Ugrás a tartalomhoz

Gumik kémiája és technológiája

Gergó Péter (2012)

Pannon Egyetem

POLIURETÁN KAUCSUKOK (U, EU, AU) [36, 37]

POLIURETÁN KAUCSUKOK (U, EU, AU) [36, 37]

Otto Bayer állított elő 1937-ben elsőként poliuretán kaucsukot diizocianát poliaddíciójával. A lineáris makromolekulák diizocianátok és dihidroxi vegyületekből épülhetnek fel. A dihidroxi monomerek hosszú szénláncú vegyületek, ezek poliészterek és poliéter-poliolok lehetnek. Ezáltal megkülönböztetünk poliészter uretánokat (EU) és poliéter uretánokat (AU). A kaucsukok szerkezetét a 22. ábra szemlélteti.

22. ábra A poliuretán kaucsukok általános szerkezete

A poliolok nagymértékben befolyásolják a termék rugalmasságát, alacsony hőmérsékleti viselkedését, rugalmasságát, a hidrolízissel szembeni ellenállást, illetve a kaucsuk duzzadásának mértékét. A poliuretán kaucsukok vulkanizátumait nagy keménység, jó kopás- és olajállóság jellemzi. Mechanikai tulajdonságaik nagyon jók, már a töltetlen keverékeknél is 40-50MPa szakítószilárdság mérhető. A poliuretán kaucsukok emellett kiváló ózon és UV állósággal rendelkeznek. 100°C-on mért Mooney viszkozitásuk 20 és 60 egység közötti, keménységük 50 Shore A értéktől 70 Shore D értékig terjedhet. Dinamikai tulajdonságaik gyengék és hajlamosak a felmelegedésre igénybevétel hatására.

A vulkanizátum tulajdonságait a felhasznált alapanyagok is befolyásolják. A vulkanizálórendszer típusa és a vulkanizálás paramétereitől függően változnak a kaucsuk tulajdonságai. A diizocianát vulkanizálószerrel térhálósított poliuretán kaucsukok polimerláncának végcsoportja rendszerint hidroxil csoport. Ez nagy rugalmasságú és egyben nagy keménységű terméket eredményez, hátránya, hogy a kaucsuk csak rövid ideig tárolható. A peroxidokkal történő térhálósítás kiváló gáztömörségű és az öregedésnek jobban ellenálló terméket eredményez. Az így előállított poliuretánok maradó deformációja kedvező. Kén vagy kéntartalmú vulkanizáló rendszerek alkalmazása esetén gyorsítót is alkalmazni kell, azonban ezek kedvezőtlen hatással járnak, ez a hatás a kisebb öregedésállóságban is megmutatkozik. Ezek az uretántípusok töltőanyagot és lágyítókat is igényelnek.

A peroxiddal térhálósított poliuretán kaucsukok legnagyobb üzemelési hőmérséklete 125°C, de rövid ideig elviselik a 150°C hőmérsékletet is. Hidrolizáló közeggel (savak, lúgok, víz és gőz) szembeni ellenállásuk a kémiai szerkezet miatt csekély, ez különösen a poliészter alapú termékekre jellemző, a poliéter típusú kaucsukok kevésbé érzékenyek. Ezzel szemben a poliészter típusú poliuretán vulkanizátumok jobban ellenállnak olajok, illetve szerves oldószerek káros hatásainak. Üvegesedési hőmérsékletük -10°C és -40°C között változhat függően a kaucsuk összetételétől, a töréspontjuk az általánosan alkalmazott kaucsukokénál lényegesen alacsonyabb, kevesebb, mint -70°C. A poliészter uretánok esetében a hidrolízisre való hajlamuk miatt a hidrolízist gátló anyagok alkalmazása javasolt.

A POLIURETÁN KAUCSUKOK ELŐÁLLÍTÁSA

A poliuretán kaucsukok előállítása poliaddíciós reakción alapul, ahol uretán kötések alakulnak ki a diizocianát és diol monomerek között. A könnyen feldolgozható és stabil termék előállításának érdekében a diizocianát és diol mólarány kisebb.

Önthető vagy folyékony poliuretánokat eljárás során alkalmazott kis konverzióval lehet előállítani. Ebben az esetben a polimerizáció során fölös mennyiségű izocianátot alkalmaznak. Így a termék kis molekulatömegű folyékony poliuretánkaucsuk lesz. Hengerelhető poliuretánok előállítása az ekvivalensnél kisebb mennyiségű izocianát alkalmazásával történik. Ezek a telített polimerláncú uretán kaucsukok hagyományos gumiipari berendezéseken feldolgozhatók. Térhálósításuk megvalósítható diizocianátokkal, peroxidokkal, valamint kénnel, illetve kéntartalmú vulkanizálószerekkel. Ekvimoláris előpolimer és láncextender alkalmazása esetén a termék termoplasztikus poliuretán lesz, ezek térhálósítást nem igényelnek.

A poliuretánok előállítása során megközelítőleg 1000-2000g/mol moláris tömegű polétereket, illetve poliésztereket használnak fel, ezek lehetnek poliadipátok és polibutilészterek. Általános célú felhasználás esetén az alapanyagként felhasznált diizocianátok a toluol diizocianát (TDI) és a 4,4-metilén-difenil diizocianát (MDI). Speciális, jó fényállóságú termékek előállítására tetrametilxilén diizocianát (TMXDI) vagy 4,4-diciklohexilmetán diizocianát (HMDI) diizocianát alapanyag alkalmazható. Kénnel, illetve kén alapú vulkanizálószerekkel térhálósítható kaucsuktípusuk esetén OH funkciós csoportot tartalmazó étereket, például glicerol monoallil étert vagy trimetilolpropán monoallil étert használnak fel az előállítás során.

A poliuretán kaucsukok két eljárással állíthatók elő. Ezek egylépcsős vagy kétlépcsős eljárások lehetnek. A kétlépcsős eljárás során az első lépésben egy megközelítőleg 15000-20000 molekulatömegű közbenső előpolimert állítanak elő. Ezt az előpolimert az eljárás második lépésében diolokkal vagy diaminokkal reagáltatják. Az egylépéses eljárás során a diizocianátot, poliolt, illetve láncextender, láncnövelő, láncszabályozó anyagot egy lépésben katalizátor alkalmazása mellett reagáltatják. Az első lépés, a poliészter- vagy poliéter-poliol előállítása polikondenzációs mechanizmus szerint játszódik le, míg az uretánkaucsuk termék előállítása poliaddícióval történik. Ez a lépés a polimerlánc hosszabbodásával jár együtt.

A POLIURETÁN KAUCSUKOK FELHASZNÁLÁSA

A poliuretán kaucsukokat felhasználja a gépjárműipar, kerámiaipar, de más iparágak is alkalmazzák alapanyagként. Poliuretán kaucsuk felhasználásával készülhetnek ablaktörlők, biztonsági övek, tömítések. Alkalmazhatók felfüggesztések membránjának kialakítására, fém-gumi alkatrészek gyártása során. A kerámiaiparban, mint öntőforma lehet jelen, egyéb iparágakban felhasználják burkolatok, bevonatok alapanyagaként.