Chemisch - Physikalischer Aufbau

Desmopan als thermoplastisch verarbeitbares Polyurethan (TPU) ist ein mehrphasiges Blockcopolymer.

Es wird durch eine sogenannte Polyadditionsreaktion aus drei Basisrohstoffen Polyol (langkettiges Diol), kurzkettiges Diol - auch Kettenverlängerer genannt – und dem Diisocyanat in einem speziell abgestimmten Verfahren gezielt hergestellt.

Als Polyole werden üblicherweise Polyester, Polyether oder Polycarbonatdiole mit Molekulargewichten von 1000 bis 4000 eingesetzt.

Kurzkettige Diole sind meist Butandiol, Hexandiol oder aromatische Diole.

Als Diisocyanat wird meist Diphenylmethandiisocyanat, aber auch Hexamethylendiisocyanat verwendet.

Das Diisocyanat stellt dabei die chemischer Verbindung zwischen den Diolen dar. Der Chemiker nennt die entstehende Bindung „Urethan“. Aus der Häufung dieser Bindungen im langkettigen Polymermolekül wird dann das namensgebende „Polyurethan“.

Durch eine gezielte Reaktionsführung erreicht man einen mehr oder weniger großen Blockaufbau, der durch die Häufung (Separierung) von flexiblen Polyolgruppen und starren, da geordneten, Kettenverlängerern bestimmt wird. Diese Ordnung in den Kettenverlängerer-Blöcken wird durch eine physikalische Wechselwirkung mit den Kettenverlängerer-Blöcken der Nachbarpolymerkette möglich. Diese Wechselwirkungen stellen die Netzpunkte für das elastische Verhalten von TPU dar. Gleichzeitig sind diese reversibel aufschmelzenden Netzpunkte die Vorraussetzung für das thermoplastische Verhalten von TPU.

Im dreidimensionalen makroskopischen Raum bilden dann die flexiblen Polyolblöcke die sogenannten Weichsegmente (in der Abb. als Schlaufen dargestellt), die starren Kettenverlängerer-Blöcke die Hartsegmente (in der Abb. als Stäbe dargestellt).

Diese Weich- und Hartsegmente bilden verschiedene morphologische Phasen aus. Die Form und Verteilung der Phasen, die auch zu Mischphasen zwischen Hart- und Weichsegment führen kann, ist letztlich die wesentliche Ursache für die anwendungstechnischen Eigenschaften eines TPU’s.

Die flexiblen ungeordneten Weichsegmente sind verantwortlich für chemische Eigenschaften, Beständigkeit gegenüber Hydrolyse, Mikroben und Chemikalien. Auch die wichtige Kälteflexibilität lässt sich über das Weichsegment einstellen.

Die geordneten „kristallinen“ Hartsegmente bestimmen das Verarbeitungsverhalten, wie das Aufschmelz- und Verfestigungsverhalten, und thermische Eigenschaften wie die Wärmeformbeständigkeit.

Über das Herstellverfahren, nämlich die Reihenfolge und Stärke der Mischung der Basisrohstoffe und die Mischtemperatur, lassen sich diese Eigenschaften ebenfalls stark beeinflussen.

Mit dem mengenmäßigen Verhältnis von Hart- zu Weichsegment lassen sich die Härte in einem weiten Bereich (60 ShoreA bis 70 ShoreD) und die Moduli der mechanischen Prüfungen einstellen.

Über das Verhältnis von Diisocyanat zur Summe der Diole wird die Kettenlänge des TPU-Polymers eingestellt. Es werden TPU-Molekulargewichte von Mn 20 000 bis 150 000 erreicht .

Damit können ebenfalls Schmelzeverhalten, Wärmeformbeständigkeit und mechanische Festigkeiten beeinflusst werden.