Insulation Herstellung von Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff
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<strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>Polyurethan</strong><br />
(<strong>PUR</strong>)-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
Dr. Manfred Kapps<br />
Siegfried Buschkamp<br />
Seite 1 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Inhaltsverzeichnis<br />
1. Einleitung<br />
Seite<br />
3<br />
2. Rohstoffe 5<br />
2.1 Polyole 5<br />
2.2 Polyisocyanate 6<br />
2.3 Treibmittel 7<br />
2.4 Aktivatoren 8<br />
2.5 Schaumstabilisatoren 8<br />
2.6 Flammschutzmittel 9<br />
2.7 Rohstoffe der Bayer AG 9<br />
2.8 Lagerung der Rohstoffe 9<br />
2.9 Sicherheitsmaßnahmen bei der Handhabung <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-Rohstoffen 10<br />
3. Grundlegendes für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> 10<br />
3.1 Rezepturberechnung 10<br />
3.2 Vorbereitung der Reaktionskomponenten 12<br />
3.3 Das Reaktionsgemisch und die Schaumbildung 12<br />
3.4 Allgemeine Regeln für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> 20<br />
4. Verfahren zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> 22<br />
4.1 Handmischverfahren 22<br />
4.1.1 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Testschaumstoffen im Labormaßstab 22<br />
4.1.2 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>blöcken mit demHandmischverfahren 23<br />
4.2 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> mit Maschinen 27<br />
4.2.1 Schäummaschinen und Schäumanlagen 27<br />
4.2.1.1 Niederdruckmaschinen 28<br />
4.2.1.2 Hochdruckmaschinen 29<br />
4.2.1.3 Dosieraggregate und Mischköpfe 30<br />
4.3 Kontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Schaumstoffblöcken 32<br />
4.4 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>platten mit Deckschichten 33<br />
(Dämmplatten, Verbundelemente)<br />
4.4.1 Kontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Dämmplatten und Verbundplatten 34<br />
4.4.2 Diskontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Verbundplatten 39<br />
4.5 <strong>PUR</strong>-Ortschaum 44<br />
4.5.1 Spritzen 44<br />
4.5.2 Überschichten 46<br />
4.5.3 Einkomponentenschaumstoff 48<br />
5. Qualitätskontrolle, Sicherheit 48<br />
5.1 Kontrolle der Produktionsbedingungen und des Endproduktes 48<br />
5.2 <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>-Staub 49<br />
5.3 Sicherheitsmaßnahmen gegen Brand 50<br />
6. Literaturverzeichnis 50<br />
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<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
1. Einleitung<br />
<strong>Polyurethan</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> ist heute einer der<br />
besten Wärmedämmstoffe. Bei fast allen seinen<br />
Anwendungen steht deshalb die Wärmedämmung<br />
im Vordergrund. Die Möglichkeit, <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
mit verschiedenen Deckschichtmaterialien zu<br />
erzeugen und auf diesem Wege Verbundwerkstoffe<br />
zu erhalten, verleiht ihm außerdem die Rolle als<br />
Konstruktionsmaterial. Die wichtigsten Einsatzgebiete<br />
für <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> sind:<br />
Haushaltsgeräte<br />
• Wärmedämmung <strong>von</strong> Kühlschränken, Gefriertruhen,<br />
gewerblichen Kühlmöbeln,<br />
Heißwasserspeichern<br />
Bauindustrie<br />
• Verbundplatten mit starren Deckschichten<br />
als Wand- und Dachelemente<br />
• Dämmplatten mit flexiblen Deckschichten<br />
für Dächer, Wände, Decken und Böden<br />
• Dämm- und Konstruktionsmaterial als Zuschnitte<br />
aus Blockware<br />
• Spritzschaumstoff vor Ort zum Dämmen<br />
und Abdichten<br />
Industrielle Wärmedämmung<br />
• Dämmen <strong>von</strong> Tanks und Behältern, Rohrleitungen,<br />
Fernwärmerohren und Kühlräumen<br />
Bild 1: Reaktionsformel <strong>PUR</strong>-Reaktion<br />
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Fahrzeugindustrie<br />
• Wärmedämmung <strong>von</strong> Kühlfahrzeugen für<br />
Schiene und Straße einschließlich Containern<br />
Die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> für Anwendungen<br />
in der Bauindustrie wird in den folgenden<br />
Kapiteln erläutert.<br />
<strong>PUR</strong>-Hartschaum zeichnet sich besonders dadurch<br />
aus,<br />
• dass er in einem breiten Rohdichtebereich<br />
hergestellt werden kann.<br />
• dass er an unterschiedlichen Deckschichten<br />
haftet, ohne dass Kleber verwendet<br />
werden müssen.<br />
• dass er auch in komplizierten Hohlräumen<br />
hergestellt werden kann.<br />
Zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> sind<br />
zwei flüssige Hauptkomponenten- ein Polyol und<br />
Polyisocyanat - sowie ein Treibmittel erforderlich. In<br />
der Regel wird das Treibmittel zusammen mit weiteren<br />
Hilfskomponenten wie Aktivatoren (Reaktionsbeschleuniger),<br />
Schaumstabilisatoren, Flammschutzmittel<br />
dem Polyol beigemischt. Die nach dem<br />
Vermischen zwischen Polyol und Polyisocyanat<br />
ablaufende Polyadditionsreaktion führt zu Makromolekülen<br />
mit Urethanstrukturen (<strong>Polyurethan</strong>e).<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 2: Polyisocyanat/Wasser-Reaktion<br />
Während der Reaktion wird eine beträchtliche<br />
Wärmemenge frei, die zum Teil dazu benutzt wird,<br />
leicht flüchtige Flüssigkeiten (Treibmittel) zu verdampfen.<br />
Hierdurch wird das Reaktionsgemisch<br />
zum Schaumstoff aufgetrieben.<br />
Dem Polyol werden üblicherweise unterschiedliche<br />
Mengen Wasser zugesetzt. Dieses reagiert mit dem<br />
Polyisocyanat zu Polyharnstoff und Kohlendioxid,<br />
welches als Co- Treibmittel dient, jedoch auch<br />
alleiniges Treibmittel sein kann.<br />
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In Gegenwart bestimmter Aktivatoren können Isocyanate<br />
miteinander reagieren und Makromoleküle<br />
mit Isocyanuratstrukturen (Polyisocyanurate =<br />
PIR) bilden. Da die Reaktionen <strong>von</strong> Isocyanaten mit<br />
Polyolen und mit Isocyanaten gleichzeitig oder in<br />
unmittelbarer Folge ablaufen können, erhält man<br />
Makromoleküle mit Urethan- und Isocyanuratstrukturen<br />
(PIR - <strong>PUR</strong>).<br />
Bild 3: Reaktion <strong>von</strong> Polyisocyanaten in Anwesenheit <strong>von</strong> Trimerisierungs-Katalysatoren<br />
PIR-<strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>e werden z. B. bei erhöhten<br />
Anforderungen an das Brandverhalten eingesetzt.<br />
Näheres zur <strong>Polyurethan</strong>-Chemie ist z. B. dem<br />
Kunststoff-Handbuch Band 7 "<strong>Polyurethan</strong>e" <strong>von</strong><br />
Günter Oertel zu entnehmen [1].<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
2. Rohstoffe<br />
2.1 Polyole<br />
Polyole sind viskose Flüssigkeiten, deren charakteristisches<br />
chemisches Merkmal sich aus Sauerstoff<br />
und Wasserstoff aufbauende Hydroxyl (OH)-<br />
Gruppen sind. Diese reagieren mit Isocyanatgruppen<br />
des Polyisocyanats zu Urethangruppen.<br />
Man unterscheidet zwischen Polyether- und Polyesterpolyolen.<br />
Polyetherpolyole werden durch Umsetzung<br />
<strong>von</strong> mehrwertigen Alkoholen (z. B. Glykolen,<br />
Glyzerin, Rohrzucker) oder <strong>von</strong> Aminen (z. B.<br />
Ethylendiamin) mit Alkylenoxiden, Hartschaumpolyole<br />
hauptsächlich mit Propylenoxid, hergestellt.<br />
Polyesterpolyole erhält man durch Reaktion <strong>von</strong><br />
mehrwertigen Carbonsäuren (z. B. Phthal-, Terephthal-<br />
oder Adipinsäure) mit Glykolen, Glyzerin und<br />
ähnlichen Polyalkoholen. Unter Abspaltung <strong>von</strong><br />
Wasser bilden sich Polyole mit Esterstrukturen.<br />
Für den Einsatz <strong>von</strong> Polyetherpolyolen und Polyesterpolyolen<br />
gibt es keine allgemein gültigen Re-<br />
Bild 4: Polyether-<strong>Herstellung</strong> am Beispiel eines dreiwertigen Alkohols<br />
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geln. Oft werden beide Typen kombiniert verwendet.<br />
Die jeweiligen Anforderungen bestimmen die<br />
Auswahl. Um den geforderten Flammschutz des<br />
Schaumstoffs zu erreichen, wird häufig die Mitverwendung<br />
<strong>von</strong> aromatischen Polyesterpolyolen, z. B.<br />
auf Basis Phthalsäure, empfohlen. Hohe Viskosität<br />
und niedrige Funktionalität schränken in vielen Fällen<br />
den Einsatz <strong>von</strong> Esterpolyolen ein.<br />
Die Funktionalität eines Polyols gibt die Zahl der<br />
Hydroxylgruppen pro Molekül an. Ist das Polyol ein<br />
Gemisch aus Komponenten unterschiedlicher Funktionalitäten,<br />
gibt man die mittlere Funktionalität<br />
an. Molekülteile, die Reaktionen eingehen können,<br />
wie z. B. die Hydroxylgruppen, werden funktionelle<br />
Gruppen genannt. Ein Maß für den Gehalt an<br />
Hydroxylgruppen ist die Hydroxyl- oder OH-Zahl.<br />
Für die Auswahl eines Polyols sind neben der chemischen<br />
Natur Angaben zur Hydroxyl (OH)-Zahl,<br />
zur Viskosität und zum Wassergehalt erforderlich.<br />
Bei Polyesterpolyolen kann auch die Säurezahl<br />
wichtig sein.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 5: Prinzip der Polyester-<strong>Herstellung</strong><br />
2.2 Polyisocyanate<br />
Als Isocyanate werden chemische Verbindungen<br />
mit Isocyanat-Gruppen (NCO-) als funktionelle<br />
Gruppen bezeichnet. Isocyanat-Gruppen bauen<br />
sich aus Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff auf.<br />
Für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>en<br />
werden fast ausschließlich Isocyanate auf Basis<br />
MDI (= Methylen-diphenylen-diisocyanat oder<br />
Diphenylmethandiisocyanat oder Diisocyanatodiphenylmethan<br />
genannt) verwendet. Diese sind<br />
Gemische aus MDI (hauptsächlich 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan<br />
mit Anteilen des isomeren<br />
2,4'-Diisocyanato-diphenylmethan) und höhermolekularen<br />
Komponenten. Da sich in der Struktur dieser<br />
höhermolekularen Komponenten eine Moleküleinheit<br />
wiederholt, wird das Isocyanatgemisch auch<br />
polymeres MDI (PMDI) oder MDI-Polymer genannt.<br />
Während MDI streng difunktionell ist, d. h. 2 NCO-<br />
Gruppen besitzt, enthalten die höhermolekularen<br />
PMDI-Komponenten drei und mehr NCO-Gruppen.<br />
Deshalb bezeichnet man PMDI als Polyisocyanat.<br />
Die durchschnittlichen Funktionalitäten der gebräuchlichen<br />
PMDI-Typen liegen bei 2,5 - 3,2.<br />
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An dieser Stelle sind die PMDI-Prepolymere zu<br />
erwähnen, obwohl sie bei der <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong> nur eine untergeordnete Rolle<br />
spielen. Hierbei handelt es sich um PMDI, bei dem<br />
ein Teil der NCO-Gruppen durch Zusatz <strong>von</strong> Polyol<br />
zur Reaktion gebracht wurde. Gegenüber dem Ausgangs-PMDI<br />
ist deshalb der NCO-Gehalt niedriger<br />
und die Viskosität deutlich höher. Mit Hilfe <strong>von</strong> Prepolymeren<br />
können Probleme umgangen und bestimmte<br />
Effekte erzielt werden: Die bei der<br />
Schaumstoffherstellung frei werdende Wärmemenge<br />
wird gesenkt, und die Verträglichkeit <strong>von</strong><br />
Polyisocyanat und Polyol und der Aufbau des Makromoleküls<br />
werden beeinflusst.<br />
Polyisocyanate auf MDI-Basis für die <strong>Herstellung</strong><br />
<strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> sind viskose Flüssigkeiten<br />
mit bräunlicher bis dunkelbrauner Farbe. Sie<br />
werden charakterisiert durch NCO-Gehalt, Viskosität<br />
und Acidität.<br />
Die Acidität ist ein Maß für den herstellungsbedingten<br />
Säuregehalt, der die Reaktivität beeinflussen<br />
kann.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 6: Diphenylmethan-diisocyanat, MDI polymer<br />
2.3 Treibmittel<br />
Wie bereits erwähnt, entsteht bei der Reaktion <strong>von</strong><br />
Isocyanat und Wasser Kohlendioxid, das als Treibmittel<br />
dient. Man spricht in diesem Fall <strong>von</strong> einem<br />
chemischen Treibverfahren. Dieses Verfahren<br />
bringt einige Nachteile mit sich, weshalb es bei der<br />
<strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> nur eine<br />
Nebenrolle spielt. Das eigentliche Treibverfahren ist<br />
das physikalische Treibverfahren, bei dem eine<br />
dem Reaktionsgemisch zugesetzte niedrig siedende<br />
Flüssigkeit durch die Reaktionswärme verdampft<br />
wird.<br />
Die Treibmittel sollten sich in den Reaktionskomponenten<br />
und dem Reaktionsgemisch gut lösen, sollten<br />
als Gas in den geschlossenen Zellen des<br />
Schaumstoffs verbleiben und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit<br />
besitzen, im <strong>Polyurethan</strong> fast unlöslich<br />
sein und dieses nicht weichmachen. Außerdem<br />
sollten sie toxikologisch und ökologisch unbedenklich<br />
sein.<br />
Der lange Zeit verwendete Fluorchlorkohlenwasserstoff<br />
(FCKW) 11 (Monofluortrichlormethan) erfüllte<br />
die meisten dieser Kriterien hervorragend,<br />
erwies sich aber ökologisch als sehr bedenklich.<br />
Der <strong>von</strong> FCKW 11 ausgelöste Treibhauseffekt<br />
(GWP = global warming potential) und sein Potential,<br />
die Ozonschicht der Stratosphäre zu schädigen<br />
(ODP = ozone depletion potential), führten<br />
zu dem Beschluss, den Einsatz einzustellen (Montreal-Protokoll<br />
<strong>von</strong> 1987).<br />
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Kohlendioxid ist in <strong>Polyurethan</strong> löslich und verlässt<br />
deshalb die Zellen des Schaumstoffes per Diffusion,<br />
wenn der Schaumstoff nicht diffusionsdicht abgedeckt<br />
wird. Infolge des sinkenden Zellgasdrucks<br />
kann der Schaumstoff schrumpfen. Außerdem kann<br />
der gleichzeitig mit dem Kohlendioxid entstehende<br />
Polyharnstoff den Schaumstoff verspröden, worunter<br />
besonders die Haftung an den Deckschichten<br />
(z. B. Blech) leidet.<br />
Anstelle <strong>von</strong> FCKW 11 werden heute Kohlenwasserstoffe<br />
(Pentane), Hydrogen- Fluorchlorkohlenwasserstoffe<br />
(H-FCKW) und Hydrogen-Fluorkohlenwasserstoffe<br />
(H-FKW) verwendet. Alle<br />
diese Treibmittel sind keine direkten Austauschprodukte<br />
für FCKW 11. Polyole und Zusatzmittel müssen<br />
dem Einsatz dieser Treibmittel angepasst werden,<br />
um die geforderten Schaumstoffeigenschaften<br />
zu erreichen.<br />
Pentane (n-, cyclo- und iso-Pentan) sind leicht<br />
brennbare Flüssigkeiten, deren Dämpfe mit Luft<br />
explosive Gemische bilden. Bei ihrer Verwendung<br />
als Treibmittel sind deshalb bestimmte Sicherheitsvorkehrungen<br />
mit entsprechendem Kostenaufwand<br />
zu treffen (siehe hierzu die Technische Information<br />
"Pentan: Ein Weg zum FCKW- und HFCKW-freien<br />
Metallverbundelement" [2]). Der große Vorteil der<br />
Pentane ist ihr niedriger Preis. Für die <strong>Herstellung</strong><br />
<strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> für den Bausektor wird<br />
überwiegend n-Pentan verwendet, weil es besonders<br />
preisgünstig ist und im Gegensatz zu cyclo-<br />
Pentan ein Weichmacher-Effekt nicht zu beobachten<br />
ist. Allerdings löst sich n-Pentan in den Reaktionskomponenten<br />
nur gering, und sein Dampf hat<br />
eine höhere Wärmeleitfähigkeit.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Für die Anwendung <strong>von</strong> H-FCKW war <strong>von</strong> den Unterzeichner-Ländern<br />
des Montreal-Protokolls ein<br />
begrenzter Zeitraum festgelegt worden, da ihnen<br />
ein zwar vermindertes aber dennoch beträchtliches<br />
ODP bzw. GWP zuzuschreiben ist. Von den industriell<br />
herstellbaren H-FCKWs 22, 142b und 141b ist<br />
zur Zeit fast nur noch das H-FCKW 141b im Einsatz.<br />
Sein Vorteil ist die niedrige Wärmeleitfähigkeit<br />
des Gases, sein Nachteil jedoch der Weichmacher-<br />
Effekt.<br />
H-FKW 134a - das einzige neben 152a zur Zeit<br />
verfügbare Produkt dieser Kategorie -findet nur<br />
beschränkt Anwendung. Es wird unter Druck ver-<br />
Tabelle 1: Eigenschaften verschiedener Treibmittel für <strong>PUR</strong>-Schaumstoffe<br />
2.4 Aktivatoren<br />
Die meisten Polyole und Polyisocyanate reagieren<br />
bei Raumtemperatur nur mit mäßiger Geschwindigkeit<br />
miteinander. Gleiches gilt für die Reaktion <strong>von</strong><br />
Polyisocyanat mit Wasser. Deshalb werden dem<br />
Reaktionsgemisch Beschleuniger (Aktivatoren)<br />
zugesetzt. Diese sind meistens tertiäre Amine,<br />
Organo-Zinn-Verbindungen oder Alkalisalze aliphatischer<br />
Carbonsäuren, die besonders die Isocyanurat-Bildung<br />
fördern. Die bekanntesten Produkte sind<br />
Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, Dibutylzinndilaurat,<br />
Kaliumacetat. Die einzelnen Verbindungen<br />
aus der großen Zahl der Aktivatoren wirken sich<br />
zum Teil sehr unterschiedlich auf die aufgeführten<br />
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flüssigt eingesetzt und löst sich nur schwer in den<br />
Reaktionskomponenten. Da es bei Druckentspannung<br />
spontan verdampft, schäumt das Reaktionsgemisch<br />
sofort auf und lässt sich deshalb schwer<br />
verteilen.<br />
Als zukünftige Treibmittel bieten sich H-FKW 245fa<br />
und 365mfc an, die in absehbarer Zeit zur Verfügung<br />
stehen werden. Beide Produkte sind bei Normaldruck<br />
flüssig und lösen sich ausreichend im<br />
Reaktionsgemisch.<br />
Die wichtigsten Eigenschaften der oben erwähnten<br />
Treibmittel sind in der folgenden Tabelle dargestellt.<br />
Reaktionen aus. Dies kann genutzt werden, um den<br />
Reaktions- und Schäumverlauf den Anforderungen<br />
entsprechend zu steuern.<br />
2.5 Schaumstabilisatoren<br />
Der Schaum, der sich durch entstehendes bzw.<br />
verdampfendes Treibmittel bildet, ist in den meisten<br />
Fällen instabil und würde - ohne den Zusatz <strong>von</strong><br />
Schaumstabilisatoren - mit fortschreitender Reaktion<br />
zusammenfallen. Als Schaumstabilisatoren werden<br />
fast ausschließlich siliziumorganische Verbindungen<br />
(Polyether-Polysiloxane) verwendet, die<br />
eine oberflächenaktive Wirkung haben, aber auch<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
als Emulgatoren fungieren. Schaumstabilisatoren<br />
regeln die Schaumstruktur, die Offen- und<br />
Geschlossenzelligkeit und die Zellgröße und haben<br />
somit einen wesentlichen Einfluss auf die Schaumstoffeigenschaften.<br />
2.6 Flammschutzmittel<br />
<strong>Polyurethan</strong>e sind organische Verbindungen und<br />
als solche brennbar. Um ihre Entzündung zu verzögern<br />
und die Flammenausbreitung zu vermindern,<br />
sind ein entsprechender chemischer Aufbau und<br />
der Zusatz flammhemmender Komponenten erforderlich.<br />
Wie bereits erwähnt, tragen z. B. aromatische<br />
Polyesterpolyole und Polyisocyanurat (PIR)-<br />
Strukturen zum Flammschutz bei. Üblich ist auch<br />
die Verwendung halogenhaltiger Polyole. Nicht<br />
reagierende Zusatzmittel sind Trialkyl-, Trishalogenalkyl-<br />
und Triarylphosphate. Triethylphosphat,<br />
Tris-chlorisopropylphosphat und Diphenylkresylphosphat<br />
sind typische Vertreter. Feste,<br />
unlösliche Flammschutzmittel werden kaum verwendet,<br />
weil sie verarbeitungstechnisch problematisch<br />
sind. Sie könnten jedoch zukünftig eine bedeutendere<br />
Rolle spielen.<br />
Die existierenden Brandtests stellen unterschiedliche<br />
Anforderungen an das Brandverhalten der<br />
Schaumstoffe (siehe auch Technische Information<br />
"Stand der europäischen Normung für <strong>PUR</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong>e im Bauwesen"[3]). In den meisten<br />
Fällen sind die sich bietenden Maßnahmen zu<br />
kombinieren, um den jeweiligen Brandtest zu bestehen.<br />
2.7 Rohstoffe der Bayer AG<br />
Die Bayer AG bietet Rohstoffe bzw. Rohstoffsysteme<br />
zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>en<br />
für eine Vielzahl <strong>von</strong> Anwendungen an. Rohstoffsysteme<br />
sind Produkte, deren chemischer Aufbau<br />
den Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten<br />
sind. Sie können zwei- und mehrkomponentig<br />
sein.<br />
Obwohl ein solches System prinzipiell aus einem<br />
Polyol bzw. einer Polyolmischung mit Zusatzmitteln<br />
und einem Polyisocyanat besteht, wird der Begriff<br />
System häufig auf das Polyol angewandt, weil die<br />
Ausrichtung auf die Anwendung meistens über das<br />
Polyol erfolgt und das Polyisocyanat unverändert<br />
bleibt. Üblich ist auch, eine Mischung aus Polyolen<br />
und Zusatzmitteln als Polyolformulierung zu be-<br />
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zeichnen. Ein Mischbetrieb für Polyole wird Formulierbetrieb<br />
genannt. In der Praxis werden alle Formen<br />
zwischen Basispolyol und kompletter Polyolformulierung<br />
angeboten. Die häufigste Form einer<br />
Teilformulierung ist eine Mischung aus zwei und<br />
mehreren Polyolen, der vor der Verarbeitung Aktivatoren,<br />
Stabilisatoren und Flammschutzmittel beigemischt<br />
werden.<br />
Die zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> notwendigen<br />
Komponenten werden <strong>von</strong> der Bayer AG<br />
unter den folgenden Marken vertrieben:<br />
• Desmodur ® Polyisocyanat<br />
• Desmophen ® Basispolyole bzw. Basispolyolmischungen<br />
• Baytherm ® Polyolsysteme/-Formulierungen<br />
für nicht flammgeschützte <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>e<br />
• Baymer ® Polyolsysteme/-Formulierungen<br />
für flammgeschützte <strong>PUR</strong>-Hartschaum-<br />
•<br />
stoffe<br />
Desmorapid ® Aktivator<br />
• Disflamoll ® Flammschutzmittel<br />
• Levagard ® Flammschutzmittel<br />
Schaumstabilisatoren sind u. a. bei den Firmen GE<br />
Bayer Silicones, Th. Goldschmidt AG, Air Products<br />
GmbH, Nitroil Europe Handels GmbH und Witco<br />
Corp. erhältlich.<br />
Treibmittel verkaufen z. B. die Firmen Erdölchemie<br />
GmbH, Exxon Chemical GmbH und Haltermann<br />
(Alkane), Solvay Fluor und Derivate GmbH und<br />
DuPont (H-FCKW und HFKW).<br />
2.8 Lagerung der Rohstoffe<br />
Alle Rohstoffe zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong>en sollten vor Feuchtigkeit geschützt<br />
gelagert werden. Polyole sind im allgemeinen<br />
hygroskopisch und nehmen aus der Luft Wasser<br />
auf, so dass der Wassergehalt in kurzer Zeit auf<br />
einige Prozent ansteigen und zu Kennzahlverschiebungen<br />
(siehe Punkt 3.1), verstärkter CO2- Entwicklung<br />
und somit zu niedriger Schaumstoffrohdichte<br />
und verminderter Schaumstoff- Festigkeit führen<br />
kann.<br />
Der Schutz vor Feuchtigkeit ist besonders wichtig<br />
bei der Lagerung <strong>von</strong> Polyisocyanaten. Der sich bei<br />
der Reaktion mit Luftfeuchtigkeit bildende Poly-<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
harnstoff wird als Feststoff ausgeschieden, so dass<br />
im Lagerbehälter Verkrustungen auftreten und sich<br />
Partikel absetzen, die Leitungen und Düsen<br />
verstopfen können. Deshalb sollte die bei Rohstoffentnahme<br />
in den Lagerbehälter nachströmende Luft<br />
trocken sein.<br />
<strong>PUR</strong>-Rohstoffe können nur über eine begrenzte<br />
Zeit gelagert werden. Während die meisten Grundkomponenten<br />
unvermischt in verschlossenen Behältern<br />
über Monate und Jahre gelagert werden<br />
können, ist bei Mischungen (Formulierungen) bereits<br />
nach Wochen mit einer chemischen Veränderung<br />
zu rechnen. Dies zeigt sich in Verfärbungen,<br />
Anstieg der Viskosität, Nachlassen der Reaktivität<br />
und der Schaumstabilität.<br />
Zu hohe Temperaturen können die Lagerfähigkeit<br />
der Rohstoffe stark herabsetzen. Darauf ist besonders<br />
bei langen Transportzeiten und Erwärmung<br />
durch Sonneneinstrahlung zu achten. In der Regel<br />
sind die auf dem Markt angebotenen Rohstoffe<br />
über kürzere Zeit (Tage bis Wochen) bei Temperaturen<br />
bis 50 °C ausreichend stabil. Dies muss auch<br />
so sein, da bei Tankwagenlieferung zum Beispiel<br />
die Rohstofftemperatur 50 °C betragen kann. In den<br />
meisten Fällen wird eine Verarbeitungstemperatur<br />
<strong>von</strong> 20 bis 25 °C empfohlen, weshalb nach Übernahme<br />
der Rohstoffe für eine entsprechende Kühlung,<br />
z. B. durch Wärmetauscher, zu sorgen ist.<br />
Das Temperieren der Rohstoffe ist auch bei längerer<br />
Lagerung angebracht. Hohe Temperaturen können<br />
die Qualität, tiefe Temperaturen die Verarbeitbarkeit<br />
durch zu hohe Viskosität beeinträchtigen.<br />
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass treibmittelhaltige<br />
(H-FKW-, H-FCKW-) Rohstoffe generell<br />
bei Temperaturen unter 30 °C zu lagern sind.<br />
Im übrigen sind die gesetzlichen Vorschriften zur<br />
Lagerung <strong>von</strong> chemischen Rohstoffen zu beachten.<br />
2.9 Sicherheitsmaßnahmen bei der<br />
Handhabung <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-Rohstoffen<br />
Aus Sicherheitsgründen sind beim Umgang mit<br />
<strong>PUR</strong>-Rohstoffen die in den Produktmerkblättern<br />
und Produktsicherheitsdatenblättern aufgeführen<br />
Schutzmaßnahmen zu beachten.<br />
Polymeres MDI (PMDI) z. B. ist als Gefahrstoff<br />
klassifiziert und kennzeichnungspflichtig und muss<br />
deshalb mit entsprechender Vorsicht gehandhabt<br />
werden. Für den Umgang mit PMDI ist ein Grenz-<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
wert für die höchstzulässige Konzentration eines<br />
darin enthaltenen Arbeitsstoffes an Arbeitsplätzen<br />
als Gas, Dampf oder Schwebstoff in der Luft festgesetzt.<br />
Der Grad einer möglichen Gefährdung<br />
hängt im Wesentlichen <strong>von</strong> der Menge der bei der<br />
Verarbeitung <strong>von</strong> PMDI freiwerdenden Isocyanatdämpfe<br />
und -aerosole ab. Sofern PMDI nicht versprüht<br />
wird, ist die Verarbeitung bei 20 bis 23 °C<br />
problemlos, wenn sie in belüfteten Räumen durchgeführt<br />
wird. Am Arbeitsplatz sollte eine ausreichende<br />
und vor allem gezielte Luftabsaugung vorgesehen<br />
werden. Die Luftbewegung sollte <strong>von</strong> den<br />
arbeitenden Personen weg erfolgen.<br />
Dämpfe und Aerosole <strong>von</strong> PMDI reizen die Augen<br />
und die Schleimhäute <strong>von</strong> Nase, Rachen und Lungen<br />
und können zu Überempfindlichkeitsreaktionen<br />
führen. Das Einatmen ist deshalb zu vermeiden.<br />
Bei allen Arbeiten sollten Schutzbrille, undurchlässige<br />
Schutzhandschuhe und geschlossene Arbeitskleidung<br />
getragen werden. Verunreinigte Kleidung<br />
ist sofort zu wechseln, um weiteren Hautkontakt zu<br />
vermeiden. Vor Arbeitsbeginn sollten die Hände mit<br />
einer guten Hautschutzsalbe eingerieben werden.<br />
PMDI ist getrennt <strong>von</strong> Nahrungs- und Genussmitteln<br />
aufzubewahren. Weitere technische und sicherheitsrelevante<br />
Hinweise können den Sicherheitsdatenblättern<br />
entnommen werden.<br />
Die oben aufgeführten Maßnahmen und Regeln<br />
sind bei der <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
generell zu beachten.<br />
3. <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-Hartschaum-<br />
stoff<br />
3.1 Rezepturberechnung<br />
Für ein Rohstoffsystem gemäß Kapitel 2.7 wird<br />
üblicherweise eine Verarbeitungsrezeptur angegeben,<br />
die das Mengenverhältnis vorschreibt, in dem<br />
Polyol und Polyisocyanat zu mischen sind, z. B.<br />
100 Gew.-Tle. Polyol<br />
x Gew.-Tle. Aktivator<br />
y Gew.-Tle. Treibmittel<br />
140 Gew.-Tle. Polyisocyanat<br />
Will man jedoch ein Rohstoffsystem aus Grundkomponenten<br />
aufbauen, muss das Mengenverhältnis<br />
berechnet werden. Hierzu sind die Kenndaten<br />
OH-Zahl (OHZ), Wassergehalt und NCO-Gehalt<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
erforderlich. Die Berechnungsformeln werden im<br />
folgenden abgeleitet:<br />
Kennzahl KZ<br />
Die Rezepturberechnung muss sicherstellen, dass<br />
für jede OH-Gruppe des Polyols eine NCO-Gruppe<br />
des Polyisocyanats zur Verfügung steht. Ob diese<br />
Bedingung gegeben ist, ergibt sich aus der Kennzahl.<br />
Die Kennzahl wird definiert als das Produkt<br />
aus Zahl der Mole NCO pro Mol OH multipliziert mit<br />
100.<br />
α<br />
KZ =<br />
α<br />
NCO<br />
OH<br />
x100<br />
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Gleichung 1<br />
Bei Kennzahl 100 ist die obige Bedingung erfüllt.<br />
Eine Kennzahl > 100 bedeutet einen Überschuss<br />
an NCO. Rezepturen für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong> beinhalten üblicherweise Kennzahlen<br />
zwischen 105 und 125, <strong>von</strong> PIR-<strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>en<br />
zwischen 180 und 350. Kennzahlen<br />
> 100 sichern bei <strong>PUR</strong>-Rezepturen das vollständige<br />
Abreagieren der OH-Gruppen. Überschüssige<br />
NCO-Gruppen reagieren z. B. unter Bildung <strong>von</strong><br />
Allophanat-Strukturen.<br />
Da α NCO und α OH nicht direkt bestimmbar sind,<br />
werden sie mit Hilfe des NCO-Gehaltes und der<br />
OH-Zahl berechnet<br />
Berechnung der OH-Zahl und <strong>von</strong> α OH :<br />
Zur Bestimmung der OH-Zahl (OHZ) wird ein<br />
Gramm des Polyols mit dem Anhydrid einer Dicarbonsäure<br />
umgesetzt (verestert), und die frei werdende<br />
OH-äquivalente Säure mit Kaliumhydroxid<br />
(KOH) titriert.<br />
Die OH-Zahl ist als die notwendige Menge KOH in<br />
mg pro g Polyol definiert. Verwendet man nicht 1 g<br />
Polyol sondern die Menge MPolyol ergibt sich die<br />
Definition der OHZ wie folgt:<br />
M<br />
OHZ =<br />
M<br />
KOH<br />
Polyol<br />
Bezieht man diese Gleichung nicht auf mg KOH,<br />
sondern auf mMol KOH, müssen beide Seiten der<br />
Gleichung durch 56,1 (Molgewicht <strong>von</strong> KOH) geteilt<br />
werden:<br />
OHZ MKOH<br />
α<br />
=<br />
=<br />
56,<br />
1 M x 56,<br />
1 M<br />
α KOH<br />
Polyol<br />
= Mole KOH<br />
KOH<br />
Polyol<br />
Da aus der Bestimmung der OH-Zahl hervorgeht,<br />
dass jedem Mol KOH ein Mol OH entspricht, kön-<br />
α gleichgesetzt werden:<br />
nen α KOH und OH<br />
OHZ α<br />
=<br />
56,<br />
1 M<br />
OH<br />
Polyol<br />
Durch Umformen erhält man daraus:<br />
OH = α<br />
OHZ x MPolyol<br />
56,<br />
1<br />
Berechnung <strong>von</strong> α NCO :<br />
Gleichung 2<br />
Die Menge an NCO im Polyisocyanat wird normalerweise<br />
in Gew.-% NCO angegeben.<br />
Dafür gilt:<br />
% NCO =<br />
MNCO<br />
x100<br />
M<br />
Polyisocyanat<br />
Berücksichtigt man den Zusammenhang zwischen<br />
Mengen und Molaritäten nach<br />
MNCO α NCO =<br />
42<br />
42 = Molgewicht <strong>von</strong> NCO<br />
und rechnet gleichzeitig <strong>von</strong> Mol auf mMol um, so<br />
erhält man<br />
% NCO = α NCO x 42<br />
1000 x M<br />
Polyisocyanat<br />
Hieraus lässt sich durch Umformung α NCO berech-<br />
nen:<br />
NCO = α<br />
% NCO x MPolyisocyanat<br />
4,<br />
2<br />
Gleichung3<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Berechnung des Polyisocyanatanteils einer Rezeptur:<br />
Setzt man die Gleichungen 2 und 3 in Gleichung 1<br />
ein, so kann man daraus berechnen, wieviel Polyisocyanat<br />
für eine bestimmte Menge Polyol bei<br />
einer vorgegebenen Kennzahl notwendig ist:<br />
KZ =<br />
=<br />
% NCO x<br />
% NCO x<br />
M<br />
Polyisocyanat<br />
4,<br />
2 x OHZ xM<br />
M<br />
Polyisocyanat<br />
OHZ xM<br />
Polyol<br />
Seite 12 <strong>von</strong> 51<br />
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Polyol<br />
x1336<br />
Durch Umformen folgt für<br />
M<br />
Polyisocya nat<br />
x 56,<br />
1<br />
OHZ xM<br />
Polyol<br />
=<br />
xKZ<br />
1336 x % NCO<br />
Gleichung 4<br />
Diese Formel ermöglicht es, für eine gegebene<br />
Menge Polyol bei Kenntnis der OH-Zahl und des<br />
NCO-Gehalts des Polyisocyanates die bei einer<br />
bestimmten Kennzahl notwendige Menge Polyisocyanat<br />
zu berechnen.<br />
3.2 Vorbereitung der Reaktionskomponenten<br />
Enthält die Polyolkomponente bereits die für die<br />
Verschäumung notwendigen Zusatzstoffe, ist vor<br />
der Verarbeitung lediglich für eine Temperierung -<br />
wie auch bei dem Polyisocyanat - auf zum Beispiel<br />
20 °C zu sorgen. In den meisten Fällen wird die<br />
Polyolkomponente ohne Aktivator und Treibmittel<br />
geliefert. Beide Zusatzstoffe sind dann nach der<br />
Temperierung zuzufügen. Zu beachten ist hier,<br />
dass auch das Treibmittel vorher temperiert werden<br />
sollte.<br />
Eine bestimmte konstante Temperatur ist erforderlich,<br />
um einen gleichbleibenden Reaktions- und<br />
Schäumvorgang zu gewährleisten (siehe Kapitel<br />
3.3). Werden dem Polyol auch Flammschutzmittel,<br />
Wasser, Stabilisatoren usw. zugesetzt, sollte berücksichtigt<br />
werden, dass der beim Vermischen<br />
einsetzende Lösevorgang Zeit benötigt. Dies bedeutet,<br />
dass nach Beendigung des Mischens die<br />
Polyolkomponente möglicherweise noch nicht ihre<br />
endgültige Qualität erreicht hat. Besonders beim<br />
Einmischen <strong>von</strong> Wasser ist dieser Hinweis zu beachten.<br />
Eine frische Polyolmischung kann sich bei<br />
der Verschäumung merklich anders verhalten als<br />
eine gelagerte. Dieses mögliche Verhalten der Polyolmischung<br />
ist zu ermitteln. Um Probleme zu vermeiden,<br />
empfiehlt es sich, die Polyolmischung ohne<br />
Treibmittel kurzzeitig auf 50 °C zu erwärmen oder 1<br />
bis 2 Stunden stehen zu lassen.<br />
Ähnliche Effekte können auch beim Einmischen des<br />
Treibmittels auftreten, allerdings ist ihre Auswirkung<br />
meistens unerheblich.<br />
3.3 Das Reaktionsgemisch und die<br />
Schaumbildung<br />
Zur Schaumstoffherstellung werden die vorbereiteten,<br />
mit Zusatzmitteln versehenen und temperierten<br />
Rohstoffe, d. h. Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente,<br />
intensiv miteinander vermischt.<br />
Die Reaktion setzt nach kurzer Zeit ein und läuft<br />
unter Wärmeentwicklung ab. Das Reaktionsgemisch<br />
wird durch die freiwerdenden Treibgase stetig<br />
aufgebläht, bis infolge fortschreitender Vernetzung<br />
das Reaktionsprodukt den festen Zustand<br />
erreicht, wobei die Schaumstruktur erhalten bleibt.<br />
Zur Charakterisierung des Reaktions- und Schäumvorgangs<br />
dienen die folgenden Zeitangaben:<br />
• Die Mischzeit oder Rührzeit gibt die Zeit<br />
an, die zum Vermischen der Reaktionspartner<br />
benötigt wird.<br />
• Die Start- und Liegezeit ist die Zeit, die<br />
vom Start der Vermischung der Reaktionspartner<br />
bis zum sichtbaren Schäumbeginn<br />
des Gemisches verstreicht. Dies ist in vielen<br />
Fällen durch einen Farbumschlag deutlich<br />
zu erkennen. Bei langsam reagierenden<br />
Gemischen erfordert dies einen geübten<br />
Blick.<br />
• Die Abbindezeit oder Fadenzeit zeigt den<br />
Übergang des Reaktionsgemischs vom<br />
flüssigen in den festen Zustand an. Sie entspricht<br />
in etwa dem Gelpunkt. Bei Erreichen<br />
dieses Zeitpunkts kann mit einem Reaktionsumsatz<br />
<strong>von</strong> ca. 50 % gerechnet<br />
werden. Die Abbindezeit wird gemessen,<br />
indem z. B. ein Holzstab wiederholt in das<br />
schon weit aufgetriebene Reaktionsgemisch<br />
getaucht und wieder herausgezogen<br />
wird und festgestellt wird, wann der Stab<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Fäden nach sich zieht. Die Zeitmessung<br />
beginnt mit dem Mischen.<br />
• Die Steigzeit und Klebfreizeit:<br />
• Nach dem Abbinden verlangsamt der<br />
Schaum seine Steiggeschwindigkeit. Der<br />
Zeitraum vom Mischbeginn bis Ende des<br />
optisch wahrnehmbaren Aufsteigens heißt<br />
Steigzeit. Die Oberfläche des Schaumstoffs<br />
ist nach Beendigung des Steigvorgangs<br />
noch klebrig. Durch wiederholtes Abtasten<br />
der Schaumoberfläche mit einem<br />
Holzstab wird der Zeitpunkt der Klebfreiheit<br />
Bild 7: Laborversuch: Messung der Abbindezeit<br />
Seite 13 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
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ermittelt. Die Zeit vom Mischbeginn bis zum<br />
Erreichen der Klebfreiheit heißt Klebfreizeit.<br />
• Die Abblaszeit:<br />
• Offenzellige Schaumstoffe können nach einer<br />
gewissen Zeit ihre Oberfläche öffnen<br />
und überschüssiges Treibgas abblasen.<br />
Die Zeit vom Mischbeginn bis zum beginnenden<br />
Abblasen wird Abblaszeit genannt.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die Reaktionszeiten sind <strong>von</strong> der Temperatur der<br />
Reaktionskomponenten, also des Reaktionsgemisches<br />
abhängig. Mit steigender Temperatur verkürzen<br />
sich die Reaktionszeiten. Beträgt die Abbindezeit<br />
bei 20 °C Ausgangstemperatur 100 s, verkürzt<br />
sie sich bei 30 °C z. B. auf 60 s. Die Abbindezeit<br />
gibt die sicherste und genaueste Auskunft über die<br />
Reaktivität, weshalb sie fast ausschließlich zur<br />
Festlegung der Reaktionsgeschwindigkeit herangezogen<br />
wird. Vergleichende Angaben zur Reaktivität<br />
müssen sich stets auf gleiche Temperaturen beziehen.<br />
Über die Entstehung des Schaums gibt es verschiedene<br />
Theorien. Die meisten gehen <strong>von</strong> einer<br />
Nukleierung (Bläschenbildung) in der Entstehungsphase<br />
aus. Ob sämtliche im fertigen Schaum<br />
vorhandenen Zellen bereits in der frühen Entstehungsphase<br />
vorliegen, ist unklar. Es ist anzunehmen,<br />
dass eine Übersättigung des flüssigen Reaktionsgemisches<br />
mit dem gebildeten Treibgas und<br />
eine Hohlraumbildung (Kavitation) bei der Vermischung<br />
der Rohstoffe für die Nukleierung verantwortlich<br />
sind. Auch die Bildung einer feinen Gasdispersion<br />
(Luft, bereits gebildetes Treibgas) beim<br />
Vermischen dürfte eine wichtige Rolle spielen.<br />
Bild 8: Zellwachstum bei der Entstehung <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
Seite 14 <strong>von</strong> 51<br />
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In dieser frühen Schaumentstehungsphase ist die<br />
Anwesenheit oberflächenaktiver Verbindungen, wie<br />
sie die Schaumstabilisatoren darstellen, <strong>von</strong> ausschlaggebender<br />
Bedeutung.<br />
Die kugelförmigen dispergierten Gasbläschen<br />
wachsen zunächst durch Eindiffundieren des entwickelten<br />
Treibgases. Dieser Vorgang dauert so lange<br />
an, bis ein bestimmtes Volumen erreicht ist, bei<br />
dem die dichteste Kugelpackung in der flüssigen<br />
Matrix vorliegt. Wird dieses Volumen überschritten,<br />
wandelt sich der Kugelschaum in ein System polyedrischer<br />
Zellen - hauptsächlich Pentagon-Dodekaeder<br />
- um. Die Hauptmenge der Polymerflüssigkeit<br />
befindet sich hier in den Gerüststegen, während<br />
dünne Membranen als Seitenflächen die einzelnen<br />
Zellen <strong>von</strong>einander trennen. Dieses Zellwachstum<br />
ist in Abbildung 8 dargestellt.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die endgültige Struktur und Masseverteilung erreicht<br />
der Schaum mit der Abbindezeit. Das Bild<br />
<strong>von</strong> kugelförmigen Zellen und entsprechenden polyedrischen<br />
Strukturen trifft auf die Praxis nicht vollkommen<br />
zu. Da der Schaum in der Expansionsphase<br />
eine strömende Bewegung ausübt und die<br />
Zellen sich gegenseitig behindern, nehmen diese<br />
eine gestreckte Form an, d. h., der Durchmesser in<br />
Bild 9: Aufbau einer Schaumzelle<br />
Seite 15 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
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Strömungsrichtung ist größer als senkrecht hierzu.<br />
Man spricht <strong>von</strong> Zellorientierung. Diese Streckung<br />
der Zellen, die beim Aushärten des Schaumes erhalten<br />
bleibt, wenn der Schaum zuletzt nicht in seiner<br />
Ausdehnung behindert wird, spiegelt sich in den<br />
Schaumstoffeigenschaften wider. So kann die<br />
Druckfestigkeit in Schäumrichtung bis zu dreimal so<br />
hoch sein wie senkrecht dazu.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 10: Querschnitte und Außenansichten der Schaumsäulen<br />
Abbildung 10 veranschaulicht das Strömen des<br />
Reaktionsgemischs in der Aufschäumphase und<br />
verdeutlicht die Auswirkungen. In einem Becherglas<br />
wurden am Boden konzentrische Kammern eingeordnet<br />
und diese gleichzeitig mit unter<br />
schiedlich eingefärbten Reaktionsgemischen auf<br />
gleiche Höhe gefüllt. Um einzelne Zeitphasen darstellen<br />
zu können, wurden eine Reihe <strong>von</strong> Bechergläsern<br />
mit steigenden Reaktionsgemischmengen<br />
beschickt.<br />
Je nach Rohstoffsystem, Reaktivität, Schaumvolumen<br />
und -dichte treten im Schaumstoffkern Temperaturen<br />
zwischen 120 und 180 °C auf. Infolge der<br />
Erwärmung steigt der Gasdruck in den Zellen ent<br />
Seite 16 <strong>von</strong> 51<br />
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sprechend an. Der Gasdruck muss <strong>von</strong> den Zellstegen<br />
und -membranen aufgenommen werden.<br />
Der zeitliche Verlauf der Volumenausdehnung (Aufsteigen<br />
des Schaumes), des Drucks und der Temperatur<br />
während des Schaum- und Aushärtevorgangs<br />
ist in der folgenden Abbildung dargestellt.<br />
Zur Aufnahme der Messdaten wurde ein senkrecht<br />
angeordnetes Rohr vom unteren Ende her ausgeschäumt<br />
(siehe Seite 30):<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 11: Steigverhalten <strong>von</strong> verschiedenen Schaumsystemen<br />
Die Steiggeschwindigkeit des Schaumes hängt <strong>von</strong><br />
der Zusammensetzung des Reaktionsgemischs ab.<br />
Besonders stark macht sich hier die unterschiedliche<br />
Wirkung der verwendeten Aktivatoren bemerkbar.<br />
Das folgende Diagramm zeigt das Aufsteigen<br />
Seite 17 <strong>von</strong> 51<br />
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und die Steiggeschwindigkeit des Schaums beim<br />
Einsatz <strong>von</strong> Aktivatoren, die die Treibreaktion, d. h.<br />
die CO2-Entwicklung, und die <strong>Polyurethan</strong>bildung in<br />
unterschiedlichem Maß beschleunigen<br />
.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 12: Unterschiedliches Steigverhalten bei verschiedenen Katalysatoren (Aktivierung eingestellt auf gleiche<br />
Abbindezeit)<br />
Wie zu erkennen ist, werden der Schäumbeginn<br />
und die maximale Steiggeschwindigkeit durch die<br />
unterschiedlichen Aktivatoren stark verschoben.<br />
Auch das Steigvermögen (Steighöhe) ändert sich.<br />
Seite 18 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Diese Möglichkeit der Einflussnahme auf Schäum-<br />
und Reaktionsverlauf wird genutzt, wenn Rohstoffsysteme<br />
für bestimmte Anwendungen einzustellen<br />
sind.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die Volumenvergrößerung des entstehenden<br />
Schaums wird durch den Druck der umgebenden<br />
Luft mitbestimmt. Mit steigendem Luftdruck verringert<br />
sich die Volumenausdehnung und umgekehrt.<br />
Die wetterbedingten Luftdruckänderungen haben<br />
einen merklichen Einfluss auf die Schaumstoffdich-<br />
Bild 13: Abhängigkeit des Schaumvolumens/der Schaumstoffdichte vom Luftdruck<br />
Entsprechend erhält man an Schäumorten unterschiedlicher<br />
Höhenlagen unterschiedliche Schaumstoffdichten.<br />
Bei der Bestimmung der Schaumstoffdichte empfiehlt<br />
es sich daher, bei der <strong>Herstellung</strong> des<br />
Schaumstoffs den Luftdruck zu berücksichtigen.<br />
Häufig wird der <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> zwischen<br />
Deckschichten in komplizierten Hohlräumen herge-<br />
Seite 19 <strong>von</strong> 51<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
te. Bei gleicher Treibmittelkonzentration des Reaktionsgemischs<br />
erhält man Schaumstoffe unterschiedlicher<br />
Dichte, wenn bei verschiedenen Luftdrücken<br />
geschäumt wird. An einem Freischaum<br />
(Schaum kann ungehindert aufsteigen) wurden<br />
luftdruckabhängig die folgenden Dichten gemessen:<br />
stellt. Auch hier muss der Schaum gegen den Umgebungsluftdruck<br />
aufsteigen. Eine ungewöhnliche<br />
Luftdruckerhöhung kann bewirken, dass der Hohlraum<br />
mit der vorgegebenen Reaktionsgemischmenge<br />
nicht mehr vollständig ausgeschäumt wird.<br />
Die luftdruckbedingte Änderung der Schäumhöhe<br />
ist am Beispiel der Ausschäumung eines senkrecht<br />
angeordneten Rohres im folgenden Diagramm dargestellt.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 14: Ausschäumung eines senkrecht angeordneten Rohres<br />
3.4 Allgemeine Regeln für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong><br />
<strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>en<br />
Um bei der <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen bestimmte<br />
Parameter und Vorschriften beachtet werden.<br />
Für Anwendungen im Bausektor wird <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
überwiegend zwischen Deckschichten<br />
erzeugt, die planparallel zueinander angeordnet<br />
sind. Der Schaum muss den Hohlraum zwischen<br />
zwei Deckschichten ausfüllen. Ein Rahmen an den<br />
Kanten der Deckschichten sorgt in den meisten<br />
Fällen für eine Begrenzung der Schaumausbreitung.<br />
In seiner Entstehungsphase verklebt der<br />
Schaum mit den Deckschichten, woraus je nach<br />
Deckschichtmaterial und Oberflächenqualität ein<br />
mehr oder weniger stabiler Verbund entsteht.<br />
Die Eigenschaften des Schaumstoffs hängen weitgehend<br />
<strong>von</strong> der Dichte des Schaumstoffs ab (siehe<br />
hierzu Technische Information "Technische Eigenschaften<br />
<strong>von</strong> <strong>Polyurethan</strong> (<strong>PUR</strong>)-Hartschaum als<br />
Dämmstoff im Bauwesen" [4]). Demzufolge muss<br />
die Dichte eingestellt werden, wenn bestimmte Eigenschaften<br />
erzielt werden sollen. Dies geschieht<br />
durch die Auswahl des Rohstoffsystems und durch<br />
Anpassung des Treibmittelgehalts. Im Allgemeinen<br />
ist die an einem Freischaum ermittelte Dichte bei<br />
der Hohlraumausschäumung nicht realisierbar. Der<br />
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Reibungswiderstand an den Deckschichten behindert<br />
die Expansion des schäumenden Reaktionsgemischs.<br />
Dieser Effekt wird durch den Gegendruck<br />
der zu verdrängenden Luft verstärkt. Wie<br />
bereits erwähnt, übt der Schaum eine strömende<br />
Bewegung aus, die eine Zellorientierung mit entsprechender<br />
Beeinträchtigung der Schaumstoffeigenschaften<br />
bewirkt. Die Zellorientierung kann<br />
durch "Verdichten" des Schaumstoffs vermindert<br />
werden, d. h. man füllt mehr Reaktionsgemisch ein<br />
als zur Ausschäumung des Hohlraums nötig ist. Die<br />
Reaktionsgemischmenge sollte so bemessen sein,<br />
dass der Schaum den Hohlraum vor dem Abbinden<br />
ausfüllt. Aus diesem Grund wird die Dichte des<br />
Freischaums deutlich niedriger eingestellt als die<br />
des herzustellenden Schaumstoffs. Das Verdichten<br />
des Schaums hat einen beachtlichen Schäumdruck<br />
zur Folge, der bis zum Aushärten des<br />
Schaumstoffes <strong>von</strong> einer geeigneten Vorrichtung (z.<br />
B. Presse, Stützform) aufgenommen werden muss,<br />
um die gewünschten Dimensionen einzuhalten. Der<br />
Druck hängt vom Verdichtungsgrad E ab. Dieser<br />
ist definiert durch<br />
Solldichte des Schaumstoffes<br />
E =<br />
Dichte des Freischaumes<br />
Tabelle 2 zeigt die Abhängigkeit des Drucks vom<br />
Verdichtungsgrad (gültig für den Dichtebereich um<br />
35 kg/m 3 ).<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Tabelle 2: Druck in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad<br />
Der hergestellte Schaumstoff muss so lange in der<br />
Presse oder Form verbleiben, bis bei Entnahme nur<br />
noch eine geringe, tolerierbare Dimensionsänderung<br />
auftritt.<br />
Die Verweilzeit bestimmt unter anderem die Wirtschaftlichkeit<br />
der Produktion. Bei Unterschreiten der<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
Mindestverweilzeit kann der Schaumstoff stark<br />
ausbauchen und sogar im Kernbereich aufreißen.<br />
Das nachstehende Diagramm zeigt die Dickenänderung<br />
einer Schaumstoffplatte in Abhängigkeit <strong>von</strong><br />
der Formverweilzeit.<br />
Bild 15: Dickenänderung einer Schaumstoffplatte in Abhängigkeit <strong>von</strong> der Formverweilzeit<br />
Die zu <strong>Polyurethan</strong>, Polyharnstoff und Polyisocyanurat<br />
führenden Reaktionen laufen unter Wärmeentwicklung<br />
ab. Um die Reaktionsgeschwindigkeit<br />
auf ausreichend hohem Niveau zu halten, sollte<br />
zunächst nur wenig Reaktionswärme über die<br />
Schaumstoffoberfläche abgeleitet werden. Bereits<br />
beim Auftrag des Reaktionsgemischs auf ein Deck-<br />
schicht- bzw. Formenmaterial sollte der Wärmeentzug<br />
gering sein. Aus diesem Grund wird empfohlen,<br />
die Deckschicht, die Form bzw. die Stützvorrichtung<br />
schaumseitig auf 30 - 45 °C vorzuwärmen.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bei der <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> PIR-<strong>PUR</strong>-Schaumstoffen<br />
sollte die Temperatur noch deutlich höher (bis<br />
60 °C) sein. Allerdings können bei diesen verhältnismäßig<br />
hohen Temperaturen Treibmittelverluste<br />
auftreten, die sich durch erhöhte Schaumstoffdichte<br />
und auch durch größere Hohlstellen/Blasen im<br />
Schaumstoff bemerkbar machen.<br />
Auch in der Aushärtephase, wenn der Schaum den<br />
vorgegebenen Raum ausgefüllt hat, sollte sich der<br />
Wärmeabfluss über die Deckschichten und die<br />
Stützvorrichtung in Grenzen halten. Andernfalls<br />
kann der Schaumstoff oberflächlich verspröden und<br />
die Haftung an der Deckschicht unzureichend ausfallen.<br />
Das Reaktionsgemisch sollte so in den Hohlraum<br />
eingetragen werden, dass der aufsteigende<br />
Schaum sich gleichmäßig ohne Überwälzungen<br />
ausbreitet und die Luft vollständig verdrängt. Entlüftungslöcher<br />
sind so anzubringen, dass der Schaum<br />
sie erst erreicht, wenn die Luft verdrängt ist. Auf<br />
diese Weise lassen sich Lufteinschlüsse vermeiden.<br />
Es empfiehlt sich auch, die Form bzw. Stützvorrichtung<br />
in eine Position z. B. durch Neigung) zu<br />
bringen, durch die die Fließrichtung des aufsteigenden<br />
Schaums vorgegeben ist. Bei kontinuierlichem<br />
Mischen der Reaktionskomponenten (z. B. mit Maschinen)<br />
und Eintragen des Reaktionsgemisches in<br />
einen Hohlraum ist zu vermeiden, dass flüssiges<br />
Reaktionsgemisch in bereits schäumendes eingetragen<br />
wird.<br />
4. Verfahren zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
4.1 Handmischmethode<br />
Als Handmischmethode bezeichnete man ursprünglich<br />
das Vermischen der Rohstoffe mit Hilfe eines<br />
Rührstabs. Diese Bezeichnung wird heute auch<br />
dann verwendet, wenn die in ein Mischgefäß eingebrachten<br />
Komponenten mit einem elektrisch angetriebenen<br />
Rührwerk vermischt werden.<br />
Die Handmischmethode wird vornehmlich zur Entwicklung<br />
und Überprüfung <strong>von</strong> Rohstoffsystemen<br />
im Labormaßstab und zur <strong>Herstellung</strong> kleinerer<br />
Hartschaumblöcke angewandt.<br />
Seite 22 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
4.1.1 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Testschaumstoffen im<br />
Labormaßstab<br />
Zur Bestimmung bzw. Einstellung der Reaktionszeiten<br />
eines Rohstoffsystems und der Schaumstoffrohdichte<br />
werden üblicherweise im Labor kleine<br />
Schaumstoffblöcke mit einem Volumen <strong>von</strong> 5 - 10 l<br />
hergestellt. Da die Ergebnisse reproduzierbar sein<br />
müssen, sind stets die gleiche Herstellweise und<br />
die gleichen Herstellbedingungen einzuhalten.<br />
Für die <strong>Herstellung</strong> empfehlen sich die folgenden<br />
Geräte:<br />
1 Pendraulik-Labormischer, Typ LM-34 mit Fußschalter<br />
(Pendraulik, Maschinen- und Apparate<br />
GmbH, D-31832 Springe, Telefax: 05 41/50 29)<br />
1 Kunststoffbehälter mit Spülflüssigkeit zum Reinigen<br />
des Rührtellers<br />
1 Lenart-Rapid-Rührer (Maschinenfabrik Paul Vollrath,<br />
Max-Planck-Str. 13, 50354 Hürth, Tel.: 0 22<br />
33/7 98 90)<br />
Pappbecher, spiralgewickelt mit angebördelten<br />
Blechböden, 140/137 x 96 x 1 [mm] (Brüggen &<br />
Söhne, Postfach 5 23 03, 52399 Düren)<br />
1 Stoppuhr (Messgenauigkeit 1 Sek.)<br />
2 Thermometer mit 0,1 °C-Einteilung<br />
1 Waage (0,1 g-Einteilung)<br />
Holzstäbe ca. 200 x 2 [mm]<br />
Testpäckchen (aus Packpapier gefaltet, Grundfläche<br />
20 x 20 cm 2 , Höhe 14 cm)<br />
1 Bandsäge (zum Schneiden <strong>von</strong> Probekörpern) mit<br />
Tischabsaugung Staubfilter für den Arbeiter beim<br />
Sägen<br />
Geeignetes Temperiergefäß für Reaktionskomponente<br />
in Pappbecher (z. B. Dewar- Gefäß mit Trockeneis)<br />
1 Barometer zum Messen des Luftdrucks<br />
Die Temperatur der verwendeten Rohstoffe sollte<br />
über 23 °C liegen. Das Temperieren auf Soll-<br />
Temperatur (z. B. 20 °C oder 23 °C) kann dann<br />
durch einfaches Abkühlen erfolgen (siehe unten).<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Entsprechend der Verschäumungsrezeptur werden<br />
das Polyol sowie die Zusatzmittel in einen Pappbecher<br />
eingewogen und durch Rühren intensiv vermischt.<br />
Wichtig ist, dass kein Rohstoff am Rührer<br />
haften bleibt. Deshalb empfiehlt es sich, den laufenden<br />
Rührer aus der Mischung zu heben, um<br />
eventuelle Rohstoffreste abzuschleudern.<br />
Während des Mischens sollte die Rührerdrehzahl<br />
allmählich gesteigert werden, um ein Herausspritzen<br />
des Gemisches zu vermeiden. Durch Rückwägen<br />
muss nun die Menge des durch Verdunsten<br />
verlorengegangenen Treibmittels festgestellt werden.<br />
Der Verlust ist zu ersetzen.<br />
Anschließend wird in einen separaten Pappbecher<br />
etwa das 1,5-fache der in der Rezeptur genannten<br />
Polyisocyanat-Menge eingewogen.<br />
Der Inhalt des Pappbechers wird auf eine der oben<br />
angegebenen Solltemperaturen ± 0,5 °C eingestellt.<br />
Wegen der höheren Ausgangstemperatur müssen<br />
die Rohstoffe abgekühlt werden. Dies geschieht<br />
durch mehrmaliges kurzes Eintauchen in das Temperiergefäß<br />
bei gleichzeitigem Rühren mit einem<br />
Thermometer.<br />
In den Pappbecher mit der Polyol-Mischung wird<br />
nun die gemäß Rezeptur einzusetzende Menge<br />
Polyisocyanat aus dem zweiten Pappbecher zügig<br />
eingewogen. Der Rührer wird eingeschaltet, bei<br />
geringer Laufgeschwindigkeit in die Flüssigkeit eingetaucht<br />
und auf Soll-Drehzahl (z. B. 1000 U/min)<br />
eingestellt. Gleichzeitig mit dem Eintauchen des<br />
Rührers ist die Stoppuhr anzuschalten Die Rührzeit<br />
beträgt üblicherweise 10 - 15 s. Das Reaktionsgemisch<br />
wird sofort nach dem Vermischen in ein<br />
Testpäckchen aus Packpapier gegossen, und es<br />
erfolgt nun die Bestimmung <strong>von</strong> Startzeit, Abbindezeit,<br />
Steigzeit und Klebfreizeit.<br />
Das Testpäckchen sollte auf ein wärmedämmendes<br />
Material, z. B. eine Schaumstoffplatte, gestellt werden,<br />
damit sich die Temperatur des Reaktionsgemischs<br />
beim Eingießen nicht verändert und dem<br />
entstehenden Schaumstoff im Bodenbereich nicht<br />
zu viel Wärme entzogen wird.<br />
Zur Bestimmung der Rohdichte können Würfel mit<br />
einer Kantenlänge <strong>von</strong> 10,0 cm aus dem Kernbereich<br />
des Schaumstoffblocks herausgesägt werden.<br />
Dies sollte erst nach dem Abkühlen des Schaumstoffes<br />
geschehen.<br />
Seite 23 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
4.1.2 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>-<br />
blöcken nach dem Handmischverfahren<br />
Blockware wird in Form <strong>von</strong> Platten und anderen<br />
Zuschnitten, z. B. Rohrhalbschalen, verwendet. Aus<br />
geschnittenen Platten lassen sich durch Verkleben<br />
mit Deckschichten Verbundelemente verschiedenster<br />
Art herstellen.<br />
Die "Handverschäumung" ist die einfachste Methode<br />
zur <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> kleinen Schaumstoffblöcken.<br />
Sie erlaubt die Verarbeitung auch hochviskoser<br />
Rohstoffe und das einfache Einmischen <strong>von</strong> Feststoffen<br />
und Pasten (z. B. Farbpasten). Außerdem<br />
sind nur geringe Investitionen erforderlich. Nachteile<br />
der Handverschäumung sind die hohe Arbeitsintensität<br />
und der Rohstoffverlust (im Mischgefäß<br />
verbleibender Rest).<br />
Für eine Ansatzmenge <strong>von</strong> ca. 50 kg werden die<br />
folgenden Einrichtungen benötigt:<br />
• Mischgefäße <strong>von</strong> ca. 100 l Inhalt<br />
• Ein schnelllaufender Rührer, der Auf- und<br />
Ab- sowie Kreisbewegungen gestattet (in<br />
einfachen Fällen genügt eine Handbohrmaschine<br />
mit Rührelement)<br />
• Eine Waage mit Messbereich bis 100 kg<br />
• Eine Waage mit Messbereich 1 - 2 kg und<br />
1 g Messgenauigkeit bzw. Messzylinder für<br />
Kleinmengen<br />
• Schutzbrillen und Handschuhe<br />
• Absaugvorrichtung<br />
• Reinigungsmittel<br />
Die Gesamtmenge MA des Ansatzes ergibt sich aus<br />
dem Volumen V der auszuschäumenden Form, der<br />
gewünschten mittleren Rohdichte RD, der im<br />
Mischbehälter verbleibenden Menge MV an Reaktionsgemisch<br />
und der Auftriebsdifferenz A zwischen<br />
dem flüssigen Reaktionsgemisch und dem fertigen<br />
Schaumstoff (= Gewicht der verdrängten Luft, ca.<br />
1,2 kg/m 3 bei 20 °C) sowie aus dem beim Mischen<br />
und Aufsteigen des Reaktionsgemischs entstehenden<br />
Verlust MG an Treibmittel.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Damit ist<br />
MA = V x RD + V x A + MV<br />
+ MG<br />
Seite 24 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Gleichung 5<br />
Die Mengen MK der Komponenten werden wie folgt<br />
berechnet:<br />
M<br />
K<br />
Gesamtmenge<br />
MA<br />
=<br />
Σ der Gewichtsteile<br />
lt.<br />
Re zeptur<br />
Gew.-Teile der Komponente lt. Rezeptur<br />
Hierzu ein Beispiel:<br />
Volumen des Formteils V = 1,2 m 3<br />
Gewünschte mittlere Rohdichte RD = 35 kg/m 3<br />
Auftriebsdifferenz A = 1,2 kg/m 3<br />
Verbleibende Menge im Mischbehälter MV = 2 kg<br />
(aus Versuchen ermittelt)<br />
Treibmittelverlust MG = 1 kg<br />
(aus Versuchen ermittelt)<br />
Aus Gleichung 5 ergibt sich für die Ansatzmenge:<br />
MA = 1,2 m 3 · 35 kg/ m 3 + 1,2 m 3 · 1,2 kg/ m 3 + 2 kg<br />
+ 1 kg<br />
= 42 kg + 1,44 kg + 2kg + 1kg<br />
= 46,44 kg<br />
Rezeptur:<br />
100 Gew.- Teile Polyol<br />
20 Gew.- Teile Treibmittel<br />
2 Gew.-Teile Aktivator<br />
120 Gew.-Teile Polyisocyanat<br />
242 Gew.-Teile Insgesamt<br />
Die Einzelmengen sind damit:<br />
46,<br />
44<br />
242<br />
Baymer-Polyol MPolyol = x100<br />
19,<br />
190kg<br />
46,<br />
44<br />
242<br />
Treibmittel MTM = x 20 3,<br />
838kg<br />
Aktivator MDesmorapid = x 2 = 0,<br />
384kg<br />
=<br />
46,<br />
44<br />
242<br />
=<br />
46,<br />
44<br />
242<br />
Polyisocyanat MDesmodur = x120<br />
= 23,<br />
023kg<br />
Die Form, in der der Schaumstoff entsteht und ausreagiert,<br />
kann im einfachsten Fall eine Holzkiste<br />
sein. Damit leichter entformt werden kann, sollten<br />
die Innenflächen glatt sein. Entweder trennt man<br />
mit Papieren (z. B. Polyethylenbeschichtetes Kraftpapier<br />
oder Natronkraftpapier), die vor dem<br />
Schäumen in die Form eingelegt bzw. geklebt werden,<br />
oder aber durch Trennmittel (z. B. Trennwachse).<br />
Im letztgenannten Fall ist eine Auskleidung der<br />
Formwände mit Blech (z. B. Aluminiumblech) oder<br />
melaminharzbeschichtete Platten sinnvoll.<br />
Lieferanten für Trennmittel sind z. B.:<br />
Acmos Chemie GmbH & Co.<br />
Industriestr. 37 + 49<br />
D-28199 Bremen<br />
Tel.: (+49) 4 21 51 89-0<br />
Fax: (+49) 4 21 51 14 15<br />
IGEFA GmbH<br />
Europaallee 68-72<br />
D-50226 Frechen<br />
Tel.: (+49) 22 34 9 57 21-0<br />
Fax: (+49) 22 34 5 21 37<br />
Goldschmidt AG<br />
Goldschmidtstr. 100<br />
D-45127 Essen<br />
Tel.: (+49) 201 173-01<br />
Fax: (+49) 201 173-3000<br />
Blöcke werden wie folgt hergestellt:<br />
Die Form wird aufgestellt und innenwandig mit einem<br />
Trennmittel versehen. Auf der Waage wird der<br />
Mischbehälter austariert, Polyol, Treibmittel und<br />
Aktivator werden eingegossen und vermischt. Für<br />
die Reihenfolge des Eingießens gilt: Große Mengen<br />
vor kleinen und niedrigviskose Produkte vor hochviskosen.<br />
Zum Schluss wird die Polyisocyanatkomponente<br />
eingewogen, oder eine abgewogene Menge<br />
hinzugegossen. Die Komponenten müssen innerhalb<br />
der zum Teil sehr kurzen Startzeit (ca. 15<br />
bis 40 s) gut miteinander vermischt und in die Form<br />
eingegossen werden.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 16: Stirnseite einer Blockform<br />
Bild 17: Seitenansichten und perspektivische Ansicht einer Blockform<br />
Seite 25 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Am einfachsten ist das Schäumen in offenen Formen.<br />
Das Reaktionsgemisch wird in eine offene<br />
Holzkiste eingebracht, schäumt auf und bildet einen<br />
Schaumstoffblock. Obwohl der entstehende Druck<br />
auf die Seitenwände relativ niedrig ist, muss man<br />
ihn bei der Auslegung der Form wegen der großen<br />
Flächen berücksichtigen. Bei <strong>PUR</strong>-Blöcken wurde<br />
ein Druck <strong>von</strong> ca. 0,1 bar bei einer Rohdichte <strong>von</strong><br />
35 kg/m 3 und ca. 0,15 bar bei einer Rohdichte <strong>von</strong><br />
60 kg/m 3 gemessen. PIR-Schaumstoffe entwickeln<br />
einen deutlich höheren Druck.<br />
Dem Druckaufbau kann begegnet werden, indem<br />
man die Form bereits 5 bis 15 min. nach dem<br />
Schäumen des Blocks öffnet und den Schaum frei<br />
expandieren lässt. Zu diesem Zweck löst man zwei<br />
aneinander stoßende Wände der Form. Der nun<br />
über die Formenabmessungen hinaus wachsende<br />
Schaumstoffblock sollte sich ungehindert über die<br />
Kante der Bodenplatte schieben können. Öffnet<br />
man die Form nicht nach diesen kurzen Zeiten,<br />
sollte damit nun einige Stunden gewartet werden,<br />
um ein starkes Ausbauchen und gar Reißen des<br />
Blockes zu vermeiden. Der Block sollte entformt<br />
werden, wenn der Druck auf die Form genügend<br />
klein geworden ist. Der Zeitpunkt ist experimentell<br />
zu ermitteln.<br />
Bild 18: Schäumen gegen schwimmenden Deckel<br />
Bei einigen Anwendungen darf der Schaumstoff nur<br />
eine sehr geringe Zellorientierung aufweisen. Diese<br />
kann dadurch erreicht werden, indem das Reaktionsgemisch<br />
in eine allseitig verschließbare Form<br />
eingebracht und der Schaum stärker verdichtet<br />
wird. Der auf der Form lastende Druck ist entsprechend<br />
höher (siehe Kapitel 3: "Allgemeine Regeln<br />
Seite 26 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
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Der frei aufsteigende Schaum bildet eine Kuppe;<br />
seine Zellen sind vorwiegend vertikal orientiert (anisotrop).<br />
Die Kuppenbildung, die eine Menge Abfall<br />
beim Zuschneiden verursachen kann, lässt sich<br />
vermindern, wenn man den Schaum gegen einen<br />
schwimmenden Deckel aufsteigen lässt. Nachdem<br />
sich das eingefüllte Reaktionsgemisch am<br />
Formboden verteilt und der Aufschäumvorgang<br />
begonnen hat, wird ein Deckel aufgelegt, der auf<br />
der Oberfläche des Reaktionsgemisches schwimmt<br />
und vom Schaum hochgedrückt wird. Die Form<br />
kann auch hier einfach konstruiert sein, sie sollte<br />
jedoch glatte Innenflächen haben, damit sich der<br />
dicht abschließende Deckel nicht verklemmen<br />
kann. Eventuell muss der aufsteigende Deckel <strong>von</strong><br />
Hand etwas geführt werden. Das normale Deckelflächengewicht<br />
beträgt ca. 40 kg/m 2 .<br />
Einen völlig rechteckigen Block kann man erhalten,<br />
wenn der Deckel gegen einen Anschlag stößt, und<br />
so der Schaumstoff leicht verdichtet wird.<br />
für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>."). Bei<br />
dieser Druckverschäumung sind lange Formverweilzeiten<br />
einzukalkulieren, da sonst die Blöcke<br />
aufreißen können.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
4.2 Maschinelle <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
4.2.1 Schäummaschinen und Schäumanlagen<br />
Das Handmischverfahren spielt bei der <strong>Herstellung</strong><br />
<strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>en nur eine untergeordnete<br />
Rolle. Üblicherweise werden <strong>PUR</strong>-Rohstoffe<br />
mit Hilfe <strong>von</strong> Maschinen zu Schaumstoffen verarbeitet.<br />
Schäumanlagen für das Verarbeiten <strong>von</strong><br />
zwei oder mehreren Komponenten bestehen aus<br />
Bild 19: Blockschema einer Schäumanlage<br />
Seite 27 <strong>von</strong> 51<br />
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mindestens einer Schäummaschine und einer<br />
Formgebungseinrichtung. Die Schäummaschine<br />
kann als das Kernstück einer Anlage bezeichnet<br />
werden.<br />
Sie nimmt die flüssigen Komponenten auf, bringt<br />
und hält die Komponenten auf verarbeitungsfähigen<br />
Zustand, dosiert im richtigen Mengenverhältnis,<br />
mischt die Komponenten innig und trägt das Reaktionsgemisch<br />
aus. Das folgende Bild veranschaulicht<br />
die einzelnen Verfahrensschritte.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die beiden Hauptkomponenten Polyol und Polyisocyanat<br />
werden aus ihren Lagerbehältern in Arbeitsbehälter<br />
überführt. Häufig werden reine Zwei-<br />
Komponentensysteme verarbeitet, d. h. alle für die<br />
Reaktion wichtigen Zusatzstoffe wie Aktivatoren,<br />
Stabilisatoren, Treib- oder Flammschutzmittel sind<br />
bereits in den Hauptkomponenten enthalten. Es<br />
besteht aber auch die Möglichkeit, über Vormischstationen<br />
individuelle Abmischungen vorzunehmen<br />
oder die Zusatzkomponenten direkt in die Dosierleitungen<br />
der Pumpenaggregate zuzugeben. In den<br />
Arbeitsbehältern werden die Komponenten in verarbeitungsfähigen<br />
Zustand gebracht, d. h. temperiert<br />
und homogenisiert, und in diesem gehalten.<br />
Dosieraggregate fördern nun die Komponenten in<br />
einem bestimmten Mischungsverhältnis aus den<br />
Arbeitsbehältern zum Mischkopf. Hier treffen die<br />
Reaktionspartner aufeinander und werden zum<br />
Reaktionsgemisch vereinigt. Dieses wird ausgetragen<br />
und schäumt danach auf.<br />
Generell wird zwischen zwei Maschinensystemen<br />
unterschieden: den Niederdruck und den Hochdruckmaschinen.<br />
Beide Systeme sind recht einfach<br />
Bild 20: Prinzip einer Niederdruckmaschine<br />
Seite 28 <strong>von</strong> 51<br />
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zu definieren. Während auf Niederdruckmaschinen<br />
die Komponentenströme im Bereich <strong>von</strong> 3 - 40 bar<br />
ausschließlich Rührwerksmischkammern zugeführt<br />
werden, komprimieren auf Hochdruckmaschinen<br />
Kolbenpumpen die Komponenten auf 150 - 300 bar,<br />
die dann nach dem sogenannten Gegenstrominjektionsprinzip<br />
vermischt werden. Bei diesem<br />
Prinzip wird die erzeugte hohe kinetische Energie<br />
der Komponentenströme beim Eintritt in die Mischkammer<br />
zur Vermischung genutzt.<br />
4.2.1.1 Niederdruckmaschinen<br />
Bei Niederdruckmaschinen werden die Komponenten<br />
meist durch Zahnradpumpen vor Schussbeginn<br />
kurzzeitig im Kreislauf geführt. Einfache Umschaltorgane,<br />
welche <strong>von</strong> Zeituhren angesteuert werden<br />
und somit die Schusslänge bestimmen, sorgen für<br />
den zeitsynchronen Komponenteneintritt in die<br />
Rührwerksmischkammer. Nach Schussende muss<br />
diese Kammer mittels Spülmittel (wässrig) vom<br />
verbliebenen Reaktionsgemisch gereinigt werden.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
4.2.1.2 Hochdruckmaschinen<br />
Hochdruckmaschinen können generell in zwei Kategorien<br />
eingeteilt werden: in das Geradeaus- und<br />
das Kreislaufsystem.<br />
Das Geradeaussystem<br />
Beim älteren Geradeaussystem werden die Komponenten<br />
direkt vom Arbeitsbehälter aus über Dosieraggregate<br />
dem Mischkopf zugeführt, d. h. bei<br />
Schussbeginn bzw. Starten der Dosierpumpen baut<br />
sich in den Hochdruckleitungen zum Mischkopf der<br />
Arbeitsdruck auf. Nach Überwindung der einstellbaren<br />
Federvorspannung öffnen die Einspritzdüsen im<br />
Mischkopf, und der Weg für die eigentliche Injektionsvermischung<br />
ist frei.<br />
Die für eine gute Vermischungsqualität notwendige<br />
Einstellbarkeit des Mischkammerdrucks wird durch<br />
der Mischkammer nachgeschaltete sogenannte<br />
Drallstücke oder durch einfache Lochscheiben<br />
Bild 21: Prinzip einer Hochdruckmaschine (Geradeaussystem)<br />
Seite 29 <strong>von</strong> 51<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
erreicht. Für die Beruhigung des austretenden<br />
Reaktionsgemisches zu einem laminaren Fluss<br />
sorgt ein Umlenkkegel, der das Gemisch aufteilt<br />
und an die Wandung des Auslaufrohrs leitet. Nach<br />
Schussende wird die kleine Injektionsmischkammer<br />
(ca. 0,5 - 2,5 cm 3 ) durch einen kräftigen Luftstoß<br />
gereinigt.<br />
Um ein zeitsynchrones Öffnen der federbelasteten<br />
Düsenelemente zu erreichen bzw. einstellen zu<br />
können, sind in die Hochdruckleitungen sogenannte<br />
Speicherkolben installiert, die eine selbsttätige, einstellbare<br />
Volumenerweiterung des Drucksystemes<br />
ermöglichen und somit den Druckaufbau verzögern<br />
können. Am Schussende werden beide Druckseiten<br />
durch gekoppelte Entlastungsventile, die unterschiedlich<br />
einstellbare Entlastungsbohrungen aufweisen,<br />
schlagartig wieder auf das Ausgangsdruckniveau<br />
gebracht. Die Düsen schließen, und die<br />
Maschine steht für den nächsten Injektionsvorgang<br />
bereit.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Das Kreislaufsystem<br />
Die generelle Unsicherheit bei der Steuerung über<br />
federelastische Elemente sowie die ständig steigenden<br />
Anforderungen an das Endprodukt waren<br />
der Anlass zur Weiterentwicklung der Hochdrucktechnik.<br />
Das Kreislaufsystem - die Komponenten werden<br />
vom Arbeitsbehälter über Dosieraggregat zum<br />
Mischkopf und wieder zurück in den Behälter gelei-<br />
Bild 22: Prinzip einer Hochdruckmaschine (Kreislaufsystem)<br />
4.2.1.3 Dosieraggregate und Mischköpfe<br />
Das Dosieren der Komponenten im richtigen<br />
stöchiometrischen Verhältnis muss reproduzierbar<br />
und mit hoher Genauigkeit erfolgen. So kommen in<br />
Niederdruck- und in Hochdruckmaschinen nur Präzisionspumpen<br />
zur Anwendung. In Niederdruckaggregaten<br />
werden meist Zahnradpumpen bekannter<br />
Bauart eingesetzt. Die Regelung der Ausstoßmenge<br />
wird durch Variieren der Antriebsdrehzahl<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
tet - bietet viele Vorteile. Zum einen werden bereits<br />
vor Schussbeginn die Komponentenströme auf<br />
erforderlichen Mengendurchsatz und Injektionsdruck<br />
gebracht, zum anderen vollzieht sich die Umsteuerung<br />
<strong>von</strong> Kreislauf auf Injektionsposition in<br />
zwangsgesteuerten Mischköpfen (siehe unten). Alle<br />
Funktionselemente, die für einen einwandfreien,<br />
insbesondere vor- und nachlauffreien Schaumstoff<br />
verantwortlich sind, werden zwangsweise mechanisch<br />
oder hydraulisch im Mischkopf selbst vollzogen.<br />
über stufenlos verstellbare Getriebe und neuerdings<br />
über Frequenzumrichter vorgenommen.<br />
Für Hochdruckaggregate kommen Kolbenpumpen<br />
(z. B. Reihen-, Axial- und Radialkolbenpumpen) zur<br />
Anwendung, die die Komponenten auf die geforderten<br />
Injektionsdrücke <strong>von</strong> 100 - 300 bar bringen.<br />
Das wichtigste Teil einer Schäummaschine ist der<br />
Mischkopf. Deshalb ist seit Beginn der <strong>Herstellung</strong><br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
<strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-Hartschaum umfangreiche Entwicklungsarbeit<br />
auf dem Gebiet der Mischtechnik getätigt<br />
worden.<br />
Rührwerksmischköpfe und druckgesteuerte Mischköpfe<br />
sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau durch<br />
das Geradeausverfahren (Niederdruck bzw. Hochdruck)<br />
geprägt. Bei den selbstreinigenden zwangsgesteuerten<br />
Mischköpfen findet man jedoch mehrere<br />
unterschiedliche Ausführungsformen.<br />
Rührwerksmischköpfe<br />
Die im oberen Teil der Mischkammer eintretenden<br />
Rohstoffe werden auf dem Wege zum Auslauf<br />
durch rotierende in der Drehzahl variable Rührer<br />
Bild 23: Druckgesteuerter Mischkopf (druckverlustarme Düsen)<br />
Zwangsgesteuerte Mischköpfe<br />
In diesen Mischkopftypen findet neben der eigentlichen<br />
Injektionsvermischung die Umsteuerung der<br />
Komponentenströme <strong>von</strong> Kreislauf- auf Injektionsposition<br />
unter Hochdruck statt. Somit werden die<br />
Düsen zeitsynchron am Anfang und Ende des Injektionsvorganges<br />
geschaltet. Weiterhin sind viele<br />
solcher Mischkopftypen selbstreinigend ausgelegt,<br />
d. h. nach Schussende wird das in der Mischkammer<br />
verbleibende Reaktionsgemisch mit Hilfe <strong>von</strong><br />
Reinigungskolben ausgestoßen.<br />
Auf die verschiedenen Typen wie z. B. kolbengesteuerte<br />
Mischköpfe, Nadeldüsen-, Hubschieber-,<br />
Drehschieber-Mischköpfe soll hier nicht näher eingegangen<br />
werden.<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
intensiv vermischt. Es gibt verschiedene Arten <strong>von</strong><br />
Rührern, z. B. Stachel-, Schrauben-, Schaufel-,<br />
Blatt oder Schneckenrührer.<br />
Druckgesteuerte Mischköpfe<br />
Die beiden Injektionsdüsen stehen sich in einer<br />
kleinen zylindrischen Mischkammer direkt gegenüber.<br />
Die Düsen öffnen sich, wenn der Komponentendruck<br />
die Federvorspannung der Düsennadeln<br />
überwindet. Neuerdings verwendet man auch<br />
druckverlustarme Düsen (Bild 23), die mittels Luft<br />
über eine Membrane angesteuert werden, so dass<br />
der Komponentendruck die pneumatische Vorspannung<br />
überwinden muss, um die Düsen zu öffnen.<br />
Die Hersteller und Lieferanten <strong>von</strong> Schäumanlagen<br />
und Mischköpfen stellen Informationsmaterial zur<br />
Verfügung:<br />
Hennecke GmbH<br />
<strong>Polyurethan</strong>e Technology<br />
Birlinghovener Str. 30<br />
53754 Sankt Augustin<br />
Tel.: (+49) 22 41/339-0)<br />
Fax: (+49) 22 41/339-204)<br />
E-Mail: hennecke@hennecke.com<br />
Maschinenteile, die mit dem Reaktionsgemisch in<br />
Berührung kommen (Mischkammer, Auslaufrohr,<br />
Gießharke usw.) müssen regelmäßig gereinigt werden.<br />
Lieferanten geeigneter Lösemittel sind:<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Kraemer & Martin GmbH<br />
Zum Siegblick 37 - 45<br />
D-53757 Sankt Augustin<br />
Tel.: (+49) 22 41 54 97-0<br />
Fax: (+49) 22 41 6 41 77<br />
Jäkle Chemie GmbH & Co. KG<br />
Matthiasstraße 10-12<br />
D-90431 Nürnberg<br />
Tel.: (+49) 911 326 46-0<br />
Fax: (+49) 911 326 46-6<br />
E-Mail: chemikalien@csc-jaekle.de<br />
Internet: www.csc-jaekle.de<br />
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Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
4.3 Kontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong><br />
Schaumstoffblöcken<br />
Bild 24: Prinzip einer Anlage zum kontinuierlichen Herstellen <strong>von</strong> Schaumstoffblöcken<br />
Als Trennmittel dient eine zur U-Form gefaltete<br />
Papierbahn. Der entstehende Schaumstoffblock<br />
wird mit ihr weitertransportiert. Wegen des direkt<br />
Will man z. B. sehr lange und breite Blöcke herstellen,<br />
gelangt man bei der diskontinuierlichen Verfahrensweise<br />
sehr bald an Grenzen, die unter anderem<br />
dadurch gegeben sind, dass das Reaktionsgemisch<br />
vor Ablauf der Startzeit in die Form gebracht<br />
und verteilt sein muss. Die kontinuierliche<br />
<strong>Herstellung</strong> ist dann das wirtschaftlichste und technisch<br />
vorzuziehende Verfahren.<br />
Dabei wird das Reaktionsgemisch mit einer<br />
Schäummaschine und einem beweglichen Mischkopf<br />
auf ein Transportband aufgetragen.<br />
nach dem Aufschäumvorgang auftretenden Seitendrucks<br />
müssen auch die Seitenbegrenzungen als<br />
Transportbänder ausgebildet sein.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Zur Vermeidung der Kuppenbildung zwecks Verringerung<br />
der Schnittverluste arbeitet man bei der<br />
kontinuierlichen <strong>Herstellung</strong> überwiegend nach dem<br />
Rechteckblockverfahren. Dabei läuft in der Zone<br />
des aufsteigenden Schaums eine Papierbahn ein,<br />
die durch entsprechende Einrichtungen auf den<br />
Schaum gedrückt wird. Das Ergebnis dieser Maßnahme<br />
ist ein Block mit fast rechteckigem Querschnitt.<br />
Der Quotient aus Länge der Druckstrecke und<br />
Fahrgeschwindigkeit des Bandes ist hierbei mit der<br />
Formverweilzeit bei diskontinuierlicher Fertigung<br />
vergleichbar. Bei kontinuierlicher Fertigung sind<br />
weit geringere Formverweilzeiten möglich als bei<br />
diskontinuierlicher. Die kurzen Wege, die das Reaktionsgemisch<br />
zurückzulegen hat, erlauben die Wahl<br />
kürzerer Start- und Abbindezeiten als bei der diskontinuierlichen<br />
<strong>Herstellung</strong> und damit eine schnellere<br />
Aushärtung.<br />
Bild 25: Aufschäumlinie bei kontinuierlicher Blockfertigung<br />
4.4 <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>-<br />
platten mit Deckschichten (Dämmplatten,<br />
Verbundelemente)<br />
Die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Bauplatten aus <strong>Polyurethan</strong>-<br />
Hartschaum mit unterschiedlichen Deckschichten<br />
ist rationell und wirtschaftlich.<br />
Werden beidseitig starre Deckschichten eingesetzt,<br />
so erhält man in einem Arbeitsgang Sandwichelemente,<br />
die niedriges Gewicht, hohe Steifigkeit<br />
und ausgezeichnetes Dämmvermögen in sich vereinen<br />
(siehe auch Technische Information "Importance<br />
and usage of polyurethane metal faced<br />
panels in industrial buildings" [5]). Bei Verwendung<br />
diffusionsdichter Deckschichten bleibt die optimale<br />
Anfangswärmeleitzahl des <strong>Polyurethan</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>es<br />
bestehen, d. h. man erhält Metall-<br />
Sandwichelemente mit optimalen Wärmedämmvermögen.<br />
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Üblich sind Blockbreiten <strong>von</strong> 1,00 - 1,50 m, Blockhöhen<br />
<strong>von</strong> 40 - 100 cm, Rohdichten <strong>von</strong> 30 - 200<br />
kg/m 3 sowie Bandlängen <strong>von</strong> ca. 15 m und Fertigungsgeschwindigkeiten<br />
<strong>von</strong> 2 - 7 m/min.<br />
Beim kontinuierlichen Herstellen <strong>von</strong> Blockware ist<br />
besonderes Augenmerk auf den Böschungswinkel<br />
φ, den das aufschäumende Reaktionsgemisch gegen<br />
die Waagerechte einnehmen kann, zu legen.<br />
Es sind Austragsleistung A, Blockbreite B, Rohdichte<br />
RD, Blockhöhe H und Geschwindigkeit VB so<br />
aufeinander abzustimmen, dass ein stationärer<br />
Zustand entsteht. Die Aufschäumlinie muss dann<br />
gegenüber der Umgebung ortsfest sein. Mit größeren<br />
Bandneigungswinkeln φ lassen sich höhere<br />
Blöcke herstellen. Allerdings ist dann besonders<br />
darauf zu achten, dass aufschäumendes Reaktionsgemisch<br />
nicht durch nachströmendes flüssiges<br />
unterlaufen wird.<br />
Die Kombinationsmöglichkeiten <strong>von</strong> <strong>Polyurethan</strong>-<br />
<strong>Hartschaumstoff</strong> mit unterschiedlichen Deckschichten<br />
sind vielfältig. Sie reichen <strong>von</strong> der papierkaschierten<br />
Dämmplatte bis hin zum hochwertigen<br />
und dämmstarken Kühlhauselement mit bis zu 24<br />
cm dickem Schaumstoffkern und verwindungssteifen,<br />
profilierten Stahlblechdeckschichten. Außerdem<br />
gibt es zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten<br />
<strong>von</strong> <strong>Polyurethan</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong> mit flexiblen<br />
Deckschichten auf der einen und starren Deckschichten<br />
auf der anderen Seite. Hier ist jedoch auf<br />
möglichen Verzug der Platten durch diesen asymmetrischen<br />
Aufbau zu achten.<br />
Für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Bauplatten sind eine Reihe<br />
diskontinuierlicher und kontinuierlicher Verfahren<br />
erarbeitet worden, welche je nach der gewünschten<br />
Plattenart und der vorgesehenen Kapazität die jeweils<br />
technisch sinnvollste und wirtschaftlichste<br />
Produktion ermöglichen.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
4.4.1 Kontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<br />
Dämmplatten und -Sandwichelementen<br />
Für die Großproduktion <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-Schaumstoffplatten<br />
mit Deckschichten werden Doppeltransportbandanlagen<br />
eingesetzt. Diese haben die Funktion<br />
einer mitlaufenden Stützform. Sie bestehen aus<br />
zwei übereinander in horizontaler Lage angeordneten<br />
Endlostransportbändern, die einen bestimmten<br />
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Druck aufnehmen können. Der Zwischenraum zwischen<br />
den beiden Bändern ist einstellbar, wodurch<br />
die Dicke der zu produzierenden Elemente eingestellt<br />
werden kann. Die Bänder laufen gegeneinander;<br />
der Abstand der Umkehrpunkte liegt normalerweise<br />
bei mindestens 10 m, so dass eine Druckstrecke<br />
<strong>von</strong> entsprechender Länge besteht. Der<br />
Bereich der Druckstrecke ist üblicherweise mit einer<br />
Umluftheizung ausgestattet.<br />
Bild 26: Schematische Darstellung einer Doppeltransportbandanlage mit flexiblen bzw. starren Deckschichten<br />
Die Deckschichten - Papiere, Folien, Vliese, Bleche<br />
- werden <strong>von</strong> Rollen abgewickelt und in den Raum<br />
zwischen die Transportbändern eingeführt. In seltenen<br />
Fällen werden starre Deckschichten, z. B.<br />
Spanplatten oder Gipskartonplatten, verwendet. Sie<br />
werden dann vom Stapel entnommen und auf Stoß<br />
in die Doppeltransportbandanlage eingelegt. Für die<br />
obere Deckschicht ist eine Auflage notwendig, die<br />
gleichzeitig als Distanzhalter dient. Bleche durchlaufen<br />
meistens eine Profilierstation, bevor sie die<br />
Transportbänder erreichen.<br />
Das Reaktionsgemisch wird im Bereich vor dem<br />
Einlauf in die Druckzone auf die Innenfläche der<br />
unteren Deckschicht aufgetragen. Es muss so eingestellt<br />
sein, dass es rasch aufschäumt und im<br />
Anfangsbereich der Druckstrecke die obere Deckschicht<br />
erreicht. Durch den Anpressdruck wird die<br />
entstehende Verbundplatte <strong>von</strong> den Transportbändern<br />
mitgenommen und transportiert.<br />
Eine Seitenbegrenzung verhindert das seitliche<br />
Ausdringen des Schaumes. Die unterschiedliche<br />
Elementgestaltung und verschiedenen Arbeitsweisen<br />
erfordern eine angepasste Seitenabdichtung.<br />
Sie bildet die seitliche Begrenzung der kontinuierlichen<br />
Form und wird im allgemeinen als feststehende,<br />
in der Breite verschiebbare Leisten (bei flexiblen<br />
Deckschichten) oder als mitlaufende Klotzkette (bei<br />
profilierten Blechen) ausgeführt.<br />
Die Produktionsgeschwindigkeit am Doppeltransportband<br />
hängt <strong>von</strong> der Aushärtungsgeschwindigkeit<br />
des frischen Schaumstoffs und <strong>von</strong> der Länge<br />
der Druckzone ab. Es existieren heute Rohstoffsysteme,<br />
die bei 3 cm Plattendicke bereits nach einer<br />
Verweilzeit <strong>von</strong> 1 - 2 min. in der Druckzone eine zur<br />
Weiterverarbeitung ausreichende Steifigkeit der<br />
Platten ermöglichen. Nach dem Austritt aus dem<br />
Band werden die Elemente entsprechend der gewünschten<br />
Länge geschnitten.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Man kann Platten in Dicken <strong>von</strong> ca. 30 - 240 mm<br />
mit stark unterschiedlicher Profilierung herstellen.<br />
Um eine hohe Steifigkeit zu erreichen, werden<br />
Dachelemente in der Regel tiefer profiliert als<br />
Wandelemente.<br />
Die Auswahl der Deckschichten wird durch die jeweilige<br />
Anwendung bestimmt. Bei Fußbodendämmplatten<br />
werden bitumierte Papiere und<br />
schwarz eingefärbte Natronkraftpapiere eingesetzt.<br />
Für den Dachbereich werden hauptsächlich PEbeschichtete<br />
Natronkraftpapiere, PE-beschichtete<br />
Glasvliese und Mineralvliese verwendet. Die erforderliche<br />
Diffusionsdichtigkeit wird mit metallischen<br />
Deckschichten <strong>von</strong> > 50 µm Dicke, z. B. Aluminium-<br />
Folien, erreicht. Zur Verbesserung der Haftung<br />
können diese unter anderem mit Papier, Polyethylen<br />
oder einem Haftvermittler beschichtet sein. Bei<br />
der Auswahl der Deckschichten sind die Anforderungen<br />
an das brandschutztechnische Verhalten<br />
der Dämmplatten zu beachten.<br />
Dach- und Wandelemente werden meistens unter<br />
Verwendung <strong>von</strong> profilierten lackierten Stahl- bzw.<br />
Aluminiumblechen hergestellt. Wegen der Profilierung<br />
ist erhöhte Aufmerksamkeit bei der Verteilung<br />
des Reaktionsgemisches erforderlich. Auch können<br />
die profilierten Bleche nur in relativ kleinem Winkel<br />
in das Doppeltransportband eingeführt werden,<br />
wodurch die Höhe der Verteilvorrichtung für das<br />
Reaktionsgemisch begrenzt ist.<br />
Die Qualität der Blechoberfläche und des Lackes<br />
hat entscheidenden Einfluss auf den Verbund und<br />
die Oberflächenqualität des produzierten Elements.<br />
Unzureichende Schaumstoffhaftung und Störungen<br />
in der Schaumstoffstruktur können ihre Ursache in<br />
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der Oberflächen- und Lackqualität haben (siehe<br />
auch Technische Information Nr. 7/1998, "Einflüsse<br />
verschiedenartiger Rückseitenlacke <strong>von</strong> Stahldeckschichten"<br />
[6]). Durch Corona-Behandlung der<br />
schaumseitigen Oberfläche der Deckschichten<br />
können die genannten Probleme häufig weitgehend<br />
ausgeschaltet werden.<br />
(Lieferant <strong>von</strong> Corona-Geräten: Fa. Agrodyn Hochspannungstechnik<br />
GmbH, Bisamweg 10, D-33803<br />
Steinhagen, Fax: (+49) 52 04-92 10 33).<br />
Es ist an sich überflüssig zu erwähnen, dass Deckschichten<br />
staub- und fettfrei sein müssen.<br />
Das gleichmäßige Temperieren (Erwärmen) der<br />
Blechdeckschichten ist sehr wichtig und hat einen<br />
hohen Einfluss auf das Schäumergebnis. Die Temperatur<br />
sollte im Auftragsbereich 35 - 40 °C betragen.<br />
Auftrag des Reaktionsgemischs<br />
Das auf die untere Deckschicht aufgetragene Reaktionsgemisch<br />
expandiert bis auf das 40-fache seiner<br />
Schichtdicke. Beim Auftrag kommt es deshalb -<br />
besonders bei dünnen, ebenen Laminaten - auf<br />
eine gleichmäßige Verteilung an. Hierfür gibt es<br />
mehrere Methoden. Wegen seiner einfachen Handhabung<br />
und seiner großen Variationsbreite hat sich<br />
der zeilenförmige über die Plattenbreite oszillierende<br />
Auftrag weitgehend durchgesetzt. Dabei wird z.<br />
B. ein Gegenstrominjektionsmischkopf senkrecht<br />
zur Bandlaufrichtung hin und her bewegt. Das Reaktionsgemisch<br />
wird zeilenförmig auf die untere<br />
Deckschicht gegossen oder gespritzt.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 27: Zeilenförmiger Auftrag des Reaktionsgemischs durch Spritzen oder Gießen<br />
Die Geschwindigkeit, Vm, mit der der Mischkopf<br />
bewegt wird, liegt bei 50 - 150 Hüben/ min. Die<br />
Länge des Spritzstrahls bzw. die Länge des Gießfilms<br />
l, der z. B. durch ein vielfach gelochtes Rohr<br />
erzeugt werden kann, kann bis zu 30 cm betragen.<br />
Mit der Forderung nach doppelter Überlappung und<br />
bei einer Bandbreite B ergibt sich als Grenze für die<br />
Bandgeschwindigkeit VB:<br />
I<br />
x V<br />
2B<br />
VB m =<br />
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Gleichung 6<br />
Aus Gleichung 6 mit Vm = 150 m/min., l = 0,3 m, B =<br />
1 m errechnet sich die maximale Bandgeschwindig-<br />
keit.<br />
V B max.<br />
0,<br />
3 x150<br />
= =<br />
2 x1<br />
22,<br />
5 m / min.<br />
Die Bandgeschwindigkeiten richten sich nach den<br />
Plattendicken und der Druckzone und liegen bei<br />
2 - 12 m/min. In einigen Spezialfällen sind 20<br />
m/min. möglich.<br />
Bei höherer Bandgeschwindigkeit ist ein oszillierender<br />
Auftrag des Reaktionsgemischs nicht möglich.<br />
In diesen Fällen bedient man sich stationär angeordneter<br />
Mischköpfe und gegebenenfalls spezieller<br />
Verteiltechniken.<br />
Aufschäumlinie<br />
Von der Seite betrachtet ist am aufschäumenden<br />
Reaktionsgemisch die Aufschäumlinie zu erkennen.<br />
Der stationäre Zustand, der für ein gutes reproduzierbares<br />
Ergebnis erforderlich ist, ist erreicht, wenn<br />
die Aufschäumlinie gegenüber der Umgebung ortsfest<br />
bleibt. Dazu sind der Reaktionsablauf und die<br />
Bandgeschwindigkeit aufeinander abzustimmen.<br />
Die Austragsleistung der Schäummaschine sowie<br />
Breite und Höhe des Doppellaminates sind festgelegt.<br />
Theoretisch müsste dann die Geschwindigkeit<br />
des Bandes so eingestellt werden, dass das aufgeschäumte<br />
Material die obere Deckschicht erreicht,<br />
ohne dass Druck entsteht.<br />
In der Praxis ist diese Einstellung nicht möglich. Der<br />
Raum zwischen den Deckschichten muss voll ausgeschäumt<br />
werden. Dazu ist ein gewisser Druck<br />
erforderlich, der vom Reaktionsgemisch aufgenommen<br />
wird, ohne dass das Gemisch gegen die<br />
Bandlaufrichtung ausweicht. Ein Ausweichen hätte<br />
"Überwälzung" zur Folge. Leichtes Überwälzen<br />
führt dazu, dass die leicht wellige Oberfläche des<br />
aufschäumenden Reaktionsgemischs geglättet wird<br />
und unter der oberen Deckschicht keine Blasen<br />
oder Lufteinschlüsse sind. Starkes Überwälzen hat<br />
erhebliche Nachteile, denn das aufsteigende Reaktionsgemisch<br />
wird durch die auftretenden Reibungen<br />
stark gestört.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 28: Schematische Darstellung der Aufschäumlinie des Reaktionsgemischs bei einer Doppeltransportbandanlage<br />
Bild 29: Schematische Darstellung einer "Überwälzung"<br />
Die Zellen werden in Bandlaufrichtung gestreckt,<br />
was die Druck- und Zugfestigkeit in Dickenrichtung<br />
der Platten beeinträchtigt. Dabei können auch Vertikalrisse<br />
in den Platten entstehen.<br />
Es ist deshalb wichtig, während der Produktion die<br />
Aufschäumlinie in den Bandkanal hinein zu beobachten,<br />
was mit Hilfe <strong>von</strong> Lampen und optischen<br />
Geräten möglich ist.<br />
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Die Kontaktzeit, d. h. die Zeit, die das schäumende<br />
Reaktionsgemisch benötigt, um nach dem Auftrag<br />
die obere Deckschicht zu erreichen, wird ermittelt,<br />
indem ein kleiner Schaumstoffwürfel vor dem Gemischauftrag<br />
auf die untere Deckschicht gelegt<br />
wird. Beim Benetzen des Schaumwürfels mit Reaktionsgemisch<br />
wird die Stoppuhr eingeschaltet. Die<br />
Kontaktzeit ist erreicht, wenn der Würfel die obere<br />
Deckschicht berührt. Sie sollte 3 - 5 s kürzer als die<br />
Abbindezeit sein.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Mit Hilfe <strong>von</strong> Temperiereinrichtungen können die<br />
Aufschäumlinie und somit die Fertigungsgeschwindigkeit,<br />
aber auch die Rohdichteverteilung, beeinflusst<br />
werden. Die Temperatur der Rohstoffe, der<br />
Auftragszone, der Deckschichten und der Transportbänder<br />
sollte konstant bleiben, damit ein stationärer<br />
Zustand erhalten bleibt.<br />
Üblicherweise wird mit Rohstofftemperaturen <strong>von</strong><br />
20 °C, gegebenenfalls auf 25 - 30 °C temperierter<br />
Auftragszone und Bandtemperaturen <strong>von</strong> 35 - 45<br />
°C, gefahren. Werden Metallverbundelemente hergestellt,<br />
sind die Blechdeckschichten so vorzuheizen,<br />
dass sie im Auftragsbereich eine Temperatur<br />
<strong>von</strong> 35 - 40 °C haben.<br />
Aushärtezone<br />
In den meisten Fällen ist nur ein sehr geringer<br />
Druck erforderlich, um dem aufsteigenden Reaktionsgemisch<br />
die gewünschte Dicke bzw. Form zu<br />
geben, denn das Reaktionsgemisch darf noch nicht<br />
abgebunden sein, wenn es die obere Deckschicht<br />
erreicht. Dennoch ist der Bandkanal auf einen inneren<br />
Überdruck <strong>von</strong> 0,5 bar auszulegen, wenn<br />
Dämmplatten im üblichen Rohdichtebereich <strong>von</strong> 30<br />
bis 50 kg/m 3 produziert werden. Dieser Innendruck<br />
ist nicht rein hydrostatischer Art, sondern entspricht<br />
der Differenz zwischen den auftreibenden Kräften<br />
wie Gasdruck und Wärmedehnung und den Kräften,<br />
die den entstehenden Schaumstoff zusam-<br />
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menhalten. Die letztgenannten Kräfte werden bei<br />
fortschreitender Aushärtung und später auch durch<br />
Abkühlung immer größer, so dass die Differenz<br />
unbedeutend wird, und der Schaumstoff die Druckzone<br />
des Doppeltransportbandes verlassen kann.<br />
Wie bei der Formschäumung wird letztlich die Konturstabilität<br />
des Fertigteiles als Kriterium für die<br />
Verweilzeit - hier in der bewegten Form - angegeben.<br />
Wegen der kurzen Fließwege, die das Reaktionsgemisch<br />
zurückzulegen hat, darf die Reaktivität<br />
sehr hoch sein. Verweilzeiten <strong>von</strong> nur einer Minute<br />
bei 3 cm dicken Platten sind möglich.<br />
Kühlstrecke<br />
Bild 30: Contimat-Anlage (Doppel-Transport-Band-Anlage) der Firma Hennecke<br />
Nach dem Verlassen der Druckzone werden die<br />
Platten/Elemente auf die gewünschte Länge gesägt.<br />
Beim anschließenden Stapeln ist ein Hitzestau<br />
zu vermeiden, weil er wellige Oberflächen,<br />
Ausbauchungen, Schaumstoffrisse und Kernverfärbungen<br />
verursachen kann. Zeigen sich diese<br />
Merkmale, müssen die Elemente/Platten vor dem<br />
Stapeln abgekühlt werden. Um Platz und Raum zu<br />
sparen, kann dies in einer Vorrichtung geschehen,<br />
in der die Platten/Elemente auf Lücke zueinander<br />
gestellt werden, so dass die dazwischen durchstreichende<br />
Luft die Abkühlung (z. B. Kühligel) besorgt.<br />
Die jeweilige Verweildauer ist empirisch zu ermitteln.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
4.4.2 Diskontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong><br />
Verbundelementen<br />
Während die kontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Verbundelementen<br />
mittels Doppeltransportbandanlage<br />
vor allem für große Serien geeignet ist, ist bei<br />
Kleinaufträgen, bei sehr dicken Elementen und bei<br />
der Notwendigkeit, Rahmen und Befestigungselemente<br />
mit anzuschäumen, die diskontinuierliche<br />
Fertigung vorzuziehen.<br />
Als Stützform werden hierbei einfache aufklappbare<br />
Formen oder Vorrichtungen, die höhere Drücke<br />
aufnehmen können, wie z. B. Pressen (auch Mehretagenpressen)<br />
verwendet. Hersteller und Lieferanten<br />
solcher Stützformen/Pressen sind z. B.:<br />
Hennecke GmbH<br />
<strong>Polyurethan</strong> Technology<br />
Birlinghovener Str. 30<br />
53754 Sankt Augustin (Birlinghoven)<br />
Tel.: (+49) 22 41 3 39-0<br />
Fax: (+49) 22 41 3 39-2 04<br />
E-Mail: hennecke@hennecke.com<br />
www.hennecke.com<br />
Dieffenbacher GmbH & Co.<br />
Heilbronner Straße<br />
75031 Eppingen<br />
Tel.: (+49) 72 62 65-0<br />
Fax: (+49) 72 62 65-2 97<br />
E-Mail: dse@dieffenbacher.de<br />
www.dieffenbacher.de<br />
Makron Oy<br />
Norokatu 5<br />
FIN-15201 Lahti<br />
Tel.: (+3 58) 3 81 23 12<br />
Fax: (+3 58) 3 7 33 12 99<br />
www.makron.fi<br />
Manni S.p.A.<br />
Via Campione, 11<br />
S. Biagio di Bagnolo S. Vito (MN)<br />
Italien<br />
Tel.: (+39) 03 76 41 50 41<br />
Fax: (+39) 03 76 41 52 64<br />
E-Mail: info@mannipresse.it<br />
www.mannipresse.it<br />
Siempelkamp GmbH & Co<br />
Siempelkampstr. 75<br />
47803 Krefeld<br />
Tel.: (+49) 21 51 92-30<br />
Fax: (+49) 21 51 92-5360<br />
E-Mail: info@siempelkamp.com<br />
www.siempelkamp.com<br />
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Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Die Deckschichten und gegebenenfalls der Rahmen<br />
sollten in heizbare Stützformen (Pressen) horizontal<br />
eingelegt werden. Ist der Rahmen nicht Teil<br />
des Elementes sondern Teil der Stützform (zur<br />
seitlichen Aufnahme des Schäumdrucks), muss er<br />
mit einem Trennmittel, z. B. auf Wachsbasis behandelt<br />
werden, falls direkt gegen ihn geschäumt<br />
wird.<br />
Die Deckschichten sollten beim Schließen der<br />
Stützform nicht fixiert werden, damit sie nach den<br />
Seiten ausweichen können, wenn sie sich infolge<br />
der Wärmedehnung längen. Dies kann z. B. durch<br />
eine Stufe im Rahmen erreicht werden. Außerdem<br />
sollte das Durchhängen der oberen Deckschicht bei<br />
horizontaler Lage durch Verwendung <strong>von</strong> Distanzhaltern<br />
(z. B. Schaumstoffwürfeln) verringert werden.<br />
Durch diese Maßnahme lassen sich Spannungen<br />
in den Deckschichten, die zu Blasen führen<br />
können, und wellige Elementoberflächen vermeiden.<br />
Allerdings können Distanzhalter ein störungsfreies<br />
Aufschäumen des Reaktionsgemischs behindern.<br />
Ihre Position und Zahl ist daher sorgfältig zu<br />
ermitteln. Vorteilhafter ist es, die obere Deckschicht<br />
durch Unterdruck an der Stützvorrichtung (Presse)<br />
zu fixieren.<br />
Das Reaktionsgemisch wird in den Hohlraum zwischen<br />
den Deckschichten und Rahmen eingebracht,<br />
es schäumt auf und füllt den Hohlraum<br />
durch Verdrängen der Luft aus. Welche Faktoren<br />
dabei zu beachten sind, ist in Kapitel 3 ("Allgemeine<br />
Regeln für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>")<br />
beschrieben.<br />
Das Reaktionsgemisch wird üblicherweise durch<br />
den Rahmen eingefüllt. Dieser muss mit Füll- und<br />
Entlüftungslöchern versehen sein. Die Füllöffnung<br />
(Durchmesser entsprechend dem Eintragsrohr)<br />
sowie die Entlüftungslöcher (2 - 5 mm Durchmesser)<br />
werden je nach Füllstellung horizontal oder<br />
vertikal im Rahmen eingebracht. Die Füllöffnungen<br />
müssen so angeordnet sein, dass sie über dem zu<br />
erwartenden Flüssigkeitsspiegel des Reaktionsgemischs<br />
liegen.<br />
In selteneren Fällen wird das Reaktionsgemisch bei<br />
geöffneter Form auf die untere Deckschicht gegossen,<br />
die in einen Rahmen eingelegt ist. Die Stützvorrichtung<br />
wird danach zugeklappt bzw. zugefahren,<br />
wobei gleichzeitig die obere Deckschicht, die<br />
durch Unterdruck am "Deckel" der Stützform fixiert<br />
ist, aufgebracht wird.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die Abdichtung zwischen Rahmen und Deckschichten<br />
muss sorgfältig durchgeführt werden. Es ist<br />
darauf zu achten, dass kein Reaktionsgemisch an<br />
den Nahtstellen austreten kann. In der Praxis ha-<br />
Bild 31: Beispiele für Plattenbauten und -verbindungen<br />
Hoher Schaumaustritt an den Entlüftungslöchern<br />
kann zu stark verminderter Schaumstoffqualität<br />
führen und Zellorientierung und größere Gaseinschlüsse<br />
zur Folge haben. Die Entlüftungslöcher<br />
können mit gasdurchlässigem Textilgewebe oder<br />
Weichschaum hinterlegt werden.<br />
Lange Fließwege des expandierenden Schaumes<br />
sind zu vermeiden, weil dies die Schaumstoffeigenschaften<br />
beeinträchtigt und die Rohdichten zwecks<br />
ausreichender Verdichtung verhältnismäßig hoch<br />
eingestellt werden müssen. Kurze Fließwege erreicht<br />
man durch<br />
• Verwendung eines Füllrohrs<br />
• Vorverteilung des Reaktionsgemischs<br />
• Optimierung der Füllstellung.<br />
Durch die Wahl einer geeigneten Einfülltechnik und<br />
Füllstellung sowie durch richtiges Setzen der Entlüftungslöcher<br />
kann weiterhin verhindert werden, dass<br />
das aufsteigende Reaktionsgemisch Luft einschließt.<br />
Für die <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Verbundelementen haben<br />
sich verschiedene Einfülltechniken und Formstellungen<br />
bewährt:<br />
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Ausgabe 2004-06-14<br />
ben sich speziell abgekantete Deckschichten oder<br />
Profile bewährt, die durch den Schäumdruck gegeneinander<br />
gepresst werden, so dass Flüssigkeits-<br />
oder Schaumaustritt nicht möglich ist.<br />
Einschusstechnik<br />
Das Reaktionsgemisch kann mit einem Schuss<br />
durch ein Einfüllloch eingefüllt werden. (Bei sehr<br />
langen und schmalen Konstruktionen kann es auch<br />
vorteilhaft sein, das Einfüllloch auf der Stirnseite<br />
anzuordnen.)<br />
Mehrschusstechnik<br />
Bei der <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Verbundelementen mit<br />
Längen über 6 m wird das Reaktionsgemisch häufig<br />
in mehreren Schüssen über Einfüll-Löcher an der<br />
Längsseite eingetragen. Wegen der langen Gesamtschusszeit<br />
lässt es sich hierbei nicht vermeiden,<br />
dass das Reaktionsgemisch des ersten<br />
Schusses bereits weit aufgeschäumt ist, während<br />
das des letzten gerade anschäumt. Hieraus resultieren<br />
Schaumstörungen durch Überwälzungen,<br />
Blasenbildung unter den Deckschichten, mangelnde<br />
Dimensionsstabilität des Schaumstoffs usw. Die<br />
folgende Abbildung zeigt den Schäumverlauf in<br />
Draufsicht (horizontale Schäumposition) kurz vor<br />
Ausfüllen des Hohlraums bei Dreischusstechnik.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 32: Schematische Ansicht der Verteilung des Reaktionsgemisches bei der Mehrschusstechnik nach dem<br />
3. Schuss (40 Sek. nach dem 1. Schuss)<br />
Bild 33: Schematische Darstellung der Überwälzung des aufschäumenden Reaktionsgemisches bei der<br />
Mehrschusstechnik (80 Sek. nach dem 1. Schuss)<br />
Solche Probleme lassen sich vermeiden, wenn man<br />
den Hohlraum durch Schotts in mehrere Bereiche<br />
einteilt und diese einzeln ausschäumt. Die Schotts<br />
können z. B. aus Hartschaumstreifen bestehen. Sie<br />
sollten gut fixiert sein, da sie sonst durch den sich<br />
aufbauenden Schäumdruck aus ihrer Position verschoben<br />
werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens<br />
ist, dass sich die Schotts auf den Deckschichten<br />
abzeichnen.<br />
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Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Die Nachteile der Mehrschusstechnik können durch<br />
das <strong>von</strong> der Bayer AG entwickelte und <strong>von</strong><br />
Hennecke GmbH angebotene VarioCast-Verfahren<br />
vermieden werden. Dieses Verfahren bietet auch<br />
Vorteile bei der Lanzen-, Zieh- und Gießharkentechnik.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 34: Einfülltechniken für die diskontinuierliche <strong>Herstellung</strong> <strong>von</strong> Verbundelementen mit einem Kern aus<br />
<strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong><br />
Lanzentechnik<br />
Am Mischkopf wird ein Auslaufrohr angebracht,<br />
dessen Länge 2/3 der Formteillänge entspricht. Das<br />
Einfüllloch befindet sich auf der Stirnseite. Während<br />
des Einfüllens wird die Lanze langsam aus der<br />
Form gezogen.<br />
Ziehtechnik<br />
Der Füllvorgang entspricht dem der Lanzentechnik,<br />
nur dass sich hier zu Beginn der gesamte Mischkopf<br />
in der Form befindet und während des Einfül-<br />
Seite 42 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
lens allmählich herausgezogen wird. Hierzu muss<br />
ein entsprechend kleiner Mischkopf zur Verfügung<br />
stehen.<br />
Gießharke<br />
Einfüllen des Reaktionsgemischs mit einer sich<br />
über die offene Form bewegenden Gießharke. Für<br />
diese Technik ist z. B. eine Klappdeckelpresse notwendig,<br />
die sofort nach dem Einfüllen geschlossen<br />
wird. Gießharken oder -rohre werden bei der <strong>von</strong><br />
Hennecke GmbH angebotenen Schäumanlage<br />
Panel Foamer verwendet.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 35: Panel Foamer<br />
Formstellungen<br />
horizontal: geeignet für Einschusstechnik,<br />
Mehrschusstechnik, Lanzentechnik,<br />
Ziehtechnik und Gießharke<br />
vertikal: wie oben, aber nicht geeignet für<br />
die Gießharke<br />
geneigt: hier ist nur die Ein- und Mehrschusstechnik<br />
üblich<br />
Die Stützformen und deren Verschlüsse sind auf<br />
zulässige Verformung bei dem jeweils auftretenden<br />
Schäumdruck auszulegen.<br />
Seite 43 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 36: Diskontinuierlich arbeitende Produktionslinie (Etagenpresse) für Sandwichplatten<br />
4.5 <strong>PUR</strong>-Ortschaum<br />
<strong>PUR</strong>-Ortschaum wird unmittelbar am Einsatzort<br />
durch Gießen (meist Überschichten) und durch<br />
Spritzen erzeugt und unterliegt dabei vielen Einflüssen.<br />
Beim Beschäumen <strong>von</strong> Flachdächern, Gebäudemauern<br />
und Lagertanks sind unter anderem die<br />
unvermeidlich starken Schwankungen <strong>von</strong> Temperatur<br />
und Luftfeuchte zu berücksichtigen. Der Vorteil<br />
<strong>von</strong> Ortschaum ist, dass keine großen Volumen<br />
<strong>von</strong> Schaumstoff, sondern lediglich die Rohstoffe<br />
und die Schäummaschine transportiert werden<br />
müssen. Außerdem können mit diesem Verfahren<br />
auch Oberflächen mit komplizierten Strukturen mit<br />
einer relativ gleichmäßigen Schaumstoffschicht<br />
überzogen werden.<br />
4.5.1 Spritzen<br />
Das Reaktionsgemisch aus den beiden Komponenten<br />
Polyol (mit allen Zusatzmitteln einschließlich<br />
Treibmittel) und Polyisocyanat wird vorzugsweise<br />
mit Hochdruckmaschinen hergestellt und ohne Luftzufuhr<br />
verspritzt. Die Maschinen sind transportabel<br />
und mit langen Förderschläuchen bis zum Mischkopf<br />
ausgerüstet. Die Schläuche sind mit einer<br />
Temperaturhaltevorrichtung ummantelt. Der Mischkopf<br />
ist in eine Pistole integriert, so dass das Spritzen<br />
beliebig an- und ausgeschaltet werden kann.<br />
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Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Das Reaktionsgemisch ist durch entsprechenden<br />
Aktivatorzusatz auf schnelle Reaktion und Aushärtung<br />
des Schaumstoffes eingestellt. Das auf die<br />
Oberfläche auftreffende Gemisch schäumt spontan<br />
auf und bildet eine Wärmedämmschicht. Die Reaktivität<br />
kann so eingestellt werden, dass das Gemisch<br />
auch <strong>von</strong> senkrechten Flächen und <strong>von</strong> Flächen<br />
über Kopf nicht abläuft. Vom Verarbeiter wird<br />
dabei etwa die gleiche Fertigkeit verlangt, wie sie<br />
beim Lackieren erforderlich ist.<br />
Von der Temperaturabhängigkeit des Aufschäumvorgangs<br />
war schon mehrmals die Rede. Beim<br />
Spritzen sind den Oberflächen- und Rohstofftemperaturen<br />
besondere Aufmerksamkeit zu<br />
schenken. Weil nur eine dünne Schicht <strong>von</strong> ca. 1<br />
mm Dicke aufgespritzt wird, verliert das Reaktionsgemisch<br />
an kalten Oberflächen sehr schnell seine<br />
Wärme. Die Folge sind Ablaufen auf geneigten<br />
Flächen, veränderte Zellstruktur und Sprödigkeit.<br />
Diese Nachteile können aber nicht immer durch<br />
Erwärmen des Reaktionsgemischs oder durch Erhöhung<br />
der Aktivatormenge ausgeglichen werden.<br />
Bei zu kurzer Startzeit reagiert das Reaktionsgemisch<br />
bereits in der Luft und kann sich nicht mehr<br />
genügend verteilen. Eine körnige Oberfläche ist die<br />
Folge. Je nach Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit<br />
der zu bespritzenden Oberfläche sollte<br />
deren Temperatur mehr als 15 °C betragen.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Bild 37: Wärmedämmung und Abdichtung in einem Arbeitsgang<br />
Die Oberfläche muss darüber hinaus trocken sein,<br />
weil sonst das Polyisocyanat mit dem Wasser reagiert<br />
und grobe Zellstruktur und schlechte Haftung<br />
die Folge wären. Die Haftung wird ebenfalls verhindert,<br />
wenn die Oberflächen ölig oder staubig sind.<br />
Metallische Oberflächen sind mit einem Korrosionsschutz<br />
zu versehen. Wird im Freien gespritzt, ist<br />
darauf zu achten, dass die Luftfeuchtigkeit nicht zu<br />
hoch ist (< 70 %) und dass das Reaktionsgemisch<br />
nicht durch Wind auf nicht zu bespritzende Flächen<br />
getragen wird. Geeignete Windschutzplanen oder<br />
Zelte schaffen Abhilfe. Hier sei aber besonders<br />
darauf hingewiesen, dass beim Spritzvorgang sowohl<br />
erhöhte Mengen an PMDI-Dämpfen als auch<br />
an Reaktionsgemisch-Nebel auftreten. Leistungsfähige<br />
Absaugungen und Atemschutz - am besten<br />
Frischluftgeräte, weil Filter durch das schäumende<br />
Reaktionsgemisch verstopft werden können - sind<br />
erforderlich.<br />
Beim freien Spritzen werden meistens Schaumstoffschichten<br />
<strong>von</strong> etwa 1,5 cm mit Rohdichten zwischen<br />
35 und 70 kg/m 3 erzeugt. Dickere Schichten<br />
lassen sich durch mehrfaches Überspritzen herstellen.<br />
Es ist dabei aber zu beachten, dass sich die<br />
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Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Rohdichte der höher liegenden Schaumstoffschichten<br />
wegen des wärmeren Untergrundes verringert.<br />
Durch Wärmeabfuhr entsteht an freien Schaumstoffoberflächen<br />
eine Schicht höherer Rohdichte,<br />
die "Schäumhaut". Beim Spritzen mit mehreren<br />
Lagen ist darauf zu achten, dass sich die Schäumhaut<br />
einwandfrei mit der nächsten Lage verbindet.<br />
Lieferanten für Spritzmaschinen sind:<br />
Gusmer Europe S.A.<br />
Sector Industrial Masia d'en Barreres<br />
Rambla Torre de l'Onclet, 7<br />
Apartado Correos no 203<br />
08800 Vilanova i la Geltrú, Barcelona<br />
Tel.: (+34-93) 8 11 53 00<br />
Fax: (+34-93) 8 93 96 00<br />
E-Mail: info@gusmer-europe.com<br />
www.gusmer-europe.com<br />
Isotherm AG<br />
Industriestraße 6<br />
CH-3661 Uetendorf<br />
Tel.: (+41-33) 3 46 02 02<br />
Fax: (+41-33) 3 46 02 09<br />
E-Mail: isotherm@isotherm.ch<br />
www.isotherm.ch<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
4.5.2 Überschichten<br />
Die Überschichtungstechnik ist eine beliebte Methode<br />
der Ortschaumherstellung. Sie wird angewandt,<br />
wenn Hohlräume nicht durch einmaliges<br />
Einfüllen <strong>von</strong> Reaktionsgemisch ausgeschäumt<br />
werden können, weil die Leistung der Schäummaschine<br />
begrenzt ist und der Schäumdruck nicht<br />
abgefangen werden kann.<br />
Bei der Überschichtungsmethode wird das Reaktionsgemisch<br />
in den oben offenen Hohlraum lagen-<br />
Bild 38: Überschichtung nach der Gießmethode<br />
Wie schon im Abschnitt über das Spritzen gesagt,<br />
sollten die Oberflächentemperaturen auch bei der<br />
Überschichtungstechnologie nicht unter 15 °C liegen.<br />
Vorbehandlung mit Korrosionsschutz-Anstrich<br />
ist bei Objekten aus Metall in jedem Fall anzuraten.<br />
Feuchtigkeit ist während der Dämmarbeiten zu<br />
vermeiden. Es ist wichtig, dass das Reaktionsgemisch<br />
gleichmäßig eingetragen wird. Schon geringe<br />
Unebenheiten der ersten Lagen können sich negativ<br />
auf die Beschaffenheit der folgenden Lagen<br />
auswirken. Auch das gleichmäßig auf eine unebene<br />
Lage aufgetragene Reaktionsgemisch fließt nämlich<br />
Seite 46 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
weise eingegossen. Der geringe Schäumdruck wird<br />
durch eine dichte Verschalung aufgefangen, die<br />
keine zusätzliche Stützvorrichtung benötigt.<br />
Nach der <strong>Herstellung</strong> mehrerer Schaumstofflagen<br />
kann die Verschalung nach oben versetzt werden.<br />
Gleichzeitig kann die oft verwendete Blechummantelung<br />
(z. B. bei Rohstofftanks) für den Schaumstoff<br />
aufgebaut werden.<br />
noch vor Schäumbeginn in die tiefer gelegenen<br />
Bereiche, <strong>von</strong> wo es dann örtlich zu einer extrem<br />
hohen Schaumstoffschicht auftreibt. Hierdurch können<br />
Hohlräume entstehen. Diese unliebsame Verstärkung<br />
der Unebenheiten kann durch kurze Startzeit<br />
des Reaktionsgemisches weitgehend verhindert<br />
werden. Das störende Abfließen und Ansammeln<br />
des Gemischs in den Talzonen wird durch die<br />
kremige Konsistenz des Reaktionsgemischs vermieden.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die Höhe der einzelnen Lagen ist auf ca. 20 cm zu<br />
begrenzen. Sonst können die Festigkeit des<br />
Schaumstoffs und seine Konturstabilität beeinträchtigt<br />
werden. Die Wartezeit zum Aufbringen der jeweils<br />
folgenden Überschichtungslage liegt zwischen<br />
10 und 30 Minuten. Längere Wartezeiten verschlechtern<br />
die Lagenhaftung. Das Überschichten<br />
<strong>von</strong> mechanisch bearbeitetem Schaumstoff (z. B.<br />
Egalisierung durch Absägen oder Abhobeln) kann<br />
die Lagenbindung verschlechtern (Abgasen der<br />
angeschnittenen Zellen). Ummantelungen aus ver-<br />
Bild 39: Fehler beim Überschichten<br />
Seite 47 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
zinktem Stahlblech müssen zwecks besserer Haftung<br />
am Schaumstoff vorbehandelt werden. Hierzu<br />
sind die Bleche z. B. mit phosphorsäurehaltigem<br />
Washprimer zu behandeln und mit einer geeigneten<br />
Lackierung zu versehen.<br />
Die Dämmdicke ist durch die Austragsleistung der<br />
Schäummaschine, aber auch durch die geschilderten<br />
Schwierigkeiten, gleichmäßige Lagen zu erzeugen,<br />
in der Regel auf 150 mm begrenzt.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
4.5.3 Einkomponentenschaumstoff<br />
<strong>PUR</strong>-Einkomponentenschaum ist eine treibmittelhaltige,<br />
feuchtigkeitshärtende Reaktionsmasse, die<br />
sich ausgezeichnet zum Montieren, Dämmen, Füllen,<br />
Kleben und Dichten eignet.<br />
Die Reaktionsmasse basiert auf einem Voraddukt<br />
(Prepolymer), das aus Isocyanat und einer Polyolformulierung<br />
hergestellt wird und die für die Verschäumung<br />
notwendigen Zusatzstoffe (Aktivatoren,<br />
Stabilisatoren, Flammschutzmittel) enthält. Die<br />
Schaumbildung erfolgt durch spontanes Verdampfen<br />
des im Prepolymer gelösten bzw. emulgierten<br />
Treibmittels. Durch Reaktion der freien NCO-<br />
Gruppen des Prepolymers mit der Umgebungsfeuchtigkeit<br />
härtet der Schaum aus.<br />
Seit Beginn der 70er Jahre werden Einkomponentenschaumstoffe<br />
im Baubereich eingesetzt. Dabei<br />
werden verschiedene Schaumtypen für unterschiedliche<br />
Anwendungen angeboten. Der größte<br />
Anteil entfällt auf den "Montage-" und "Füllschaum".<br />
Dieser dient als Befestigungselement für Türzargen<br />
und zum Fixieren <strong>von</strong> Fensterrahmen und Rollladenkästen<br />
sowie zum Füllen <strong>von</strong> Hohlräumen und<br />
Mauerdurchbrüchen zur Schall- und Wärmedämmung.<br />
5. Qualitätskontrolle, Sicherheit<br />
5.1 Kontrolle der Produktionsbedingungen und<br />
des Endprodukts<br />
Der Hersteller <strong>von</strong> harten <strong>PUR</strong>- und PIR-Schaumstoffen<br />
hat verschiedene Möglichkeiten, das erforderliche<br />
Qualitätsniveau zu erreichen und zu halten.<br />
In jedem Fall ist Voraussetzung, dass er mit einem<br />
Kontrollsystem Veränderungen und Störungen<br />
rechtzeitig erkennt. Ein Qualitätsmanagementsystem<br />
nach ISO 9000 und entsprechende Verfahrens-<br />
und Arbeitsanweisungen können helfen, Fehler<br />
zu vermeiden bzw. Fehler aufzudecken.<br />
Wie schon gesagt: Die Temperatur der Rohstoffe<br />
beeinflusst den Reaktionsablauf erheblich. Es ist<br />
durch Lagerung der Rohstoffe in temperierten<br />
Räumen bzw. Behältern dafür zu sorgen, dass<br />
Polyisocyanat und Polyol immer bei gleicher Temperatur<br />
verarbeitet werden (eine Temperatur <strong>von</strong><br />
ca. 20 °C hat sich in den meisten Fällen als optimal<br />
erwiesen).<br />
Seite 48 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
Regelmäßig ist zu kontrollieren, ob die richtige Rezeptur<br />
gefahren wird. Bei Schäummaschinen sind<br />
die Ausstoßmengen der Pumpen für die Einzelkomponenten<br />
zu testen. Obwohl neue Anlagen<br />
meistens über Massedurchflussmesser verfügen,<br />
sind die Testkurven zu überprüfen. Wichtig ist auch,<br />
dass die Komponenten gleichzeitig und in rezepturgetreuer<br />
Menge in den Mischkopf gelangen. Hierzu<br />
wird ein Streifen Reaktionsgemisch auf eine Papierbahn<br />
gegossen. Wenn der Schaumstoff ausgehärtet<br />
ist, lässt sich an Farbveränderungen leicht<br />
erkennen, ob beim Einschalten der Maschine eine<br />
Rohstoffkomponente zu früh in den Mischkopf gelangt<br />
(Vorlauf) oder ob eine Rohstoffkomponente<br />
länger als die andere bei Abschalten nachfließt<br />
(Nachlauf), was besonders bei druckgesteuerten<br />
Mischköpfen auftreten kann.<br />
Die Qualität der Vermischung wird kontrolliert, indem<br />
der Streifen längs und quer durchgeschnitten<br />
und auf Schlieren untersucht wird.<br />
Sind die Pumpen richtig eingestellt, Vorlauf oder<br />
Nachlauf ausgesteuert und die Vermischung zufriedenstellend,<br />
wird ein "Testpäckchen" geschäumt<br />
(siehe Kapitel 3). Startzeit, Abbindezeit, Steigzeit,<br />
Klebfreizeit und gegebenenfalls die Abblaszeit werden<br />
ermittelt und mit den vorgegebenen Werten<br />
verglichen.<br />
Das Testpäckchen wird aufgeschnitten und Zellgröße<br />
und Zellstruktur werden beurteilt.<br />
Wenn der Schaumstoff abgekühlt ist, wird aus dem<br />
Testpäckchen ein Würfel <strong>von</strong> 10 cm Kantenlänge<br />
geschnitten. Durch Wiegen wird die freie Rohdichte<br />
ermittelt.<br />
Die Prüfungen sollten vor Beginn der Schäumarbeiten<br />
(also am Anfang jeder Schicht) durchgeführt<br />
werden. Es wird weiterhin empfohlen, nach jeder<br />
längeren Pause ein Testpäckchen zu schäumen<br />
und auf Vorlauf oder Nachlauf, Zellstruktur, Zellgröße<br />
und evtl. Rohdichte zu untersuchen. Regelmäßig<br />
sollten auch die Temperaturen und gegebenenfalls<br />
der Arbeitsdruck geprüft werden.<br />
Die auszufüllende Form ist auf Funktion der Verschlüsse,<br />
Dichtigkeit, gegebenenfalls Trennmittelauftrag,<br />
Sauberkeit und Temperatur zu kontrollieren.<br />
Beim Eintragen des Reaktionsgemischs ist die<br />
Funktion der Pumpen zu überwachen. Es ist<br />
sicherzustellen, dass die erforderliche Menge in die<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Form gefüllt wird. Oft kann der Schäumvorgang<br />
direkt beobachtet werden, wie etwa bei offenen<br />
Blockformen oder beim Doppeltransportband. Bei<br />
geschlossenen Formen sind durch Beobachten des<br />
Austrittes <strong>von</strong> Schaumstoff aus den Entlüftungslöchern<br />
Rückschlüsse auf den Formfüllvorgang möglich.<br />
Nach dem Entformen wird untersucht, ob die Form<br />
vollständig gefüllt worden ist. Bei relativ kleinen<br />
Teilen kann man die eingefüllte Menge durch Wiegen<br />
des Fertigteils kontrollieren (wobei Auftriebsdifferenz<br />
und gegebenenfalls Gasverlust zu berücksichtigen<br />
sind).<br />
Die nachfolgenden Kontrollen bedingen eine Zerlegung<br />
der Fertigteile und können daher nur an einer<br />
beschränkten Zahl durchgeführt werden. Die Prüfungen<br />
erfolgen dabei erst 24 Stunden nach dem<br />
Entformen.<br />
Von mehreren Stellen des erzeugten Schaumstoffkörpers,<br />
vor allem <strong>von</strong> solchen, die sich als kritisch<br />
gezeigt haben, sind Proben zu nehmen und auf<br />
Zellstruktur, Zellgröße und Rohdichte zu untersuchen.<br />
Wichtig ist dabei, dass Proben vom Anfang<br />
und Ende des Fließweges, den das Reaktionsgemisch<br />
zurückzulegen hatte, entnommen werden.<br />
Die Rohdichte im Kern (Kernrohdichte) eines<br />
Schaumstoffes ist wegen der Verdichtung der<br />
Randzonen niedriger als die an einer Stelle des<br />
Fließweges zu messende Gesamtrohdichte. Es<br />
muss darauf geachtet werden, dass die Kernrohdichte<br />
an keiner Stelle unter ein zulässiges Minimum<br />
gerät. Diese minimale Rohdichte ist durch die<br />
Dimensionsstabilität festgelegt: Abhängig <strong>von</strong> Zellstruktur,<br />
Zellgröße, Offenzelligkeit, Rezeptur und<br />
Treibmittelart können Schaumstoffe bei niedrigen<br />
Temperaturen schrumpfen oder bei hohen Temperaturen<br />
unzulässig stark wachsen. Schaumstoffproben<br />
oder ganze Formteile werden deshalb z. B. drei<br />
Stunden bei - 30 °C und fünf Stunden bei + 100 °C<br />
auf Dimensionsstabilität geprüft.<br />
In vielen Fällen muss geprüft werden, ob die Haftung<br />
zu Deckschichten ausreichend ist.<br />
Weil die objektive Prüfung langwierig ist - es wird<br />
die Querzugfestigkeit (z. B. nach DIN 53292) ermittelt<br />
-, muss man für eine schnelle Produktionskontrolle<br />
ein einfacheres Verfahren wählen, d. h. mit<br />
der Hand versuchen, die Deckschicht vom Schaumstoff<br />
zu lösen. Verbleiben nach dem Abriss noch<br />
Schaumstoffreste an der Deckschicht, gilt die Haftung<br />
als gut. Die zum Abreißen benötigte Kraft wird<br />
Seite 49 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
ebenfalls registriert und verglichen. Dabei ist zu<br />
berücksichtigen, das dies eine subjektive, vergleichende<br />
Prüfung ist, die keinerlei Aussagekraft für<br />
die Funktion des Verbundteiles hat, wenn nicht<br />
durch eingehende Prüfung nachgewiesen worden<br />
ist, dass ein bestimmtes Erscheinungsbild beim<br />
Abreißen als ausreichende Haftung definiert werden<br />
kann.<br />
Die genannten Qualitätskontrollen reichen in den<br />
meisten Fällen aus, Störungen rechtzeitig zu erkennen<br />
und Folgeschäden zu vermeiden. Bei speziellen<br />
Anwendungen wie Tieftemperaturdämmungen,<br />
Fernwärmerohren, Verbundplatten, Spritzen,<br />
sind weitere anwendungsbezogene Prüfungen<br />
zweckmäßig.<br />
Zur raschen Beurteilung der Dimensionsstabilität<br />
<strong>von</strong> gespritztem Ortschaum hat sich z. B. eine Probenentnahme<br />
und Messung nach 20 Minuten und<br />
Wiederholungsmessung nach einer Stunde und 24<br />
Stunden bewährt.<br />
Anwendungen mit außergewöhnlichen Temperaturen<br />
erfordern eine Prüfung bei Gebrauchstemperatur<br />
über angemessene Zeiträume. Bei Verbundplatten<br />
sind unter anderem Ebenheit, Wärmedehnungen<br />
und Knitterfestigkeit zu ermitteln.<br />
Schaumstoffschichten, die durch Spritzen erzeugt<br />
wurden, sind auch auf Haftung am Untergrund und<br />
Lagenhaftung zu prüfen.<br />
5.2 <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>-Staub<br />
Bei der Weiterverarbeitung <strong>von</strong> <strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>en<br />
wird häufig mit Sägen, Fräsen und Schleifvorrichtungen<br />
gearbeitet. Hierbei entstehen erhebliche<br />
Mengen <strong>von</strong> Schleif- und Sägestaub. Dieser<br />
Staub ist - wie auch viele andere Stäube - nicht nur<br />
unangenehm für die mit den Nachbearbeitungsvorgängen<br />
beschäftigten Personen, sondern er kann<br />
auch zu einer Belastung der Lungen und der<br />
Atemwege führen. Auch besteht die Gefahr <strong>von</strong><br />
Staubexplosionen.<br />
Um Belästigungen und Gesundheitsrisiken zu vermeiden,<br />
sollten in Betrieben, wo Hartschaum-Staub<br />
entsteht, die folgenden Maßnahmen getroffen werden:<br />
1. An den jeweiligen Arbeitsplätzen sollte eine ausreichend<br />
starke Absaugung für die Abführung des<br />
Schleif- und Sägestaubes vorgesehen werden.<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
2. Die mit solchen Arbeiten betrauten Personen<br />
sollten möglichst Halbmasken mit entsprechenden<br />
Filtern tragen.<br />
3. Der Arbeitsplatz sollte mindestens einmal täglich,<br />
bei größerem Staubanfall entsprechend häufiger,<br />
mit einem geeigneten Industriestaubsauger gereinigt<br />
werden.<br />
Im übrigen verweisen wir auf das Atemschutz-<br />
Merkblatt der Berufsgenossenschaft der chemischen<br />
Industrie:<br />
Carl-Heymanns-Verlag KG,<br />
Luxemburger Str. 449,<br />
50939 Köln,<br />
Tel.: (+49) 2 21/94 37 30,<br />
Fax: (+49) 2 21/94 37 39 01.<br />
Hartschaumstäube können, wie alle brennbaren<br />
Stäube, mit Luft explosionsfähige Gemische bilden.<br />
Die Ablagerung <strong>von</strong> Staub in gefahrbringender<br />
Menge ist zu vermeiden (1 mm dicke Staubschichten<br />
werden als gefährlich angesehen). Im übrigen<br />
wird auf die Explosionsschutzrichtlinien der Berufsgenossenschaft<br />
der chemischen Industrie hingewiesen.<br />
5.3 Sicherheitsmaßnahmen gegen Brand<br />
Es soll an dieser Stelle nicht auf das Brandverhalten<br />
<strong>von</strong> Schaumstoffen im Sinne behördlicher, bauaufsichtlicher<br />
und versicherungsrechtlicher Auflagen<br />
eingegangen werden.<br />
Alle organischen Stoffe - auch <strong>Polyurethan</strong>-<br />
Schaumstoffe - sind brennbar. Deshalb sind entsprechende<br />
Vorsichtsmaßnahmen bei der Verarbeitung<br />
und Lagerung in Übereinstimmung mit den<br />
örtlichen Behörden zu treffen.<br />
Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich<br />
unter ungünstigen Bedingungen und bei Dosierfehlern<br />
frische Schaumstoffe selbst entzünden. Frische<br />
Ware sollte daher sorgfältig beobachtet werden.<br />
Sollten <strong>PUR</strong>-Schaumstoffe in Brand geraten, sind<br />
bewährte Löschmittel: Wasser, Wasser- Schaum,<br />
ABC- oder BC-Trockenpulver (nach DIN 14406).<br />
Kohlensäure-Löscher herkömmlicher Art sind<br />
schlecht wirksam. Bei allen Löscharbeiten in geschlossenen<br />
Räumen ist umluftunabhängiger<br />
Atemschutz zu verwenden.<br />
Seite 50 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
6. Literaturverzeichnis<br />
[1] G. Oertel: Kunststoff-Handbuch Band 7, Carl<br />
Hanser Verlag 1993<br />
[2] I. Kellerhof: Pentan: Ein Weg zum FCKW- und<br />
HFCKW-freien Metallverbundelement - Entscheidungs-<br />
und Arbeitshilfen. Technische Information<br />
Nr. 1/1998, Bayer AG<br />
[3] R. Walter: Stand der europäischen Normung für<br />
<strong>PUR</strong>-<strong>Hartschaumstoff</strong>e im Bauwesen. Technische<br />
Information Nr. 10/1999, Bayer AG<br />
[4] J. Kleser: Technische Eigenschaften <strong>von</strong> <strong>Polyurethan</strong><br />
(<strong>PUR</strong>)-Hartschaum als Dämmstoff im Bauwesen.<br />
Technische Information Nr. 14/2000, Bayer<br />
AG<br />
[5] U. Maier, R. Walter, J. Kleser: Importance and<br />
usage of <strong>Polyurethan</strong>e material found panels in<br />
industrial buildings. Technische Information Nr.<br />
9/1999, Bayer AG<br />
[6] I. Kellerhof: Einflüsse verschiedenartiger Rückseitenlacke<br />
<strong>von</strong> Stahldeckschichten auf die Produktionsqualität<br />
<strong>von</strong> Metallverbundelementen. Technische<br />
Information Nr. 7/1999, Bayer AG<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information
Die vorstehenden Informationen und unsere anwendungstechnische Beratung in Wort, Schrift und durch Versuche erfolgen nach bestem<br />
Wissen, gelten jedoch nur als unverbindliche Hinweise, auch in Bezug auf etwaige Schutzrechte Dritter. Die Beratung befreit Sie nicht <strong>von</strong><br />
einer eigenen Prüfung unserer aktuellen Beratungshinweise – insbesondere unserer Sicherheitsdatenblätter und technischen Informationen<br />
– und unserer Produkte im Hinblick auf ihre Eignung für die beabsichtigten Verfahren und Zwecke. Anwendung, Verwendung und<br />
Verarbeitung unserer Produkte und der aufgrund unserer anwendungstechnischen Beratung <strong>von</strong> Ihnen hergestellten Produkte erfolgen<br />
außerhalb unserer Kontrollmöglichkeiten und liegen daher ausschließlich in Ihrem Verantwortungsbereich. Der Verkauf unserer Produkte<br />
erfolgt nach Maßgabe unserer jeweils aktuellen Allgemeinen Verkaufs- und Lieferbedingungen. Die in dieser Information beschriebenen<br />
Verfahren zur Prüfung des Brandverhaltens <strong>von</strong> <strong>Polyurethan</strong> und die aufgeführten Ergebnisse lassen keinen unmittelbaren Rückschluss auf<br />
jedes in der praktischen Anwendung mögliche Brandrisiko zu.<br />
Herausgeber: Business Development – <strong>Insulation</strong><br />
Bayer AG, Bayer MaterialScience AG,<br />
D-51368 Leverkusen<br />
www..bayermaterialscience.com<br />
Seite 51 <strong>von</strong> 51<br />
Datei-Nr.: PU21012-0406 de<br />
Ausgabe 2004-06-14<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Technische Information