Polyurethan-Schaumstoff (PU)

Eigenschaften, Herstellung, Anwendungsbereiche

Polyurethan

Wer sich schon einmal mit Matratzen, Polstermöbeln, Verpackungen oder Wärmedämmung beschäftigt hat, ist wahrscheinlich auf den Begriff Polyurethan, kurz PU oder PUR, gestoßen. Obwohl viele Menschen täglich mit Produkten aus PU-Schaumstoff in Berührung kommen, wissen die wenigsten, wie vielseitig dieser Werkstoff tatsächlich ist. Von der Couch im Wohnzimmer über die Verpackungseinlage empfindlicher Objekte bis hin zur Dämmung moderner Gebäude steckt Polyurethan heute in unzähligen Anwendungen unseres Alltags.

Sein Erfolg beruht vor allem auf seiner außergewöhnlichen Anpassungsfähigkeit. Polyurethan kann weich und elastisch sein, aber auch hart und druckfest. Es lässt sich leicht formen, dämpft Schwingungen und Geräusche, isoliert gegen Wärme und Kälte und ist gleichzeitig vergleichsweise leicht und besitzt eine gleichmäßige, ästhetische Oberfläche. Genau diese Kombination macht PU-Schaumstoff zu einem der wichtigsten Kunststoffe weltweit.

Was ist Polyurethan?

Polyurethan ist ein Kunststoff, der durch eine chemische Reaktion von zwei flüssigen Komponenten entsteht, die miteinander reagieren und ein neues Material bilden. Je nach Zusammensetzung und Zugabe zusätzlichen Additiven kann daraus ein elastischer Schaumstoff, ein harter Dämmstoff, eine Beschichtung oder sogar ein Klebstoff entstehen.

Die meisten Menschen kennen Polyurethan als PU-Weichschaum. Dabei handelt es sich um einen offenporigen Schaumstoff mit einer federnden Struktur. Drückt man ihn zusammen, gibt er nach und kehrt anschließend wieder in seine ursprüngliche Form zurück. Genau deshalb eignet er sich hervorragend für Sitzpolster, Matratzen oder Verpackungen.

Neben Weichschäumen gibt es auch PU-Hartschaum, der deutlich fester aufgebaut ist und häufig als Dämmmaterial im Bauwesen oder in Kühlanlagen verwendet wird.

Die Erfindung von Polyurethan

Die Geschichte des Polyurethans beginnt in Deutschland. Im Jahr 1937 entwickelte der Chemiker Otto Bayer ein Verfahren zur Herstellung dieses neuartigen Kunststoffs. Anfangs war das Material vor allem für Lacke, Beschichtungen und technische Anwendungen gedacht. Schon bald erkannte man jedoch das enorme Potenzial des Werkstoffs.

Nach dem Zweiten Weltkrieg stieg die industrielle Produktion stark an. In den 1950er Jahren wurden die ersten Polyurethan-Schaumstoffe in größerem Umfang hergestellt. Möbelhersteller entdeckten die Vorteile gegenüber traditionellen Füllmaterialien wie Rosshaar, Federn oder Naturfasern. In den folgenden Jahrzehnten eröffnete der technische Fortschritt immer neue Einsatzmöglichkeiten, sodass Polyurethan heute zu den weltweit wichtigsten Kunststoffen gehört.

1937-1952 Prof Otto Bayer

Prof. Otto Bayer demonstriert 1952 Polyurethan. Quelle: Bayer AG / Wikimedia Commons (Public Domain)

So wird PU hergestellt

Die Herstellung von PU-Schaum beginnt, indem Polyole und Isocyanate, zwei flüssige Ausgangsstoffe, werden miteinander vermischt. Polyole beeinflussen dabei u.a. die Elastizität, den Härtegrad und die Rückstellkraft. Isocyanate hingegen reagieren mit Polyolen und erzeugen so die Urethanbindungen, die dem Stoff Stabilität verleihen.

Während der chemischen Reaktion entsteht CO₂-Gas, das Millionen kleiner Luftzellen im Material bildet und den Kunststoff so aufschäumen lässt.

Während der Schaum wächst, beginnt er gleichzeitig auszuhärten. Nach kurzer Zeit entsteht ein stabiler Schaumstoffblock, der anschließend zugeschnitten oder weiterverarbeitet werden kann.

Die genaue Rezeptur entscheidet darüber, welche Eigenschaften der spätere Schaum besitzt. Um das Ergebnis zu beeinflussen, werden Zusatzstoffe, wie zusätzliches Treibmittel, Flammschutzmittel, Antistatika, oder auch Farbstoffe beigegeben.

Die verschiedenen Arten von PU-Schaumstoffen

Es existieren zahlreiche Varianten von PU mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften.

Der klassische PU-Weichschaum findet sich beispielsweise in Verpackungen für empfindliche Hochglanzprodukte, Sofapolstern, oder einfachen Matratzen. Auch in der Industrie wird er gerne zum Transport von Bauteilen zwischen einzelnen Produktionsabschnitten verwendet. Er ist komfortabel, langlebig und vergleichsweise preiswert. Seine weiche, glatte Oberfläche verkratzt keine Oberflächen und mit Zugabe von Antistatika schützt sensible Elektronik.

Eine besondere Form des PU-Weichschaums ist der sogenannte Kaltschaum. Er besitzt eine offenere Zellstruktur und lässt Luft besonders gut zirkulieren. Deshalb wird er häufig für hochwertige Matratzen und ergonomische Sitzpolster verwendet. Der Name kann irreführend sein, da der Begriff sich auf alte Produktionsprozesse bezieht. Kaltschaum muss zum Aushärten nicht, wie andere Schaumstoffe, erhitzt werden, sondern erstarrt durch seine eigene Reaktionswärme. Heutzutage härtet jedoch fast jeder moderne PU-Schaum auf diese Weise aus.

Ebenfalls bekannt ist Visco-Schaum, oft auch als Memory Foam bezeichnet. Dieses Material reagiert auf Körperwärme und Druck. Es passt sich den Körperkonturen an und kehrt anschließend langsam in seine ursprüngliche Form zurück. Viele Menschen kennen diesen Effekt von orthopädischen Kissen oder Premium-Matratzen.

Am anderen Ende des Spektrums steht der PU-Hartschaum. Er ist stabil, druckfest und besitzt hervorragende Dämmeigenschaften. Bereits geringe Materialstärken können hohe Dämmleistungen erzielen, weshalb PU-Hartschaum insbesondere im Bauwesen sehr geschätzt wird. Er kann durch Wärme weiter verhärtet werden, oder in beheizten Formen aufgeschäumt werden, um s.g. Integralschäume herzustellen, die man etwa von Lenkrädern, Armlehnen oder Gehäusen kennt.

Welches PU verwendet Formpack?

Wir verwenden für unsere Verpackungen PU Weichschaum . Seine feine Oberfläche erlaubt es, selbst empfindlichste Produkte sicher zu verpacken und Bauteile kratzerfei zu transportieren. Zudem kann er sowohl antistatisch, als auch elektrisch leitend verarbeitet sein. Auf diese Weise ist er das optimale Verpackungsmaterial.

PU-Schaumstoff in unterschiedlichen Branchen

Kaum ein anderer Kunststoff findet sich in so vielen unterschiedlichen Branchen wieder wie Polyurethan.

Im Möbelbereich sorgt PU-Weichschaum für den Sitzkomfort moderner Sofas, Sessel und Stühle. Viele Komfort-Matratzen basieren auch auf Polyurethan. Die Elastizität des Materials ermöglicht bequemes Sitzen und Liegen, ohne dass sich das Polster schnell abnutzen. Die verschiedenen Schaumarten ermöglichen unterschiedlich feste Liegeeigenschaften und individuelle Komfortzonen.

Vorteile von Polyurethan

Der große Erfolg von Polyurethan beruht auf einer Reihe von Vorteilen. Das Material ist leicht, belastbar und sehr vielseitig einsetzbar. Es kann exakt auf die jeweiligen Anforderungen angepasst werden und besitzt eine vergleichsweise lange Lebensdauer. Hochwertige PU-Schäume behalten ihre Form oft viele Jahre lang bei. Außerdem lässt sich das Material wirtschaftlich produzieren. Dadurch können hochwertige Produkte hergestellt werden, ohne dass die Kosten übermäßig ansteigen.

Nachteile von Polyurethan

Trotz seiner vielen Vorteile ist Polyurethan nicht frei von Kritik. Die Herstellung basiert heute noch überwiegend auf Rohstoffen aus der petrochemischen Industrie. Auch das Recycling gestaltet sich deutlich schwieriger als bei vielen anderen Kunststoffen.

Während beispielsweise PE-Schaumstoffe und Styropor relativ einfach wiederaufbereitet werden können, besteht PU häufig aus komplexen Materialsystemen mit unterschiedlichen Zusatzstoffen. Dadurch wird eine sortenreine Trennung erschwert.

Zudem ist Polyurethan biologisch nicht abbaubar. Gelangt es unkontrolliert in die Umwelt, bleibt es dort über einen sehr langen Zeitraum erhalten.

Recycling und Entsorgung

Die Entsorgung von Polyurethan entwickelt sich derzeit zu einem wichtigen Zukunftsthema. Viele Hersteller und Forschungseinrichtungen arbeiten an Verfahren, die eine bessere Kreislaufwirtschaft ermöglichen.

Bereits heute werden Produktionsreste häufig recycelt. Dabei werden Schaumstoffabfälle zerkleinert und zu sogenannten Verbundschäumen verarbeitet. Diese finden beispielsweise Verwendung in Sportmatten, Teppichunterlagen oder Schallschutzprodukten.

Darüber hinaus gewinnen chemische Recyclingverfahren zunehmend an Bedeutung. Ziel ist es, die ursprünglichen Rohstoffe teilweise zurückzugewinnen und für neue Produkte einzusetzen.

Nicht recycelbare PU-Abfälle werden häufig thermisch verwertet. Das bedeutet, dass sie in modernen Verbrennungsanlagen zur Energiegewinnung genutzt werden. Dabei entstehen Strom und Wärme, wodurch zumindest ein Teil des Energiegehalts des Materials genutzt werden kann.

Die Zukunft von Polyurethan

Die Entwicklung von Polyurethan ist längst nicht abgeschlossen. Forschung und Industrie arbeiten intensiv an nachhaltigeren Lösungen. Dazu gehören unter anderem biobasierte Polyole aus Pflanzenölen, verbesserte Recyclingverfahren und Rohstoffe mit geringerem CO₂-Fußabdruck.

Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Komfort, Energieeffizienz und Ressourcenschonung. Genau in diesen Bereichen besitzt PU weiterhin große Vorteile. Daher gilt Polyurethan trotz aller Herausforderungen als einer der wichtigsten Werkstoffe der modernen Industrie.