Polyurethaner Schaumstoff entstehen durch die Polyadditionsreaktion von Polyisocyanaten mit Polyolen.

Die Verknüpfung erfolgt durch die Reaktion einer Isocyanatgruppe (-N=C=O) eines Moleküls mit einer Hydroxylgruppe (-OH) eines anderen Moleküls unter Bildung einer Urethangruppe (-NH-CO-O-). Dabei erfolgt keine Abspaltung von Nebenprodukten wie bei der Polykondensation.
Das Kohlenstoffatom der Isocyanatgruppe (-N=C=O) ist wegen der benachbarten elektronegativeren Sauerstoff- und Stickstoffatome positiviert. Ein freies Elektronenpaar des Sauerstoffatoms der Hydroxylgruppe (-OH) "klappt" zum positivierten Kohlenstoffatom und bildet mit diesem eine Bindung aus. Gleichzeitig wird ein Bindungselektronenpaar der N=C Doppelbindung zum Stickstoffatom verschoben. Dadurch trägt das Stickstoffatom eine negative Ladung und das Sauerstoffatom eine positive Ladung. Zum Ladungsausgleich wird das Proton der ursprünglichen Hydroxylgruppe auf das Stickstoffatom der ursprünglichen Isocyanatgruppe übertragen, wobei die Urethangruppe entsteht.
Die Polyurethanbildung erfordert mindestens zwei verschiedene Monomere, im einfachsten Fall Diol und Diisocyanat. Sie verläuft in Stufen. Zunächst entsteht aus Diol und Diisocyanat ein bifunktionelles Molekül mit einer Isocyanatgruppe (-N=C=O) und einer Hydroxylgruppe (-OH). Dieses kann an beiden Enden mit weiteren Monomeren reagieren. Dabei entstehen kurze Molekülketten, sogenannte Oligomere. Diese können mit weiteren Monomeren, anderen Oligomeren oder bereits gebildeten Polymere reagieren.

Je nach Ausgangsstoffen können lineare oder vernetzte Polymere erhalten werden. Lineare Polyurethane können beispielsweise aus Diolen und Diisocyanaten erhalten werden. Durch Zugabe von weiterem Diisocyanat können lineare Polyurethane nachträglich vernetzt werden. Alternativ können vernetzte Polyurethane auch durch die Reaktion von Di- oder Triisocyanaten mit Polyolen hergestellt werden.
Die oben stehenden Reaktionsgleichungen erklären noch nicht das starke „Aufschäumen“ des Urethanschaumes(Schaumstoff). In einer Nebenreaktion reagiert Wasser mit einigen Isocyanatgruppen, dabei wird Kohlenstoffdioxid frei, das den noch weichen Kunststoff aufquellen lässt. Die gleichzeitig entstandene primäre Aminogruppe reagiert mit einer Isocyanatgruppe zu einem substituierten Harnstoff.

Soll in der Praxis ein bestimmtes Polyurethan hergestellt werden, so bieten sich zwei Wege an:
· Direkte Reaktion eines Polyols mit einem Polyisocyanat (ein Einstufen-Verfahren)
· Herstellen eines funktionalisierten kleineren Polymers (sogenanntes Präpolymer) als Zwischenprodukt, welches in einem zweiten Schritt durch Verlinken der funktionellen Gruppen zum gewünschten Polymer reagiert (ein Zweistufen-Verfahren)

Quelle: W.Kaiser