Polyuretaanikemiaa

Polyeetterit, polyesterit, HR-vaahto ja Stylex

Pehmeän vaahtomuovivaahdon valmistus perustuu erittäin reaktiokykyiseen di-isosyanaattiin. Ns. polyadditioreaktioissa isosyanaatti (OCN-R-NCO) muodostaa toisen pääraaka-aineen, polyolin (HO-R-OH), sekä veden (H2O) että syntyvien välituotteiden kanssa polymeerin.

Nykyisessä polyuretaanikemiassa käytetään di- tai polyisosyanaatteja sekä suurimolekyylisiä, OH-ryhmiä sisältäviä yhdisteitä, ns. polyoleja ja näiden ohella lisä- ja apuaineita, kuten katalysaattoreita, paisunta-aineita, emulgaattoreita, stabilisaattoreita, täyteaineita, väriaineita ym.

Kun isosyanaatin ja polyolin välinen reaktio johtaa uretaanin muodostumiseen, saadaan isosyanaatin ja veden reaktiossa, pysymättömän väliyhdisteen jälkeen ureaa sekä vaahtoutumisen aiheuttavaa hiilidioksidia. Urea reagoi taas uusien isosyanaattiryhmien kanssa muodostaen polyuretaanipolymeeriä.

Kun polymeeri- eli muovireaktiot ovat tasapainossa kaasureaktion kanssa, on tuloksena vaahtomuovi. Sen mukaan, onko valittu eetteri- tai esterityyppinen polyoli, saadaan vastaavasti joko eetteri- tai esterivaahtoa. HR-tyyppisiä vaahtomuoveja valmistettaessa käytetään modifioitua erikoispolyolia ja kumimaisten vaahtojen valmistuksessa sekä polyolit että isosyanaatti on erityisesti kehitetty ko. vaahtoa varten. Kaasua syntyy sitä enemmän, mitä enemmän vettä käytetään, jolloin saadaan kevyttä vaahtoa. Vesimäärän avulla voidaan säätää vaahtomuovin tilavuuspaino halutulle alueelle.

Aikaisemmin käytettiin veden lisäksi tilavuuspainon alentamiseen alhaisessa lämpötiloissa kiehuvia CFC-yhdisteitä, mutta niiden käyttö lopetettiin jo 90-luvun alussa niiden haitallisten ympäristövaikutusten johdosta. Vaahdon valmistuksessa käytetään myös erilaisia apu- ja lisäaineita. Tällaisia ovat reaktioitten ohjaukseen käytetyt katalyytit, vaahdon lysähtämisen estävät ja solukoon säätelevät stabilisaattorit, palo- ja homesuoja-aineet sekä väriaineet.

Vaahdotus tapahtuu erityisessä valukoneessa. Liikkuvan kuljettimen päälle syötetään pohjapaperia ja molemmille sivuille sivupaperia. Näin syntyneeseen liikkuvaan paperimuottiin valetaan nestemäinen, reaktiokykyinen raaka-aineseos, joka paisuu muutaman metrin matkalla 30 - 50 kertaiseksi sen alkutilavuuteen verrattuna. Valmis vaahtomuovi sisältää tilavuuspainosta riippuen 95 - 98 tilavuusprosenttia ilmaa, lopun 2-5 prosentin ollessa polyuretaanimuovia. Lämpimässä vaahtomuoviaihiossa tapahtuu vaahdotuksen jälkeen vielä erinäisiä hitaita reaktioita, joten vasta valmistusta seuraavana päivänä vaahtomuovi on kypsynyt leikkaamalla tapahtuvaa jatkojalostusta varten.