Plastik Polyurethane: Dari Lem hingga Penggunaan Sehari-hari – Bahan Serbaguna Dijelaskan

Polyurethane sering tidak terlihat seperti plastik. Apa itu & bagaimana diproduksi?

Polyurethane adalah polimer yang disatukan oleh tautan urethan. Tautan ini terbentuk dengan bereaksi di-isosianat atau poli-isosianat dengan poliol. Polyurethane unik karena tidak diproduksi seperti banyak plastik lainnya. Sebagian besar polimer, seperti polietilena, diproduksi dalam bentuk serbuk lalu dicetak ke bentuk yang diinginkan. Kontrasnya, polyurethane biasanya terbentuk langsung ke dalam produk akhir.

Apa yang digunakan untuk plastik polyurethane?

Polyurethane adalah komponen dasar untuk berbagai aplikasi komersial dan bahan bangunan. Juga dapat ditemukan dalam pakaian, barang olahraga, dan alat pengaturan lalu lintas.

Plastik polyurethane sering digunakan sebagai komponen dasar di papan selam dan peralatan laut.

Bagian plastik

Plastik polyurethane dapat rigidenya atau fleksibel. Polyurethane rigidenya digunakan dalam bagian struktural untuk aplikasi industri dan komersial. Juga digunakan untuk komponen papan selam dan perahu, serta panel bezel instrumen elektronik. Polyurethane fleksibel adalah bahan umum untuk membuat pegangan dalam alat olahraga, seperti golf club dan raket tenis.

Bollard fleksibel tahan lama dan hemat biaya—dirancang untuk manajemen lalu lintas non-abrasif dan dampak rendah.

Bollard fleksibel

Bollard fleksibel polyurethane menawarkan solusi pengaturan lalu lintas di area parkir dan jalan kota. Bollard dampak rendah tahan lama dan hemat biaya, digunakan sebagai penanda jalur sepeda atau untuk menandai akhir area parkir. Untuk area dengan kebutuhan lalu lintas yang berubah, bollard fleksibel yang dapat dilepas memungkinkan konfigurasi yang beragam.

Spandex, yang terdiri dari setidaknya 85% polyurethane, sangat digunakan dalam pakaian olahraga.

Fabrik

Polyurethane dapat diubah menjadi serat menggunakan teknik spinning kering. Serat ini banyak digunakan dalam kain untuk pakaian dari pakaian olahraga hingga kaos kaki. Secara kimia, kain, dikenal sebagai Spandex, Lycra, atau elastane, terdiri dari setidaknya 85% polyurethane.

Karakteristik beban tinggi polyurethane membuat roda elastomerik tahan lama.

Roda

Polyurethane memiliki kapasitas beban tinggi dan adalah bahan dasar untuk roda dan ban elastomerik. Ini dapat ditemukan pada keranjang belanja, lift, roller coaster, dan roller skates.

Lantai yang dilapisi polyurethane dilindungi dari aus dan dampak.

Lantai dan infrastruktur

Lapisan polyurethane ideal untuk permukaan yang memerlukan resistensi aus dan korosi, seperti lantai kayu keras dan infrastruktur luar ruangan. Dengan pemeliharaan rutin, permukaan ini dapat dilindungi dari aus sehari-hari.

Busa semi-fleksibel polyurethane memiliki properti yang lebih keras, ideal untuk dasbor dan penutup pintu mobil.

Busa dan bantal

Busa fleksibel lunak dengan karakteristik penyerapan yang tinggi. Busa semi-fleksibel polyurethane lebih keras dan digunakan untuk dasbor dan penutup pintu mobil. Produk busa resiliensi tinggi cocok untuk duduk busa, seal, dan panel isolasi.

Spray busa polyurethane mengisi celah di sekitar jendela untuk isolasi yang lebih baik.

Adhesives dan sealants

Polyurethane digunakan dalam perekat berkinerja tinggi dan seal permukaan. Sealant ini mengisi celah sambil mengizinkan ekspansi dan kontraksi dalam bahan bangunan. Properti elastomerik sealant memungkinkan gerakan 25–50%. Spray busa juga dikembangkan dari polyurethane dan mengisi celah untuk isolasi bangunan yang lebih baik.

Properti polyurethane

Densitas polimer polyurethane dapat dikontrol, menghasilkan berbagai properti. Keuntungan polyurethane meliputi elastisitas dan kemampuan cetak yang tinggi, menjadikannya bahan dasar ideal untuk banyak produk plastik, seperti yang terlihat di atas.

POLYURETHANE PROPERTIES

ADVANTAGES

DISADVANTAGES

Resistensi aus dan pelarut tinggi

Kapasitas termal rendah

Kapasitas beban dan elastisitas tinggi

Properti toksik (Isocyanates)

Isolasi tinggi

Toleransi rendah terhadap sinar matahari

Kualitas cetak yang baik

Mudah terbakar

Struktur dan produksi polyurethane

Polyurethane diproduksi oleh reaksi eksotermik antara dua molekul, isocyanates dan polyols, yang membuat tautan urethane. Penting untuk memahami isocyanates dan polyols terlebih dahulu karena polyurethane adalah hasil dari kedua senyawa ini.

1) Isocyanates

Isocyanate memiliki rumus R–N=C=O. Ini adalah senyawa organik yang reaktif, dan sering mengandung materi polimer. Ketika isocyanate memiliki dua grup isocyanate, disebut sebagai di-isocyanate (TDI). TDI digunakan untuk bereaksi dengan polyols dalam produksi polyurethane.

2) Polyols

Polyols dapat berupa polyether atau polyester polyols. Polyether polyols dibuat ketika epoksida bereaksi dengan senyawa yang mengandung hidrogen aktif. Polycondensation terjadi antara asam karboksilat multifungsi dan senyawa hidroksi polifungsi. Polyol dengan bobot molekul lebih tinggi menghasilkan polyurethane fleksibel. Polyol dengan bobot molekul lebih rendah menghasilkan polyurethane rigidenya.

3) Polyurethane

Jenis isocyanate dan polyol yang digunakan dalam produksi polyurethane mempengaruhi propertinya. Polyol bertanggung jawab untuk mengontrol fleksibilitas dan elastisitas polimer. Rantai yang lebih panjang dan silang rantai rendah menghasilkan polimer yang meregang, sementara rantai yang lebih pendek menghasilkan polimer yang lebih keras. Tersedia banyak pilihan untuk isocyanates dan polyols, dan berbagai kondisi pemrosesan digunakan untuk produksi.

Additives juga terlibat dalam proses manufaktur polyurethane. Kimia ini mengontrol reaksi dan properti pembentukan polyurethane.

ADDITIVES USED IN POLYURETHANE PRODUCTION

Catalysts

Mempercepat reaksi kimia

Cross-linking agents

Penguat mekanis

Flame retardants

Mengurangi kebakaran

Plasticizers

Mengurangi kekerasan

Fillers

Meningkatkan properti materi dan mengurangi biaya

Blowing agents surfactants

Mengontrol struktur sel busa polyurethane

Smoke suppressants

Mengurangi tingkat asap saat terbakar

Pigments

Menambahkan warna untuk estetika

Klasifikasi polyurethane

Polyurethane dapat diklasifikasikan menjadi dua grup berdasarkan reaksinya terhadap panas:

Thermoplastic

Thermoplastic polyurethane serbaguna karena dapat dipanaskan kembali dan dicetak kembali berkali-kali. Saat dipanaskan, ia cair dan dapat dicetak ke bentuk yang diinginkan tanpa perubahan pada properti plastik. Thermoplastic polyurethane paling cocok untuk produk akhir yang memerlukan toleransi panas di atas 250°F.

Thermoset

Thermoset polyurethane tidak dapat dibentuk lebih dari sekali. Saat thermoset polyurethane mengeras, ia mengalami reaksi kimia, membuat perubahan permanen. Thermoset polyurethane adalah opsi yang lebih awet untuk produk yang tahan beban dan tahan aus.

Jenis polyurethane

Polyurethane dapat dikategorikan menjadi empat jenis utama: elastomer, coating, busa fleksibel, dan busa silang rantai. Untuk setiap jenis, kelas polyurethane yang paling sesuai harus dipilih—baik thermoplastic atau thermoset. Bergantung pada desain dan aplikasi spesifik, berbagai persyaratan panas, beban, dan aus harus dipertimbangkan.

Elastomers

Elastomer polyurethane memiliki elastisitas yang sangat tinggi. Alat keselamatan lalu lintas, seperti bollard fleksibel, mendapat manfaat dari properti elastis ini. Dirancang untuk meremuk di bawah kendaraan, bollard fleksibel dapat dengan cepat kembali ke bentuk aslinya setelah ditekan rata.

Coatings

Coating polyurethane memberikan resistensi terhadap pelarut keras seperti pembersih industri. Mereka juga menawarkan perlindungan terhadap dampak. Coating polyurethane ideal untuk permukaan yang memerlukan resistensi aus. Solusi berbasis air juga tersedia.

Flexible foams

Busa fleksibel memiliki kekuatan dampak tinggi dan penyangga. Busa semi-fleksibel polyurethane juga tersedia sebagai alternatif yang lebih keras.

Cross-linked foams

Busa silang rantai menawarkan struktur yang lebih rigidenya dan lebih tebal dibandingkan busa fleksibel.

Pemeliharaan plastik polyurethane

Polyurethane mudah dirawat dan pemeliharaan rendah. Tahan pelarut, minyak, dan korosi—dan sangat awet terhadap cuaca dan aus. Pemeliharaan rutin semudah membersihkan permukaan dengan kain lembab. Untuk kasus dengan kerusakan permukaan yang lebih banyak, deterjen dan pembersih dapat digunakan. Namun, paling baik untuk menyimpan pembersih keras untuk penggunaan sesekali karena dapat mempengaruhi tingkat glos beberapa finishing polyurethane.

Daur ulang plastik polyurethane

Polyurethane dapat didaur ulang dengan dua cara: mekanis atau kimiawi. Daur ulang mekanis menggunakan kembali materi dalam bentuk polimer, sementara daur ulang kimiawi mengembalikan materi ke komponen kimianya.

1) Daur ulang mekanis

Rebond

Sampah polyurethane dipotong menjadi potongan kecil, di-spray dengan prepolymer, dan diikat ke grade busa yang diinginkan. Metode populer untuk underlay karpet daur ulang.

Regrind

Sisa industri polyurethane digiling menjadi serbuk halus. Serbuk kemudian dapat dicampur dengan bahan baku baru untuk memproduksi busa polyurethane baru.

Adhesive pressing

Bagian polyurethane digranulasi dan dicampur, lalu diletakkan di bawah panas dan tekanan untuk membentuk papan atau cetakan. Partikel yang dihasilkan dapat digunakan dalam produk pengisolasi suara dan aplikasi furnitur.

2) Daur ulang kimiawi

Glycolysis

Polyurethane industri dan konsumen dicampur dengan diol pada suhu tinggi. Polyol baru dibuat melalui reaksi kimia, yang kemudian dapat digunakan untuk membuat polyurethane daur ulang.

Hydrolysis

Reaksi antara polyurethane yang digunakan dan air menghasilkan polyol yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Kimia perantara dapat digunakan sebagai bahan baku untuk membuat polyurethane daur ulang.

Pyrolysis

Gas dan minyak dibuat dengan memecah polyurethane dalam lingkungan bebas oksigen.

Hydrogenation

Gas dan minyak dibuat dari polyurethane yang digunakan melalui penerapan panas, tekanan, dan oksigen.

Masa depan polyurethane

Polyurethane adalah sumber daya yang mengesankan dengan kombinasi karakteristik yang dapat dikerjakan. Produk polyurethane juga memiliki variasi—mulai dari plastik, busa, coating, hingga sealant—yang memberikan manfaat bagi banyak industri.

Produk polyurethane memiliki siklus hidup siklus karena terus memegang nilai bahkan setelah mencapai akhir siklus hidup produknya. Pada 2010, produsen mobil Amerika, Chrysler, mengumumkan bahwa akan menggunakan 180.000 pon busa polyurethane daur ulang untuk kursi dan pengapit kepala mereka. Saat dunia menjadi hijau, industri polyurethane mengikuti dengan praktik berkelanjutan.