Wat is precies eenpolyurethaan prepolymeer, en waarom wordt het veel gebruikt in polyurethaanelastomeren, coatings, lijmen en andere toepassingen?
In de polyurethaanindustrie worden "prepolymeer" en "prepolymeer" over het algemeen gebruikt om hetzelfde concept te beschrijven, hoewel "prepolymeer" de meest voorkomende term is in de dagelijkse technische communicatie. Een polyurethaanprepolymeer is een tussenproduct dat wordt geproduceerd door een polyol, zoals een polyether of polyesterpolyol, gedeeltelijk te laten reageren met een overmaat diisocyanaat zoals MDI of TDI.
Het belangrijkste kenmerk van een polyurethaanprepolymeer met NCO-eindgroep is dat het na de initiële reactie nog steeds reactieve isocyanaatgroepen (-NCO) bevat. Deze resterende NCO-groepen kunnen vervolgens reageren met een uithardingsmiddel, ketenverlenger, water of andere reactieve componenten om het uiteindelijke polyurethaanmateriaal te vormen.
Simpel gezegd kan een prepolymeer worden beschouwd als een halfafgewerkt polyurethaanmateriaal. In plaats van alle grondstoffen tegelijkertijd te laten reageren, wordt een deel van de reactie vooraf voltooid. Dit geeft fabrikanten meer controle over de eindverwerking en eigenschappen.
Waarom een prepolymeer gebruiken?
Een groot voordeel is een betere procesbeheersing. Het direct laten reageren van diisocyanaat met polyol tijdens de uiteindelijke productie kan resulteren in een zeer reactief systeem dat moeilijk te controleren is. Met een prepolymeer is de initiële reactie al gedeeltelijk voltooid en kan de resterende reactie worden gecontroleerd door de keuze en hoeveelheid van het uithardingsmiddel, de temperatuur, de katalysator en de verwerkingsomstandigheden.
Een prepolymeersysteem kan ook een praktischer verwerkingsvenster bieden voor mengen, ontgassen en gieten. Afhankelijk van de formulering kunnen fabrikanten de reactiesnelheid aanpassen aan de eisen van verschillende productieprocessen.
Een ander belangrijk voordeel is de flexibiliteit van de formulering. Door verschillende polyolen en isocyanaten te selecteren, kunnen fabrikanten polyurethaansystemen ontwerpen met verschillende hardheid, elasticiteit, slijtvastheid, oliebestendigheid, hydrolysebestendigheid en andere eigenschappen.
Prepolymeren zijn verkrijgbaar met verschillende NCO-gehalten en viscositeiten. Systemen met een lager NCO zijn vaak stroperiger en kunnen worden gebruikt in vochtuithardende coatings en afdichtingsmiddelen, terwijl systemen met een hoger NCO vaak worden gebruikt in tweecomponenten polyurethaansystemen. Het geschikte NCO-gehalte hangt af van de toepassing, het uithardingssysteem, de viscositeitseisen en de doeleigenschappen.
Hoe wordt een prepolymeer gebruikt?
Bij de productie van een 80 Shore A-polyurethaanrol kan een fabrikant bijvoorbeeld eerst een polyetherpolyol laten reageren met een geschikt isocyanaat om een prepolymeer met NCO-eindgroepen te produceren. Het prepolymeer wordt vervolgens gecombineerd met een berekende hoeveelheid ketenverlenger of verharder, zoals BDO of MOCA, afhankelijk van de formulering.
Na het mengen en eventueel ontgassen onder vacuüm wordt het materiaal in een mal gegoten en onder gecontroleerde temperatuuromstandigheden uitgehard. Naharding kan vervolgens worden toegepast om de vereiste uiteindelijke mechanische eigenschappen en maatvastheid te bereiken.
Het is ook belangrijk om te begrijpen dat een prepolymeer niet noodzakelijkerwijs een enkele zuivere chemische verbinding is. Commerciële prepolymeren kunnen niet-gereageerd isocyanaat, isocyanaat-polyol-reactieproducten en oligomere soorten met verschillende moleculaire structuren bevatten.