POLYURETAANIEN HISTORIAA

Polyuretaanien (PU) valmistaminen polyadditiomenetelmällä keksittiin vuonna 1937 Otto Bayerin johtaman tutkimusryhmän ansiosta. He onnistuivat valmistamaan kuituja muodostavia polymeerejä hyödyntäen alifaattisien di-isosyanaattien ja alifaattisien diolien välisiä reaktioita. Ensimmäiset polyuretaanikumit valmisti Pinten Saksassa vuonna 1940. Myöhemmän tutkimustyön tuloksena onnistuttiin valmistamaan myös vaahtoja, pinnoitteita ja liimoja.

FINN-VALVE OY JA POLYURETAANIT

Finn-Valve Oy on keskittynyt polyuretaanielastomeerien (joskus puhutaan myös uretaanikumeista) tuotantoon. Tuotteet ovat valettuja vulkanoituja polyuretaanielastomeeri-tuotteita.

Finn-Valve Oy:llä on ainoana yrityksenä Suomessa käytössään Bayerin Vulkollan® -raaka-aineiden käyttöön oikeuttava lisenssi. Vulkollan on ylivoimainen elastomeeri raskaasti kuormitetuissa dynaamisissa ja staattisissa kohteissa. Lisäksi käytössämme on MDI- ja TDI-pohjaiset polyuretaanielastomeerit, joiden etu on konevalettavuus verrattuna Vulkollaniin, joka tehdään normaalisti käsityönä. Olemme myös panostaneet tutkimustyöhön ja kehittäneet tiettyjä tarkoituksia varten räätälöityjä seoksia monille asiakkaille.

Polyuretaanielastomeerit luokitellaan kuuluvaksi erikois-/kertamuoveihin, ja kiinteitä polyuretaanielastomeerejä käytetään lähinnä teknisissä osissa jotka altistuvat suurelle staattiselle ja dynaamiselle rasitukselle. Tyypillisiä tuotteita ovat kivi-, malmi-, ja hiiliseulat, raskaasti kuormitetut renkaat, kytkimien osat, vaimennuselementit, rullat ja monet muut osat. Esimerkiksi yksi Finn-Valve Oy:n tyypillinen tuote on teräs- tai alumiinirunkoisen pyörän tai telan pinnoitus. Kun pinnoitus on kulunut loppuun, runko on yleensä vielä käyttökelpoinen, jolloin tuote voidaan pinnoittaa uudelleen. Hankimme rungot yleensä alihankintana tai vaihtoehtoisesti ne tulevat asiakkaalta.

YLEISTÄ TIETOA POLYURETAANEISTA

Polyuretaanit ovat yhteinen nimitys laajalle polymeerien ryhmälle joka pitää sisällään hyvin erilaisia aineseoksia ja täten myös hyvin erilaisia ominaisuuksia. Polyuretaani voi olla tiivistä tai huokoista, pehmeää tai kovaa, muotokappaleina, kalvoina, pinnoitteina tai kerroksina. Yleisimmät käyttökohteet ovat pehmeäsolumuovi huonekaluissa ja patjoissa, puolikova integraalisolumuovi auton sisustuksessa, rakennuksissa seinä- ja kattoelementtien eristäminen ja tekninen eristäminen esim. jääkaapeissa. Näihin neljään käyttöalueeseen kulutetaan vuosittain noin kaksi kolmasosaa kaikesta käytetystä polyuretaanista. Polyuretaanielastomeerit kuuluvat polyuretaanien ns. CASE – ryhmään. CASE on lyhenne sanoista ”Coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers”. Elastomeerit muodostavat suurimman osan tästä ryhmästä. Vuonna 1995 maailmassa tuotettiin kaikkia muoveja noin 130 miljoonaa tonnia, josta PU:t muodostivat noin 5 %. PU-elastomeerien tuotanto-osuus on noin 5 % kaikesta tuotetusta PU:sta. Muovien käyttö ja tuotanto on kasvanut voimakkaasti näiden vuosien jälkeen. Myös polyuretaanien käyttö on voimakkaassa kasvussa. Esimerkkinä 1980-luvun alussa käytettiin PU:ia maailmanlaajuisesti noin 3 000 000 tonnia. Vuonna 1997 käytettiin yhteensä 6 100 000 tonnia ja vuonna 2002 käytettiin 8 387 000 tonnia. Eurooppa ja USA on perinteisesti vastannut yhteensä noin 65 % maailmanlaajuisesta PU:n kulutuksesta.

Tunnusomainen sidos PU:ssa on uretaaniryhmä, joka tosin yleensä esiintyy seoksessa suhteellisen vähissä määrin. Useimmissa tapauksissa uretaaniryhmä reagoidaan poly(alkyleeni)eetteri- ja/tai polyesteriketjuihin, joiden moolimassa vaihtelee 200 - 6000 g/mol välillä. Valmiissa tuotteessa uretaaniryhmiä ei esiinny vapaina, vaan ne ovat sitoutuneena ketjuun.

POLYURETAANIELASTOMEERIT, OMINAISUUDET

Elastomeeri on suurimolekyylinen aine, joka palautuu nopeasti lähes alkuperäisiin mittoihinsa ja muotoonsa heikon jännityksen aiheuttaman muodonmuutoksen ja jännityksestä vapauttamisen jälkeen.

Polyuretaanielastomeereillä on suuri lujuus, hyvä kulutuksenkesto, hyvä kaasujen, öljyjen ja aromaattisen hiilivetyjen sietokyky, ja erinomainen hapen ja otsonin sietokyky, mutta jossakin tapauksessa voivat olla alttiita mikrobien hyökkäyksille. Korkea lämpötila (>80 °C) ja kosteus yhdessä voivat lyhentää PU:n käyttöikää huomattavasti hydrolyysin vaikutuksesta. Hydrolyysi määritellään kemialliseksi reaktioksi jossa vesi reagoi toisen molekyylin kanssa muodostaen kaksi tai useampia yhdisteitä. On olemassa kuitenkin PU-laatuja, jotka kestävät kosteutta ja korkeaa lämpötilaa hyvin. Kun korkea lämpötila ja kosteus eivät ole ongelma, ovat PU-elastomeerit ylivoimainen vaihtoehto verrattuna perinteisiin kumeihin.

Polyuretaanielastomeerit ovat jaksottaisia sekapolymeerejä (block copolymer), jotka muodostuvat vuoroittaisista joustavien ketjujen segmenteistä ja hyvin polaarisista kovista segmenteistä. Polyolin muodostaman joustavan ketjun lasisiirtymälämpötila on normaalisti huoneenlämpötilaa alhaisempi ja sillä on alhainen sulamispiste. Kovat segmentit muodostuvat isosyanaattien ja ketjunjatkajien välisistä sidoksista. Ne muodostavat yleensä 30 – 50 % polymeerin kokonaismassasta.

Polyuretaanielastomeerien Poissonin luku on 0,5 eli tilavuus säilyy muodonmuutoksessa vakiona.

Sähköinen eristävyys vaihtelee hyvästä tyydyttävään. Lämpötilan laskiessa -20 - -40 °C:een kimmoisuus pienenee ja jäykkyys kasvaa. Jäykkyys ei lisäänny enää -40 - -60 °C jälkeen eivätkä uretaanielastomeerit haurastu matalissakaan lämpötiloissa. Kimmoisuus kuumana on hyvä.

PU-elastomeerien kemiallisen kestävyyden osalta voidaan todeta:

Kuitenkin myös kemiallisessa kestävyydessä esiintyy eri raaka-ainepohjaisilla kauppanimiltään erinimisillä PU-elastomeereillä suuriakin eroavaisuuksia. Jos kemiallista kestävyyttä ei ole materiaalille tiedossa, suosittelemme tuotteen testaamista käyttöolosuhteissa ennen suurempien sarjojen valmistamista.

PU-elastomeerien kiinnittyminen metalleihin (varsinkin rautametalleihin) on erinomainen. Liitoslujuus on lähes poikkeuksetta suurempi kuin PU-elastomeerien oma repimislujuus. Tämä edellyttää että tuotannossa noudatetaan oikeaa valmistusmenetelmää ja hyväksi havaittuja työtapoja.

Huom. termoplastiset polyuretaanit eroavat merkittävästi valetuista vulkanoiduista polyuretaanielastomeereistä. Termoplastisia polyuretaaneja (kestomuovi) on saatavana pelletteinä tai jauheena, jotka voidaan uudelleen sulattaa ja muovata ruiskupuristamalla tai ekstruusiolla, mutta ne ovat ominaisuuksiltaan selvästi heikompia kuin valetut vulkanoidut uretaanielastomeerit. Myöskään valssattavien uretaanikumien ominaisuudet eivät yllä samalle tasolle.

RAAKA-AINEET

Polyuretaanielastomeerien valmistuksessa käytetyt raaka-aineet voidaan jakaa neljään eri pääryhmään:

Isosyanaatit ovat yleensä di-isosyanaatteja ja seoksia eriarvoisista di-isosyanaateista. Laajimmin käytetyt di-isosyanaatit ovat MDI (difenyylimetaanidi-isosyanaatti), TDI (tolueenidi-isosyanaatti) ja NDI (naftyleenidi-isosyanaatti). Di-isosyaanatit tulevat usein valmistavalle yritykselle valmiina esipolymeeriseoksena. Esipolymeerissä on di-isosyanaatti ja polyoli sekoitettu valmiiksi keskenään.

Käytetyimmät pitkäketjuiset polyolit ovat ns. polyesteri- (polyadipaatti) tai polyeetteripolyoleja (mm. PTMEG). Polyolit ovat pitkäketjuisia hiilivetyketjuja, jotka omaavat hydroksyyliryhmät yleensä ketjun päässä. Lisäksi polyoliketjussa on ominainen eetteri- tai esteriryhmä joka vaikuttaa paljon muodostuvan uretaanin ominaisuuksiin. Yleisimmin käytetyt polyolit ovat difunktionaalisia polyoleja, mutta myös kolme- ja nelitoimisia on olemassa.

Ketjunjatkajat ovat yleensä amiineja tai lyhytketjuisia alkoholeja. Nämä ovat yleensä kaksitoimisia ja joskus kolmitoimisia.

Lisäaineita käytetään moniin tarkoituksiin, joista tässä muutama:

Lisäaineiden käyttöä tutkitaan edelleen. Usein lisäaineilla saattaa olla myös negatiivisia sivuvaikutuksia, joten niitä käytetään normaalisti pienissä pitoisuuksissa. Lisäksi käytetään täyteaineita, jotka ovat reaktio-olosuhteissa inerttejä.

VULKOLLAN® URETAANIT

Vanhin ja tunnetuin uretaanielastomeeri on kauppanimeltään Vulkollan®. Vulkollan® on Bayer MaterialScience AG:n rekisteröimä tavaramerkki. Huolimatta siitä, että Vulkollan on ollut markkinoilla polyuretaanielastomeerien historian alusta asti, on se säilyttänyt ylivoimaisuutensa muihin laatuihin nähden ominaisuuksissa, joilla PU-elastomeerit ovat lyöneet itsensä läpi:

Vulkollanin valmistus poikkeaa muiden uretaanielastomeerien valmistuksesta, eikä sitä ole mahdollista käyttää kaikissa mahdollisissa sovelluksissa. Tärkein ominaisuus (muttei riittävä tieto tietyn uretaanielastomeerin laadun valintaan) on kovuus. Kovuus voi vaihdella 10 Shore A – 80 Shore D välillä. Pääosa käytöstä painottuu kovuusalueelle 65 - 95 Shore A. Kulutuskestävyys on monissa tapauksissa moninkertainen teräkseen ja muihin elastomeereihin verrattuna.

 

Copyright © 2008... Finn-Valve Oy