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Die Chemie für den Schaum
Bei Schaumstabilisatoren handelt es sich um
Polydimethylsiloxan-Polyether-Copoly mere,
die zur Gruppe der Silicontenside gehören.
Sie erfüllen trotz ihres geringen Gewichts -
anteils von weniger als ein Prozent an der
Gesamtformulierung gleich mehrere Aufga -
ben. So erleichtern sie das Mischen der unterschiedlichen
Bestand teile, indem sie die
Grenz flächenspannung herabsetzen. Eine
intensive Vermischung der Kompo nen ten ist
Voraussetzung für einen gleichmäßigen
Reak tionsverlauf und die Bildung eines ho mo -
genen Werkstoffs.
Die Verringerung der Oberflächenspannung begünstigt zudem
auch die Nukleierung der Schaumzellen, weil die Bildung kleiner
Gasbläschen aus der in den Rohstoffen gelösten Luft gefördert wird.
Die Anzahl dieser Gasbläschen ist entscheidend für die Fein zelligkeit
des entstehenden Schaums.
Die wichtigste Aufgabe des Stabilisators ist die Stabilisierung des
Schaums gegenüber dem Aufplatzen von Zellwänden, das zur Ver -
gröberung des Schaums und zum Verlust an Volumenaus b eute, im
Extremfall auch bis zum vollständigen Kollaps des Schaums, führen
würde. Auch hierbei ist die außergewöhnliche Ober flächen aktivität
von Silicontensiden das entscheidende Wirk prinzip – mit siliconfreien
Tensiden gelingt die Stabilisierung in der Regel nur unzureichend.
Nach dem Aushärten der Polyurethanmatrix ist die Schaum struktur
fixiert und der Stabilisator hat seine Aufgaben erfüllt.
Die Synthese der Polydimethylsiloxan-Polyether-Copolymere
voll zieht sich in zwei Schritten. Zunächst erfolgt eine Gleich ge wichtsreaktion,
bei der oligomere Sili con bau steine in polymere Silicone
Die Herstellung von Polyurethan-Hart -
schaum aus den flüssigen Rohstoffen
erfolgt mit Hilfe von Hoch druck-Ver -
schäumungsanlagen. Damit bei der
Aus prü fung von Additiven keine ganzen
Kühlschränke ausgeschäumt werden
müssen, gibt es Laborhohl formen wie
die so genannte Boschlanze oder Brett -
form. Die Formen sind temperaturkontrolliert
und ermöglichen die Herstel -
lung von Hartschaumprüf körpern, die
Rückschlüsse auf das Schaumverhalten
unter den realen Produktionsbedin -
gun gen erlauben. Diese Versuche
zeigen im Übrigen auch deutlich, dass
das unterschiedliche Fließen des
Schaums in Abhän gigkeit vom Schaum -
stabilisator erfolgt. So lassen sich
Fließhöhe, aber auch Fließstörungen,
die nach dem Aufschneiden der
Prüf körper erkennbar sind, durch
angepasste Stabilisatoren deutlich
beeinflussen
14
H3C
CH3
Si O
CH3
CH3
Si O
CH3
Chemische Struktur
der als Stabilisator für
PUR-Hart schäume
genutzten Polydime -
thyl siloxan-Polyether-
Copolymere
n
CH3 CH3
überführt werden. Im zweiten Schritt werden
aus Ethylen- und Propy len oxid herge-
Si O Si CH3stellte
Polyether an diese Sili con inter me di -
CH2 CH3 ates geknüpft.
CH2
Die neueste Gene ra tion der Hart -
CH2
schaum sta bi li satoren von Evonik weist eine
O
besondere geometrische Anordnung dieser
C2H4 x
Polyether am Siloxan rücken auf, die verbes-
O
serte Eigenschaften ermöglicht. Der Silo -
C3H6 y
xan bestandteil garantiert die hohe Ober flä -
OR
m
chenaktivität, der Polyetherbe stand teil sorgt
dagegen für eine ausreichende Verträg lich -
keit mit bzw. Löslichkeit in den übrigen Komponenten der Poly -
urethanfor mu lierung.
Aus der grundsätzlichen Reaktionsführung lässt sich eine hohe
strukturelle Vielfalt ableiten. Variationsmöglichkeiten bieten das
Mole kulargewicht des Copolymers sowie das Verhältnis von Siloxan
zu Polyether. Das Molekulargewicht beeinflusst die Mobilität und
Verfügbarkeit der Moleküle an der Oberfläche. Stabilisatoren mit
einem hohen Molekulargewicht sind daher besser geeignet für
wenig katalysierte Systeme, die einen hohen Bedarf an physikalischer
Stabilisierung haben.
Andererseits sind Stabilisatoren mit geringerem Moleku lar -
gewicht besonders geeignet für schnelle, hoch katalysierte Syste -
me, in denen die chemische Vernetzung wesentlich zur Stabilität
während der Verarbeitung beiträgt. Weitere Stellschrauben sind
das Verhältnis und die Anordnung von Ethylen- bzw. Propylen oxid
im Polyether sowie auch die verwendete Endgruppe am Polyether.
Beide haben starken Einfluss auf die Löslichkeit der Pro dukte in den
Rohstoffen und auf deren Wirksamkeit.
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