Durch die Verarbeitung von Polyurethan zu einem Schaum eröffnen sich diverse Einsatzmöglichkeiten. Als Allrounder zum Abdichten, Kleben und Dämmen findet dieser vornehmlich Anwendung in der Baubranche. Auch die Lebensmittelindustrie profitiert von den guten wärme- bzw. kältedämmenden Eigenschaften. Erfahren Sie in diesem Artikel alles zur Herstellung von PU- und PIR-Schaum, den Anwendungsgebieten und wie diese unter ökologischen Gesichtspunkten zu betrachten sind.
Wie wird PU-Schaum hergestellt?
In ein Polyurethan kommen neben zwei Monomeren, Diisocyanat und ein Diol (ein Alkohol), in der Regel auch noch Brandhemmer, Additive und eine ganz kleine Menge Wasser. Die Reaktion setzt sofort ein, die Mischung wird erst zähflüssig, dann sehr heiß und schließlich fest.
Ein Polyurethanschaum ist so noch nicht entstanden, denn die Monomere verdampfen nicht, sondern vernetzen zum Polymer. Wird mehr Wasser hinzugegeben, so wird ein Teil des Diisocyanates zerstört und es entsteht Kohlendioxid. Dieses Gas bläht den PU-Schaum auf. Das Bild der Schaumporen wird jedoch ungleichmäßig und der PU-Schaum kann zerreißen. Aus diesem Grund ist das Kohlendioxid nicht wirklich gut geeignet, um einen gleichmäßigen Schaum herzustellen.
Was ist der Unterschied zwischen PU-Schaum und PIR-Schaum?
Der Übergang von Polyurethan (PU) zu Polyisocyanurat (PIR) ist fließend. Je mehr Diisocyanat eingesetzt wird, desto härter wird der Schaum, denn das Diisocyanat kann auch mit sich selbst reagieren. Die meisten Schäume für Isolierzwecke bestehen aus etwa zwei bis dreimal so viel Diisocyanat wie Polyol. Daher müsste man eigentlich von einem PIR-Schaum sprechen, tatsächlich ist der Begriff „Polyurethan“ und damit “PU-Schaum” aber gebräuchlicher.
Warum sich Pentane als Treibmittel zur Herstellung von PU-Schaum besonders gut eignen
Als Treibmittel zur Herstellung von Polyurethanschaum eignen sich Pentane hervorragend. Je nach Anwendung können diese ein iso-Pentan, n-Pentan, Cyclopentan oder eine Mischung von zwei oder drei der Isomere sein. Die Pentane sorgen nicht nur für ein gleichmäßiges, gewünschtes Bild der Poren, sie können auch zu der Dämmleistung des Schaums beitragen.
Isolierschaum aus PU bekommt zusätzliche positive Dämmeigenschaften, wenn Cyclopentan beim Aufschäumen verwendet wird. Das Cyclopentan hat den höchsten Siedepunkt aller Pentane und verbleibt zu einem Teil in den Poren des Schaums. Als Gas leitet es die Wärme schlechter als Luft und isoliert daher besser.
Alle Pentane weisen ein geringes Global Warming Potential (GWP) auf und zerstören die Ozonschicht nicht (null ODP, Ozone Depletion Potential). Dies bedeutet eine geringe Belastung der Umwelt. Einziger Nachteil: Sie sind brennbar - jedoch kann dies heutzutage technisch sicher beherrscht werden.
Einblick: Recycling und erneuerbare Komponenten von Polyurethan
Da Polyurethane speziell für einen besonderen Zweck hergestellt wurden und aus sehr vielen unterschiedlichen Komponenten bestehen können, ist ein Recycling schwierig. Mit bestimmten Katalysatoren können aber z.B. Polsterschaum und Matratzen aufgelöst und die Polyolkomponente zurückgewonnen werden. Polyole werden zudem teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.
Alte Isolierungen aus Kühlschränken oder aus Fassadenverkleidungen können zerteilt und trocken destilliert werden. So lässt sich ein Teil des wertvollen Cyclopentans zurückgewinnen.
Typische Anwendungsbeispiele für PU-Schaum
1. Harter PU-Schaum findet eine seiner technisch wichtigsten Anwendung in der Dämmstoffindustrie
Im Gegensatz zu Styrolschaum hat PU-Schaum bessere Dämmeigenschaften, besonders dann, wenn Cyclopentan als Treibmittel benutzt wird. Daher sind Polyurethanprodukte bei gleicher Leistung dünner. So können auch aufwändige Fassaden oder die Dämmung alter Gebäude realisiert werden.
Aufgrund der Materialien sind Polyurethane teurer als Polystyrol. Allerdings müssen Sie hier den Aufwand, die Dämmleistung und den Anspruch ans Gebäude sorgfältig abwägen, sodass sich in vielen Fällen der Griff zum hochwertigeren Produkt lohnt.
2. Anwendung von PU-Schaum in Kühl- und Gefrierschränken
Diese Geräte haben meist vorgegebene Außenmaße. Trotz bester Isolierung und sehr guter Energieeffizienz sollen Kühl- und Gefrierschränke ein möglichst großes nutzbares Volumen haben. Dies kann nur mit Polyurethanschaum zufriedenstellend gelöst werden. Dazu wird der Kühlschrank zusammengebaut und das noch nicht standfeste Gerät zwischen Außenwand und Innenteil mit PU ausgeschäumt. Der harte Schaum mit Cyclopentan isoliert und trägt zudem auch zur Stabilität bei. So muss weniger Stahl oder Aluminium für die Konstruktion aufgewendet werden.
3. Kühlräume, Kühlhallen oder Lastwagen zum Transport von verderblicher oder gefrorener Ware brauchen eine besonders gute Dämmleistung
Hier sind sogenannte PU-Paneele oder Boards ein wichtiger Baustoff. Der Polyurethanschaum wird schon während der Herstellung zwischen zwei Aluminium- oder Stahlbleche gebracht, der dem Schaum Schutz und Form gibt. Solche Paneele können teilweise anstelle von Beton oder Ziegeln eingesetzt werden, sodass Kühlhallen mit einer tragenden Stahlstruktur als Rahmen sehr schnell gebaut werden können. Zur Isolierung von Räumen und Kühltransportern werden ebenfalls gerne fertige Platten mit einer Kaschierung eingesetzt. Individuelle Lösungen sind aber auch möglich. Cyclopentan als Treibmittel wird auch hier immer vorrangig vor den anderen Pentanen verwendet, da es zur Isolierwirkung maßgeblich beiträgt.
Fazit
Ebenso wie bei dem Ausgangsstoff Polyurethan sind die Einsatzmöglichkeiten der daraus entstehenden PU- und PIR-Schäume vielseitig und oftmals ökonomisch sinnvoll. Durch variierende chemische Zusammensetzungen, wie beispielsweise den Einsatz von unterschiedlichen Pentane-Typen oder Mischungen, lassen sich die Schäume anforderungsgemäß anpassen. Durch kombinierte Eigenschaften wie Dämmwirkung und Stabilität lassen sich, je nach Verwendungszweck, andere Ressourcen einsparen.
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