Polyurethan-Hartschaum (PUR) nach DIN EN 13165 ist ein überwiegend geschlossenzelliger Chemiewerkstoff, der aus zwei Komponenten – Polyolformulierungen und Isocyanaten – unter Zusatz eines Treibmittels hergestellt wird.
Direkt nach dem Mischen kommt es zu einer chemischen Reaktion. Durch die Reaktionswärme verdampft das Treibmittel. Je nach Treibmittelkonzentration schäumt das Gemisch bis zum 30-fachen des Volumens auf. Das Ergebnis ist ein Stoff, bestehend aus Millionen kleinster geschlossener Zellen, die das verdampfte Treibmittel fest umschließen.
Durch Zugabe entsprechender Katalysatoren wird die Schäumreaktion gesteuert. Das Reaktionsgemisch bleibt dabei bis in die Endphase des Aufschäumvorganges fließfähig, so dass sich selbst komplizierte Hohlräume mit PUR-Hartschaum ausfüllen lassen. Eine klebrige Zwischenphase ermöglicht die feste und dauerhafte Verbindung des Schaumstoffes mit Deckschichten.
Die Herstellung von PUR-Dämmplatten erfolgt auf Schäumstraßen. Das Prinzip der Straße besteht aus 2 übereinander liegenden Förderbändern mit beweglichen Aluminiumplatten. Der Abstand der Bänder voneinander bestimmt die spätere Schichtdicke der Dämmplatte, die am Ende des Bandes endlos herauskommt, dann seitlich besäumt und quergeteilt wird.
Zum Schutz der Förderbänder laufen am Eingang oben und unten Bahnen aus Papier, Kunststoff etc. ein, die sich beim Schäumvorgang fest mit dem Schaum verbinden und somit die Deckschicht des fertigen Dämmstoffes bilden.
Das untere Band der Förderbandkombination ist am Eingang etwas länger. Dort wird aus einem sich hin und her bewegenden kammartigen Düsenstock flüssiger Polyurethanschaum auf die sich mit dem Band fortbewegende untere Deckschicht aufgetragen. Damit der Schaum seitlich nicht herunterfließen kann, sind die Ränder der Deckschicht über Führungsrollen aufgekantet.
Aufgrund der gegebenen Partialdruckdifferenzen zur Umgebungsluft kann es im Laufe der Zeit zu einem Gasaustausch kommen. Die eingeschlossenen Treib gase diffundieren teilweise heraus, Luft hinein. Dieser Vorgang wird stark vom Grad der Geschlossenzelligkeit, der Gasdurchlässigkeit des Zellmaterials, sowie der Rohdichte, den Dämmstoffabmessungen etc., beeinflußt.
Es ist leicht zu verstehen, dass der Diffusionsvorgang zunächst an der Oberseite beginnt. Aus den angrenzenden, weiter innen liegenden Zellen, kann Diffusion erst beginnen, wenn die äußeren ihren Gasaustausch vorgenommen haben. PUR hat eine sehr feine geschlossenzellige Struktur, wodurch sich Diffusionsvorgänge über Jahre bis Jahrzehnte strecken. Die hervorragenden Dämmeigenschaften sind im Wesentlichen vom verwendeten Treibgas abhängig.
Lässt man bei der Herstellung gasdiffusionsdichte Deckschichten, z. B. aus 50 My Aluminium, einlaufen, so kann Diffusion nur noch an den Plattenrändern stattfinden. Für Polyurethan-Hartschaum-Dämmstoffe sind in der DIN 4108 „Wärmeschutz im Hochbau“, Ausgabe Juli 2003, folgende Bemessungswerte festgelegt worden:
Im weiteren Verlauf beginnt der aufgetragene Schaum nun zu expandieren. Dabei stößt er unter die oberseitig mitgeführte Deckschicht und presst diese fest gegen das Förderband. Die Geschwindigkeit des Bandes und die eingebrachte Materialmenge bestimmen das spätere Raumgewicht.
Polyurethanschaum zeichnet sich durch eine außerordentlich große Variationsbreite der Eigenschaften aus:
• hohes Dämmvermögen
• hohe Festigkeit
• thermische Beständigkeit
• niedrige Rohdichte.
Die Eigenschaften können weitgehendst beeinflusst und der Anwendung angepasst werden. Die geschlossenen Zellen des PUR-Hartschaums enthielten früher nach dem Aufschäumen hochmolekulare Gase, wie CFCl3 (R 11) oder CF2Cl2 (R 12) und neuerlich nur noch Pentan.
Da die Wärmeleitfähigkeit dieser Gase etwa nur 1/3 bis 3/5 der von Luft beträgt, haben solche Schaumkunststoffe auch entsprechend niedrige Werte der Wärmeleitfähigkeit. Dies gilt allerdings nur für Temperaturbereiche über – 50 °C, weil unterhalb dieser Temperatur die Gase kondensieren. Polyurethan-Dämmplatten ohne diffusionsdichte Deckenschichten fallen in der Regel in die Gruppe 030, dem entspricht ein Bemessungswert von 0,030 W / (mK). Güteüberwachte PUR-Hartschaum-Dämmplatten werden in der Regel mit dem Rechenwert der Wärmeleitfähigkeit λR = 0,030 W / (mK) angeboten.
Die Bemessungswerte 025 gelten für Platten mit gasdiffusionsdichten Deckschichten (z. B. aus 0,05 mm dicker Aluminiumfolie). Bei Platten, deren offenen Randflächen (Oberfläche) kleiner als 10 % der Gesamtoberfläche sind, braucht die Deckschicht die Randflächen nicht zu bedecken.
Bekanntlich befestigen viele Systemanbieter ihre Rohre unmittelbar an der oberen Deckschicht von Dämmplatten. Bei Dämmplatten aus PUR, WLG 025, werden die gasdiffusionsdichten Deckschichten von den Befestigungsmitteln durchstoßen.
Dem Verfasser liegen keine genauen Erkenntnisse darüber vor, in welchem Maße sich dadurch dieWärmeleitfähigkeit des Dämmstoffes auf Dauer ändert. Fest steht, dass bei der Bandschäumung, unterhalb der oberen Deckschicht, eine dünne Schicht offenzelliger Struktur vorhanden ist. Darin können sich nach oben ausdiffundierende Gase mühelos ausbreiten und zum Plattenrand bewegen. Deshalb dürfte das Einspießen von Rohrhaltern kaum eine nennenswerte Auswirkung auf die Wärmeleitfähigkeit haben.
PUR ist wegen der Verwendung von FCKW-Gasen bei der Schäumung durch die bekannt gewordene ozonschädigende Wirkung ins Gerede gekommen. Das Schäumen mit FCKW ist heutzutage verboten, man verwendet Pentan. Bei einer Schäumung mit Pentan ergeben sich wegen der Explosionsgefahr bei der Herstellung sicher heitstechnische Aspekte.
So befindet sich der Pentantank in der Regel weit außerhalb der Produktion. In den Produktions- und Lagerhallen wird ständig die Gaskonzentration gemessen und bei Überschreitung mit Frischluft gespült.
Inzwischen hat sich das Schäumen mit Pentan bei allen Herstellern durchgesetzt. Leider ist die Wärmeleitfähigkeitsgruppe WLG 020 nicht mehr erreichbar, es muss mit WLG 025 gerechnet werden. Zum Erreichen gleicher Dämmwirkung muss deshalb die Dämmdicke um 25 % vergrößert werden. Somit erhöhen sich auch der Materialeinsatz und die Kosten um 25 %.
Ende 1993 haben die deutschen Hersteller den Ausstieg aus der Schäumung mit FCKW-Treibmitteln vereinbart. In der Schweiz besteht seit Anfang 1993 ein Produktions- und Importverbot für FCKW-haltige Dämmstoffe, für Austria seit Anfang 1994. In Deutschland durften FCKW-haltige Dämmplatten noch bis Frühjahr 1995 verarbeitet werden. Sie waren kennzeichnungspflichtig und mussten den Hinweis „Enthält ozonabbauendes FCKW“ tragen.
Chemische Beständigkeit
Polyurethan-Hartschaum ist weitgehendst beständig gegen alle in der praktischen Anwendung vorkommenden Lösungsmittel, wie sie beispielsweise in Quellschweißmitteln, Klebern, bituminösen Anstrichen, Pasten, Holzschutzmitteln und Dichtmassen üblich sind.
Polyurethan-Hartschaum verrottet nicht, ist schimmel- und fäulnisfest. Die Wasseraufnahme ist wegen der überwiegend geschlossenzelligen Struktur im Wesentlichen ein Oberflächeneffekt. Ein Vollsaugen der Dämmschicht ist bei schadhafter Abdeckung nicht möglich. Eine Wasseraufnahme ist nur bei Dampfdiffusionsvorgängen denkbar. Sie kann durch Verwendung geeigneter Dampfsperren verhindert werden.
Mechanische Eigenschaften
Die guten mechanischen Werte, Biegefestigkeit, Zug- und Druckfestigkeit bzw. die zähelastischen Eigenschaften von Polyurethan-Hartschaum ermöglichen seinen Einsatz im Bereich der Fußbodenheizung.
Für die Wärmedämmung unter Fußbodenheizungen ist jedoch ausschließlich die Druckfestigkeit von Interesse. Selbst bei einer geringen Rohdichte von 30 kg / m3 ist eine Belastung von 10 000 Kp / m2 möglich, so dass Polyurethan-Hartschaum sich auch besonders gut für Industrieobjekte einsetzen läßt. Leider ist das Schalldämmvermögen sehr schlecht, so dass ein verbesserter Schallschutz nur in Verbindung mit speziell schalldämmenden Werkstoffen möglich ist.
Brandverhalten
Polyurethan-Hartschaum kann in den Brandklassen
• schwerentflammbar B 1
• normalentflammbar B 2
hergestellt werden. In Verbindung mit Fußbodenheizungen wird B 2 gefordert. Erst wenn oberhalb einer brennbaren Decke eine Fußbodenheizung verlegt wird, muss die Ausführung B 1, schwerentflammbar, eingesetzt werden.