Unterschiede in nachgelagerten Anwendungen
Zusätzlich zu den Unterschieden bei Rohstoffen, Syntheseprozessen und Leistung unterscheiden sich die drei gängigen Polyole in der Polyurethanindustrie -Polyetherpolyole, Polyesterpolyole und biobasierte Polyole-auch in nachgelagerten Anwendungsbereichen erheblich. Die Details sind wie folgt:
(1) Polyetherpolyole – Anwendungsszenarien und Leistung
Polyetherpolyole werden am häufigsten im Bereich flexibler Polyurethanschäume verwendet und machen über 60 % des weltweiten Polyetherverbrauchs aus. Sie kommen häufig in Produkten wie Möbeln, Matratzen und Autositzen vor. Beispielsweise erzeugen Polyetherpolyole mit Glycerin als Initiator und einem PO/EO-Verhältnis von 8:2 flexible Schaumstoffe mit einer Dichte von 25–30 kg/m³ und einer Rückprallrate von über 60 %, die für komfortablen Halt und Elastizität sorgen. Ihre hervorragende Hydrolysebeständigkeit sorgt dafür, dass auch nach 3 Jahren Einsatz in feuchter Umgebung keine offensichtliche Alterung auftritt.
Als Polyurethan-Hartschaumstoffe werden Polyetherpolyole vor allem in der Gebäudeisolierung und Kühlkettenlogistik (z. B. Isolierschichten von Kühlschränken und Kühlhäusern) eingesetzt. Beispielsweise bilden hoch{3}funktionelle Polyether mit Saccharose als Initiator nach der Reaktion mit Isocyanaten eine vernetzte Struktur mit hoher -Dichte-, mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 0,022 W/(m·K) und einer guten Hydrolysebeständigkeit-geeignet für den langfristigen-Außeneinsatz.
Darüber hinaus werden sie auch in Beschichtungen, Klebstoffen, Dichtstoffen und Elastomeren eingesetzt:
Polyurethan-Elastomere vom Typ Polyether-für Schuhsohlen haben eine Shore-Härte von 50–80 A und sind somit verschleißfester als Gummisohlen.
Polyurethanmaterialien vom Typ Polyether-für Kunststofflandebahnen weisen eine gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen auf und können ihre Elastizität auch bei -30 Grad beibehalten.
Sie spielen auch in speziellen Bereichen eine Rolle:
Flammhemmende Schäume (Polyether mit Phosphor-basierten Flammschutzmitteln können Flammschutzmittel der Stufe B1 erreichen);
Medizinisches Polyurethan (EO-gekappte Polyether mit geringer-Toxizität);
Wasserbasierte Polyurethan-Dispersionen (PUDs).
(2) Flexible Polyurethanschaumanwendungen
Polyesterpolyole werden häufig in Polyurethanelastomeren verwendet, die eine hohe mechanische Leistung erfordern, beispielsweise in Schuhsohlen, Reifen und Industriewalzen. Beispielsweise haben Elastomere, die aus Polyesterpolyolen vom Adipinsäure--Butandiol-Typ hergestellt werden, eine Zugfestigkeit von 35 MPa und eine Reißfestigkeit von über 80 kN/m, wobei die Verschleißfestigkeit um 40 % höher ist als die von Elastomeren vom Polyether---Typ-und damit den hohen-Belastungsanforderungen von Sportschuhsohlen gerecht wird.
Sie werden auch in mikrozellulären Elastomeren verwendet (z. B. stoßdämpfende Komponenten für Kraftfahrzeuge). Beispielsweise haben Polyurethan-Pufferblöcke in Automobilaufhängungssystemen, die aus aromatischen Polyesterpolyolen hergestellt werden, eine Temperaturbeständigkeit von 150 Grad und verformen sich bei längerem Gebrauch nicht so leicht.
Im Beschichtungsbereich werden Polyesterpolyole in hochleistungsfähigen Holzbeschichtungen und Korrosionsschutzbeschichtungen für Metalle eingesetzt. Wenn beispielsweise Polyesterpolyole der Desmophen®-Serie von Bayer mit Isocyanat-Härtern kombiniert werden, hat der resultierende Lackfilm eine Härte von 2H und eine Haftung der Klasse -1 (Gitterschnitttest) mit einer Salzsprühnebelbeständigkeit von mehr als 1000 Stunden – geeignet für den Metallschutz von Schiffen und Brücken im Außenbereich.
Im Klebstoffbereich werden Polyesterpolyole in Verbundfolienklebstoffen (z. B. Lebensmittelverpackungen) eingesetzt. Beispielsweise haben Klebstoffe, die durch Reaktion von Polyestern vom Adipinsäure--Ethylenglykol-Typ mit MDI hergestellt werden, eine Schälfestigkeit von über 3 N/15 mm und eine gute Ölbeständigkeit-und eignen sich zum Verpacken von Speiseölen und Soßen.
In der Gebäudedämmung werden Polyesterpolyole häufig mit Polyetherpolyolen gemischt (meist im Verhältnis 3:7), um Dämmplatten und Rohrleitungsdämmstoffe herzustellen. Die Mischung vereint die hohe Festigkeit von Polyestern und die Hydrolysebeständigkeit von Polyethern und verbessert so die Schlagfestigkeit von Dämmstoffen.
Darüber hinaus wird Polycaprolacton (PCL)-eine spezielle Art von Polyesterpolyol-in medizinischen Bereichen wie resorbierbarem Nahtmaterial und Trägern für die Arzneimittelabgabe verwendet. PCL kann im menschlichen Körper langsam zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut werden, wobei der Abbauzyklus durch das Molekulargewicht einstellbar ist (z. B. hat PCL mit einem Molekulargewicht von 50.000 einen Abbauzyklus von etwa 2 Jahren), wodurch es für chirurgische Nähte oder Tumormedikamententräger geeignet ist.
(3) Bio-basierte PolyolePolyesterpolyole – leistungsstarke-Anwendungsfelder
Die Anwendung von bio-basierten Polyolen in Polyurethan-Weich- und Hartschäumen nimmt sukzessive zu:
Bei flexiblen Schaumstoffen für Möbel und Matratzen führt der Ersatz von 30 % der Polyether auf Erdölbasis-durch Polyole auf Sojaölbasis-zu Schäumen mit einer Rückprallrate von 55 %, vergleichbarem Komfort wie herkömmliche Schaumstoffe und einer Reduzierung des CO2-Fußabdrucks um 25 %-, die den Anforderungen der EU-Umweltzertifizierung ECOLABEL entsprechen;
Bei der Gebäudeisolierung sorgt der Ersatz von 20 % der Polyesterpolyole durch Polyole auf Lignin--Basis in Hartschäumen für eine Wärmeleitfähigkeit von 0,024 W/(m·K) und eine Kostensenkung um 10 %, was in einigen umweltfreundlichen Bauprojekten in Deutschland angewendet wurde.
In Elastomeren werden bio{0}basierte Polyole in Schuhsohlen und Automobilkomponenten verwendet:
Die auf Sojaöl- basierenden ECOTRION®-Polyole von SK Chemicals, die in Golfball-Kernmaterialien verwendet werden, können die Schlagweite um 5-10 Yards verlängern und haben eine bessere Anti-Aging-Leistung als herkömmliche Materialien.
Elastomere auf Rizinusölbasis-für den Automobilinnenraum haben einen VOC-Ausstoß von weniger als 10 mg/m³ und erfüllen damit die Umweltstandards der Automobilindustrie.
Im Bereich der Kunststoff-Landebahnen können biobasierte Polyole die physikalischen Eigenschaften und die Anti-Aging-Leistung verbessern. Beispielsweise erhöht die Zugabe von 20 % Polyolen auf Rapsölbasis- zu Landebahnmaterialien die UV-Alterungsbeständigkeit um 30 % und verlängert die Lebensdauer auf 8 Jahre.
Auch ihre Anwendung in Beschichtungen und Klebstoffen nimmt zu:
In Beschichtungen auf Wasserbasis-werden BASF Sovermol®-Polyole auf Pflanzenölbasis-für Rotorblattbeschichtungen von Windkraftanlagen verwendet, deren Wetterbeständigkeit mehr als 2000 Stunden beträgt (QUV-Test) und die biologische Abbaubarkeit-die Verschmutzung der Meeresumwelt verringert.
Bio-basierte Beschichtungen für Trinkwasserleitungen erfüllen die Lebensmittelkontaktstandards der FDA und gewährleisten so eine höhere Sicherheit.
Bei Klebstoffen werden biobasierte Polyole in Lebensmittelverpackungsklebstoffen (z. B. Laminierung von Polymilchsäurefolien), Rasenklebstoffen (Hydrolysebeständigkeit für den Außenbereich) und vorgefertigten Spulenklebstoffen (gute Verarbeitbarkeit bei niedrigen Temperaturen) verwendet. Beispielsweise haben Rasenklebstoffe, die aus Polyolen auf Saccharose--Basis hergestellt werden, eine Schälfestigkeit von über 2 N/15 mm und können normal bei -10 Grad hergestellt werden.
Darüber hinaus treten sie auch in anderen Bereichen auf:
Bio-basiertes Nylon und Fasern (z. B. Polytrimethylenterephthalat (PTT), synthetisiert aus bio-basiertem 1,3-Propandiol, mit besserer Elastizität als Polyester);
Neue Energie und Elektronik (Batterieverpackungsmaterialien, Isolierbeschichtungen). Beispielsweise weisen Isolierbeschichtungen für Batterielaschen, die aus biobasierten Polyolen hergestellt werden, eine hervorragende Elektrolytkorrosionsbeständigkeit auf und verbessern so die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien.
Zusammenfassung
Polyetherpolyole werden aufgrund ihrer Flexibilität und Hydrolysebeständigkeit häufig in Polyurethanschäumen und verschiedenen Alltags-/Industrieprodukten verwendet; Polyesterpolyole nehmen aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit und Hitzebeständigkeit eine wichtige Position in hochwertigen Polyurethanmärkten (insbesondere Elastomere und Beschichtungen) ein; Bio-Polyole, deren Hauptvorteil die Umweltfreundlichkeit ist, treiben die nachhaltige Entwicklung der Polyurethan- und Beschichtungsindustrie voran.
In praktischen Anwendungen sollte der am besten geeignete Polyoltyp auf der Grundlage spezifischer Anforderungen (z. B. Anpassungsfähigkeit an die Umwelt, Leistungsanforderungen, Kostenbudget) ausgewählt werden. Beispielsweise werden Polyether in feuchten Umgebungen bevorzugt, Polyester in Hochtemperatur- und Hochlastszenarien und biobasierte Polyole in Projekten, die eine Umweltzertifizierung erfordern.
Obwohl biobasierte Polyole aufgrund von Umweltrichtlinien und technologischen Innovationen derzeit vor der Herausforderung stehen, Kosten und Leistung in Einklang zu bringen, sind sie zu einem „goldenen Weg“ in der Materialwissenschaft geworden. In Zukunft werden sich ihre Anwendungsgrenzen mit der Verbesserung bio-basierter Inhalte und der Reife der Recyclingtechnologien weiter erweitern.
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