Faktenkasten: Hydrolyse – der Mechanismus hinter der Alterung von PU
Die allermeisten PU-Beschichtungen in Regenkleidung für Verbraucher basieren auf einem Polyesterpolyol, das günstiger und in der Produktion verbreiteter ist als die widerstandsfähigere Variante auf Polyetherbasis. Polyesterbasiertes PU enthält Esterbindungen in der Polymerkette selbst, und genau Esterbindungen können Wassermoleküle durch Hydrolyse spalten. Polyetherbasiertes PU hat diese Schwachstelle nicht und ist deutlich feuchtigkeitsbeständiger, ist aber teurer, im Budgetsegment selten und dafür empfindlicher gegenüber Oxidation.
Der Abbau erfolgt in zwei Schritten. Zuerst lösen sich die schwächeren Bindungen zwischen den Urethangruppen in den harten Segmenten des Polymers. Danach werden die Esterbindungen im weichen, flexiblen Segment angegriffen. Jede gebrochene Bindung verkürzt die Polymerkette, die sogenannte Kettenspaltung, und je kürzer die Ketten werden, desto stärker verändern sich die Eigenschaften des Materials.
Wasser ist nicht nur Auslöser, sondern direkter Reaktionspartner. Ohne Feuchtigkeit findet keine Hydrolyse statt. Wärme beschleunigt die Reaktion erheblich. Ein Zelthersteller, der seine PU-beschichteten Stoffe in einer Klimakammer bei etwa 70 °C und 95 % Luftfeuchtigkeit prüft, einem sogenannten Jungle-Test, berichtet, dass eine Woche dieser Belastung etwa einem Jahr normaler Nutzung entspricht. Wie schnell das in der Praxis geht, ist sehr unterschiedlich: von ein paar Jahren bei billigem, unstabilisiertem Polyester-PU in warmem, feuchtem Klima bis zu Jahrzehnten bei Kleidungsstücken, die kühl, trocken und luftig gelagert werden.
Die Beschichtung wird klebrig, weil ihr Molekulargewicht sinkt, wenn die Polymerketten gespalten werden, und kürzere Abbaufragmente an die Oberfläche wandern.
Manchmal entsteht auch ein Geruch. Ein bekanntes Abbauprodukt der Esterspaltung ist Buttersäure, die einen deutlich säuerlichen Geruch hat, oft als saure Milch beschrieben. Der Geruch ist ein frühes, praktisches Zeichen dafür, dass die Hydrolyse begonnen hat, unabhängig beschrieben von mehreren Quellen, die mit älterer PU-beschichteter Ausrüstung arbeiten.
Dieselbe Kettenspaltung, die das Material klebrig macht, macht es mit der Zeit auch spröde. Rissbildung ist ein Zeichen zunehmender Sprödigkeit in der gesamten Beschichtung, und Abblättern bedeutet, dass die Beschichtung reißt und die Haftung zum darunterliegenden
Gewebe verliert. Das wird umso schlimmer, je flexibler der Untergrund ist, weil Bewegung eine bereits geschwächte Beschichtung belastet. Beides sind Endstadien desselben Prozesses, der mit der Klebrigkeit beginnt.
PVC altert nicht auf diese Weise. Weich-PVC hat diese Esterbindungen nicht in der Hauptkette und wird stattdessen über völlig andere Mechanismen abgebaut, etwa Dehydrochlorierung unter Wärme und UV-Licht sowie Weichmacherwanderung. Wasser ist dabei kein direkter Reaktionspartner in derselben Weise. Deshalb werden PVC-beschichtete Kleidungsstücke nicht klebrig, wenn sie in einem feuchten Schrank hängen, PU-Kleidungsstücke dagegen schon.
