Polyether und Polyester sind nicht dasselbe Material. Es handelt sich um zwei unterschiedliche Familien von Polymeren, die auf unterschiedlichen chemischen Grundgerüsten aufgebaut sind, und dieser Unterschied spiegelt sich direkt in den Polyol-Rohstoffen wider, die zur Herstellung von Polyurethan-Produkten verwendet werden. A Polyetherpolyol enthält sich wiederholende Etherbindungen, die durch die Reaktion eines Initiators mit Alkylenoxiden wie Propylenoxid oder Ethylenoxid entstehen, während ein Polyesterpolyol sich wiederholende Esterbindungen enthält, die durch die Reaktion einer Disäure mit einem Diol entstehen. Dieser strukturelle Unterschied ist der Grund dafür, dass sich Schaum auf Polyetherpolyol-Basis in Bezug auf Feuchtigkeitsbeständigkeit, Flexibilität und Kosten anders verhält als Schaum auf Polyesterpolyol-Basis.
In den folgenden Abschnitten wird die Chemie hinter jedem Polymertyp erläutert, ihre realen Leistungsmerkmale nebeneinander verglichen und dargelegt, welche Branchen aufgrund der Eigenschaften, die diese Chemie bietet, speziell auf Polyetherpolyol angewiesen sind.
Beide Polymerfamilien werden zum Aufbau von Polyolen verwendet, den Bausteinmolekülen, die mit Diisocyanaten wie Toluylendiisocyanat oder Methylendiphenyldiisocyanat zu Polyurethan reagieren. Was sie trennt, ist die Art der chemischen Bindung, die sich entlang der Polymerkette wiederholt.
Ein Polyetherpolyol wird durch Reaktion eines Startermoleküls, üblicherweise eines Polyols mit niedrigem Molekulargewicht wie Glycerin oder Propylenglykol, mit Alkylenoxidmonomeren unter katalytischen Bedingungen hergestellt. Bei dieser Reaktion entsteht eine Kette aus Kohlenstoffatomen, die durch Sauerstoffatome verbunden sind, eine sogenannte Etherbindung. Der Vorgang wird wiederholt, bis das gewünschte Molekulargewicht und die gewünschte Funktionalität erreicht sind.
Im Gegensatz dazu wird ein Polyesterpolyol durch eine Kondensationsreaktion zwischen einer Dicarbonsäure und einem Diol hergestellt, wobei Wasser als Nebenprodukt freigesetzt wird und Esterbindungen entlang des Grundgerüsts gebildet werden. Mit Diethylenglykol umgesetzte Adipinsäure ist eine der am häufigsten verwendeten Kombinationen zur Herstellung kommerzieller Polyesterpolyole.
| Funktion | Polyetherpolyol | Polyesterpolyol |
|---|---|---|
| Wiederholte Verknüpfung | Etherbindung, Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoff | Esterbindung, Kohlenstoff-Sauerstoff-Carbonyl |
| Typische Rohstoffe | Propylenoxid, Ethylenoxid, Glycerinstarter | Adipinsäure, Diethylenglykol |
| Wasserbeständigkeit | Hoch, beständig gegen Hydrolyse | Niedrigere Esterbindungen sind anfälliger für Hydrolyse |
Die Wahl zwischen Polyetherpolyol und Polyesterpolyol ist selten willkürlich, da die beiden chemischen Zusammensetzungen zu messbar unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften führen, sobald sie in fertige Polyurethanprodukte formuliert werden.
Polyetherpolyol erzeugt im Allgemeinen Polyurethan mit besserer Flexibilität bei niedrigen Temperaturen und einem niedrigeren Glasübergangspunkt, was einer der Gründe dafür ist, dass es die Herstellung von Weichschaum für Bett-, Möbel- und Automobilsitzanwendungen dominiert, bei denen das Material in verschiedenen Klimazonen weich und belastbar bleiben muss.
Polyurethan auf Polyetherbasis widersteht dem hydrolytischen Abbau deutlich besser als Polyurethan auf Polyesterbasis , da die Etherbindung in Gegenwart von Feuchtigkeit und mikrobieller Aktivität chemisch stabiler ist als die Esterbindung. Aus diesem Grund ist Polyetherpolyol die bevorzugte Wahl für Schaumstoffprodukte, die über eine längere Lebensdauer feuchten Umgebungen, wiederholtem Waschen oder Außenbedingungen ausgesetzt sind.
Polyesterpolyol bietet trotz seiner geringeren Feuchtigkeitsbeständigkeit tendenziell eine höhere Zugfestigkeit, eine bessere Abriebfestigkeit und eine stärkere Haftung auf Substraten, was erklärt, warum es nach wie vor eine häufige Wahl für Beschichtungen, die Herstellung von Kunstleder und bestimmte Elastomeranwendungen ist, bei denen die mechanische Zähigkeit die Notwendigkeit der Feuchtigkeitsbeständigkeit überwiegt.
Aufgrund des ausgewogenen Verhältnisses von Flexibilität, Kosten und Feuchtigkeitsbeständigkeit macht Polyetherpolyol den Großteil des weltweiten Polyolverbrauchs aus, der bei der Herstellung von flexiblem und hartem Polyurethanschaum verwendet wird.
Matratzenkerne, Sofakissen und Teppichunterlagen werden fast überall aus Polyetherpolyolformulierungen hergestellt, die mit Toluylendiisocyanat umgesetzt werden, da der resultierende Schaum das weiche, elastische Gefühl bietet, das Verbraucher erwarten, und gleichzeitig über Jahre hinweg stabil gegen Feuchtigkeitseinwirkung bleibt.
Polyetherpolyol mit höherer Funktionalität, d. h. mehr reaktiven Hydroxylgruppen pro Molekül, wird zur Herstellung des starren geschlossenzelligen Schaums verwendet, der in Geräteisolierungen, Sprühschaumisolierungen und strukturellen Isolierplatten verwendet wird, bei denen Dimensionsstabilität und niedrige Wärmeleitfähigkeit im Vordergrund stehen.
Polyetherpolyol kommt auch in Gusselastomeren und Reaktionsspritzgussteilen vor, die in Automobilstoßstangen, Armaturenbrettern und Industrierollen verwendet werden, wo seine Flexibilität und Beständigkeit gegenüber wiederholten Biegezyklen bei ähnlichen dynamischen Belastungsbedingungen einen Lebensdauervorteil gegenüber Alternativen auf Polyesterbasis bieten.
Nach Angaben des American Chemistry Council machen Polyetherpolyole den überwiegenden Anteil des gesamten Polyolproduktionsvolumens in Nordamerika aus, wobei allein flexible Schaumanwendungen den größten Anteil dieser Produktion ausmachen. Dieser Skalenvorteil hat dazu beigetragen, die Produktionskosten für Polyetherpolyol im Vergleich zu speziellen Polyesterpolyolqualitäten, die in kleineren Mengen für speziellere Beschichtungs-, Klebstoff- und Elastomeranwendungen hergestellt werden, vergleichsweise stabil zu halten.
| Endverwendungskategorie | Dominanter Polyoltyp | Grund für die Präferenz |
|---|---|---|
| Flexibler Blockschaum | Polyetherpolyol | Weichheit, Kosten, Hydrolysebeständigkeit |
| Harter Isolierschaum | Polyetherpolyol | Geringe Wärmeleitfähigkeit, Dimensionsstabilität |
| Kunstlederbeschichtungen | Polyesterpolyol | Abriebfestigkeit, Oberflächenglanz |
| Rollen aus gegossenem Elastomer | Polyesterpolyol | Zugfestigkeit, Ölbeständigkeit |
Nein. Polyesterfasern, die in Textilien verwendet werden, sind ein völlig separates Polymer, das aus Terephthalsäure und Ethylenglykol besteht, während Polyetherpolyol ein reaktives Zwischenprodukt ist, das zur Herstellung von Polyurethanschaum, Beschichtungen und Elastomeren verwendet wird. Beide haben dieselbe allgemeine Namenskonvention für Polymere, dienen aber völlig unterschiedlichen Zwecken.
Polyurethan auf Polyetherpolyol-Basis hält längerer Feuchtigkeitseinwirkung besser stand, da seine Etherbindung resistenter gegen Hydrolyse ist als die Esterbindung in Polyesterpolyol.
Matratzenschaum muss über Jahre hinweg bei wiederholter Kompression weich und elastisch bleiben und gleichzeitig Feuchtigkeit aus normalem Gebrauch widerstehen. Diese Kombination begünstigt die Flexibilität und Hydrolysebeständigkeit, die Polyetherpolyol gegenüber Polyesterpolyol bietet.
Ja, Polyesterpolyol bietet im Allgemeinen eine höhere Zugfestigkeit, eine bessere Abriebfestigkeit und eine stärkere Substrathaftung, weshalb es trotz seiner geringeren Feuchtigkeitsbeständigkeit bei bestimmten Beschichtungen und Kunstlederanwendungen weiterhin die bevorzugte Wahl bleibt.
Formulierer kombinieren manchmal beide Polyoltypen in einem einzigen System, um Flexibilität und mechanische Festigkeit in Einklang zu bringen. Allerdings erfordert die resultierende Mischung eine sorgfältige Anpassung der Katalysator- und Additivmengen, um eine stabile Verarbeitung und konsistente Endeigenschaften zu erreichen.
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