Wissenswertes, PU Schaumarten

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, hat 1937 die ersten Polyurethane entwickelt und zum Patent angemeldet. Heute ist seine Erfindung nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken.

Aufgeschäumt unschlagbar

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

Wie vielseitig dieser Werkstoff eingesetzt werden kann, haben Otto Bayer und sein Team wohl schon Ende der 1930er Jahre erahnt. In der Patentschrift, mit der Polyurethan angemeldet wurde, sprechen die Autoren von „Kunststoffen, welche für die verschiedenartigsten Anwendungsgebiete genutzt werden können.“

Weich …
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. Die meisten Polyurethan-Produkte sind bis heute Schaumstoffe.

… und hart
In den 50er Jahren kamen PU-Hartschäume auf den Markt, die sich zu den bis dahin dominierenden Weichschäumen gesellten. Die fein geschlossenen Poren der Hartschäume sorgen dafür, dass sie bei relativ geringem Volumen ausgezeichnet dämmen. Das machten sich als erstes Kühlgeräte-Hersteller zu Nutze. Auch heute gibt es kaum einen Kühlschrank, der nicht mit Polyurethan-Schaum gedämmt ist.

Wie kam der Montageschaum auf die Baustelle?

Baustelle, Montageschaum

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

Drei Erfindungen für die Baustelle

Dazu waren im Wesentlichen drei Schritte nötig: Einmal fanden die Chemiker eine Polyurethan-Formel, bei der keine zweite chemische Härterkomponente nötig ist, damit der Schaum aushärten kann. Stattdessen reagiert das PU einfach mit der Luftfeuchtigkeit. Das war die Geburtsstunde des Ein-Komponenten-Schaums (1-K-PU-Schaum).
Im zweiten Schritt musste ein Ventil entwickelt werden, durch das zähflüssiges Prepolymer gepresst werden konnte, ohne dass es sofort verklebte.

Zu guter Letzt mussten geeignete Aerosole gefunden werden, die ihrerseits vier Funktionen hatten:

  1. Das in der Dose befindliche Prepolymer verflüssigen,
  2. es durch den Druck aus der Dose pressen,
  3. für die Schaumexpansion nach der Ausbringung sorgen und so
  4. die feinporige, gleichmäßige Struktur des ausgehärteten Schaums sicherstellen.

Seitdem haben sich Bauschaumdosen auf den Baustellen durchgesetzt. Rund 80 Prozent der Fenster und Türen werden heute mit PU-Schaum montiert und gedämmt. Unzählige Durchbrüche im Gebäude werden mit PU-Schaum abgedichtet. Technisch haben sich die Montageschäume in Druckgasdosen immer weiterentwickelt. Die Hersteller passten sie für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete an.

Spezialisten für jeden Bereich

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.

Monomerarme bzw. monomerfreie Montageschäume

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. 

Was sind Polyurethane?

Polyurethane (kurz PU) sind eine besonders vielseitige Gruppe von Kunststoffen, die uns in den unterschiedlichsten Bereichen des täglichen Lebens begegnen. Weil PU je nach Rezeptur flexibel oder fest, hart oder weich ist, findet es sich zum Beispiel in effektiven Wärme- und Kältedämmungen, Stoßdämpfern, Möbelpolstern, Autositzen oder Matratzen — und natürlich in Bauschaumdosen.

Basis für unterschiedlichste Produkte

Anwendungsgebiete, PU Schaum, vielfältig

Ein weiteres Anwendungsgebiet von Polyurethan ist die Isolierung von elektrischen oder elektronischen Bauteilen. Auch moderne Hochleistungslacke, Sportschuhe, Bodenbeläge oder medizinische Prothesen kennen eine gemeinsame Basis: Polyurethan.

Der vielseitig einsetzbare Kunststoff entsteht durch die Polyaddition von Isocyanaten. Der Name Polyurethan leitet sich ab von der dabei vorwiegend gebildeten Urethangruppe NH-CO-O.

Seinen Siegeszug verdankt PU seiner fast legendären Anpassungsfähigkeit: Polyurethane können flexibel oder fest, hart oder weich sein – und das in jeder Abstufung, ganz so wie es gewünscht wird. Schon die Patentschrift von 1937 spricht von "Kunststoffen, welche für die verschiedenartigsten Anwendungsgebiete genutzt werden können."

Neben zahlreichen Anwendungen im industriellen Bereich ist Polyurethan seit den 1970er Jahren nicht mehr von der Baustelle wegzudenken. Mit der PU-Schaumdose wurde eine Darreichungsform gefunden, welche die PU-Schaumproduktion direkt vor Ort zulässt. Bauschaum oder Montageschaum, wie PU-Schaum auch genannt wird, eignet sich zum Montieren, Dichten und Dämmen.

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