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Die Geschichte der Polyurethane

Ein Kunststoff, der nach Belieben hart oder weich, elastisch oder starr, massiv oder geschäumt eingesetzt werden kann? Was zunächst als verrückte Idee belächelt wurde, trat einen regelrechten Siegeszug an. Der Chemiker Otto Bayer, Jahrgang 1902, hatte 1937 die ersten Polyurethane entwickelt und zum Patent angemeldet. Heute ist seine Erfindung, das Polyurethan, nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken.

Aufgeschäumt unschlagbar

Wie vielseitig dieser Werkstoff eingesetzt werden kann, hatten Otto Bayer und sein Team wohl zumindest in Ansätzen schon erahnt. Denn in der Patentschrift, mit der das Polyurethan zum Patent angemeldet wurde, sprechen die Autoren von „Kunststoffen, welche für die verschiedenartigsten Anwendungsgebiete genutzt werden können.“ Heute sind die meisten Polyurethan-Produkte Schaumstoffe. Dass Polyurethane während der Synthese Blasen bilden können, wurde zufällig entdeckt. Freie Carbonsäuregruppen in den eingesetzten Polyestern reagierten mit Isocyanatgruppen zu Carbonsäureamiden und zu Kohlendioxid. Weitere technische Verbesserungen haben immer wieder neue Anwendungsfelder erschlossen. So wurden in den 50er Jahren die PU-Hartschäume entwickelt, die sich zu den bis dahin dominierenden Weichschäumen gesellten. Die fein geschlossenen Poren dieser PU-Hartschäume sind die Voraussetzung für ihre ausgezeichneten Dämmeigenschaften. Die hervorragende Dämmwirkung der Polyurethan-Hartschaumplatten fand zunächst vor allem bei der Produktion von Kühlgeräten Einsatz. Auch heute gibt es kaum einen Kühlschrank, der nicht mit Polyurethan-Schaum gedämmt ist.

Wie kam der Montageschaum auf die Baustelle?

Heute ist PU-Schaum auch von der Baustelle nicht mehr wegzudenken. Es dauerte allerdings viele Jahre, ehe der Bauschaum es hierher schaffte. Bis Anfang der 1970er Jahre konnten Polyurethan-Schaumstoffe nur industriell verarbeitet werden. Erst dann wurde eine Darreichungsform gefunden, die einen Einsatz direkt auf der Baustelle erlaubte.

Dazu waren im Wesentlichen drei Schritte nötig: Einmal formulierten die Chemiker eine Polyurethan-Formel, bei der der Schaum für das Aushärten keine zweite chemische Härterkomponente benötigte, sondern einfach mit der Luftfeuchtigkeit ausreagierte. Das war die Geburtsstunde des Ein-Komponenten-Schaums (1-K-PU-Schaum). Der zweite Baustein war die Entwicklung eines Ventils, durch welches das zähflüssige Prepolymer gepresst werden konnte, ohne dass das Ventil sofort verklebte. Zu guter Letzt mussten geeignete Aerosolkomponenten gefunden werden, die ihrerseits vier Funktionen hatten: Das in der Dose befindliche Prepolymer verflüssigen, es durch den Druck aus der Dose pressen, für die Schaumexpansion nach der Ausbringung sorgen und die feinporige, gleichmäßige Struktur des ausgehärteten Schaums sicherstellen.

Seitdem haben die Bauschaumdosen sich auf den Baustellen durchgesetzt. Rund 80 Prozent der Fenster und Türen werden heute mit PU-Schaum montiert und gedämmt. Unzählige Durchbrüche im Gebäude werden einfach mit PU-Schaum abgedichtet. Technisch haben sich die Montageschäume in Druckgasdosen immer weiter entwickelt. Die Hersteller passten die beliebten Bauschäume für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete an. So gibt es heute stark expandierende Megaschäume ebenso wie Low-Expansion-Schäume, die wenige Sekunden nach der Ausbringung schon ihr endgültiges Volumen erzielen. Hinzu kommen Winterschäume, die bis minus zehn Grad Celsius einsatzfähig sind, Brunnenschäume zur Abdichtung gegen nichtdrückendes Wasser oder Spezialschäume zur Befestigung von Türzargen. Seit 2009 sind außerdem monomerarme bzw. monomerfreie Montageschäume auf dem Markt – also PU-Schäume, deren Gehalt an reaktiven Ketten des als gesundheitsschädlich eingestuften MDI auf einen Wert von unter 1 Prozent reduziert ist bzw. die keine freien Isocyanatgruppen (= MDI) mehr enthalten, da diese in einer Vorstufe chemisch zum neutralen Urethangerüst umgesetzt wurden. Die Aushärtung der Schäume beruht auf reaktionsfähigen Silangruppen, die nach dem Ausschäumen aus der Dose durch Reaktion mit der Umgebungsfeuchte zur Vernetzung und damit zur Aushärtung des ausgebrachten Schaumes führen. Die MDI-reduzierten bzw. MDI-freien finden vor allem im Heimwerkerbereich Einsatz, Profis bevorzugen in der Regel die klassischen MDI-haltigen PU-Schäume für ihre Arbeit.

Otto Bayer demonstriert während eines Vortrags einen Schäumversuch mit Polyurethan. (Foto aus dem Jahr 1952, Quelle: Bayer AG)

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