och skydd
Polyuretan kan vara antingen hårt eller mjukt. Oavsett hårdhetsgrad kan det användas som stötdämpare i ett flertal olika sammanhang. Det är till exempel vanligt med polyuretan som kajdämpare. En kajdämpare är en bit material som skyddar båtens skrov från kajen och omvänt. Inom industrin används dämpare och skydd i olika sammanhang, bland annat för att dämpa vibrationer från maskiner och utrustning.
Polyuretan isolering
Polyuretan är ett utmärkt isolermedel. Det används ofta i sammanhang där det finns höga krav på god isolering men begränsat med utrymme. Lambda-värdet är runt 0,023 vilket är att betrakta som högt.
Polyuretan spray isolering har dessutom egenskapen att vara fuktisolerande. Den vanligaste appliceringen av polyuretan när man isolerar är genom sprutisolering.
Sprutisolering med polyuretan kräver nästan inget förarbete. Materialet möglar inte och det går att måla över lätt. Det passar särskilt bra i miljöer med hög luftfuktighet. Till exempel används det för att värmeisolera golv och husgrunder. Det kan även användas i väggar och tak.
Det är vanligt med sprutisolering med polyuretan i exempelvis garage, källare, vind, industrier, lagerlokaler och lantbruk. Denna typ av isolering lämpar sig även för fartyg.
Polyuretan lack
Polyuretan lack ger ytor en hög glans och är dessutom vattenbeständigt. Den klarar av att stå emot både solljus och kemikalier bra. Därför används denna typ av lack på ytor som utsätts för stort slitage. Blandexemplen hittar vi trappsteg och däck. Du kan även använda polyuretanlack för träytor som t.ex. trägolv, bardiskar och möbler.
Polyuretan bussningar
Inom bilsporten används polyuretan bussningar som ett alternativ till vanliga gummibussningar. De ger högre respons och bättre prestanda. Dessutom ökar livslängden på bussningarna.
Det går att använda bussningar av olika hårdhetsgrad beroende på vilket förhållande mellan prestanda och komfort man vill ha. En hårdare bussning kan ge bättre prestanda och respons men på bekostnad av komforten och vice ver
Tillverkning av polyuretan
Polyuretan framställs genom så kallad polyaddition. Det är en sammanslagning av:
- Diisocyanater eller polyisocyanater och
- Difunktionell eller polyfunktionell alkohol – långkedjiga polyoler samt
- Kedjeförlängare
Dessa tre kallas för startmaterial. Resultatet är något som kallas för blocksampolymer. De plaster som kan bildas av detta material delas in i fyra kategorier:
- Mirkocellulär uretanelastomer: Elastiskt och töjbart.
- Solid uretanelastomer: Hårt men töjbart material.
- Styvt polyuretanskum: Isolering, styvt material.
- Uretanhärdplast: Hårt men samtidigt flexibelt.
Polyuretan är ett mycket tacksamt material att jobba med eftersom det kan formas utifrån olika behov. Det går exempelvis att göra det mjukt eller hårt, flexibelt eller styvt. Det som avgör slutproduktens egenskaper beror på vad man kombinerar för ämnen.
Eftersom polyuretaner ingår i samma kemiska familj så kan man grovt förenklat säga att det är samma material i en surfingbräda som i en skummadrass. Man kan tillföra olika varianter av de ämnen som ingår i mixen för att få helt olika resultat.
Polyuretan: Egenskaper, bearbetning och tillämpningar
Polyuretaner är en stor klass av polymerer som kan skräddarsys för ett stort antal tillämpningar och som ger ett betydande bidrag till byggnads-, fordons- och elsektorn.
Polyuretan är mer allmänt känt för flytande beläggningar och färger, men användningsområdena kan också variera från mjuka, flexibla skum till styva isoleringsmaterial. Detta breda spektrum av tillämpningar är möjligt eftersom det finns både termoplastiska och värmehärdande polyuretaner.
Polyuretan framställdes ursprungligen som en ersättning för naturgummi under andra världskriget. Kort därefter gav den nya polymerens mångsidighet och dess förmåga att ersätta knappa material upphov till många tillämpningar. Numera står denna grupp av polymerer för 7,7 % av den europeiska efterfrågan på plast, efter de vanliga polymererna polyeten, polypropen och PVC.
Här får du veta mer om följande:
Polyuretans struktur och egenskaper.
Produktion och bearbetning av polyuretan
Användningsområden för polyuretan
Kommersiella kvaliteter av polyuretan.
Egenskaper hos polyuretan
Polyuretan framställs genom en polymeriseringsreaktion mellan dioler (eller polyoler: alkoholer med två eller flera reaktiva hydroxyl -OH-grupper) och diisocyanater (eller polyisocyanater: isocyanater med två eller flera reaktiva isocyanat -NCO-grupper). Resultatet är en molekyl som är bunden med uretanlänkar (COONH).
Uretan
Det finns ett antal val av alkoholmolekyler och motsvarande isocyanatmolekyler, och varje kombination ger ett nytt polyuretanmaterial med nya egenskaper. Polyuretanernas egenskaper varierar beroende på strukturen hos denna polymerryggrad och kan anpassas för att få hög hållfasthet och styvhet eller hög flexibilitet och seghet.
Termoplastisk polyuretan kontra värmehärdande polyuretan
Den valda polyolmolekylen har ett stort inflytande på egenskaperna och graden av tvärbindning i polyuretanprodukten. Framför allt kan antalet hydroxylgrupper per molekyl och kolvätekedjans storlek och flexibilitet väljas för att justera de mekaniska egenskaperna hos det resulterande polyuretanmaterialet.
Om en diol reagerar med diisocyanaten bildar den en linjär, termoplastisk polymer.
Om alkoholen har mer än två hydroxylgrupper resulterar detta i en styv, tvärbunden, värmehärdande molekyl.
Egenskaper för termoplastisk polyuretan
Termoplastisk polyuretan
Densitet
0,05-1,7 g/cm3
Elastisk modul
0,03 – 1,88 GPa
Böjningsmodul
0,029 – 18 GPa
Förlängning vid brott
2 – 950%
Hårdhet
45-98 Shore A
51-85 Shore D
Termisk expansionskoefficient
100-200 10-6 /ºC
Värmekonduktivitet
0,14-0,5 W/m.K
Max. Driftstemperatur
80 – 90 °C (120-135 °C kortvarigt)
Min. Driftstemperatur
~ -60°C
Dielektrisk styrka
17-25 kV/mm
Produktion och bearbetning av polyuretan
Eftersom polyuretaner skapas genom en reaktion mellan dioler och diisocyanater kan tillverkningsprocessen delas upp i tre delar:
- Framställning av dioler
- Produktion av isocyanater.
- Produktion av polyuretan från dessa komponenter.
Den polyol som används vid tillverkningen av polyuretaner är vanligtvis en polyeter (i 90 % av polyuretanerna) eller en polyester med terminala hydroxylgrupper. Dessutom finns det många aromatiska och alifatiska polyisocyanater, men de viktigaste av dessa, toluendiisocyanat (TDI) och metylendifenyldiisocyanat (MDI), bidrar till tillverkningen av cirka 95 % av alla polyuretaner [3]. TDI används i allmänhet för tillverkning av mjuka, flexibla skum för dämpning, medan MDI används för tillverkning av mer mångsidiga, styva polyuretaner.
Om en diol reagerar med antingen TDI eller MDI bildas en linjär, termoplastisk polymer genom en kondensationspolymeriseringsreaktion. Om alkoholen har mer än två hydroxylgrupper blir det en styv, tvärbunden, värmehärdande molekyl.
Tillsatser tillsätts vanligen till blandningen för att förbättra vissa egenskaper, t.ex. tvärbindare, kedjeförlängare, blåsmedel, ytaktiva ämnen, fyllmedel, mjukgörare, pigment och flamskyddsmedel. Blåsmedel skapar ett polyuretanskum och tensider styr bubbelbildningen och därmed cellbildningen i skummet. Fyllmedel ökar styvheten, mjukgörare minskar hårdheten och pigment ger materialet färg.
En handstämpel på en madrass av minnesskum av polyuretan efter ett pressprov.
Polyuretanskum
De två reagerande vätskorna förenas till en fast polymer, som kan vara elastisk eller styv. Detta fasta material kan dock också innehålla bubblor, vilket gör det till ett cellformigt skummaterial. Dessa bubblor kan antingen bildas kemiskt eller fysiskt. Kemisk blåsning kan åstadkommas genom att man tillsätter vatten till polyolen, som i sin tur reagerar med isocyanaterna och bildar gasbubblor av koldioxid. Alternativt uppnås fysisk blåsning genom att man tillsätter ett ämne med relativt låg kokpunkt, t.ex. pentan. När den exoterma polymeriseringsreaktionen fortskrider värms pentanet upp och avdunstar till bubblor.
Detta förfarande kan styras beroende på den aktuella tillämpningen. Till exempel kan en skosula ”blåsas” till dubbla volymen, medan kuddar kan blåsas till 30-40 gånger volymen. I vissa skum med låg densitet för dämpning och isolering består endast 3 % av den totala volymen av fast polyuretan.
Användningsområden för polyuretan
Eftersom det finns ett så stort antal polyisocyanat- och polyolsubstanser tillgängliga för produktion av polyuretan kan ett stort antal olika material produceras för att uppfylla behoven för specifika tillämpningar. Dess relativt lätta vikt och mångsidighet gör det till ett optimalt material för byggnads-, fordons-, marin- och till och med klädtillämpningar.
Figur 4. Användningsområden för polyuretaner.
Flexibelt polyuretanskum
Flexibelt polyuretanskum är lätt, hållbart, stödjande och bekvämt. Det används vanligen för att dämpa sängar, möbler, bilinredningar, underlag för mattor och förpackningar. Detta står för 30 % av polyuretanmarknaden på grund av dess användning som råvara.
Styvt polyuretanskum
Polyuretanhårt skum är den mest ekonomiska och energieffektiva isoleringen, som avsevärt minskar energikostnaderna. När de används i tak- och väggisolering, isolerade fönster och dörrar bidrar de till att upprätthålla en jämn temperatur och minska bullernivåerna. Styvt polyuretanskum används också ofta som värmeisolering i kylskåp och frysar.
Beläggningar, lim, tätningsmaterial och elastomerer
Polyuretanbeläggningar kan förbättra en produkts utseende och öka dess livslängd. En polyuretanlackering kan användas för att ge ett föremåls yta glans och erbjuder relativt sett bättre egenskaper än traditionella lack-, schellack- och fernissaffärger. Torrbar polyuretan eller polyuretanfärg är vanligtvis en oljebaserad polyuretanbeläggning som appliceras på trä- eller betongytor för att ge färg och öka hållbarheten, eftersom den vanligtvis är för tjock för att sprutas på. Vattenbaserad polyuretan blir dock alltmer populär eftersom den är mindre giftig och tar kortare tid att torka än sin oljebaserade motsvarighet.
Polyuretanmaterial i olika former.
Polyuretanlim ger starka bindningsfördelar, särskilt strax efter att det har tillverkats, och polyuretantätningsmaterial ger tätare tätningar än traditionella motsvarigheter. Polyuretanelastomerer kan formas till vilken form som helst, är lättare än metall, ger ökad spänningsåtervinning och är mycket miljövänliga.