Polyurethane und Diisocyanate

Polyurethane sind eine Art extrem vielseitiges Kunststoffmaterial, das in vielen Formen erhältlich ist und in Anwendungen eingesetzt wird, mit denen die meisten Menschen tagtäglich in Kontakt kommen. Polyurethan-Weichschaum wird zur Polsterung von Möbeln, Schuhen, Autos, Matratzen und anderen Anwendungen verwendet. Polyurethan-Hartschaum wird verwendet, um verschiedene Arten von Isolierungen herzustellen, die in Gebäuden, Geräten, Autos und anderen Geräten zu finden sind. Andere Formen von Polyurethan, wie z.B. Lacke, Kleb- und Dichtstoffe, werden im Bauwesen, in industriellen und gewerblichen Beschichtungsanwendungen sowie in einer Vielzahl von Automobilanwendungen eingesetzt.
Diisocyanate sind chemische Bausteine, die zur Herstellung von Polyurethan-Produkten verwendet werden. Die am weitesten verbreiteten aromatischen Diisocyanate sind Toluylendiisocyanat (TDI) und Methylendiphenyldiisocyanat (MDI). Weniger verbreitet, aber dennoch wichtig sind die aliphatischen Diisocyanate, darunter Hexamethylendiisocyanat (HDI), hydriertes MDI (H12MDI) und Isophorondiisocyanat (IPDI). TDI wird hauptsächlich für die Herstellung von Polyurethan-Weichschaumstoff verwendet, der in Alltagsprodukten wie Möbeln, Bettwäsche, Teppichen und Verpackungen verwendet wird. TDI wird bei der Herstellung einiger Beschichtungen, Dichtungsmassen, Klebstoffe und Elastomere verwendet. MDI wird in erster Linie zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaumstoffen wie z.B. Isolierungen für den Hausgebrauch oder Kühlschränke verwendet. Auch Fahrzeugteile wie Armaturenbretter, Lenkräder und Stoßfänger werden aus MDI gefertigt. HDI, H12MDI und IPDI werden meist weiter zu Polyisocyanaten oder Prepolymeren umgesetzt, die als Bausteine zur Bildung von farbstabilen Polyurethanlacken und -elastomeren dienen, die das Erscheinungsbild eines Produktes deutlich verbessern, seine Lebensdauer verlängern und eine hohe Abriebfestigkeit bieten.

Herstellung von Polyurethanen

Polyurethane werden aus der Reaktion zwischen einem Isocyanat und einem Polyol hergestellt.

TDI (Toluylendiisocyanat oder Methylbenzoldiisocyanat) und MDI (Methylendiphenyldiisocyanat oder Diphenylmethandiisocyanat) bilden die Basis für etwa 95 % aller Polyurethane.

Ausgangsmaterial von TDI ist Methylbenzol (Toluol). Bei der Reaktion mit Mischsäure (Salpetersäure und Schwefelsäure) sind zwei Isomere von Nitromethylbenzol (NMB) die Hauptprodukte. Wird dieses Gemisch weiter nitriert, entsteht ein Gemisch aus Dinitromethylbenzolen (Dinitrotoluol oder DNT). Das Gemisch der Dinitrobenzolese wird dann zu den entsprechenden Aminen reduziert. Im Gegenzug werden die Amine, die im Handel als Toluoldiamine oder TDA bekannt sind, mit Carbonylchlorid (Phosgen) zur Herstellung der Diisocyanate erhitzt und dieser Prozess kann in flüssiger Phase mit Chlorbenzol als Lösungsmittel bei etwa 25°C (80°F) durchgeführt werden. Alternativ werden diese Reaktionen in der Gasphase durchgeführt, indem die Diamine bei ca. 325°C (620°F) verdampft und mit Carbonylchlorid vermischt werden.
MDI ist komplexer und ermöglicht dem Polyurethanhersteller mehr Prozess- und Produktvielfalt. Ausgangsstoffe sind Phenylamin (Anilin) und Methanal (Formaldehyd), die miteinander zu einem Gemisch aus Aminen, dem so genannten MDA (Methylendianilin), reagieren.
Dieses Gemisch reagiert mit Carbonylchlorid (Phosgen) zu MDI, ähnlich wie bei der Herstellung von TDI. Bei den verwendeten Polyolen handelt es sich entweder um hydroxylterminierte Polyether (in etwa 90% der gesamten Polyurethanherstellung) oder um hydroxylterminierte Polyester. Sie wurden entwickelt, um die notwendige Reaktivität mit dem zu verwendenden Isocyanat zu erreichen und um Polyurethane mit spezifischen Eigenschaften herzustellen. Die Wahl des Polyols, insbesondere die Anzahl der reaktiven Hydroxylgruppen pro Polyolmolekül und die Größe und Flexibilität seiner Molekularstruktur, bestimmen letztlich den Vernetzungsgrad der Moleküle. Dies hat einen wichtigen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Polymers. Wenn das Polyol zwei Hydroxylgruppen aufweist und mit TDI oder MDI vermischt wird, entsteht ein lineares Polymer. Hat das Polyol mehr als zwei reaktive Hydroxylgruppen, werden benachbarte langkettige Moleküle an Zwischenpunkten vernetzt und bilden so ein steiferes Polymer.

GAB Neumann's Prozessausrüstung

Der Herstellungsprozess von Diisocyanaten beinhaltet die Rückgewinnung (Absorption und Weiterverarbeitung) sehr großer Mengen an Salzsäure (HCl), weshalb korrosionsbeständige Prozessanlagen erforderlich sind. GAB Neumann liefert undurchlässige Graphit-Ringnut- oder Blockwärmetauscher, Absorber, Kolonnen und HCl-Rückgewinnungsanlagen an die Diisocyanathersteller.

Zugehörige Produkte:

Graphit-Ringnut-Waermetauscher

Graphit-Ringnut-Hochleistung-Kondensatoren

Graphit-Ringnut-Partialkondensatoren

Graphit-Blockwärmetauscher

Quenchen

Isotherme Ringnut-Absorber

Kolonnen

Salzsäure-Rückgewinnung