Insulation Herstellung von Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff

Herstellung von Polyurethan 

(PUR)-Hartschaumstoff 

Dr. Manfred Kapps 

Siegfried Buschkamp 

Seite 1 von 51 

Datei-Nr.: PU21012-0406 de 

Ausgabe 2004-06-14 

Insulation 

Technische Information

Inhaltsverzeichnis 

1. Einleitung 

Seite 

3 

2. Rohstoffe 5 

2.1 Polyole 5 

2.2 Polyisocyanate 6 

2.3 Treibmittel 7 

2.4 Aktivatoren 8 

2.5 Schaumstabilisatoren 8 

2.6 Flammschutzmittel 9 

2.7 Rohstoffe der Bayer AG 9 

2.8 Lagerung der Rohstoffe 9 

2.9 Sicherheitsmaßnahmen bei der Handhabung von PUR-Rohstoffen 10 

3. Grundlegendes für die Herstellung von PUR-Hartschaumstoff 10 

3.1 Rezepturberechnung 10 

3.2 Vorbereitung der Reaktionskomponenten 12 

3.3 Das Reaktionsgemisch und die Schaumbildung 12 

3.4 Allgemeine Regeln für die Herstellung von PUR-Hartschaumstoff 20 

4. Verfahren zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoff 22 

4.1 Handmischverfahren 22 

4.1.1 Herstellung von Testschaumstoffen im Labormaßstab 22 

4.1.2 Herstellung von PUR-Hartschaumstoffblöcken mit demHandmischverfahren 23 

4.2 Herstellung von PUR-Hartschaumstoff mit Maschinen 27 

4.2.1 Schäummaschinen und Schäumanlagen 27 

4.2.1.1 Niederdruckmaschinen 28 

4.2.1.2 Hochdruckmaschinen 29 

4.2.1.3 Dosieraggregate und Mischköpfe 30 

4.3 Kontinuierliche Herstellung von Schaumstoffblöcken 32 

4.4 Herstellung von PUR-Hartschaumstoffplatten mit Deckschichten 33 

(Dämmplatten, Verbundelemente) 

4.4.1 Kontinuierliche Herstellung von Dämmplatten und Verbundplatten 34 

4.4.2 Diskontinuierliche Herstellung von Verbundplatten 39 

4.5 PUR-Ortschaum 44 

4.5.1 Spritzen 44 

4.5.2 Überschichten 46 

4.5.3 Einkomponentenschaumstoff 48 

5. Qualitätskontrolle, Sicherheit 48 

5.1 Kontrolle der Produktionsbedingungen und des Endproduktes 48 

5.2 PUR-Hartschaumstoff-Staub 49 

5.3 Sicherheitsmaßnahmen gegen Brand 50 

6. Literaturverzeichnis 50 



Ausgabe 2004-06-14 



1. Einleitung 

Polyurethan-Hartschaumstoff ist heute einer der 

besten Wärmedämmstoffe. Bei fast allen seinen 

Anwendungen steht deshalb die Wärmedämmung 

im Vordergrund. Die Möglichkeit, PUR-Hartschaumstoff 

mit verschiedenen Deckschichtmaterialien zu 

erzeugen und auf diesem Wege Verbundwerkstoffe 

zu erhalten, verleiht ihm außerdem die Rolle als 

Konstruktionsmaterial. Die wichtigsten Einsatzgebiete 

für PUR-Hartschaumstoff sind: 

Haushaltsgeräte 

• Wärmedämmung von Kühlschränken, Gefriertruhen, 

gewerblichen Kühlmöbeln, 

Heißwasserspeichern 

Bauindustrie 

• Verbundplatten mit starren Deckschichten 

als Wand- und Dachelemente 

• Dämmplatten mit flexiblen Deckschichten 

für Dächer, Wände, Decken und Böden 

• Dämm- und Konstruktionsmaterial als Zuschnitte 

aus Blockware 

• Spritzschaumstoff vor Ort zum Dämmen 

und Abdichten 

Industrielle Wärmedämmung 

• Dämmen von Tanks und Behältern, Rohrleitungen, 

Fernwärmerohren und Kühlräumen 

Bild 1: Reaktionsformel PUR-Reaktion 



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Fahrzeugindustrie 

• Wärmedämmung von Kühlfahrzeugen für 

Schiene und Straße einschließlich Containern 

Die Herstellung von PUR-Hartschaumstoff für Anwendungen 

in der Bauindustrie wird in den folgenden 

Kapiteln erläutert. 

PUR-Hartschaum zeichnet sich besonders dadurch 

aus, 

• dass er in einem breiten Rohdichtebereich 

hergestellt werden kann. 

• dass er an unterschiedlichen Deckschichten 

haftet, ohne dass Kleber verwendet 

werden müssen. 

• dass er auch in komplizierten Hohlräumen 

hergestellt werden kann. 

Zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoff sind 

zwei flüssige Hauptkomponenten- ein Polyol und 

Polyisocyanat - sowie ein Treibmittel erforderlich. In 

der Regel wird das Treibmittel zusammen mit weiteren 

Hilfskomponenten wie Aktivatoren (Reaktionsbeschleuniger), 

Schaumstabilisatoren, Flammschutzmittel 

dem Polyol beigemischt. Die nach dem 

Vermischen zwischen Polyol und Polyisocyanat 

ablaufende Polyadditionsreaktion führt zu Makromolekülen 

mit Urethanstrukturen (Polyurethane). 



Bild 2: Polyisocyanat/Wasser-Reaktion 

Während der Reaktion wird eine beträchtliche 

Wärmemenge frei, die zum Teil dazu benutzt wird, 

leicht flüchtige Flüssigkeiten (Treibmittel) zu verdampfen. 

Hierdurch wird das Reaktionsgemisch 

zum Schaumstoff aufgetrieben. 

Dem Polyol werden üblicherweise unterschiedliche 

Mengen Wasser zugesetzt. Dieses reagiert mit dem 

Polyisocyanat zu Polyharnstoff und Kohlendioxid, 

welches als Co- Treibmittel dient, jedoch auch 

alleiniges Treibmittel sein kann. 



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In Gegenwart bestimmter Aktivatoren können Isocyanate 

miteinander reagieren und Makromoleküle 

mit Isocyanuratstrukturen (Polyisocyanurate = 

PIR) bilden. Da die Reaktionen von Isocyanaten mit 

Polyolen und mit Isocyanaten gleichzeitig oder in 

unmittelbarer Folge ablaufen können, erhält man 

Makromoleküle mit Urethan- und Isocyanuratstrukturen 

(PIR - PUR). 

Bild 3: Reaktion von Polyisocyanaten in Anwesenheit von Trimerisierungs-Katalysatoren 

PIR-PUR-Hartschaumstoffe werden z. B. bei erhöhten 

Anforderungen an das Brandverhalten eingesetzt. 

Näheres zur Polyurethan-Chemie ist z. B. dem 

Kunststoff-Handbuch Band 7 "Polyurethane" von 

Günter Oertel zu entnehmen [1]. 



2. Rohstoffe 

2.1 Polyole 

Polyole sind viskose Flüssigkeiten, deren charakteristisches 

chemisches Merkmal sich aus Sauerstoff 

und Wasserstoff aufbauende Hydroxyl (OH)- 

Gruppen sind. Diese reagieren mit Isocyanatgruppen 

des Polyisocyanats zu Urethangruppen. 

Man unterscheidet zwischen Polyether- und Polyesterpolyolen. 

Polyetherpolyole werden durch Umsetzung 

von mehrwertigen Alkoholen (z. B. Glykolen, 

Glyzerin, Rohrzucker) oder von Aminen (z. B. 

Ethylendiamin) mit Alkylenoxiden, Hartschaumpolyole 

hauptsächlich mit Propylenoxid, hergestellt. 

Polyesterpolyole erhält man durch Reaktion von 

mehrwertigen Carbonsäuren (z. B. Phthal-, Terephthal- 

oder Adipinsäure) mit Glykolen, Glyzerin und 

ähnlichen Polyalkoholen. Unter Abspaltung von 

Wasser bilden sich Polyole mit Esterstrukturen. 

Für den Einsatz von Polyetherpolyolen und Polyesterpolyolen 

gibt es keine allgemein gültigen Re- 

Bild 4: Polyether-Herstellung am Beispiel eines dreiwertigen Alkohols 



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geln. Oft werden beide Typen kombiniert verwendet. 

Die jeweiligen Anforderungen bestimmen die 

Auswahl. Um den geforderten Flammschutz des 

Schaumstoffs zu erreichen, wird häufig die Mitverwendung 

von aromatischen Polyesterpolyolen, z. B. 

auf Basis Phthalsäure, empfohlen. Hohe Viskosität 

und niedrige Funktionalität schränken in vielen Fällen 

den Einsatz von Esterpolyolen ein. 

Die Funktionalität eines Polyols gibt die Zahl der 

Hydroxylgruppen pro Molekül an. Ist das Polyol ein 

Gemisch aus Komponenten unterschiedlicher Funktionalitäten, 

gibt man die mittlere Funktionalität 

an. Molekülteile, die Reaktionen eingehen können, 

wie z. B. die Hydroxylgruppen, werden funktionelle 

Gruppen genannt. Ein Maß für den Gehalt an 

Hydroxylgruppen ist die Hydroxyl- oder OH-Zahl. 

Für die Auswahl eines Polyols sind neben der chemischen 

Natur Angaben zur Hydroxyl (OH)-Zahl, 

zur Viskosität und zum Wassergehalt erforderlich. 

Bei Polyesterpolyolen kann auch die Säurezahl 

wichtig sein. 



Bild 5: Prinzip der Polyester-Herstellung 

2.2 Polyisocyanate 

Als Isocyanate werden chemische Verbindungen 

mit Isocyanat-Gruppen (NCO-) als funktionelle 

Gruppen bezeichnet. Isocyanat-Gruppen bauen 

sich aus Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff auf. 

Für die Herstellung von PUR-Hartschaumstoffen 

werden fast ausschließlich Isocyanate auf Basis 

MDI (= Methylen-diphenylen-diisocyanat oder 

Diphenylmethandiisocyanat oder Diisocyanatodiphenylmethan 

genannt) verwendet. Diese sind 

Gemische aus MDI (hauptsächlich 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan 

mit Anteilen des isomeren 

2,4'-Diisocyanato-diphenylmethan) und höhermolekularen 

Komponenten. Da sich in der Struktur dieser 

höhermolekularen Komponenten eine Moleküleinheit 

wiederholt, wird das Isocyanatgemisch auch 

polymeres MDI (PMDI) oder MDI-Polymer genannt. 

Während MDI streng difunktionell ist, d. h. 2 NCO- 

Gruppen besitzt, enthalten die höhermolekularen 

PMDI-Komponenten drei und mehr NCO-Gruppen. 

Deshalb bezeichnet man PMDI als Polyisocyanat. 

Die durchschnittlichen Funktionalitäten der gebräuchlichen 

PMDI-Typen liegen bei 2,5 - 3,2. 



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An dieser Stelle sind die PMDI-Prepolymere zu 

erwähnen, obwohl sie bei der Herstellung von PUR- 

Hartschaumstoff nur eine untergeordnete Rolle 

spielen. Hierbei handelt es sich um PMDI, bei dem 

ein Teil der NCO-Gruppen durch Zusatz von Polyol 

zur Reaktion gebracht wurde. Gegenüber dem Ausgangs-PMDI 

ist deshalb der NCO-Gehalt niedriger 

und die Viskosität deutlich höher. Mit Hilfe von Prepolymeren 

können Probleme umgangen und bestimmte 

Effekte erzielt werden: Die bei der 

Schaumstoffherstellung frei werdende Wärmemenge 

wird gesenkt, und die Verträglichkeit von 

Polyisocyanat und Polyol und der Aufbau des Makromoleküls 

werden beeinflusst. 

Polyisocyanate auf MDI-Basis für die Herstellung 

von PUR-Hartschaumstoff sind viskose Flüssigkeiten 

mit bräunlicher bis dunkelbrauner Farbe. Sie 

werden charakterisiert durch NCO-Gehalt, Viskosität 

und Acidität. 

Die Acidität ist ein Maß für den herstellungsbedingten 

Säuregehalt, der die Reaktivität beeinflussen 

kann. 



Bild 6: Diphenylmethan-diisocyanat, MDI polymer 

2.3 Treibmittel 

Wie bereits erwähnt, entsteht bei der Reaktion von 

Isocyanat und Wasser Kohlendioxid, das als Treibmittel 

dient. Man spricht in diesem Fall von einem 

chemischen Treibverfahren. Dieses Verfahren 

bringt einige Nachteile mit sich, weshalb es bei der 

Herstellung von PUR-Hartschaumstoff nur eine 

Nebenrolle spielt. Das eigentliche Treibverfahren ist 

das physikalische Treibverfahren, bei dem eine 

dem Reaktionsgemisch zugesetzte niedrig siedende 

Flüssigkeit durch die Reaktionswärme verdampft 

wird. 

Die Treibmittel sollten sich in den Reaktionskomponenten 

und dem Reaktionsgemisch gut lösen, sollten 

als Gas in den geschlossenen Zellen des 

Schaumstoffs verbleiben und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit 

besitzen, im Polyurethan fast unlöslich 

sein und dieses nicht weichmachen. Außerdem 

sollten sie toxikologisch und ökologisch unbedenklich 

sein. 

Der lange Zeit verwendete Fluorchlorkohlenwasserstoff 

(FCKW) 11 (Monofluortrichlormethan) erfüllte 

die meisten dieser Kriterien hervorragend, 

erwies sich aber ökologisch als sehr bedenklich. 

Der von FCKW 11 ausgelöste Treibhauseffekt 

(GWP = global warming potential) und sein Potential, 

die Ozonschicht der Stratosphäre zu schädigen 

(ODP = ozone depletion potential), führten 

zu dem Beschluss, den Einsatz einzustellen (Montreal-Protokoll 

von 1987). 



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Kohlendioxid ist in Polyurethan löslich und verlässt 

deshalb die Zellen des Schaumstoffes per Diffusion, 

wenn der Schaumstoff nicht diffusionsdicht abgedeckt 

wird. Infolge des sinkenden Zellgasdrucks 

kann der Schaumstoff schrumpfen. Außerdem kann 

der gleichzeitig mit dem Kohlendioxid entstehende 

Polyharnstoff den Schaumstoff verspröden, worunter 

besonders die Haftung an den Deckschichten 

(z. B. Blech) leidet. 

Anstelle von FCKW 11 werden heute Kohlenwasserstoffe 

(Pentane), Hydrogen- Fluorchlorkohlenwasserstoffe 

(H-FCKW) und Hydrogen-Fluorkohlenwasserstoffe 

(H-FKW) verwendet. Alle 

diese Treibmittel sind keine direkten Austauschprodukte 

für FCKW 11. Polyole und Zusatzmittel müssen 

dem Einsatz dieser Treibmittel angepasst werden, 

um die geforderten Schaumstoffeigenschaften 

zu erreichen. 

Pentane (n-, cyclo- und iso-Pentan) sind leicht 

brennbare Flüssigkeiten, deren Dämpfe mit Luft 

explosive Gemische bilden. Bei ihrer Verwendung 

als Treibmittel sind deshalb bestimmte Sicherheitsvorkehrungen 

mit entsprechendem Kostenaufwand 

zu treffen (siehe hierzu die Technische Information 

"Pentan: Ein Weg zum FCKW- und HFCKW-freien 

Metallverbundelement" [2]). Der große Vorteil der 

Pentane ist ihr niedriger Preis. Für die Herstellung 

von PUR-Hartschaumstoff für den Bausektor wird 

überwiegend n-Pentan verwendet, weil es besonders 

preisgünstig ist und im Gegensatz zu cyclo- 

Pentan ein Weichmacher-Effekt nicht zu beobachten 

ist. Allerdings löst sich n-Pentan in den Reaktionskomponenten 

nur gering, und sein Dampf hat 

eine höhere Wärmeleitfähigkeit. 



Für die Anwendung von H-FCKW war von den Unterzeichner-Ländern 

des Montreal-Protokolls ein 

begrenzter Zeitraum festgelegt worden, da ihnen 

ein zwar vermindertes aber dennoch beträchtliches 

ODP bzw. GWP zuzuschreiben ist. Von den industriell 

herstellbaren H-FCKWs 22, 142b und 141b ist 

zur Zeit fast nur noch das H-FCKW 141b im Einsatz. 

Sein Vorteil ist die niedrige Wärmeleitfähigkeit 

des Gases, sein Nachteil jedoch der Weichmacher- 

Effekt. 

H-FKW 134a - das einzige neben 152a zur Zeit 

verfügbare Produkt dieser Kategorie -findet nur 

beschränkt Anwendung. Es wird unter Druck ver- 

Tabelle 1: Eigenschaften verschiedener Treibmittel für PUR-Schaumstoffe 

2.4 Aktivatoren 

Die meisten Polyole und Polyisocyanate reagieren 

bei Raumtemperatur nur mit mäßiger Geschwindigkeit 

miteinander. Gleiches gilt für die Reaktion von 

Polyisocyanat mit Wasser. Deshalb werden dem 

Reaktionsgemisch Beschleuniger (Aktivatoren) 

zugesetzt. Diese sind meistens tertiäre Amine, 

Organo-Zinn-Verbindungen oder Alkalisalze aliphatischer 

Carbonsäuren, die besonders die Isocyanurat-Bildung 

fördern. Die bekanntesten Produkte sind 

Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, Dibutylzinndilaurat, 

Kaliumacetat. Die einzelnen Verbindungen 

aus der großen Zahl der Aktivatoren wirken sich 

zum Teil sehr unterschiedlich auf die aufgeführten 



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flüssigt eingesetzt und löst sich nur schwer in den 

Reaktionskomponenten. Da es bei Druckentspannung 

spontan verdampft, schäumt das Reaktionsgemisch 

sofort auf und lässt sich deshalb schwer 

verteilen. 

Als zukünftige Treibmittel bieten sich H-FKW 245fa 

und 365mfc an, die in absehbarer Zeit zur Verfügung 

stehen werden. Beide Produkte sind bei Normaldruck 

flüssig und lösen sich ausreichend im 

Reaktionsgemisch. 

Die wichtigsten Eigenschaften der oben erwähnten 

Treibmittel sind in der folgenden Tabelle dargestellt. 

Reaktionen aus. Dies kann genutzt werden, um den 

Reaktions- und Schäumverlauf den Anforderungen 

entsprechend zu steuern. 

2.5 Schaumstabilisatoren 

Der Schaum, der sich durch entstehendes bzw. 

verdampfendes Treibmittel bildet, ist in den meisten 

Fällen instabil und würde - ohne den Zusatz von 

Schaumstabilisatoren - mit fortschreitender Reaktion 

zusammenfallen. Als Schaumstabilisatoren werden 

fast ausschließlich siliziumorganische Verbindungen 

(Polyether-Polysiloxane) verwendet, die 

eine oberflächenaktive Wirkung haben, aber auch 



als Emulgatoren fungieren. Schaumstabilisatoren 

regeln die Schaumstruktur, die Offen- und 

Geschlossenzelligkeit und die Zellgröße und haben 

somit einen wesentlichen Einfluss auf die Schaumstoffeigenschaften. 

2.6 Flammschutzmittel 

Polyurethane sind organische Verbindungen und 

als solche brennbar. Um ihre Entzündung zu verzögern 

und die Flammenausbreitung zu vermindern, 

sind ein entsprechender chemischer Aufbau und 

der Zusatz flammhemmender Komponenten erforderlich. 

Wie bereits erwähnt, tragen z. B. aromatische 

Polyesterpolyole und Polyisocyanurat (PIR)- 

Strukturen zum Flammschutz bei. Üblich ist auch 

die Verwendung halogenhaltiger Polyole. Nicht 

reagierende Zusatzmittel sind Trialkyl-, Trishalogenalkyl- 

und Triarylphosphate. Triethylphosphat, 

Tris-chlorisopropylphosphat und Diphenylkresylphosphat 

sind typische Vertreter. Feste, 

unlösliche Flammschutzmittel werden kaum verwendet, 

weil sie verarbeitungstechnisch problematisch 

sind. Sie könnten jedoch zukünftig eine bedeutendere 

Rolle spielen. 

Die existierenden Brandtests stellen unterschiedliche 

Anforderungen an das Brandverhalten der 

Schaumstoffe (siehe auch Technische Information 

"Stand der europäischen Normung für PUR- 

Hartschaumstoffe im Bauwesen"[3]). In den meisten 

Fällen sind die sich bietenden Maßnahmen zu 

kombinieren, um den jeweiligen Brandtest zu bestehen. 

2.7 Rohstoffe der Bayer AG 

Die Bayer AG bietet Rohstoffe bzw. Rohstoffsysteme 

zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoffen 

für eine Vielzahl von Anwendungen an. Rohstoffsysteme 

sind Produkte, deren chemischer Aufbau 

den Anforderungen der jeweiligen Anwendung zugeschnitten 

sind. Sie können zwei- und mehrkomponentig 

sein. 

Obwohl ein solches System prinzipiell aus einem 

Polyol bzw. einer Polyolmischung mit Zusatzmitteln 

und einem Polyisocyanat besteht, wird der Begriff 

System häufig auf das Polyol angewandt, weil die 

Ausrichtung auf die Anwendung meistens über das 

Polyol erfolgt und das Polyisocyanat unverändert 

bleibt. Üblich ist auch, eine Mischung aus Polyolen 

und Zusatzmitteln als Polyolformulierung zu be- 



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zeichnen. Ein Mischbetrieb für Polyole wird Formulierbetrieb 

genannt. In der Praxis werden alle Formen 

zwischen Basispolyol und kompletter Polyolformulierung 

angeboten. Die häufigste Form einer 

Teilformulierung ist eine Mischung aus zwei und 

mehreren Polyolen, der vor der Verarbeitung Aktivatoren, 

Stabilisatoren und Flammschutzmittel beigemischt 

werden. 

Die zur Herstellung von PUR-Hartschaumstoff notwendigen 

Komponenten werden von der Bayer AG 

unter den folgenden Marken vertrieben: 

• Desmodur ® Polyisocyanat 

• Desmophen ® Basispolyole bzw. Basispolyolmischungen 

• Baytherm ® Polyolsysteme/-Formulierungen 

für nicht flammgeschützte PUR-Hartschaumstoffe 

• Baymer ® Polyolsysteme/-Formulierungen 

für flammgeschützte PUR-Hartschaum- 

• 

stoffe 

Desmorapid ® Aktivator 

• Disflamoll ® Flammschutzmittel 

• Levagard ® Flammschutzmittel 

Schaumstabilisatoren sind u. a. bei den Firmen GE 

Bayer Silicones, Th. Goldschmidt AG, Air Products 

GmbH, Nitroil Europe Handels GmbH und Witco 

Corp. erhältlich. 

Treibmittel verkaufen z. B. die Firmen Erdölchemie 

GmbH, Exxon Chemical GmbH und Haltermann 

(Alkane), Solvay Fluor und Derivate GmbH und 

DuPont (H-FCKW und HFKW). 

2.8 Lagerung der Rohstoffe 

Alle Rohstoffe zur Herstellung von PUR- 

Hartschaumstoffen sollten vor Feuchtigkeit geschützt 

gelagert werden. Polyole sind im allgemeinen 

hygroskopisch und nehmen aus der Luft Wasser 

auf, so dass der Wassergehalt in kurzer Zeit auf 

einige Prozent ansteigen und zu Kennzahlverschiebungen 

(siehe Punkt 3.1), verstärkter CO2- Entwicklung 

und somit zu niedriger Schaumstoffrohdichte 

und verminderter Schaumstoff- Festigkeit führen 

kann. 

Der Schutz vor Feuchtigkeit ist besonders wichtig 

bei der Lagerung von Polyisocyanaten. Der sich bei 

der Reaktion mit Luftfeuchtigkeit bildende Poly- 



harnstoff wird als Feststoff ausgeschieden, so dass 

im Lagerbehälter Verkrustungen auftreten und sich 

Partikel absetzen, die Leitungen und Düsen 

verstopfen können. Deshalb sollte die bei Rohstoffentnahme 

in den Lagerbehälter nachströmende Luft 

trocken sein. 

PUR-Rohstoffe können nur über eine begrenzte 

Zeit gelagert werden. Während die meisten Grundkomponenten 

unvermischt in verschlossenen Behältern 

über Monate und Jahre gelagert werden 

können, ist bei Mischungen (Formulierungen) bereits 

nach Wochen mit einer chemischen Veränderung 

zu rechnen. Dies zeigt sich in Verfärbungen, 

Anstieg der Viskosität, Nachlassen der Reaktivität 

und der Schaumstabilität. 

Zu hohe Temperaturen können die Lagerfähigkeit 

der Rohstoffe stark herabsetzen. Darauf ist besonders 

bei langen Transportzeiten und Erwärmung 

durch Sonneneinstrahlung zu achten. In der Regel 

sind die auf dem Markt angebotenen Rohstoffe 

über kürzere Zeit (Tage bis Wochen) bei Temperaturen 

bis 50 °C ausreichend stabil. Dies muss auch 

so sein, da bei Tankwagenlieferung zum Beispiel 

die Rohstofftemperatur 50 °C betragen kann. In den 

meisten Fällen wird eine Verarbeitungstemperatur 

von 20 bis 25 °C empfohlen, weshalb nach Übernahme 

der Rohstoffe für eine entsprechende Kühlung, 

z. B. durch Wärmetauscher, zu sorgen ist. 

Das Temperieren der Rohstoffe ist auch bei längerer 

Lagerung angebracht. Hohe Temperaturen können 

die Qualität, tiefe Temperaturen die Verarbeitbarkeit 

durch zu hohe Viskosität beeinträchtigen. 

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass treibmittelhaltige 

(H-FKW-, H-FCKW-) Rohstoffe generell 

bei Temperaturen unter 30 °C zu lagern sind. 

Im übrigen sind die gesetzlichen Vorschriften zur 

Lagerung von chemischen Rohstoffen zu beachten. 

2.9 Sicherheitsmaßnahmen bei der 

Handhabung von PUR-Rohstoffen 

Aus Sicherheitsgründen sind beim Umgang mit 

PUR-Rohstoffen die in den Produktmerkblättern 

und Produktsicherheitsdatenblättern aufgeführen 

Schutzmaßnahmen zu beachten. 

Polymeres MDI (PMDI) z. B. ist als Gefahrstoff 

klassifiziert und kennzeichnungspflichtig und muss 

deshalb mit entsprechender Vorsicht gehandhabt 

werden. Für den Umgang mit PMDI ist ein Grenz- 



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wert für die höchstzulässige Konzentration eines 

darin enthaltenen Arbeitsstoffes an Arbeitsplätzen 

als Gas, Dampf oder Schwebstoff in der Luft festgesetzt. 

Der Grad einer möglichen Gefährdung 

hängt im Wesentlichen von der Menge der bei der 

Verarbeitung von PMDI freiwerdenden Isocyanatdämpfe 

und -aerosole ab. Sofern PMDI nicht versprüht 

wird, ist die Verarbeitung bei 20 bis 23 °C 

problemlos, wenn sie in belüfteten Räumen durchgeführt 

wird. Am Arbeitsplatz sollte eine ausreichende 

und vor allem gezielte Luftabsaugung vorgesehen 

werden. Die Luftbewegung sollte von den 

arbeitenden Personen weg erfolgen. 

Dämpfe und Aerosole von PMDI reizen die Augen 

und die Schleimhäute von Nase, Rachen und Lungen 

und können zu Überempfindlichkeitsreaktionen 

führen. Das Einatmen ist deshalb zu vermeiden. 

Bei allen Arbeiten sollten Schutzbrille, undurchlässige 

Schutzhandschuhe und geschlossene Arbeitskleidung 

getragen werden. Verunreinigte Kleidung 

ist sofort zu wechseln, um weiteren Hautkontakt zu 

vermeiden. Vor Arbeitsbeginn sollten die Hände mit 

einer guten Hautschutzsalbe eingerieben werden. 

PMDI ist getrennt von Nahrungs- und Genussmitteln 

aufzubewahren. Weitere technische und sicherheitsrelevante 

Hinweise können den Sicherheitsdatenblättern 

entnommen werden. 

Die oben aufgeführten Maßnahmen und Regeln 

sind bei der Herstellung von PUR-Hartschaumstoff 

generell zu beachten. 

3. Herstellung von PUR-Hartschaum- 

stoff 

3.1 Rezepturberechnung 

Für ein Rohstoffsystem gemäß Kapitel 2.7 wird 

üblicherweise eine Verarbeitungsrezeptur angegeben, 

die das Mengenverhältnis vorschreibt, in dem 

Polyol und Polyisocyanat zu mischen sind, z. B. 

100 Gew.-Tle. Polyol 

x Gew.-Tle. Aktivator 

y Gew.-Tle. Treibmittel 

140 Gew.-Tle. Polyisocyanat 

Will man jedoch ein Rohstoffsystem aus Grundkomponenten 

aufbauen, muss das Mengenverhältnis 

berechnet werden. Hierzu sind die Kenndaten 

OH-Zahl (OHZ), Wassergehalt und NCO-Gehalt 



erforderlich. Die Berechnungsformeln werden im 

folgenden abgeleitet: 

Kennzahl KZ 

Die Rezepturberechnung muss sicherstellen, dass 

für jede OH-Gruppe des Polyols eine NCO-Gruppe 

des Polyisocyanats zur Verfügung steht. Ob diese 

Bedingung gegeben ist, ergibt sich aus der Kennzahl. 

Die Kennzahl wird definiert als das Produkt 

aus Zahl der Mole NCO pro Mol OH multipliziert mit 

100. 

α 

KZ = 

α 

NCO 

OH 

x100 



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Gleichung 1 

Bei Kennzahl 100 ist die obige Bedingung erfüllt. 

Eine Kennzahl > 100 bedeutet einen Überschuss 

an NCO. Rezepturen für die Herstellung von PUR- 

Hartschaumstoff beinhalten üblicherweise Kennzahlen 

zwischen 105 und 125, von PIR-PUR-Hartschaumstoffen 

zwischen 180 und 350. Kennzahlen 

> 100 sichern bei PUR-Rezepturen das vollständige 

Abreagieren der OH-Gruppen. Überschüssige 

NCO-Gruppen reagieren z. B. unter Bildung von 

Allophanat-Strukturen. 

Da α NCO und α OH nicht direkt bestimmbar sind, 

werden sie mit Hilfe des NCO-Gehaltes und der 

OH-Zahl berechnet 

Berechnung der OH-Zahl und von α OH : 

Zur Bestimmung der OH-Zahl (OHZ) wird ein 

Gramm des Polyols mit dem Anhydrid einer Dicarbonsäure 

umgesetzt (verestert), und die frei werdende 

OH-äquivalente Säure mit Kaliumhydroxid 

(KOH) titriert. 

Die OH-Zahl ist als die notwendige Menge KOH in 

mg pro g Polyol definiert. Verwendet man nicht 1 g 

Polyol sondern die Menge MPolyol ergibt sich die 

Definition der OHZ wie folgt: 

M 

OHZ = 

M 

KOH 

Polyol 

Bezieht man diese Gleichung nicht auf mg KOH, 

sondern auf mMol KOH, müssen beide Seiten der 

Gleichung durch 56,1 (Molgewicht von KOH) geteilt 

werden: 

OHZ MKOH 

α 

= 

= 

56, 

1 M x 56, 

1 M 

α KOH 

Polyol 

= Mole KOH 

KOH 

Polyol 

Da aus der Bestimmung der OH-Zahl hervorgeht, 

dass jedem Mol KOH ein Mol OH entspricht, kön- 

α gleichgesetzt werden: 

nen α KOH und OH 

OHZ α 

= 

56, 

1 M 

OH 

Polyol 

Durch Umformen erhält man daraus: 

OH = α 

OHZ x MPolyol 

56, 

1 

Berechnung von α NCO : 

Gleichung 2 

Die Menge an NCO im Polyisocyanat wird normalerweise 

in Gew.-% NCO angegeben. 

Dafür gilt: 

% NCO = 

MNCO 

x100 

M 

Polyisocyanat 

Berücksichtigt man den Zusammenhang zwischen 

Mengen und Molaritäten nach 

MNCO α NCO = 

42 

42 = Molgewicht von NCO 

und rechnet gleichzeitig von Mol auf mMol um, so 

erhält man 

% NCO = α NCO x 42 

1000 x M 

Polyisocyanat 

Hieraus lässt sich durch Umformung α NCO berech- 

nen: 

NCO = α 

% NCO x MPolyisocyanat 

4, 

2 

Gleichung3 



Berechnung des Polyisocyanatanteils einer Rezeptur: 

Setzt man die Gleichungen 2 und 3 in Gleichung 1 

ein, so kann man daraus berechnen, wieviel Polyisocyanat 

für eine bestimmte Menge Polyol bei 

einer vorgegebenen Kennzahl notwendig ist: 

KZ = 

= 

% NCO x 

% NCO x 

M 

Polyisocyanat 

4, 

2 x OHZ xM 

M 

Polyisocyanat 

OHZ xM 

Polyol 



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Polyol 

x1336 

Durch Umformen folgt für 

M 

Polyisocya nat 

x 56, 

1 

OHZ xM 

Polyol 

= 

xKZ 

1336 x % NCO 

Gleichung 4 

Diese Formel ermöglicht es, für eine gegebene 

Menge Polyol bei Kenntnis der OH-Zahl und des 

NCO-Gehalts des Polyisocyanates die bei einer 

bestimmten Kennzahl notwendige Menge Polyisocyanat 

zu berechnen. 

3.2 Vorbereitung der Reaktionskomponenten 

Enthält die Polyolkomponente bereits die für die 

Verschäumung notwendigen Zusatzstoffe, ist vor 

der Verarbeitung lediglich für eine Temperierung - 

wie auch bei dem Polyisocyanat - auf zum Beispiel 

20 °C zu sorgen. In den meisten Fällen wird die 

Polyolkomponente ohne Aktivator und Treibmittel 

geliefert. Beide Zusatzstoffe sind dann nach der 

Temperierung zuzufügen. Zu beachten ist hier, 

dass auch das Treibmittel vorher temperiert werden 

sollte. 

Eine bestimmte konstante Temperatur ist erforderlich, 

um einen gleichbleibenden Reaktions- und 

Schäumvorgang zu gewährleisten (siehe Kapitel 

3.3). Werden dem Polyol auch Flammschutzmittel, 

Wasser, Stabilisatoren usw. zugesetzt, sollte berücksichtigt 

werden, dass der beim Vermischen 

einsetzende Lösevorgang Zeit benötigt. Dies bedeutet, 

dass nach Beendigung des Mischens die 

Polyolkomponente möglicherweise noch nicht ihre 

endgültige Qualität erreicht hat. Besonders beim 

Einmischen von Wasser ist dieser Hinweis zu beachten. 

Eine frische Polyolmischung kann sich bei 

der Verschäumung merklich anders verhalten als 

eine gelagerte. Dieses mögliche Verhalten der Polyolmischung 

ist zu ermitteln. Um Probleme zu vermeiden, 

empfiehlt es sich, die Polyolmischung ohne 

Treibmittel kurzzeitig auf 50 °C zu erwärmen oder 1 

bis 2 Stunden stehen zu lassen. 

Ähnliche Effekte können auch beim Einmischen des 

Treibmittels auftreten, allerdings ist ihre Auswirkung 

meistens unerheblich. 

3.3 Das Reaktionsgemisch und die 

Schaumbildung 

Zur Schaumstoffherstellung werden die vorbereiteten, 

mit Zusatzmitteln versehenen und temperierten 

Rohstoffe, d. h. Polyolkomponente und Polyisocyanatkomponente, 

intensiv miteinander vermischt. 

Die Reaktion setzt nach kurzer Zeit ein und läuft 

unter Wärmeentwicklung ab. Das Reaktionsgemisch 

wird durch die freiwerdenden Treibgase stetig 

aufgebläht, bis infolge fortschreitender Vernetzung 

das Reaktionsprodukt den festen Zustand 

erreicht, wobei die Schaumstruktur erhalten bleibt. 

Zur Charakterisierung des Reaktions- und Schäumvorgangs 

dienen die folgenden Zeitangaben: 

• Die Mischzeit oder Rührzeit gibt die Zeit 

an, die zum Vermischen der Reaktionspartner 

benötigt wird. 

• Die Start- und Liegezeit ist die Zeit, die 

vom Start der Vermischung der Reaktionspartner 

bis zum sichtbaren Schäumbeginn 

des Gemisches verstreicht. Dies ist in vielen 

Fällen durch einen Farbumschlag deutlich 

zu erkennen. Bei langsam reagierenden 

Gemischen erfordert dies einen geübten 

Blick. 

• Die Abbindezeit oder Fadenzeit zeigt den 

Übergang des Reaktionsgemischs vom 

flüssigen in den festen Zustand an. Sie entspricht 

in etwa dem Gelpunkt. Bei Erreichen 

dieses Zeitpunkts kann mit einem Reaktionsumsatz 

von ca. 50 % gerechnet 

werden. Die Abbindezeit wird gemessen, 

indem z. B. ein Holzstab wiederholt in das 

schon weit aufgetriebene Reaktionsgemisch 

getaucht und wieder herausgezogen 

wird und festgestellt wird, wann der Stab 



Fäden nach sich zieht. Die Zeitmessung 

beginnt mit dem Mischen. 

• Die Steigzeit und Klebfreizeit: 

• Nach dem Abbinden verlangsamt der 

Schaum seine Steiggeschwindigkeit. Der 

Zeitraum vom Mischbeginn bis Ende des 

optisch wahrnehmbaren Aufsteigens heißt 

Steigzeit. Die Oberfläche des Schaumstoffs 

ist nach Beendigung des Steigvorgangs 

noch klebrig. Durch wiederholtes Abtasten 

der Schaumoberfläche mit einem 

Holzstab wird der Zeitpunkt der Klebfreiheit 

Bild 7: Laborversuch: Messung der Abbindezeit 



Ausgabe 2004-06-14 

ermittelt. Die Zeit vom Mischbeginn bis zum 

Erreichen der Klebfreiheit heißt Klebfreizeit. 

• Die Abblaszeit: 

• Offenzellige Schaumstoffe können nach einer 

gewissen Zeit ihre Oberfläche öffnen 

und überschüssiges Treibgas abblasen. 

Die Zeit vom Mischbeginn bis zum beginnenden 

Abblasen wird Abblaszeit genannt. 



Die Reaktionszeiten sind von der Temperatur der 

Reaktionskomponenten, also des Reaktionsgemisches 

abhängig. Mit steigender Temperatur verkürzen 

sich die Reaktionszeiten. Beträgt die Abbindezeit 

bei 20 °C Ausgangstemperatur 100 s, verkürzt 

sie sich bei 30 °C z. B. auf 60 s. Die Abbindezeit 

gibt die sicherste und genaueste Auskunft über die 

Reaktivität, weshalb sie fast ausschließlich zur 

Festlegung der Reaktionsgeschwindigkeit herangezogen 

wird. Vergleichende Angaben zur Reaktivität 

müssen sich stets auf gleiche Temperaturen beziehen. 

Über die Entstehung des Schaums gibt es verschiedene 

Theorien. Die meisten gehen von einer 

Nukleierung (Bläschenbildung) in der Entstehungsphase 

aus. Ob sämtliche im fertigen Schaum 

vorhandenen Zellen bereits in der frühen Entstehungsphase 

vorliegen, ist unklar. Es ist anzunehmen, 

dass eine Übersättigung des flüssigen Reaktionsgemisches 

mit dem gebildeten Treibgas und 

eine Hohlraumbildung (Kavitation) bei der Vermischung 

der Rohstoffe für die Nukleierung verantwortlich 

sind. Auch die Bildung einer feinen Gasdispersion 

(Luft, bereits gebildetes Treibgas) beim 

Vermischen dürfte eine wichtige Rolle spielen. 

Bild 8: Zellwachstum bei der Entstehung von PUR-Hartschaumstoff 



Ausgabe 2004-06-14 

In dieser frühen Schaumentstehungsphase ist die 

Anwesenheit oberflächenaktiver Verbindungen, wie 

sie die Schaumstabilisatoren darstellen, von ausschlaggebender 

Bedeutung. 

Die kugelförmigen dispergierten Gasbläschen 

wachsen zunächst durch Eindiffundieren des entwickelten 

Treibgases. Dieser Vorgang dauert so lange 

an, bis ein bestimmtes Volumen erreicht ist, bei 

dem die dichteste Kugelpackung in der flüssigen 

Matrix vorliegt. Wird dieses Volumen überschritten, 

wandelt sich der Kugelschaum in ein System polyedrischer 

Zellen - hauptsächlich Pentagon-Dodekaeder 

- um. Die Hauptmenge der Polymerflüssigkeit 

befindet sich hier in den Gerüststegen, während 

dünne Membranen als Seitenflächen die einzelnen 

Zellen voneinander trennen. Dieses Zellwachstum 

ist in Abbildung 8 dargestellt. 



Die endgültige Struktur und Masseverteilung erreicht 

der Schaum mit der Abbindezeit. Das Bild 

von kugelförmigen Zellen und entsprechenden polyedrischen 

Strukturen trifft auf die Praxis nicht vollkommen 

zu. Da der Schaum in der Expansionsphase 

eine strömende Bewegung ausübt und die 

Zellen sich gegenseitig behindern, nehmen diese 

eine gestreckte Form an, d. h., der Durchmesser in 

Bild 9: Aufbau einer Schaumzelle 



Ausgabe 2004-06-14 

Strömungsrichtung ist größer als senkrecht hierzu. 

Man spricht von Zellorientierung. Diese Streckung 

der Zellen, die beim Aushärten des Schaumes erhalten 

bleibt, wenn der Schaum zuletzt nicht in seiner 

Ausdehnung behindert wird, spiegelt sich in den 

Schaumstoffeigenschaften wider. So kann die 

Druckfestigkeit in Schäumrichtung bis zu dreimal so 

hoch sein wie senkrecht dazu. 



Bild 10: Querschnitte und Außenansichten der Schaumsäulen 

Abbildung 10 veranschaulicht das Strömen des 

Reaktionsgemischs in der Aufschäumphase und 

verdeutlicht die Auswirkungen. In einem Becherglas 

wurden am Boden konzentrische Kammern eingeordnet 

und diese gleichzeitig mit unter 

schiedlich eingefärbten Reaktionsgemischen auf 

gleiche Höhe gefüllt. Um einzelne Zeitphasen darstellen 

zu können, wurden eine Reihe von Bechergläsern 

mit steigenden Reaktionsgemischmengen 

beschickt. 

Je nach Rohstoffsystem, Reaktivität, Schaumvolumen 

und -dichte treten im Schaumstoffkern Temperaturen 

zwischen 120 und 180 °C auf. Infolge der 

Erwärmung steigt der Gasdruck in den Zellen ent 



Ausgabe 2004-06-14 

sprechend an. Der Gasdruck muss von den Zellstegen 

und -membranen aufgenommen werden. 

Der zeitliche Verlauf der Volumenausdehnung (Aufsteigen 

des Schaumes), des Drucks und der Temperatur 

während des Schaum- und Aushärtevorgangs 

ist in der folgenden Abbildung dargestellt. 

Zur Aufnahme der Messdaten wurde ein senkrecht 

angeordnetes Rohr vom unteren Ende her ausgeschäumt 

(siehe Seite 30): 



Bild 11: Steigverhalten von verschiedenen Schaumsystemen 

Die Steiggeschwindigkeit des Schaumes hängt von 

der Zusammensetzung des Reaktionsgemischs ab. 

Besonders stark macht sich hier die unterschiedliche 

Wirkung der verwendeten Aktivatoren bemerkbar. 

Das folgende Diagramm zeigt das Aufsteigen 



Ausgabe 2004-06-14 

und die Steiggeschwindigkeit des Schaums beim 

Einsatz von Aktivatoren, die die Treibreaktion, d. h. 

die CO2-Entwicklung, und die Polyurethanbildung in 

unterschiedlichem Maß beschleunigen 

. 



Bild 12: Unterschiedliches Steigverhalten bei verschiedenen Katalysatoren (Aktivierung eingestellt auf gleiche 

Abbindezeit) 

Wie zu erkennen ist, werden der Schäumbeginn 

und die maximale Steiggeschwindigkeit durch die 

unterschiedlichen Aktivatoren stark verschoben. 

Auch das Steigvermögen (Steighöhe) ändert sich. 



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Diese Möglichkeit der Einflussnahme auf Schäum- 

und Reaktionsverlauf wird genutzt, wenn Rohstoffsysteme 

für bestimmte Anwendungen einzustellen 

sind. 



Die Volumenvergrößerung des entstehenden 

Schaums wird durch den Druck der umgebenden 

Luft mitbestimmt. Mit steigendem Luftdruck verringert 

sich die Volumenausdehnung und umgekehrt. 

Die wetterbedingten Luftdruckänderungen haben 

einen merklichen Einfluss auf die Schaumstoffdich- 

Bild 13: Abhängigkeit des Schaumvolumens/der Schaumstoffdichte vom Luftdruck 

Entsprechend erhält man an Schäumorten unterschiedlicher 

Höhenlagen unterschiedliche Schaumstoffdichten. 

Bei der Bestimmung der Schaumstoffdichte empfiehlt 

es sich daher, bei der Herstellung des 

Schaumstoffs den Luftdruck zu berücksichtigen. 

Häufig wird der PUR-Hartschaumstoff zwischen 

Deckschichten in komplizierten Hohlräumen herge- 



Ausgabe 2004-06-14 

te. Bei gleicher Treibmittelkonzentration des Reaktionsgemischs 

erhält man Schaumstoffe unterschiedlicher 

Dichte, wenn bei verschiedenen Luftdrücken 

geschäumt wird. An einem Freischaum 

(Schaum kann ungehindert aufsteigen) wurden 

luftdruckabhängig die folgenden Dichten gemessen: 

stellt. Auch hier muss der Schaum gegen den Umgebungsluftdruck 

aufsteigen. Eine ungewöhnliche 

Luftdruckerhöhung kann bewirken, dass der Hohlraum 

mit der vorgegebenen Reaktionsgemischmenge 

nicht mehr vollständig ausgeschäumt wird. 

Die luftdruckbedingte Änderung der Schäumhöhe 

ist am Beispiel der Ausschäumung eines senkrecht 

angeordneten Rohres im folgenden Diagramm dargestellt. 



Bild 14: Ausschäumung eines senkrecht angeordneten Rohres 

3.4 Allgemeine Regeln für die Herstellung von 

PUR-Hartschaumstoffen 

Um bei der Herstellung von PUR-Hartschaumstoff 

optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen bestimmte 

Parameter und Vorschriften beachtet werden. 

Für Anwendungen im Bausektor wird PUR-Hartschaumstoff 

überwiegend zwischen Deckschichten 

erzeugt, die planparallel zueinander angeordnet 

sind. Der Schaum muss den Hohlraum zwischen 

zwei Deckschichten ausfüllen. Ein Rahmen an den 

Kanten der Deckschichten sorgt in den meisten 

Fällen für eine Begrenzung der Schaumausbreitung. 

In seiner Entstehungsphase verklebt der 

Schaum mit den Deckschichten, woraus je nach 

Deckschichtmaterial und Oberflächenqualität ein 

mehr oder weniger stabiler Verbund entsteht. 

Die Eigenschaften des Schaumstoffs hängen weitgehend 

von der Dichte des Schaumstoffs ab (siehe 

hierzu Technische Information "Technische Eigenschaften 

von Polyurethan (PUR)-Hartschaum als 

Dämmstoff im Bauwesen" [4]). Demzufolge muss 

die Dichte eingestellt werden, wenn bestimmte Eigenschaften 

erzielt werden sollen. Dies geschieht 

durch die Auswahl des Rohstoffsystems und durch 

Anpassung des Treibmittelgehalts. Im Allgemeinen 

ist die an einem Freischaum ermittelte Dichte bei 

der Hohlraumausschäumung nicht realisierbar. Der 



Ausgabe 2004-06-14 

Reibungswiderstand an den Deckschichten behindert 

die Expansion des schäumenden Reaktionsgemischs. 

Dieser Effekt wird durch den Gegendruck 

der zu verdrängenden Luft verstärkt. Wie 

bereits erwähnt, übt der Schaum eine strömende 

Bewegung aus, die eine Zellorientierung mit entsprechender 

Beeinträchtigung der Schaumstoffeigenschaften 

bewirkt. Die Zellorientierung kann 

durch "Verdichten" des Schaumstoffs vermindert 

werden, d. h. man füllt mehr Reaktionsgemisch ein 

als zur Ausschäumung des Hohlraums nötig ist. Die 

Reaktionsgemischmenge sollte so bemessen sein, 

dass der Schaum den Hohlraum vor dem Abbinden 

ausfüllt. Aus diesem Grund wird die Dichte des 

Freischaums deutlich niedriger eingestellt als die 

des herzustellenden Schaumstoffs. Das Verdichten 

des Schaums hat einen beachtlichen Schäumdruck 

zur Folge, der bis zum Aushärten des 

Schaumstoffes von einer geeigneten Vorrichtung (z. 

B. Presse, Stützform) aufgenommen werden muss, 

um die gewünschten Dimensionen einzuhalten. Der 

Druck hängt vom Verdichtungsgrad E ab. Dieser 

ist definiert durch 

Solldichte des Schaumstoffes 

E = 

Dichte des Freischaumes 

Tabelle 2 zeigt die Abhängigkeit des Drucks vom 

Verdichtungsgrad (gültig für den Dichtebereich um 

35 kg/m 3 ). 



Tabelle 2: Druck in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad 

Der hergestellte Schaumstoff muss so lange in der 

Presse oder Form verbleiben, bis bei Entnahme nur 

noch eine geringe, tolerierbare Dimensionsänderung 

auftritt. 

Die Verweilzeit bestimmt unter anderem die Wirtschaftlichkeit 

der Produktion. Bei Unterschreiten der 



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Mindestverweilzeit kann der Schaumstoff stark 

ausbauchen und sogar im Kernbereich aufreißen. 

Das nachstehende Diagramm zeigt die Dickenänderung 

einer Schaumstoffplatte in Abhängigkeit von 

der Formverweilzeit. 

Bild 15: Dickenänderung einer Schaumstoffplatte in Abhängigkeit von der Formverweilzeit 

Die zu Polyurethan, Polyharnstoff und Polyisocyanurat 

führenden Reaktionen laufen unter Wärmeentwicklung 

ab. Um die Reaktionsgeschwindigkeit 

auf ausreichend hohem Niveau zu halten, sollte 

zunächst nur wenig Reaktionswärme über die 

Schaumstoffoberfläche abgeleitet werden. Bereits 

beim Auftrag des Reaktionsgemischs auf ein Deck- 

schicht- bzw. Formenmaterial sollte der Wärmeentzug 

gering sein. Aus diesem Grund wird empfohlen, 

die Deckschicht, die Form bzw. die Stützvorrichtung 

schaumseitig auf 30 - 45 °C vorzuwärmen. 



Bei der Herstellung von PIR-PUR-Schaumstoffen 

sollte die Temperatur noch deutlich höher (bis 

60 °C) sein. Allerdings können bei diesen verhältnismäßig 

hohen Temperaturen Treibmittelverluste 

auftreten, die sich durch erhöhte Schaumstoffdichte 

und auch durch größere Hohlstellen/Blasen im 

Schaumstoff bemerkbar machen. 

Auch in der Aushärtephase, wenn der Schaum den 

vorgegebenen Raum ausgefüllt hat, sollte sich der 

Wärmeabfluss über die Deckschichten und die 

Stützvorrichtung in Grenzen halten. Andernfalls 

kann der Schaumstoff oberflächlich verspröden und 

die Haftung an der Deckschicht unzureichend ausfallen. 

Das Reaktionsgemisch sollte so in den Hohlraum 

eingetragen werden, dass der aufsteigende 

Schaum sich gleichmäßig ohne Überwälzungen 

ausbreitet und die Luft vollständig verdrängt. Entlüftungslöcher 

sind so anzubringen, dass der Schaum 

sie erst erreicht, wenn die Luft verdrängt ist. Auf 

diese Weise lassen sich Lufteinschlüsse vermeiden. 

Es empfiehlt sich auch, die Form bzw. Stützvorrichtung 

in eine Position z. B. durch Neigung) zu 

bringen, durch die die Fließrichtung des aufsteigenden 

Schaums vorgegeben ist. Bei kontinuierlichem 

Mischen der Reaktionskomponenten (z. B. mit Maschinen) 

und Eintragen des Reaktionsgemisches in 

einen Hohlraum ist zu vermeiden, dass flüssiges 

Reaktionsgemisch in bereits schäumendes eingetragen 

wird. 

4. Verfahren zur Herstellung von PUR- 

Hartschaumstoff 

4.1 Handmischmethode 

Als Handmischmethode bezeichnete man ursprünglich 

das Vermischen der Rohstoffe mit Hilfe eines 

Rührstabs. Diese Bezeichnung wird heute auch 

dann verwendet, wenn die in ein Mischgefäß eingebrachten 

Komponenten mit einem elektrisch angetriebenen 

Rührwerk vermischt werden. 

Die Handmischmethode wird vornehmlich zur Entwicklung 

und Überprüfung von Rohstoffsystemen 

im Labormaßstab und zur Herstellung kleinerer 

Hartschaumblöcke angewandt. 



Ausgabe 2004-06-14 

4.1.1 Herstellung von Testschaumstoffen im 

Labormaßstab 

Zur Bestimmung bzw. Einstellung der Reaktionszeiten 

eines Rohstoffsystems und der Schaumstoffrohdichte 

werden üblicherweise im Labor kleine 

Schaumstoffblöcke mit einem Volumen von 5 - 10 l 

hergestellt. Da die Ergebnisse reproduzierbar sein 

müssen, sind stets die gleiche Herstellweise und 

die gleichen Herstellbedingungen einzuhalten. 

Für die Herstellung empfehlen sich die folgenden 

Geräte: 

1 Pendraulik-Labormischer, Typ LM-34 mit Fußschalter 

(Pendraulik, Maschinen- und Apparate 

GmbH, D-31832 Springe, Telefax: 05 41/50 29) 

1 Kunststoffbehälter mit Spülflüssigkeit zum Reinigen 

des Rührtellers 

1 Lenart-Rapid-Rührer (Maschinenfabrik Paul Vollrath, 

Max-Planck-Str. 13, 50354 Hürth, Tel.: 0 22 

33/7 98 90) 

Pappbecher, spiralgewickelt mit angebördelten 

Blechböden, 140/137 x 96 x 1 [mm] (Brüggen & 

Söhne, Postfach 5 23 03, 52399 Düren) 

1 Stoppuhr (Messgenauigkeit 1 Sek.) 

2 Thermometer mit 0,1 °C-Einteilung 

1 Waage (0,1 g-Einteilung) 

Holzstäbe ca. 200 x 2 [mm] 

Testpäckchen (aus Packpapier gefaltet, Grundfläche 

20 x 20 cm 2 , Höhe 14 cm) 

1 Bandsäge (zum Schneiden von Probekörpern) mit 

Tischabsaugung Staubfilter für den Arbeiter beim 

Sägen 

Geeignetes Temperiergefäß für Reaktionskomponente 

in Pappbecher (z. B. Dewar- Gefäß mit Trockeneis) 

1 Barometer zum Messen des Luftdrucks 

Die Temperatur der verwendeten Rohstoffe sollte 

über 23 °C liegen. Das Temperieren auf Soll- 

Temperatur (z. B. 20 °C oder 23 °C) kann dann 

durch einfaches Abkühlen erfolgen (siehe unten). 



Entsprechend der Verschäumungsrezeptur werden 

das Polyol sowie die Zusatzmittel in einen Pappbecher 

eingewogen und durch Rühren intensiv vermischt. 

Wichtig ist, dass kein Rohstoff am Rührer 

haften bleibt. Deshalb empfiehlt es sich, den laufenden 

Rührer aus der Mischung zu heben, um 

eventuelle Rohstoffreste abzuschleudern. 

Während des Mischens sollte die Rührerdrehzahl 

allmählich gesteigert werden, um ein Herausspritzen 

des Gemisches zu vermeiden. Durch Rückwägen 

muss nun die Menge des durch Verdunsten 

verlorengegangenen Treibmittels festgestellt werden. 

Der Verlust ist zu ersetzen. 

Anschließend wird in einen separaten Pappbecher 

etwa das 1,5-fache der in der Rezeptur genannten 

Polyisocyanat-Menge eingewogen. 

Der Inhalt des Pappbechers wird auf eine der oben 

angegebenen Solltemperaturen ± 0,5 °C eingestellt. 

Wegen der höheren Ausgangstemperatur müssen 

die Rohstoffe abgekühlt werden. Dies geschieht 

durch mehrmaliges kurzes Eintauchen in das Temperiergefäß 

bei gleichzeitigem Rühren mit einem 

Thermometer. 

In den Pappbecher mit der Polyol-Mischung wird 

nun die gemäß Rezeptur einzusetzende Menge 

Polyisocyanat aus dem zweiten Pappbecher zügig 

eingewogen. Der Rührer wird eingeschaltet, bei 

geringer Laufgeschwindigkeit in die Flüssigkeit eingetaucht 

und auf Soll-Drehzahl (z. B. 1000 U/min) 

eingestellt. Gleichzeitig mit dem Eintauchen des 

Rührers ist die Stoppuhr anzuschalten Die Rührzeit 

beträgt üblicherweise 10 - 15 s. Das Reaktionsgemisch 

wird sofort nach dem Vermischen in ein 

Testpäckchen aus Packpapier gegossen, und es 

erfolgt nun die Bestimmung von Startzeit, Abbindezeit, 

Steigzeit und Klebfreizeit. 

Das Testpäckchen sollte auf ein wärmedämmendes 

Material, z. B. eine Schaumstoffplatte, gestellt werden, 

damit sich die Temperatur des Reaktionsgemischs 

beim Eingießen nicht verändert und dem 

entstehenden Schaumstoff im Bodenbereich nicht 

zu viel Wärme entzogen wird. 

Zur Bestimmung der Rohdichte können Würfel mit 

einer Kantenlänge von 10,0 cm aus dem Kernbereich 

des Schaumstoffblocks herausgesägt werden. 

Dies sollte erst nach dem Abkühlen des Schaumstoffes 

geschehen. 



Ausgabe 2004-06-14 

4.1.2 Herstellung von PUR-Hartschaumstoff- 

blöcken nach dem Handmischverfahren 

Blockware wird in Form von Platten und anderen 

Zuschnitten, z. B. Rohrhalbschalen, verwendet. Aus 

geschnittenen Platten lassen sich durch Verkleben 

mit Deckschichten Verbundelemente verschiedenster 

Art herstellen. 

Die "Handverschäumung" ist die einfachste Methode 

zur Herstellung von kleinen Schaumstoffblöcken. 

Sie erlaubt die Verarbeitung auch hochviskoser 

Rohstoffe und das einfache Einmischen von Feststoffen 

und Pasten (z. B. Farbpasten). Außerdem 

sind nur geringe Investitionen erforderlich. Nachteile 

der Handverschäumung sind die hohe Arbeitsintensität 

und der Rohstoffverlust (im Mischgefäß 

verbleibender Rest). 

Für eine Ansatzmenge von ca. 50 kg werden die 

folgenden Einrichtungen benötigt: 

• Mischgefäße von ca. 100 l Inhalt 

• Ein schnelllaufender Rührer, der Auf- und 

Ab- sowie Kreisbewegungen gestattet (in 

einfachen Fällen genügt eine Handbohrmaschine 

mit Rührelement) 

• Eine Waage mit Messbereich bis 100 kg 

• Eine Waage mit Messbereich 1 - 2 kg und 

1 g Messgenauigkeit bzw. Messzylinder für 

Kleinmengen 

• Schutzbrillen und Handschuhe 

• Absaugvorrichtung 

• Reinigungsmittel 

Die Gesamtmenge MA des Ansatzes ergibt sich aus 

dem Volumen V der auszuschäumenden Form, der 

gewünschten mittleren Rohdichte RD, der im 

Mischbehälter verbleibenden Menge MV an Reaktionsgemisch 

und der Auftriebsdifferenz A zwischen 

dem flüssigen Reaktionsgemisch und dem fertigen 

Schaumstoff (= Gewicht der verdrängten Luft, ca. 

1,2 kg/m 3 bei 20 °C) sowie aus dem beim Mischen 

und Aufsteigen des Reaktionsgemischs entstehenden 

Verlust MG an Treibmittel. 



Damit ist 

MA = V x RD + V x A + MV 

+ MG 



Ausgabe 2004-06-14 

Gleichung 5 

Die Mengen MK der Komponenten werden wie folgt 

berechnet: 

M 

K 

Gesamtmenge 

MA 

= 

Σ der Gewichtsteile 

lt. 

Re zeptur 

Gew.-Teile der Komponente lt. Rezeptur 

Hierzu ein Beispiel: 

Volumen des Formteils V = 1,2 m 3 

Gewünschte mittlere Rohdichte RD = 35 kg/m 3 

Auftriebsdifferenz A = 1,2 kg/m 3 

Verbleibende Menge im Mischbehälter MV = 2 kg 

(aus Versuchen ermittelt) 

Treibmittelverlust MG = 1 kg 

(aus Versuchen ermittelt) 

Aus Gleichung 5 ergibt sich für die Ansatzmenge: 

MA = 1,2 m 3 · 35 kg/ m 3 + 1,2 m 3 · 1,2 kg/ m 3 + 2 kg 

+ 1 kg 

= 42 kg + 1,44 kg + 2kg + 1kg 

= 46,44 kg 

Rezeptur: 

100 Gew.- Teile Polyol 

20 Gew.- Teile Treibmittel 

2 Gew.-Teile Aktivator 

120 Gew.-Teile Polyisocyanat 

242 Gew.-Teile Insgesamt 

Die Einzelmengen sind damit: 

46, 

44 

242 

Baymer-Polyol MPolyol = x100 

19, 

190kg 

46, 

44 

242 

Treibmittel MTM = x 20 3, 

838kg 

Aktivator MDesmorapid = x 2 = 0, 

384kg 

= 

46, 

44 

242 

= 

46, 

44 

242 

Polyisocyanat MDesmodur = x120 

= 23, 

023kg 

Die Form, in der der Schaumstoff entsteht und ausreagiert, 

kann im einfachsten Fall eine Holzkiste 

sein. Damit leichter entformt werden kann, sollten 

die Innenflächen glatt sein. Entweder trennt man 

mit Papieren (z. B. Polyethylenbeschichtetes Kraftpapier 

oder Natronkraftpapier), die vor dem 

Schäumen in die Form eingelegt bzw. geklebt werden, 

oder aber durch Trennmittel (z. B. Trennwachse). 

Im letztgenannten Fall ist eine Auskleidung der 

Formwände mit Blech (z. B. Aluminiumblech) oder 

melaminharzbeschichtete Platten sinnvoll. 

Lieferanten für Trennmittel sind z. B.: 

Acmos Chemie GmbH & Co. 

Industriestr. 37 + 49 

D-28199 Bremen 

Tel.: (+49) 4 21 51 89-0 

Fax: (+49) 4 21 51 14 15 

IGEFA GmbH 

Europaallee 68-72 

D-50226 Frechen 

Tel.: (+49) 22 34 9 57 21-0 

Fax: (+49) 22 34 5 21 37 

Goldschmidt AG 

Goldschmidtstr. 100 

D-45127 Essen 

Tel.: (+49) 201 173-01 

Fax: (+49) 201 173-3000 

Blöcke werden wie folgt hergestellt: 

Die Form wird aufgestellt und innenwandig mit einem 

Trennmittel versehen. Auf der Waage wird der 

Mischbehälter austariert, Polyol, Treibmittel und 

Aktivator werden eingegossen und vermischt. Für 

die Reihenfolge des Eingießens gilt: Große Mengen 

vor kleinen und niedrigviskose Produkte vor hochviskosen. 

Zum Schluss wird die Polyisocyanatkomponente 

eingewogen, oder eine abgewogene Menge 

hinzugegossen. Die Komponenten müssen innerhalb 

der zum Teil sehr kurzen Startzeit (ca. 15 

bis 40 s) gut miteinander vermischt und in die Form 

eingegossen werden. 



Bild 16: Stirnseite einer Blockform 

Bild 17: Seitenansichten und perspektivische Ansicht einer Blockform 



Ausgabe 2004-06-14 



Am einfachsten ist das Schäumen in offenen Formen. 

Das Reaktionsgemisch wird in eine offene 

Holzkiste eingebracht, schäumt auf und bildet einen 

Schaumstoffblock. Obwohl der entstehende Druck 

auf die Seitenwände relativ niedrig ist, muss man 

ihn bei der Auslegung der Form wegen der großen 

Flächen berücksichtigen. Bei PUR-Blöcken wurde 

ein Druck von ca. 0,1 bar bei einer Rohdichte von 

35 kg/m 3 und ca. 0,15 bar bei einer Rohdichte von 

60 kg/m 3 gemessen. PIR-Schaumstoffe entwickeln 

einen deutlich höheren Druck. 

Dem Druckaufbau kann begegnet werden, indem 

man die Form bereits 5 bis 15 min. nach dem 

Schäumen des Blocks öffnet und den Schaum frei 

expandieren lässt. Zu diesem Zweck löst man zwei 

aneinander stoßende Wände der Form. Der nun 

über die Formenabmessungen hinaus wachsende 

Schaumstoffblock sollte sich ungehindert über die 

Kante der Bodenplatte schieben können. Öffnet 

man die Form nicht nach diesen kurzen Zeiten, 

sollte damit nun einige Stunden gewartet werden, 

um ein starkes Ausbauchen und gar Reißen des 

Blockes zu vermeiden. Der Block sollte entformt 

werden, wenn der Druck auf die Form genügend 

klein geworden ist. Der Zeitpunkt ist experimentell 

zu ermitteln. 

Bild 18: Schäumen gegen schwimmenden Deckel 

Bei einigen Anwendungen darf der Schaumstoff nur 

eine sehr geringe Zellorientierung aufweisen. Diese 

kann dadurch erreicht werden, indem das Reaktionsgemisch 

in eine allseitig verschließbare Form 

eingebracht und der Schaum stärker verdichtet 

wird. Der auf der Form lastende Druck ist entsprechend 

höher (siehe Kapitel 3: "Allgemeine Regeln 



Ausgabe 2004-06-14 

Der frei aufsteigende Schaum bildet eine Kuppe; 

seine Zellen sind vorwiegend vertikal orientiert (anisotrop). 

Die Kuppenbildung, die eine Menge Abfall 

beim Zuschneiden verursachen kann, lässt sich 

vermindern, wenn man den Schaum gegen einen 

schwimmenden Deckel aufsteigen lässt. Nachdem 

sich das eingefüllte Reaktionsgemisch am 

Formboden verteilt und der Aufschäumvorgang 

begonnen hat, wird ein Deckel aufgelegt, der auf 

der Oberfläche des Reaktionsgemisches schwimmt 

und vom Schaum hochgedrückt wird. Die Form 

kann auch hier einfach konstruiert sein, sie sollte 

jedoch glatte Innenflächen haben, damit sich der 

dicht abschließende Deckel nicht verklemmen 

kann. Eventuell muss der aufsteigende Deckel von 

Hand etwas geführt werden. Das normale Deckelflächengewicht 

beträgt ca. 40 kg/m 2 . 

Einen völlig rechteckigen Block kann man erhalten, 

wenn der Deckel gegen einen Anschlag stößt, und 

so der Schaumstoff leicht verdichtet wird. 

für die Herstellung von PUR-Hartschaumstoff."). Bei 

dieser Druckverschäumung sind lange Formverweilzeiten 

einzukalkulieren, da sonst die Blöcke 

aufreißen können. 



4.2 Maschinelle Herstellung von PUR- 

Hartschaumstoff 

4.2.1 Schäummaschinen und Schäumanlagen 

Das Handmischverfahren spielt bei der Herstellung 

von PUR-Hartschaumstoffen nur eine untergeordnete 

Rolle. Üblicherweise werden PUR-Rohstoffe 

mit Hilfe von Maschinen zu Schaumstoffen verarbeitet. 

Schäumanlagen für das Verarbeiten von 

zwei oder mehreren Komponenten bestehen aus 

Bild 19: Blockschema einer Schäumanlage 



Ausgabe 2004-06-14 

mindestens einer Schäummaschine und einer 

Formgebungseinrichtung. Die Schäummaschine 

kann als das Kernstück einer Anlage bezeichnet 

werden. 

Sie nimmt die flüssigen Komponenten auf, bringt 

und hält die Komponenten auf verarbeitungsfähigen 

Zustand, dosiert im richtigen Mengenverhältnis, 

mischt die Komponenten innig und trägt das Reaktionsgemisch 

aus. Das folgende Bild veranschaulicht 

die einzelnen Verfahrensschritte. 



Die beiden Hauptkomponenten Polyol und Polyisocyanat 

werden aus ihren Lagerbehältern in Arbeitsbehälter 

überführt. Häufig werden reine Zwei- 

Komponentensysteme verarbeitet, d. h. alle für die 

Reaktion wichtigen Zusatzstoffe wie Aktivatoren, 

Stabilisatoren, Treib- oder Flammschutzmittel sind 

bereits in den Hauptkomponenten enthalten. Es 

besteht aber auch die Möglichkeit, über Vormischstationen 

individuelle Abmischungen vorzunehmen 

oder die Zusatzkomponenten direkt in die Dosierleitungen 

der Pumpenaggregate zuzugeben. In den 

Arbeitsbehältern werden die Komponenten in verarbeitungsfähigen 

Zustand gebracht, d. h. temperiert 

und homogenisiert, und in diesem gehalten. 

Dosieraggregate fördern nun die Komponenten in 

einem bestimmten Mischungsverhältnis aus den 

Arbeitsbehältern zum Mischkopf. Hier treffen die 

Reaktionspartner aufeinander und werden zum 

Reaktionsgemisch vereinigt. Dieses wird ausgetragen 

und schäumt danach auf. 

Generell wird zwischen zwei Maschinensystemen 

unterschieden: den Niederdruck und den Hochdruckmaschinen. 

Beide Systeme sind recht einfach 

Bild 20: Prinzip einer Niederdruckmaschine 



Ausgabe 2004-06-14 

zu definieren. Während auf Niederdruckmaschinen 

die Komponentenströme im Bereich von 3 - 40 bar 

ausschließlich Rührwerksmischkammern zugeführt 

werden, komprimieren auf Hochdruckmaschinen 

Kolbenpumpen die Komponenten auf 150 - 300 bar, 

die dann nach dem sogenannten Gegenstrominjektionsprinzip 

vermischt werden. Bei diesem 

Prinzip wird die erzeugte hohe kinetische Energie 

der Komponentenströme beim Eintritt in die Mischkammer 

zur Vermischung genutzt. 

4.2.1.1 Niederdruckmaschinen 

Bei Niederdruckmaschinen werden die Komponenten 

meist durch Zahnradpumpen vor Schussbeginn 

kurzzeitig im Kreislauf geführt. Einfache Umschaltorgane, 

welche von Zeituhren angesteuert werden 

und somit die Schusslänge bestimmen, sorgen für 

den zeitsynchronen Komponenteneintritt in die 

Rührwerksmischkammer. Nach Schussende muss 

diese Kammer mittels Spülmittel (wässrig) vom 

verbliebenen Reaktionsgemisch gereinigt werden. 



4.2.1.2 Hochdruckmaschinen 

Hochdruckmaschinen können generell in zwei Kategorien 

eingeteilt werden: in das Geradeaus- und 

das Kreislaufsystem. 

Das Geradeaussystem 

Beim älteren Geradeaussystem werden die Komponenten 

direkt vom Arbeitsbehälter aus über Dosieraggregate 

dem Mischkopf zugeführt, d. h. bei 

Schussbeginn bzw. Starten der Dosierpumpen baut 

sich in den Hochdruckleitungen zum Mischkopf der 

Arbeitsdruck auf. Nach Überwindung der einstellbaren 

Federvorspannung öffnen die Einspritzdüsen im 

Mischkopf, und der Weg für die eigentliche Injektionsvermischung 

ist frei. 

Die für eine gute Vermischungsqualität notwendige 

Einstellbarkeit des Mischkammerdrucks wird durch 

der Mischkammer nachgeschaltete sogenannte 

Drallstücke oder durch einfache Lochscheiben 

Bild 21: Prinzip einer Hochdruckmaschine (Geradeaussystem) 



Ausgabe 2004-06-14 

erreicht. Für die Beruhigung des austretenden 

Reaktionsgemisches zu einem laminaren Fluss 

sorgt ein Umlenkkegel, der das Gemisch aufteilt 

und an die Wandung des Auslaufrohrs leitet. Nach 

Schussende wird die kleine Injektionsmischkammer 

(ca. 0,5 - 2,5 cm 3 ) durch einen kräftigen Luftstoß 

gereinigt. 

Um ein zeitsynchrones Öffnen der federbelasteten 

Düsenelemente zu erreichen bzw. einstellen zu 

können, sind in die Hochdruckleitungen sogenannte 

Speicherkolben installiert, die eine selbsttätige, einstellbare 

Volumenerweiterung des Drucksystemes 

ermöglichen und somit den Druckaufbau verzögern 

können. Am Schussende werden beide Druckseiten 

durch gekoppelte Entlastungsventile, die unterschiedlich 

einstellbare Entlastungsbohrungen aufweisen, 

schlagartig wieder auf das Ausgangsdruckniveau 

gebracht. Die Düsen schließen, und die 

Maschine steht für den nächsten Injektionsvorgang 

bereit. 



Das Kreislaufsystem 

Die generelle Unsicherheit bei der Steuerung über 

federelastische Elemente sowie die ständig steigenden 

Anforderungen an das Endprodukt waren 

der Anlass zur Weiterentwicklung der Hochdrucktechnik. 

Das Kreislaufsystem - die Komponenten werden 

vom Arbeitsbehälter über Dosieraggregat zum 

Mischkopf und wieder zurück in den Behälter gelei- 

Bild 22: Prinzip einer Hochdruckmaschine (Kreislaufsystem) 

4.2.1.3 Dosieraggregate und Mischköpfe 

Das Dosieren der Komponenten im richtigen 

stöchiometrischen Verhältnis muss reproduzierbar 

und mit hoher Genauigkeit erfolgen. So kommen in 

Niederdruck- und in Hochdruckmaschinen nur Präzisionspumpen 

zur Anwendung. In Niederdruckaggregaten 

werden meist Zahnradpumpen bekannter 

Bauart eingesetzt. Die Regelung der Ausstoßmenge 

wird durch Variieren der Antriebsdrehzahl 



Ausgabe 2004-06-14 

tet - bietet viele Vorteile. Zum einen werden bereits 

vor Schussbeginn die Komponentenströme auf 

erforderlichen Mengendurchsatz und Injektionsdruck 

gebracht, zum anderen vollzieht sich die Umsteuerung 

von Kreislauf auf Injektionsposition in 

zwangsgesteuerten Mischköpfen (siehe unten). Alle 

Funktionselemente, die für einen einwandfreien, 

insbesondere vor- und nachlauffreien Schaumstoff 

verantwortlich sind, werden zwangsweise mechanisch 

oder hydraulisch im Mischkopf selbst vollzogen. 

über stufenlos verstellbare Getriebe und neuerdings 

über Frequenzumrichter vorgenommen. 

Für Hochdruckaggregate kommen Kolbenpumpen 

(z. B. Reihen-, Axial- und Radialkolbenpumpen) zur 

Anwendung, die die Komponenten auf die geforderten 

Injektionsdrücke von 100 - 300 bar bringen. 

Das wichtigste Teil einer Schäummaschine ist der 

Mischkopf. Deshalb ist seit Beginn der Herstellung 



von PUR-Hartschaum umfangreiche Entwicklungsarbeit 

auf dem Gebiet der Mischtechnik getätigt 

worden. 

Rührwerksmischköpfe und druckgesteuerte Mischköpfe 

sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau durch 

das Geradeausverfahren (Niederdruck bzw. Hochdruck) 

geprägt. Bei den selbstreinigenden zwangsgesteuerten 

Mischköpfen findet man jedoch mehrere 

unterschiedliche Ausführungsformen. 

Rührwerksmischköpfe 

Die im oberen Teil der Mischkammer eintretenden 

Rohstoffe werden auf dem Wege zum Auslauf 

durch rotierende in der Drehzahl variable Rührer 

Bild 23: Druckgesteuerter Mischkopf (druckverlustarme Düsen) 

Zwangsgesteuerte Mischköpfe 

In diesen Mischkopftypen findet neben der eigentlichen 

Injektionsvermischung die Umsteuerung der 

Komponentenströme von Kreislauf- auf Injektionsposition 

unter Hochdruck statt. Somit werden die 

Düsen zeitsynchron am Anfang und Ende des Injektionsvorganges 

geschaltet. Weiterhin sind viele 

solcher Mischkopftypen selbstreinigend ausgelegt, 

d. h. nach Schussende wird das in der Mischkammer 

verbleibende Reaktionsgemisch mit Hilfe von 

Reinigungskolben ausgestoßen. 

Auf die verschiedenen Typen wie z. B. kolbengesteuerte 

Mischköpfe, Nadeldüsen-, Hubschieber-, 

Drehschieber-Mischköpfe soll hier nicht näher eingegangen 

werden. 



Ausgabe 2004-06-14 

intensiv vermischt. Es gibt verschiedene Arten von 

Rührern, z. B. Stachel-, Schrauben-, Schaufel-, 

Blatt oder Schneckenrührer. 

Druckgesteuerte Mischköpfe 

Die beiden Injektionsdüsen stehen sich in einer 

kleinen zylindrischen Mischkammer direkt gegenüber. 

Die Düsen öffnen sich, wenn der Komponentendruck 

die Federvorspannung der Düsennadeln 

überwindet. Neuerdings verwendet man auch 

druckverlustarme Düsen (Bild 23), die mittels Luft 

über eine Membrane angesteuert werden, so dass 

der Komponentendruck die pneumatische Vorspannung 

überwinden muss, um die Düsen zu öffnen. 

Die Hersteller und Lieferanten von Schäumanlagen 

und Mischköpfen stellen Informationsmaterial zur 

Verfügung: 

Hennecke GmbH 

Polyurethane Technology 

Birlinghovener Str. 30 

53754 Sankt Augustin 

Tel.: (+49) 22 41/339-0) 

Fax: (+49) 22 41/339-204) 

E-Mail: hennecke@hennecke.com 

Maschinenteile, die mit dem Reaktionsgemisch in 

Berührung kommen (Mischkammer, Auslaufrohr, 

Gießharke usw.) müssen regelmäßig gereinigt werden. 

Lieferanten geeigneter Lösemittel sind: 



Kraemer & Martin GmbH 

Zum Siegblick 37 - 45 

D-53757 Sankt Augustin 

Tel.: (+49) 22 41 54 97-0 

Fax: (+49) 22 41 6 41 77 

Jäkle Chemie GmbH & Co. KG 

Matthiasstraße 10-12 

D-90431 Nürnberg 

Tel.: (+49) 911 326 46-0 

Fax: (+49) 911 326 46-6 

E-Mail: chemikalien@csc-jaekle.de 

Internet: www.csc-jaekle.de 



Ausgabe 2004-06-14 

4.3 Kontinuierliche Herstellung von 

Schaumstoffblöcken 

Bild 24: Prinzip einer Anlage zum kontinuierlichen Herstellen von Schaumstoffblöcken 

Als Trennmittel dient eine zur U-Form gefaltete 

Papierbahn. Der entstehende Schaumstoffblock 

wird mit ihr weitertransportiert. Wegen des direkt 

Will man z. B. sehr lange und breite Blöcke herstellen, 

gelangt man bei der diskontinuierlichen Verfahrensweise 

sehr bald an Grenzen, die unter anderem 

dadurch gegeben sind, dass das Reaktionsgemisch 

vor Ablauf der Startzeit in die Form gebracht 

und verteilt sein muss. Die kontinuierliche 

Herstellung ist dann das wirtschaftlichste und technisch 

vorzuziehende Verfahren. 

Dabei wird das Reaktionsgemisch mit einer 

Schäummaschine und einem beweglichen Mischkopf 

auf ein Transportband aufgetragen. 

nach dem Aufschäumvorgang auftretenden Seitendrucks 

müssen auch die Seitenbegrenzungen als 

Transportbänder ausgebildet sein. 



Zur Vermeidung der Kuppenbildung zwecks Verringerung 

der Schnittverluste arbeitet man bei der 

kontinuierlichen Herstellung überwiegend nach dem 

Rechteckblockverfahren. Dabei läuft in der Zone 

des aufsteigenden Schaums eine Papierbahn ein, 

die durch entsprechende Einrichtungen auf den 

Schaum gedrückt wird. Das Ergebnis dieser Maßnahme 

ist ein Block mit fast rechteckigem Querschnitt. 

Der Quotient aus Länge der Druckstrecke und 

Fahrgeschwindigkeit des Bandes ist hierbei mit der 

Formverweilzeit bei diskontinuierlicher Fertigung 

vergleichbar. Bei kontinuierlicher Fertigung sind 

weit geringere Formverweilzeiten möglich als bei 

diskontinuierlicher. Die kurzen Wege, die das Reaktionsgemisch 

zurückzulegen hat, erlauben die Wahl 

kürzerer Start- und Abbindezeiten als bei der diskontinuierlichen 

Herstellung und damit eine schnellere 

Aushärtung. 

Bild 25: Aufschäumlinie bei kontinuierlicher Blockfertigung 

4.4 Herstellung von PUR-Hartschaumstoff- 

platten mit Deckschichten (Dämmplatten, 

Verbundelemente) 

Die Herstellung von Bauplatten aus Polyurethan- 

Hartschaum mit unterschiedlichen Deckschichten 

ist rationell und wirtschaftlich. 

Werden beidseitig starre Deckschichten eingesetzt, 

so erhält man in einem Arbeitsgang Sandwichelemente, 

die niedriges Gewicht, hohe Steifigkeit 

und ausgezeichnetes Dämmvermögen in sich vereinen 

(siehe auch Technische Information "Importance 

and usage of polyurethane metal faced 

panels in industrial buildings" [5]). Bei Verwendung 

diffusionsdichter Deckschichten bleibt die optimale 

Anfangswärmeleitzahl des Polyurethan-Hartschaumstoffes 

bestehen, d. h. man erhält Metall- 

Sandwichelemente mit optimalen Wärmedämmvermögen. 



Ausgabe 2004-06-14 

Üblich sind Blockbreiten von 1,00 - 1,50 m, Blockhöhen 

von 40 - 100 cm, Rohdichten von 30 - 200 

kg/m 3 sowie Bandlängen von ca. 15 m und Fertigungsgeschwindigkeiten 

von 2 - 7 m/min. 

Beim kontinuierlichen Herstellen von Blockware ist 

besonderes Augenmerk auf den Böschungswinkel 

φ, den das aufschäumende Reaktionsgemisch gegen 

die Waagerechte einnehmen kann, zu legen. 

Es sind Austragsleistung A, Blockbreite B, Rohdichte 

RD, Blockhöhe H und Geschwindigkeit VB so 

aufeinander abzustimmen, dass ein stationärer 

Zustand entsteht. Die Aufschäumlinie muss dann 

gegenüber der Umgebung ortsfest sein. Mit größeren 

Bandneigungswinkeln φ lassen sich höhere 

Blöcke herstellen. Allerdings ist dann besonders 

darauf zu achten, dass aufschäumendes Reaktionsgemisch 

nicht durch nachströmendes flüssiges 

unterlaufen wird. 

Die Kombinationsmöglichkeiten von Polyurethan- 

Hartschaumstoff mit unterschiedlichen Deckschichten 

sind vielfältig. Sie reichen von der papierkaschierten 

Dämmplatte bis hin zum hochwertigen 

und dämmstarken Kühlhauselement mit bis zu 24 

cm dickem Schaumstoffkern und verwindungssteifen, 

profilierten Stahlblechdeckschichten. Außerdem 

gibt es zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten 

von Polyurethan-Hartschaumstoff mit flexiblen 

Deckschichten auf der einen und starren Deckschichten 

auf der anderen Seite. Hier ist jedoch auf 

möglichen Verzug der Platten durch diesen asymmetrischen 

Aufbau zu achten. 

Für die Herstellung von Bauplatten sind eine Reihe 

diskontinuierlicher und kontinuierlicher Verfahren 

erarbeitet worden, welche je nach der gewünschten 

Plattenart und der vorgesehenen Kapazität die jeweils 

technisch sinnvollste und wirtschaftlichste 

Produktion ermöglichen. 



4.4.1 Kontinuierliche Herstellung von PUR- 

Dämmplatten und -Sandwichelementen 

Für die Großproduktion von PUR-Schaumstoffplatten 

mit Deckschichten werden Doppeltransportbandanlagen 

eingesetzt. Diese haben die Funktion 

einer mitlaufenden Stützform. Sie bestehen aus 

zwei übereinander in horizontaler Lage angeordneten 

Endlostransportbändern, die einen bestimmten 



Ausgabe 2004-06-14 

Druck aufnehmen können. Der Zwischenraum zwischen 

den beiden Bändern ist einstellbar, wodurch 

die Dicke der zu produzierenden Elemente eingestellt 

werden kann. Die Bänder laufen gegeneinander; 

der Abstand der Umkehrpunkte liegt normalerweise 

bei mindestens 10 m, so dass eine Druckstrecke 

von entsprechender Länge besteht. Der 

Bereich der Druckstrecke ist üblicherweise mit einer 

Umluftheizung ausgestattet. 

Bild 26: Schematische Darstellung einer Doppeltransportbandanlage mit flexiblen bzw. starren Deckschichten 

Die Deckschichten - Papiere, Folien, Vliese, Bleche 

- werden von Rollen abgewickelt und in den Raum 

zwischen die Transportbändern eingeführt. In seltenen 

Fällen werden starre Deckschichten, z. B. 

Spanplatten oder Gipskartonplatten, verwendet. Sie 

werden dann vom Stapel entnommen und auf Stoß 

in die Doppeltransportbandanlage eingelegt. Für die 

obere Deckschicht ist eine Auflage notwendig, die 

gleichzeitig als Distanzhalter dient. Bleche durchlaufen 

meistens eine Profilierstation, bevor sie die 

Transportbänder erreichen. 

Das Reaktionsgemisch wird im Bereich vor dem 

Einlauf in die Druckzone auf die Innenfläche der 

unteren Deckschicht aufgetragen. Es muss so eingestellt 

sein, dass es rasch aufschäumt und im 

Anfangsbereich der Druckstrecke die obere Deckschicht 

erreicht. Durch den Anpressdruck wird die 

entstehende Verbundplatte von den Transportbändern 

mitgenommen und transportiert. 

Eine Seitenbegrenzung verhindert das seitliche 

Ausdringen des Schaumes. Die unterschiedliche 

Elementgestaltung und verschiedenen Arbeitsweisen 

erfordern eine angepasste Seitenabdichtung. 

Sie bildet die seitliche Begrenzung der kontinuierlichen 

Form und wird im allgemeinen als feststehende, 

in der Breite verschiebbare Leisten (bei flexiblen 

Deckschichten) oder als mitlaufende Klotzkette (bei 

profilierten Blechen) ausgeführt. 

Die Produktionsgeschwindigkeit am Doppeltransportband 

hängt von der Aushärtungsgeschwindigkeit 

des frischen Schaumstoffs und von der Länge 

der Druckzone ab. Es existieren heute Rohstoffsysteme, 

die bei 3 cm Plattendicke bereits nach einer 

Verweilzeit von 1 - 2 min. in der Druckzone eine zur 

Weiterverarbeitung ausreichende Steifigkeit der 

Platten ermöglichen. Nach dem Austritt aus dem 

Band werden die Elemente entsprechend der gewünschten 

Länge geschnitten. 



Man kann Platten in Dicken von ca. 30 - 240 mm 

mit stark unterschiedlicher Profilierung herstellen. 

Um eine hohe Steifigkeit zu erreichen, werden 

Dachelemente in der Regel tiefer profiliert als 

Wandelemente. 

Die Auswahl der Deckschichten wird durch die jeweilige 

Anwendung bestimmt. Bei Fußbodendämmplatten 

werden bitumierte Papiere und 

schwarz eingefärbte Natronkraftpapiere eingesetzt. 

Für den Dachbereich werden hauptsächlich PEbeschichtete 

Natronkraftpapiere, PE-beschichtete 

Glasvliese und Mineralvliese verwendet. Die erforderliche 

Diffusionsdichtigkeit wird mit metallischen 

Deckschichten von > 50 µm Dicke, z. B. Aluminium- 

Folien, erreicht. Zur Verbesserung der Haftung 

können diese unter anderem mit Papier, Polyethylen 

oder einem Haftvermittler beschichtet sein. Bei 

der Auswahl der Deckschichten sind die Anforderungen 

an das brandschutztechnische Verhalten 

der Dämmplatten zu beachten. 

Dach- und Wandelemente werden meistens unter 

Verwendung von profilierten lackierten Stahl- bzw. 

Aluminiumblechen hergestellt. Wegen der Profilierung 

ist erhöhte Aufmerksamkeit bei der Verteilung 

des Reaktionsgemisches erforderlich. Auch können 

die profilierten Bleche nur in relativ kleinem Winkel 

in das Doppeltransportband eingeführt werden, 

wodurch die Höhe der Verteilvorrichtung für das 

Reaktionsgemisch begrenzt ist. 

Die Qualität der Blechoberfläche und des Lackes 

hat entscheidenden Einfluss auf den Verbund und 

die Oberflächenqualität des produzierten Elements. 

Unzureichende Schaumstoffhaftung und Störungen 

in der Schaumstoffstruktur können ihre Ursache in 



Ausgabe 2004-06-14 

der Oberflächen- und Lackqualität haben (siehe 

auch Technische Information Nr. 7/1998, "Einflüsse 

verschiedenartiger Rückseitenlacke von Stahldeckschichten" 

[6]). Durch Corona-Behandlung der 

schaumseitigen Oberfläche der Deckschichten 

können die genannten Probleme häufig weitgehend 

ausgeschaltet werden. 

(Lieferant von Corona-Geräten: Fa. Agrodyn Hochspannungstechnik 

GmbH, Bisamweg 10, D-33803 

Steinhagen, Fax: (+49) 52 04-92 10 33). 

Es ist an sich überflüssig zu erwähnen, dass Deckschichten 

staub- und fettfrei sein müssen. 

Das gleichmäßige Temperieren (Erwärmen) der 

Blechdeckschichten ist sehr wichtig und hat einen 

hohen Einfluss auf das Schäumergebnis. Die Temperatur 

sollte im Auftragsbereich 35 - 40 °C betragen. 

Auftrag des Reaktionsgemischs 

Das auf die untere Deckschicht aufgetragene Reaktionsgemisch 

expandiert bis auf das 40-fache seiner 

Schichtdicke. Beim Auftrag kommt es deshalb - 

besonders bei dünnen, ebenen Laminaten - auf 

eine gleichmäßige Verteilung an. Hierfür gibt es 

mehrere Methoden. Wegen seiner einfachen Handhabung 

und seiner großen Variationsbreite hat sich 

der zeilenförmige über die Plattenbreite oszillierende 

Auftrag weitgehend durchgesetzt. Dabei wird z. 

B. ein Gegenstrominjektionsmischkopf senkrecht 

zur Bandlaufrichtung hin und her bewegt. Das Reaktionsgemisch 

wird zeilenförmig auf die untere 

Deckschicht gegossen oder gespritzt. 



Bild 27: Zeilenförmiger Auftrag des Reaktionsgemischs durch Spritzen oder Gießen 

Die Geschwindigkeit, Vm, mit der der Mischkopf 

bewegt wird, liegt bei 50 - 150 Hüben/ min. Die 

Länge des Spritzstrahls bzw. die Länge des Gießfilms 

l, der z. B. durch ein vielfach gelochtes Rohr 

erzeugt werden kann, kann bis zu 30 cm betragen. 

Mit der Forderung nach doppelter Überlappung und 

bei einer Bandbreite B ergibt sich als Grenze für die 

Bandgeschwindigkeit VB: 

I 

x V 

2B 

VB m = 



Ausgabe 2004-06-14 

Gleichung 6 

Aus Gleichung 6 mit Vm = 150 m/min., l = 0,3 m, B = 

1 m errechnet sich die maximale Bandgeschwindig- 

keit. 

V B max. 

0, 

3 x150 

= = 

2 x1 

22, 

5 m / min. 

Die Bandgeschwindigkeiten richten sich nach den 

Plattendicken und der Druckzone und liegen bei 

2 - 12 m/min. In einigen Spezialfällen sind 20 

m/min. möglich. 

Bei höherer Bandgeschwindigkeit ist ein oszillierender 

Auftrag des Reaktionsgemischs nicht möglich. 

In diesen Fällen bedient man sich stationär angeordneter 

Mischköpfe und gegebenenfalls spezieller 

Verteiltechniken. 

Aufschäumlinie 

Von der Seite betrachtet ist am aufschäumenden 

Reaktionsgemisch die Aufschäumlinie zu erkennen. 

Der stationäre Zustand, der für ein gutes reproduzierbares 

Ergebnis erforderlich ist, ist erreicht, wenn 

die Aufschäumlinie gegenüber der Umgebung ortsfest 

bleibt. Dazu sind der Reaktionsablauf und die 

Bandgeschwindigkeit aufeinander abzustimmen. 

Die Austragsleistung der Schäummaschine sowie 

Breite und Höhe des Doppellaminates sind festgelegt. 

Theoretisch müsste dann die Geschwindigkeit 

des Bandes so eingestellt werden, dass das aufgeschäumte 

Material die obere Deckschicht erreicht, 

ohne dass Druck entsteht. 

In der Praxis ist diese Einstellung nicht möglich. Der 

Raum zwischen den Deckschichten muss voll ausgeschäumt 

werden. Dazu ist ein gewisser Druck 

erforderlich, der vom Reaktionsgemisch aufgenommen 

wird, ohne dass das Gemisch gegen die 

Bandlaufrichtung ausweicht. Ein Ausweichen hätte 

"Überwälzung" zur Folge. Leichtes Überwälzen 

führt dazu, dass die leicht wellige Oberfläche des 

aufschäumenden Reaktionsgemischs geglättet wird 

und unter der oberen Deckschicht keine Blasen 

oder Lufteinschlüsse sind. Starkes Überwälzen hat 

erhebliche Nachteile, denn das aufsteigende Reaktionsgemisch 

wird durch die auftretenden Reibungen 

stark gestört. 



Bild 28: Schematische Darstellung der Aufschäumlinie des Reaktionsgemischs bei einer Doppeltransportbandanlage 

Bild 29: Schematische Darstellung einer "Überwälzung" 

Die Zellen werden in Bandlaufrichtung gestreckt, 

was die Druck- und Zugfestigkeit in Dickenrichtung 

der Platten beeinträchtigt. Dabei können auch Vertikalrisse 

in den Platten entstehen. 

Es ist deshalb wichtig, während der Produktion die 

Aufschäumlinie in den Bandkanal hinein zu beobachten, 

was mit Hilfe von Lampen und optischen 

Geräten möglich ist. 



Ausgabe 2004-06-14 

Die Kontaktzeit, d. h. die Zeit, die das schäumende 

Reaktionsgemisch benötigt, um nach dem Auftrag 

die obere Deckschicht zu erreichen, wird ermittelt, 

indem ein kleiner Schaumstoffwürfel vor dem Gemischauftrag 

auf die untere Deckschicht gelegt 

wird. Beim Benetzen des Schaumwürfels mit Reaktionsgemisch 

wird die Stoppuhr eingeschaltet. Die 

Kontaktzeit ist erreicht, wenn der Würfel die obere 

Deckschicht berührt. Sie sollte 3 - 5 s kürzer als die 

Abbindezeit sein. 



Mit Hilfe von Temperiereinrichtungen können die 

Aufschäumlinie und somit die Fertigungsgeschwindigkeit, 

aber auch die Rohdichteverteilung, beeinflusst 

werden. Die Temperatur der Rohstoffe, der 

Auftragszone, der Deckschichten und der Transportbänder 

sollte konstant bleiben, damit ein stationärer 

Zustand erhalten bleibt. 

Üblicherweise wird mit Rohstofftemperaturen von 

20 °C, gegebenenfalls auf 25 - 30 °C temperierter 

Auftragszone und Bandtemperaturen von 35 - 45 

°C, gefahren. Werden Metallverbundelemente hergestellt, 

sind die Blechdeckschichten so vorzuheizen, 

dass sie im Auftragsbereich eine Temperatur 

von 35 - 40 °C haben. 

Aushärtezone 

In den meisten Fällen ist nur ein sehr geringer 

Druck erforderlich, um dem aufsteigenden Reaktionsgemisch 

die gewünschte Dicke bzw. Form zu 

geben, denn das Reaktionsgemisch darf noch nicht 

abgebunden sein, wenn es die obere Deckschicht 

erreicht. Dennoch ist der Bandkanal auf einen inneren 

Überdruck von 0,5 bar auszulegen, wenn 

Dämmplatten im üblichen Rohdichtebereich von 30 

bis 50 kg/m 3 produziert werden. Dieser Innendruck 

ist nicht rein hydrostatischer Art, sondern entspricht 

der Differenz zwischen den auftreibenden Kräften 

wie Gasdruck und Wärmedehnung und den Kräften, 

die den entstehenden Schaumstoff zusam- 



Ausgabe 2004-06-14 

menhalten. Die letztgenannten Kräfte werden bei 

fortschreitender Aushärtung und später auch durch 

Abkühlung immer größer, so dass die Differenz 

unbedeutend wird, und der Schaumstoff die Druckzone 

des Doppeltransportbandes verlassen kann. 

Wie bei der Formschäumung wird letztlich die Konturstabilität 

des Fertigteiles als Kriterium für die 

Verweilzeit - hier in der bewegten Form - angegeben. 

Wegen der kurzen Fließwege, die das Reaktionsgemisch 

zurückzulegen hat, darf die Reaktivität 

sehr hoch sein. Verweilzeiten von nur einer Minute 

bei 3 cm dicken Platten sind möglich. 

Kühlstrecke 

Bild 30: Contimat-Anlage (Doppel-Transport-Band-Anlage) der Firma Hennecke 

Nach dem Verlassen der Druckzone werden die 

Platten/Elemente auf die gewünschte Länge gesägt. 

Beim anschließenden Stapeln ist ein Hitzestau 

zu vermeiden, weil er wellige Oberflächen, 

Ausbauchungen, Schaumstoffrisse und Kernverfärbungen 

verursachen kann. Zeigen sich diese 

Merkmale, müssen die Elemente/Platten vor dem 

Stapeln abgekühlt werden. Um Platz und Raum zu 

sparen, kann dies in einer Vorrichtung geschehen, 

in der die Platten/Elemente auf Lücke zueinander 

gestellt werden, so dass die dazwischen durchstreichende 

Luft die Abkühlung (z. B. Kühligel) besorgt. 

Die jeweilige Verweildauer ist empirisch zu ermitteln. 



4.4.2 Diskontinuierliche Herstellung von 

Verbundelementen 

Während die kontinuierliche Herstellung von Verbundelementen 

mittels Doppeltransportbandanlage 

vor allem für große Serien geeignet ist, ist bei 

Kleinaufträgen, bei sehr dicken Elementen und bei 

der Notwendigkeit, Rahmen und Befestigungselemente 

mit anzuschäumen, die diskontinuierliche 

Fertigung vorzuziehen. 

Als Stützform werden hierbei einfache aufklappbare 

Formen oder Vorrichtungen, die höhere Drücke 

aufnehmen können, wie z. B. Pressen (auch Mehretagenpressen) 

verwendet. Hersteller und Lieferanten 

solcher Stützformen/Pressen sind z. B.: 

Hennecke GmbH 

Polyurethan Technology 

Birlinghovener Str. 30 

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Ausgabe 2004-06-14 

Die Deckschichten und gegebenenfalls der Rahmen 

sollten in heizbare Stützformen (Pressen) horizontal 

eingelegt werden. Ist der Rahmen nicht Teil 

des Elementes sondern Teil der Stützform (zur 

seitlichen Aufnahme des Schäumdrucks), muss er 

mit einem Trennmittel, z. B. auf Wachsbasis behandelt 

werden, falls direkt gegen ihn geschäumt 

wird. 

Die Deckschichten sollten beim Schließen der 

Stützform nicht fixiert werden, damit sie nach den 

Seiten ausweichen können, wenn sie sich infolge 

der Wärmedehnung längen. Dies kann z. B. durch 

eine Stufe im Rahmen erreicht werden. Außerdem 

sollte das Durchhängen der oberen Deckschicht bei 

horizontaler Lage durch Verwendung von Distanzhaltern 

(z. B. Schaumstoffwürfeln) verringert werden. 

Durch diese Maßnahme lassen sich Spannungen 

in den Deckschichten, die zu Blasen führen 

können, und wellige Elementoberflächen vermeiden. 

Allerdings können Distanzhalter ein störungsfreies 

Aufschäumen des Reaktionsgemischs behindern. 

Ihre Position und Zahl ist daher sorgfältig zu 

ermitteln. Vorteilhafter ist es, die obere Deckschicht 

durch Unterdruck an der Stützvorrichtung (Presse) 

zu fixieren. 

Das Reaktionsgemisch wird in den Hohlraum zwischen 

den Deckschichten und Rahmen eingebracht, 

es schäumt auf und füllt den Hohlraum 

durch Verdrängen der Luft aus. Welche Faktoren 

dabei zu beachten sind, ist in Kapitel 3 ("Allgemeine 

Regeln für die Herstellung von PUR-Hartschaumstoff") 

beschrieben. 

Das Reaktionsgemisch wird üblicherweise durch 

den Rahmen eingefüllt. Dieser muss mit Füll- und 

Entlüftungslöchern versehen sein. Die Füllöffnung 

(Durchmesser entsprechend dem Eintragsrohr) 

sowie die Entlüftungslöcher (2 - 5 mm Durchmesser) 

werden je nach Füllstellung horizontal oder 

vertikal im Rahmen eingebracht. Die Füllöffnungen 

müssen so angeordnet sein, dass sie über dem zu 

erwartenden Flüssigkeitsspiegel des Reaktionsgemischs 

liegen. 

In selteneren Fällen wird das Reaktionsgemisch bei 

geöffneter Form auf die untere Deckschicht gegossen, 

die in einen Rahmen eingelegt ist. Die Stützvorrichtung 

wird danach zugeklappt bzw. zugefahren, 

wobei gleichzeitig die obere Deckschicht, die 

durch Unterdruck am "Deckel" der Stützform fixiert 

ist, aufgebracht wird. 



Die Abdichtung zwischen Rahmen und Deckschichten 

muss sorgfältig durchgeführt werden. Es ist 

darauf zu achten, dass kein Reaktionsgemisch an 

den Nahtstellen austreten kann. In der Praxis ha- 

Bild 31: Beispiele für Plattenbauten und -verbindungen 

Hoher Schaumaustritt an den Entlüftungslöchern 

kann zu stark verminderter Schaumstoffqualität 

führen und Zellorientierung und größere Gaseinschlüsse 

zur Folge haben. Die Entlüftungslöcher 

können mit gasdurchlässigem Textilgewebe oder 

Weichschaum hinterlegt werden. 

Lange Fließwege des expandierenden Schaumes 

sind zu vermeiden, weil dies die Schaumstoffeigenschaften 

beeinträchtigt und die Rohdichten zwecks 

ausreichender Verdichtung verhältnismäßig hoch 

eingestellt werden müssen. Kurze Fließwege erreicht 

man durch 

• Verwendung eines Füllrohrs 

• Vorverteilung des Reaktionsgemischs 

• Optimierung der Füllstellung. 

Durch die Wahl einer geeigneten Einfülltechnik und 

Füllstellung sowie durch richtiges Setzen der Entlüftungslöcher 

kann weiterhin verhindert werden, dass 

das aufsteigende Reaktionsgemisch Luft einschließt. 

Für die Herstellung von Verbundelementen haben 

sich verschiedene Einfülltechniken und Formstellungen 

bewährt: 



Ausgabe 2004-06-14 

ben sich speziell abgekantete Deckschichten oder 

Profile bewährt, die durch den Schäumdruck gegeneinander 

gepresst werden, so dass Flüssigkeits- 

oder Schaumaustritt nicht möglich ist. 

Einschusstechnik 

Das Reaktionsgemisch kann mit einem Schuss 

durch ein Einfüllloch eingefüllt werden. (Bei sehr 

langen und schmalen Konstruktionen kann es auch 

vorteilhaft sein, das Einfüllloch auf der Stirnseite 

anzuordnen.) 

Mehrschusstechnik 

Bei der Herstellung von Verbundelementen mit 

Längen über 6 m wird das Reaktionsgemisch häufig 

in mehreren Schüssen über Einfüll-Löcher an der 

Längsseite eingetragen. Wegen der langen Gesamtschusszeit 

lässt es sich hierbei nicht vermeiden, 

dass das Reaktionsgemisch des ersten 

Schusses bereits weit aufgeschäumt ist, während 

das des letzten gerade anschäumt. Hieraus resultieren 

Schaumstörungen durch Überwälzungen, 

Blasenbildung unter den Deckschichten, mangelnde 

Dimensionsstabilität des Schaumstoffs usw. Die 

folgende Abbildung zeigt den Schäumverlauf in 

Draufsicht (horizontale Schäumposition) kurz vor 

Ausfüllen des Hohlraums bei Dreischusstechnik. 



Bild 32: Schematische Ansicht der Verteilung des Reaktionsgemisches bei der Mehrschusstechnik nach dem 

3. Schuss (40 Sek. nach dem 1. Schuss) 

Bild 33: Schematische Darstellung der Überwälzung des aufschäumenden Reaktionsgemisches bei der 

Mehrschusstechnik (80 Sek. nach dem 1. Schuss) 

Solche Probleme lassen sich vermeiden, wenn man 

den Hohlraum durch Schotts in mehrere Bereiche 

einteilt und diese einzeln ausschäumt. Die Schotts 

können z. B. aus Hartschaumstreifen bestehen. Sie 

sollten gut fixiert sein, da sie sonst durch den sich 

aufbauenden Schäumdruck aus ihrer Position verschoben 

werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens 

ist, dass sich die Schotts auf den Deckschichten 

abzeichnen. 



Ausgabe 2004-06-14 

Die Nachteile der Mehrschusstechnik können durch 

das von der Bayer AG entwickelte und von 

Hennecke GmbH angebotene VarioCast-Verfahren 

vermieden werden. Dieses Verfahren bietet auch 

Vorteile bei der Lanzen-, Zieh- und Gießharkentechnik. 



Bild 34: Einfülltechniken für die diskontinuierliche Herstellung von Verbundelementen mit einem Kern aus 

PUR-Hartschaumstoff 

Lanzentechnik 

Am Mischkopf wird ein Auslaufrohr angebracht, 

dessen Länge 2/3 der Formteillänge entspricht. Das 

Einfüllloch befindet sich auf der Stirnseite. Während 

des Einfüllens wird die Lanze langsam aus der 

Form gezogen. 

Ziehtechnik 

Der Füllvorgang entspricht dem der Lanzentechnik, 

nur dass sich hier zu Beginn der gesamte Mischkopf 

in der Form befindet und während des Einfül- 



Ausgabe 2004-06-14 

lens allmählich herausgezogen wird. Hierzu muss 

ein entsprechend kleiner Mischkopf zur Verfügung 

stehen. 

Gießharke 

Einfüllen des Reaktionsgemischs mit einer sich 

über die offene Form bewegenden Gießharke. Für 

diese Technik ist z. B. eine Klappdeckelpresse notwendig, 

die sofort nach dem Einfüllen geschlossen 

wird. Gießharken oder -rohre werden bei der von 

Hennecke GmbH angebotenen Schäumanlage 

Panel Foamer verwendet. 



Bild 35: Panel Foamer 

Formstellungen 

horizontal: geeignet für Einschusstechnik, 

Mehrschusstechnik, Lanzentechnik, 

Ziehtechnik und Gießharke 

vertikal: wie oben, aber nicht geeignet für 

die Gießharke 

geneigt: hier ist nur die Ein- und Mehrschusstechnik 

üblich 

Die Stützformen und deren Verschlüsse sind auf 

zulässige Verformung bei dem jeweils auftretenden 

Schäumdruck auszulegen. 



Ausgabe 2004-06-14 



Bild 36: Diskontinuierlich arbeitende Produktionslinie (Etagenpresse) für Sandwichplatten 

4.5 PUR-Ortschaum 

PUR-Ortschaum wird unmittelbar am Einsatzort 

durch Gießen (meist Überschichten) und durch 

Spritzen erzeugt und unterliegt dabei vielen Einflüssen. 

Beim Beschäumen von Flachdächern, Gebäudemauern 

und Lagertanks sind unter anderem die 

unvermeidlich starken Schwankungen von Temperatur 

und Luftfeuchte zu berücksichtigen. Der Vorteil 

von Ortschaum ist, dass keine großen Volumen 

von Schaumstoff, sondern lediglich die Rohstoffe 

und die Schäummaschine transportiert werden 

müssen. Außerdem können mit diesem Verfahren 

auch Oberflächen mit komplizierten Strukturen mit 

einer relativ gleichmäßigen Schaumstoffschicht 

überzogen werden. 

4.5.1 Spritzen 

Das Reaktionsgemisch aus den beiden Komponenten 

Polyol (mit allen Zusatzmitteln einschließlich 

Treibmittel) und Polyisocyanat wird vorzugsweise 

mit Hochdruckmaschinen hergestellt und ohne Luftzufuhr 

verspritzt. Die Maschinen sind transportabel 

und mit langen Förderschläuchen bis zum Mischkopf 

ausgerüstet. Die Schläuche sind mit einer 

Temperaturhaltevorrichtung ummantelt. Der Mischkopf 

ist in eine Pistole integriert, so dass das Spritzen 

beliebig an- und ausgeschaltet werden kann. 



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Das Reaktionsgemisch ist durch entsprechenden 

Aktivatorzusatz auf schnelle Reaktion und Aushärtung 

des Schaumstoffes eingestellt. Das auf die 

Oberfläche auftreffende Gemisch schäumt spontan 

auf und bildet eine Wärmedämmschicht. Die Reaktivität 

kann so eingestellt werden, dass das Gemisch 

auch von senkrechten Flächen und von Flächen 

über Kopf nicht abläuft. Vom Verarbeiter wird 

dabei etwa die gleiche Fertigkeit verlangt, wie sie 

beim Lackieren erforderlich ist. 

Von der Temperaturabhängigkeit des Aufschäumvorgangs 

war schon mehrmals die Rede. Beim 

Spritzen sind den Oberflächen- und Rohstofftemperaturen 

besondere Aufmerksamkeit zu 

schenken. Weil nur eine dünne Schicht von ca. 1 

mm Dicke aufgespritzt wird, verliert das Reaktionsgemisch 

an kalten Oberflächen sehr schnell seine 

Wärme. Die Folge sind Ablaufen auf geneigten 

Flächen, veränderte Zellstruktur und Sprödigkeit. 

Diese Nachteile können aber nicht immer durch 

Erwärmen des Reaktionsgemischs oder durch Erhöhung 

der Aktivatormenge ausgeglichen werden. 

Bei zu kurzer Startzeit reagiert das Reaktionsgemisch 

bereits in der Luft und kann sich nicht mehr 

genügend verteilen. Eine körnige Oberfläche ist die 

Folge. Je nach Wärmekapazität und der Wärmeleitfähigkeit 

der zu bespritzenden Oberfläche sollte 

deren Temperatur mehr als 15 °C betragen. 



Bild 37: Wärmedämmung und Abdichtung in einem Arbeitsgang 

Die Oberfläche muss darüber hinaus trocken sein, 

weil sonst das Polyisocyanat mit dem Wasser reagiert 

und grobe Zellstruktur und schlechte Haftung 

die Folge wären. Die Haftung wird ebenfalls verhindert, 

wenn die Oberflächen ölig oder staubig sind. 

Metallische Oberflächen sind mit einem Korrosionsschutz 

zu versehen. Wird im Freien gespritzt, ist 

darauf zu achten, dass die Luftfeuchtigkeit nicht zu 

hoch ist (< 70 %) und dass das Reaktionsgemisch 

nicht durch Wind auf nicht zu bespritzende Flächen 

getragen wird. Geeignete Windschutzplanen oder 

Zelte schaffen Abhilfe. Hier sei aber besonders 

darauf hingewiesen, dass beim Spritzvorgang sowohl 

erhöhte Mengen an PMDI-Dämpfen als auch 

an Reaktionsgemisch-Nebel auftreten. Leistungsfähige 

Absaugungen und Atemschutz - am besten 

Frischluftgeräte, weil Filter durch das schäumende 

Reaktionsgemisch verstopft werden können - sind 

erforderlich. 

Beim freien Spritzen werden meistens Schaumstoffschichten 

von etwa 1,5 cm mit Rohdichten zwischen 

35 und 70 kg/m 3 erzeugt. Dickere Schichten 

lassen sich durch mehrfaches Überspritzen herstellen. 

Es ist dabei aber zu beachten, dass sich die 



Ausgabe 2004-06-14 

Rohdichte der höher liegenden Schaumstoffschichten 

wegen des wärmeren Untergrundes verringert. 

Durch Wärmeabfuhr entsteht an freien Schaumstoffoberflächen 

eine Schicht höherer Rohdichte, 

die "Schäumhaut". Beim Spritzen mit mehreren 

Lagen ist darauf zu achten, dass sich die Schäumhaut 

einwandfrei mit der nächsten Lage verbindet. 

Lieferanten für Spritzmaschinen sind: 

Gusmer Europe S.A. 

Sector Industrial Masia d'en Barreres 

Rambla Torre de l'Onclet, 7 

Apartado Correos no 203 

08800 Vilanova i la Geltrú, Barcelona 

Tel.: (+34-93) 8 11 53 00 

Fax: (+34-93) 8 93 96 00 

E-Mail: info@gusmer-europe.com 

www.gusmer-europe.com 

Isotherm AG 

Industriestraße 6 

CH-3661 Uetendorf 

Tel.: (+41-33) 3 46 02 02 

Fax: (+41-33) 3 46 02 09 

E-Mail: isotherm@isotherm.ch 

www.isotherm.ch 



4.5.2 Überschichten 

Die Überschichtungstechnik ist eine beliebte Methode 

der Ortschaumherstellung. Sie wird angewandt, 

wenn Hohlräume nicht durch einmaliges 

Einfüllen von Reaktionsgemisch ausgeschäumt 

werden können, weil die Leistung der Schäummaschine 

begrenzt ist und der Schäumdruck nicht 

abgefangen werden kann. 

Bei der Überschichtungsmethode wird das Reaktionsgemisch 

in den oben offenen Hohlraum lagen- 

Bild 38: Überschichtung nach der Gießmethode 

Wie schon im Abschnitt über das Spritzen gesagt, 

sollten die Oberflächentemperaturen auch bei der 

Überschichtungstechnologie nicht unter 15 °C liegen. 

Vorbehandlung mit Korrosionsschutz-Anstrich 

ist bei Objekten aus Metall in jedem Fall anzuraten. 

Feuchtigkeit ist während der Dämmarbeiten zu 

vermeiden. Es ist wichtig, dass das Reaktionsgemisch 

gleichmäßig eingetragen wird. Schon geringe 

Unebenheiten der ersten Lagen können sich negativ 

auf die Beschaffenheit der folgenden Lagen 

auswirken. Auch das gleichmäßig auf eine unebene 

Lage aufgetragene Reaktionsgemisch fließt nämlich 



Ausgabe 2004-06-14 

weise eingegossen. Der geringe Schäumdruck wird 

durch eine dichte Verschalung aufgefangen, die 

keine zusätzliche Stützvorrichtung benötigt. 

Nach der Herstellung mehrerer Schaumstofflagen 

kann die Verschalung nach oben versetzt werden. 

Gleichzeitig kann die oft verwendete Blechummantelung 

(z. B. bei Rohstofftanks) für den Schaumstoff 

aufgebaut werden. 

noch vor Schäumbeginn in die tiefer gelegenen 

Bereiche, von wo es dann örtlich zu einer extrem 

hohen Schaumstoffschicht auftreibt. Hierdurch können 

Hohlräume entstehen. Diese unliebsame Verstärkung 

der Unebenheiten kann durch kurze Startzeit 

des Reaktionsgemisches weitgehend verhindert 

werden. Das störende Abfließen und Ansammeln 

des Gemischs in den Talzonen wird durch die 

kremige Konsistenz des Reaktionsgemischs vermieden. 



Die Höhe der einzelnen Lagen ist auf ca. 20 cm zu 

begrenzen. Sonst können die Festigkeit des 

Schaumstoffs und seine Konturstabilität beeinträchtigt 

werden. Die Wartezeit zum Aufbringen der jeweils 

folgenden Überschichtungslage liegt zwischen 

10 und 30 Minuten. Längere Wartezeiten verschlechtern 

die Lagenhaftung. Das Überschichten 

von mechanisch bearbeitetem Schaumstoff (z. B. 

Egalisierung durch Absägen oder Abhobeln) kann 

die Lagenbindung verschlechtern (Abgasen der 

angeschnittenen Zellen). Ummantelungen aus ver- 

Bild 39: Fehler beim Überschichten 



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zinktem Stahlblech müssen zwecks besserer Haftung 

am Schaumstoff vorbehandelt werden. Hierzu 

sind die Bleche z. B. mit phosphorsäurehaltigem 

Washprimer zu behandeln und mit einer geeigneten 

Lackierung zu versehen. 

Die Dämmdicke ist durch die Austragsleistung der 

Schäummaschine, aber auch durch die geschilderten 

Schwierigkeiten, gleichmäßige Lagen zu erzeugen, 

in der Regel auf 150 mm begrenzt. 



4.5.3 Einkomponentenschaumstoff 

PUR-Einkomponentenschaum ist eine treibmittelhaltige, 

feuchtigkeitshärtende Reaktionsmasse, die 

sich ausgezeichnet zum Montieren, Dämmen, Füllen, 

Kleben und Dichten eignet. 

Die Reaktionsmasse basiert auf einem Voraddukt 

(Prepolymer), das aus Isocyanat und einer Polyolformulierung 

hergestellt wird und die für die Verschäumung 

notwendigen Zusatzstoffe (Aktivatoren, 

Stabilisatoren, Flammschutzmittel) enthält. Die 

Schaumbildung erfolgt durch spontanes Verdampfen 

des im Prepolymer gelösten bzw. emulgierten 

Treibmittels. Durch Reaktion der freien NCO- 

Gruppen des Prepolymers mit der Umgebungsfeuchtigkeit 

härtet der Schaum aus. 

Seit Beginn der 70er Jahre werden Einkomponentenschaumstoffe 

im Baubereich eingesetzt. Dabei 

werden verschiedene Schaumtypen für unterschiedliche 

Anwendungen angeboten. Der größte 

Anteil entfällt auf den "Montage-" und "Füllschaum". 

Dieser dient als Befestigungselement für Türzargen 

und zum Fixieren von Fensterrahmen und Rollladenkästen 

sowie zum Füllen von Hohlräumen und 

Mauerdurchbrüchen zur Schall- und Wärmedämmung. 

5. Qualitätskontrolle, Sicherheit 

5.1 Kontrolle der Produktionsbedingungen und 

des Endprodukts 

Der Hersteller von harten PUR- und PIR-Schaumstoffen 

hat verschiedene Möglichkeiten, das erforderliche 

Qualitätsniveau zu erreichen und zu halten. 

In jedem Fall ist Voraussetzung, dass er mit einem 

Kontrollsystem Veränderungen und Störungen 

rechtzeitig erkennt. Ein Qualitätsmanagementsystem 

nach ISO 9000 und entsprechende Verfahrens- 

und Arbeitsanweisungen können helfen, Fehler 

zu vermeiden bzw. Fehler aufzudecken. 

Wie schon gesagt: Die Temperatur der Rohstoffe 

beeinflusst den Reaktionsablauf erheblich. Es ist 

durch Lagerung der Rohstoffe in temperierten 

Räumen bzw. Behältern dafür zu sorgen, dass 

Polyisocyanat und Polyol immer bei gleicher Temperatur 

verarbeitet werden (eine Temperatur von 

ca. 20 °C hat sich in den meisten Fällen als optimal 

erwiesen). 



Ausgabe 2004-06-14 

Regelmäßig ist zu kontrollieren, ob die richtige Rezeptur 

gefahren wird. Bei Schäummaschinen sind 

die Ausstoßmengen der Pumpen für die Einzelkomponenten 

zu testen. Obwohl neue Anlagen 

meistens über Massedurchflussmesser verfügen, 

sind die Testkurven zu überprüfen. Wichtig ist auch, 

dass die Komponenten gleichzeitig und in rezepturgetreuer 

Menge in den Mischkopf gelangen. Hierzu 

wird ein Streifen Reaktionsgemisch auf eine Papierbahn 

gegossen. Wenn der Schaumstoff ausgehärtet 

ist, lässt sich an Farbveränderungen leicht 

erkennen, ob beim Einschalten der Maschine eine 

Rohstoffkomponente zu früh in den Mischkopf gelangt 

(Vorlauf) oder ob eine Rohstoffkomponente 

länger als die andere bei Abschalten nachfließt 

(Nachlauf), was besonders bei druckgesteuerten 

Mischköpfen auftreten kann. 

Die Qualität der Vermischung wird kontrolliert, indem 

der Streifen längs und quer durchgeschnitten 

und auf Schlieren untersucht wird. 

Sind die Pumpen richtig eingestellt, Vorlauf oder 

Nachlauf ausgesteuert und die Vermischung zufriedenstellend, 

wird ein "Testpäckchen" geschäumt 

(siehe Kapitel 3). Startzeit, Abbindezeit, Steigzeit, 

Klebfreizeit und gegebenenfalls die Abblaszeit werden 

ermittelt und mit den vorgegebenen Werten 

verglichen. 

Das Testpäckchen wird aufgeschnitten und Zellgröße 

und Zellstruktur werden beurteilt. 

Wenn der Schaumstoff abgekühlt ist, wird aus dem 

Testpäckchen ein Würfel von 10 cm Kantenlänge 

geschnitten. Durch Wiegen wird die freie Rohdichte 

ermittelt. 

Die Prüfungen sollten vor Beginn der Schäumarbeiten 

(also am Anfang jeder Schicht) durchgeführt 

werden. Es wird weiterhin empfohlen, nach jeder 

längeren Pause ein Testpäckchen zu schäumen 

und auf Vorlauf oder Nachlauf, Zellstruktur, Zellgröße 

und evtl. Rohdichte zu untersuchen. Regelmäßig 

sollten auch die Temperaturen und gegebenenfalls 

der Arbeitsdruck geprüft werden. 

Die auszufüllende Form ist auf Funktion der Verschlüsse, 

Dichtigkeit, gegebenenfalls Trennmittelauftrag, 

Sauberkeit und Temperatur zu kontrollieren. 

Beim Eintragen des Reaktionsgemischs ist die 

Funktion der Pumpen zu überwachen. Es ist 

sicherzustellen, dass die erforderliche Menge in die 



Form gefüllt wird. Oft kann der Schäumvorgang 

direkt beobachtet werden, wie etwa bei offenen 

Blockformen oder beim Doppeltransportband. Bei 

geschlossenen Formen sind durch Beobachten des 

Austrittes von Schaumstoff aus den Entlüftungslöchern 

Rückschlüsse auf den Formfüllvorgang möglich. 

Nach dem Entformen wird untersucht, ob die Form 

vollständig gefüllt worden ist. Bei relativ kleinen 

Teilen kann man die eingefüllte Menge durch Wiegen 

des Fertigteils kontrollieren (wobei Auftriebsdifferenz 

und gegebenenfalls Gasverlust zu berücksichtigen 

sind). 

Die nachfolgenden Kontrollen bedingen eine Zerlegung 

der Fertigteile und können daher nur an einer 

beschränkten Zahl durchgeführt werden. Die Prüfungen 

erfolgen dabei erst 24 Stunden nach dem 

Entformen. 

Von mehreren Stellen des erzeugten Schaumstoffkörpers, 

vor allem von solchen, die sich als kritisch 

gezeigt haben, sind Proben zu nehmen und auf 

Zellstruktur, Zellgröße und Rohdichte zu untersuchen. 

Wichtig ist dabei, dass Proben vom Anfang 

und Ende des Fließweges, den das Reaktionsgemisch 

zurückzulegen hatte, entnommen werden. 

Die Rohdichte im Kern (Kernrohdichte) eines 

Schaumstoffes ist wegen der Verdichtung der 

Randzonen niedriger als die an einer Stelle des 

Fließweges zu messende Gesamtrohdichte. Es 

muss darauf geachtet werden, dass die Kernrohdichte 

an keiner Stelle unter ein zulässiges Minimum 

gerät. Diese minimale Rohdichte ist durch die 

Dimensionsstabilität festgelegt: Abhängig von Zellstruktur, 

Zellgröße, Offenzelligkeit, Rezeptur und 

Treibmittelart können Schaumstoffe bei niedrigen 

Temperaturen schrumpfen oder bei hohen Temperaturen 

unzulässig stark wachsen. Schaumstoffproben 

oder ganze Formteile werden deshalb z. B. drei 

Stunden bei - 30 °C und fünf Stunden bei + 100 °C 

auf Dimensionsstabilität geprüft. 

In vielen Fällen muss geprüft werden, ob die Haftung 

zu Deckschichten ausreichend ist. 

Weil die objektive Prüfung langwierig ist - es wird 

die Querzugfestigkeit (z. B. nach DIN 53292) ermittelt 

-, muss man für eine schnelle Produktionskontrolle 

ein einfacheres Verfahren wählen, d. h. mit 

der Hand versuchen, die Deckschicht vom Schaumstoff 

zu lösen. Verbleiben nach dem Abriss noch 

Schaumstoffreste an der Deckschicht, gilt die Haftung 

als gut. Die zum Abreißen benötigte Kraft wird 



Ausgabe 2004-06-14 

ebenfalls registriert und verglichen. Dabei ist zu 

berücksichtigen, das dies eine subjektive, vergleichende 

Prüfung ist, die keinerlei Aussagekraft für 

die Funktion des Verbundteiles hat, wenn nicht 

durch eingehende Prüfung nachgewiesen worden 

ist, dass ein bestimmtes Erscheinungsbild beim 

Abreißen als ausreichende Haftung definiert werden 

kann. 

Die genannten Qualitätskontrollen reichen in den 

meisten Fällen aus, Störungen rechtzeitig zu erkennen 

und Folgeschäden zu vermeiden. Bei speziellen 

Anwendungen wie Tieftemperaturdämmungen, 

Fernwärmerohren, Verbundplatten, Spritzen, 

sind weitere anwendungsbezogene Prüfungen 

zweckmäßig. 

Zur raschen Beurteilung der Dimensionsstabilität 

von gespritztem Ortschaum hat sich z. B. eine Probenentnahme 

und Messung nach 20 Minuten und 

Wiederholungsmessung nach einer Stunde und 24 

Stunden bewährt. 

Anwendungen mit außergewöhnlichen Temperaturen 

erfordern eine Prüfung bei Gebrauchstemperatur 

über angemessene Zeiträume. Bei Verbundplatten 

sind unter anderem Ebenheit, Wärmedehnungen 

und Knitterfestigkeit zu ermitteln. 

Schaumstoffschichten, die durch Spritzen erzeugt 

wurden, sind auch auf Haftung am Untergrund und 

Lagenhaftung zu prüfen. 

5.2 PUR-Hartschaumstoff-Staub 

Bei der Weiterverarbeitung von PUR-Hartschaumstoffen 

wird häufig mit Sägen, Fräsen und Schleifvorrichtungen 

gearbeitet. Hierbei entstehen erhebliche 

Mengen von Schleif- und Sägestaub. Dieser 

Staub ist - wie auch viele andere Stäube - nicht nur 

unangenehm für die mit den Nachbearbeitungsvorgängen 

beschäftigten Personen, sondern er kann 

auch zu einer Belastung der Lungen und der 

Atemwege führen. Auch besteht die Gefahr von 

Staubexplosionen. 

Um Belästigungen und Gesundheitsrisiken zu vermeiden, 

sollten in Betrieben, wo Hartschaum-Staub 

entsteht, die folgenden Maßnahmen getroffen werden: 

1. An den jeweiligen Arbeitsplätzen sollte eine ausreichend 

starke Absaugung für die Abführung des 

Schleif- und Sägestaubes vorgesehen werden. 



2. Die mit solchen Arbeiten betrauten Personen 

sollten möglichst Halbmasken mit entsprechenden 

Filtern tragen. 

3. Der Arbeitsplatz sollte mindestens einmal täglich, 

bei größerem Staubanfall entsprechend häufiger, 

mit einem geeigneten Industriestaubsauger gereinigt 

werden. 

Im übrigen verweisen wir auf das Atemschutz- 

Merkblatt der Berufsgenossenschaft der chemischen 

Industrie: 

Carl-Heymanns-Verlag KG, 

Luxemburger Str. 449, 

50939 Köln, 

Tel.: (+49) 2 21/94 37 30, 

Fax: (+49) 2 21/94 37 39 01. 

Hartschaumstäube können, wie alle brennbaren 

Stäube, mit Luft explosionsfähige Gemische bilden. 

Die Ablagerung von Staub in gefahrbringender 

Menge ist zu vermeiden (1 mm dicke Staubschichten 

werden als gefährlich angesehen). Im übrigen 

wird auf die Explosionsschutzrichtlinien der Berufsgenossenschaft 

der chemischen Industrie hingewiesen. 

5.3 Sicherheitsmaßnahmen gegen Brand 

Es soll an dieser Stelle nicht auf das Brandverhalten 

von Schaumstoffen im Sinne behördlicher, bauaufsichtlicher 

und versicherungsrechtlicher Auflagen 

eingegangen werden. 

Alle organischen Stoffe - auch Polyurethan- 

Schaumstoffe - sind brennbar. Deshalb sind entsprechende 

Vorsichtsmaßnahmen bei der Verarbeitung 

und Lagerung in Übereinstimmung mit den 

örtlichen Behörden zu treffen. 

Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich 

unter ungünstigen Bedingungen und bei Dosierfehlern 

frische Schaumstoffe selbst entzünden. Frische 

Ware sollte daher sorgfältig beobachtet werden. 

Sollten PUR-Schaumstoffe in Brand geraten, sind 

bewährte Löschmittel: Wasser, Wasser- Schaum, 

ABC- oder BC-Trockenpulver (nach DIN 14406). 

Kohlensäure-Löscher herkömmlicher Art sind 

schlecht wirksam. Bei allen Löscharbeiten in geschlossenen 

Räumen ist umluftunabhängiger 

Atemschutz zu verwenden. 



Ausgabe 2004-06-14 

6. Literaturverzeichnis 

[1] G. Oertel: Kunststoff-Handbuch Band 7, Carl 

Hanser Verlag 1993 

[2] I. Kellerhof: Pentan: Ein Weg zum FCKW- und 

HFCKW-freien Metallverbundelement - Entscheidungs- 

und Arbeitshilfen. Technische Information 

Nr. 1/1998, Bayer AG 

[3] R. Walter: Stand der europäischen Normung für 

PUR-Hartschaumstoffe im Bauwesen. Technische 

Information Nr. 10/1999, Bayer AG 

[4] J. Kleser: Technische Eigenschaften von Polyurethan 

(PUR)-Hartschaum als Dämmstoff im Bauwesen. 

Technische Information Nr. 14/2000, Bayer 

AG 

[5] U. Maier, R. Walter, J. Kleser: Importance and 

usage of Polyurethane material found panels in 

industrial buildings. Technische Information Nr. 

9/1999, Bayer AG 

[6] I. Kellerhof: Einflüsse verschiedenartiger Rückseitenlacke 

von Stahldeckschichten auf die Produktionsqualität 

von Metallverbundelementen. Technische 

Information Nr. 7/1999, Bayer AG 



Die vorstehenden Informationen und unsere anwendungstechnische Beratung in Wort, Schrift und durch Versuche erfolgen nach bestem 

Wissen, gelten jedoch nur als unverbindliche Hinweise, auch in Bezug auf etwaige Schutzrechte Dritter. Die Beratung befreit Sie nicht von 

einer eigenen Prüfung unserer aktuellen Beratungshinweise – insbesondere unserer Sicherheitsdatenblätter und technischen Informationen 

– und unserer Produkte im Hinblick auf ihre Eignung für die beabsichtigten Verfahren und Zwecke. Anwendung, Verwendung und 

Verarbeitung unserer Produkte und der aufgrund unserer anwendungstechnischen Beratung von Ihnen hergestellten Produkte erfolgen 

außerhalb unserer Kontrollmöglichkeiten und liegen daher ausschließlich in Ihrem Verantwortungsbereich. Der Verkauf unserer Produkte 

erfolgt nach Maßgabe unserer jeweils aktuellen Allgemeinen Verkaufs- und Lieferbedingungen. Die in dieser Information beschriebenen 

Verfahren zur Prüfung des Brandverhaltens von Polyurethan und die aufgeführten Ergebnisse lassen keinen unmittelbaren Rückschluss auf 

jedes in der praktischen Anwendung mögliche Brandrisiko zu. 

Herausgeber: Business Development – Insulation 

Bayer AG, Bayer MaterialScience AG, 

D-51368 Leverkusen 

www..bayermaterialscience.com 



Ausgabe 2004-06-14

Insulation Herstellung von Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff

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