Funktionsweise von Polyurethan-Schaumdichtstoffen: Chemie, Anpassung und Endanwendungen

Polyurethan-Schaumdichtstoffe sind vielseitige Materialien, die als strukturelle Bauelementen, Formteile, flexible Polstermaterialien und Klebestoffe oder Dichtungsmittel zum Einsatz kommen. Sie sind Teil unseres Alltags. Polyurethan-Schaumdichtstoffe stellen eine umfangreiche Klasse von Materialien dar, die mit spezifischen Eigenschaften für eine bestimmte Endanwendung formuliert werden können. Mit einer speziellen Formulierung können sie äußerst effektive Dichtungsmittel sein. Solche Dichtungsmittel werden üblicherweise in den Bereichen der Elektro- und Kommunikationsinstallation (z. B. als Rohrdichtungsmittel) verwendet.

Was ist die Chemie von Schaumdichtstoff?

Polyurethan-Schaumdichtstoff wird durch eine exotherme Reaktion zwischen einem Isocyanat und einer hydroxylhaltigen Verbindung, typischerweise einem Polyol, hergestellt. Die Polyolstruktur beeinflusst den Vernetzungsgrad und die Flexibilität im fertigen Harz oder Schaumstoff. Oft kommt es zu einer sekundären Reaktion mit Wasser, die zusätzliche Eigenschaften anregt. Das Wasser und das Isocyanat setzen Kohlendioxid frei, das Schaum erzeugt und zu einer Polymerstruktur aushärtet. Wichtige Modifikatoren der Reaktion sind der Katalysator und das Geliermittel. Diese bestimmen die Geschwindigkeit der Reaktion und können auch die Wasserreaktion ausgleichen.

Zweikomponenten-Polyurethan-Schaumdichtstoffe – ein Vergleich

Andere Additive verleihen dem Polyurethan-Schaumdichtstoff spezifische Eigenschaften, sodass die endgültige Formulierung speziell für die Endanwendung konzipiert werden kann. Dazu zähen:

• • Feuerhemmende Mittel
  • Tenside, Verträglichkeitsvermittler oder Haftvermittler
  • Schaumstabilisatoren oder Zellöffner
  • Weichmacher
  • Vernetzungsmittel und Kettenverlängerungsmittel
  • Füllstoffe

Die Reaktion von Polyurethan-Schaumdichtstoff

Polyurethan-Schaumdichtstoff ist das Ergebnis einer chemischen Reaktion, wenn seine beiden Komponenten vermischt werden. Die Grundlagen der Reaktion sind die Expansions- und Gelphase. Während der ersten Reaktionsphase wird eine kleine Menge an  CO₂-Gas freigesetzt und in der flüssigen Mischung eingeschlossen. Dadurch entstehen kleine Blasen. Wenn sich diese Blasen vermehren und ausdehnen, dehnt sich auch die Mischung aus oder steigt auf. Je stärker die Flüssigkeit in dieser ersten Reaktionsphase aufschäumt, desto weniger dicht ist das Material. Anschließend härtet das Harz aus und verfestigt sich um die Blasen herum, wodurch eine gleichmäßige Zellmatrix entsteht. Diese Zellstruktur ist stark. Wenn die Zellen geschlossen bleiben, ist die Struktur wasserdicht und luftdicht.

Anpassung von Polyurethan-Schaumdichtstoffen für Endanwendungen

Schaumdichtstoffe können an den Endverbrauch angepasst werden, und es gibt Tausende von Varianten auf dem Markt. Durch das Verständnis der Anforderungen an die Endanwendung kann die Chemie des Schaumdichtstoffs adaptiert und für den jeweiligen Zweck angepasst werden. Im Folgenden sind nur einige allgemeine Überlegungen aufgeführt:

Überlegungen zur Dichte

Diese grundlegende Eigenschaft bestimmt, wie leicht oder schwer das Material sein wird. Der Vorteil von Schaumdichtstoffen mit niedriger Dichte besteht darin, dass eine kleine Menge Ausgangsmaterial einen großen Raum ausfüllt. Leichte Schaumdichtstoffe können kostengünstig sein. Andererseits können dichte Schaumdichtstoffe extrem stark und haltbar sein.

Fluss und Aushärtungsgeschwindigkeit

Die Reaktionsgeschwindigkeit wird durch einige Variablen gesteuert. Es ist möglich, eine schnelle Gelbildung in die Reaktion einzubauen. Dies kann den Fluss der Flüssigkeit schnell begrenzen, bevor sie zu erstarren beginnt. Da ein wenig Fluss manchmal hilfreich ist, ist es auch möglich, die Aushärtung gerade ausreichend zu verlangsamen, damit sich das flüssige Material in alle Zwischenräume verteilen kann, die abgedeckt und gefüllt werden müssen.

Feuerhemmende Mittel

Polyurethan-Schaumdichtstoffe können verwendet werden, um den Luftstrom zu blockieren und Räume in Gebäuden abzudichten. Darüber hinaus ist es möglich, feuerhemmende Mittel hinzuzufügen, um die Ausbreitung von Rauch und Feuer zu begrenzen. Polyurethane, die mit dieser Eigenschaft ausgestattet sind, erlöschen von selbst.

Geschlossenzelligkeit im Vergleich zu Offenzelligkeit

Die Blasen in einem Schaumstoff werden als „Zellen“ bezeichnet. Eine vollständig intakte Zelle wird als geschlossene Zelle bezeichnet, daher ist eine offene Zelle eine solche, die eine Verbindungsöffnung zu einer oder mehreren anderen Zellen aufweist. Je höher der Anteil an Geschlossenzelligkeit, desto wasser- und luftdichter ist der Schaumstoff (typischerweise bevorzugt für Dichtungsmittel). In einigen Fällen wird es bevorzugt, die Zellen zu öffnen, damit Luft und Wasser durch den Schaumstoff strömen können. Dies kann dem Material auch eine gewisse Elastizität verleihen. Es kann auch Wasser hindurchfließen (z. B. ein schwammiger Geschirrschrubber). Für Anwendungen, die luft- oder wasserdichte Leistung erfordern, ist ein geschlossenzelliger Schaumstoff unverzichtbar.

Verpackung und Anwendung von Polyurethan-Schaumdichtstoff

Die Komponenten des Polyurethan-Schaumdichtstoffs müssen gut vermischt werden, um die Reaktion einzuleiten. Dies kann mechanisch mit einem Mischer erfolgen. Für Produkte, die vor Ort verwendet werden, sind Polyurethan-Schaumdichtstoffe in praktischen Verpackungen wie nebeneinander angeordneten Zweikammer-Mischbeuteln erhältlich. Sie können auch aus Kartuschen mit einem statischen Mischer dosiert werden. In dieser Verpackung müssen die beiden Teile volumetrisch ausgeglichen sein und sollten sich leicht kombinieren lassen, um eine ordnungsgemäße Mischung zu gewährleisten. Die Entwicklung dieser Gesamtpaketlösung erfolgt sowohl über die Formulierung als auch über die Konstruktion des Mischers. Die Viskosität der nicht reagierten Komponenten hat einen Einfluss auf die Leichtigkeit der Dosierung sowie darauf, wie gründlich sich die beiden Komponenten im statischen Mischer vermengen.

Physikalische Prüfung von Polyurethan-Schaumdichtstoff

Polyurethan-Schaumdichtstoffe können so formuliert werden, dass sie eine hervorragende Haftung auf verschiedenen Oberflächen aufweisen. Sie können sehr stark und starr oder weich und flexibel sein. Polyurethan kann auf Dichte, Feuchtigkeitsaufnahme, Druckfestigkeit und Zugfestigkeit geprüft werden.

Leistungsprüfung von Polyurethan-Schaumdichtstoff

Die spezielle Prüfung für die Endanwendung ist entscheidend, um eine ordnungsgemäßen Leistung zu garantieren. Dies kann eine Prüfung der Hydrostatik, der Luftströmung, der Feuerfestigkeit und der chemischen Beständigkeit umfassen. Es ist auch wichtig, die Kompatibilität mit allen Komponenten zu prüfen, mit denen der Schaumdichtstoff in Kontakt bleibt, beispielsweise Kabelmäntel.

Einkomponenten-Schaumdichtstoffe: Ein Vergleich

Aerosol-Einkomponenten- („Fugen- und Riss-“)Schaumdichtstoffe sind in Baumärkten weit verbreitet. Diese Einkomponenten-Schaumdichtstoffe unterscheiden sich stark von den oben erörterten Zweikomponenten-Systemen aus Isocyanat/Polyol. Einkomponenten-Schaumdichtstoffe sind praktisch für ihre gesamte Ausdehnung auf Aerosol-Treibmittel angewiesen. Nach der Ausdehnung sind diese Schaumdichtstoffe auf die verfügbare Umgebungsfeuchtigkeit angewiesen, um das Harz auszuhärten und Festigkeit zu erzeugen. Die Gesamtfestigkeit dieser Einkomponenten-Schaumdichtstoffe ist oft weit geringer als jene von Isocyanat/Polyol-Zweikomponenten-Schaumdichtstoffen. Sie haben einige gemeinsame Merkmale:

• • Leichter Schaumdichtstoff mit niedriger Dichte
  • Begrenzte Aushärtungstiefe von 7 bis 9 cm
  • Langer Aushärtungszyklus
  • Höherer Anteil an offenen Zellen

Was kennzeichnet einen guten Polyurethan-Schaumdichtstoff?

Da eine unendliche Anzahl von Formulierungen möglich ist, können Polyurethan-Schaumdichtstoffe auf den Zweck sehr spezifischer Anwendungen zugeschnitten werden. Variationen können sich auf die Aushärtungsgeschwindigkeit, Fließdynamik, Reaktionstemperatur, Komponentenkompatibilität, Enddichte, Zellstruktur, Feuerhemmung, Elastizität, Zugfestigkeit und eine Vielzahl anderer gewünschter Eigenschaften beziehen. Offenzellige Einkomponenten-Schaumdichtstoffe aus dem Baumarkt sind als kostengünstige Optionen für die unterschiedlichsten Endanwendungen konzipiert. Dies macht sie jedoch auch eher weniger ideal für einzelne Anwendungen. Warum sollte man etwas Angemessenes kaufen, wenn es etwas Großartiges gibt? Zur Abdichtung kritischer Infrastrukturen wie teurer Elektro- oder Kommunikationskabel in Rohren, wo ein robuster, wasserdichter Schutz erforderlich ist, wird ein „guter Schaumdichtstoff“ besser als eine geschlossenzellige Zweikomponenten-Mischung definiert, die speziell für diese Umgebung entwickelt und geprüft wurde. Alle vermeintlichen Einsparungen durch günstige, offenzellige Einkomponenten-Schaumdichtstoffe verschwinden schnell, wenn die Kosten für fehlerhafte Abdichtungen und die daraus resultierenden Schäden in die Gleichung einbezogen werden. Daher ist es sinnvoll, nach Schaumdichtstoff-Herstellern zu suchen, die in der Lage sind, gezielte Formulierungen für optimale Leistung herzustellen.

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