Bayer MaterialScience AG Business Unit Polyurethanes 51373
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Bayer MaterialScience AG Business Unit Polyurethanes 51373 Leverkusen www.materialscience.bayer.com Die nachstehenden Informationen und unsere technische Unterstützung – in Wort, Schrift oder durch Versuche – erfolgen nach bestem Wissen, jedoch ohne Gewähr , auch in Bezug auf etwaige Schutzrechte Dritter. Bayer MaterialScience AG gibt diese Informationen ohne Übernahme irgendeiner Haftung. Wenn sich eines der oben genannten Regelwerke nach dem Datum der Erklärung ändert, verliert diese Erklärung ihre Gültigkeit. Bayer MaterialScience AG wird sich bemühen, diese Informationen auf dem aktuellen Stand zu halten. Unsere Informationen befreien Sie nicht von einer eigenen Prüfung der Aktualität der von uns zur Verfügung gestellten Informationen (insb. der Sicherheitsdatenblätter und der technischen Merkblätter) und der Eignung unserer Produkte im Hinblick auf die von Ihnen beabsichtigten Verfahren und Zwecke. Anwendung, Verwendung und Verarbeitung unserer Produkte erfolgen außerhalb unserer Kontrolle und liegen daher ausschließlich in Ihrem Verantwortungsbereich; dies gilt ebenso für die von Ihnen auf Basis unserer Informationen hergestellten Produkte. Der Verkauf unserer Produkte erfolgt nach Maßgabe unserer allgemeinen Verkaufs- und Geschäftsbedingungen. Polyurethan als Dämmstoff PUre Fakten Jede Art von Dämmung ist wichtig Das Verwaltungsgebäude von Bayer im belgischen Diegem: Eine PU-Dämmung senkt die CO2-Emissionen pro Jahr um rund 300 Tonnen. Das entspricht 110.000 Litern Heizöl. Gebäude stellen den größten Verursacher von KohlendioxidEmissionen dar. Sie sind für über 40 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs und für mehr als ein Drittel der Treibhausgas-Emissionen der Welt verantwortlich. Die Verringerung der Emissionen von Gebäuden wird beim Klimaschutz eine maßgebliche Rolle spielen. Die Bauwirtschaft bietet heutzutage eine Vielzahl von marktreifen Lösungen, um „grünes Gebäudedesign“ zu unterstützen. Laut Aussage der Deutschen Energie-Agentur, dena (www.dena.de), können diese Lösungen den Primärenergiebedarf bestehender Gebäude um bis zu 80 Prozent senken. Porenbeton Holzfaser 0,12 0,065 – 0,09 Kokosfaser 0,045 – 0,050 Kork 0,045 – 0,055 Mineralwolle 0,035 – 0,045 Expandiertes Polystyrol 0,035 – 0,040 PU 0,025 – 0,035 In Watt pro Meter und Kelvin (W/mK). Je niedriger der Wert, desto besser die Dämmung. Besser als Mineralwolle und besser als expandiertes Polystyrol: PU besitzt herausragende Wärmedämmeigenschaften. (Quelle: „Dämmen und Sanieren in Alt- und Neubauten“, Ulrich Stempel, 2011, Franzis Verlag) 2 Um maximale Energie- und Kosteneinsparungen zu erzielen, sollten Gebäudeeigentümer eine auf ihre B ­ edürfnisse zugeschnittene Dämmung in Betracht ziehen. Für die Realisierung einer nachhaltigen Lösung ist es ganz ent­ scheidend, die lokalen Klimabedingungen von Anfang an bei der Gestaltung mitzuberücksichtigen. Nachträglich installierte Klimaregelungssysteme können die Kosten unnötig in die Höhe treiben. Um den Energiebedarf eines Gebäudes möglichst gering zu halten, sollten Form und Gebäudehülle optimiert, Tageslichteinfall ausgenutzt und Gebäudesysteme für maximale Effizienz ausgelegt werden. Eine Wärmedämmung kann zur Erzielung maximaler Effizienz eines Gebäudes beitragen, wenn man sie bereits in der Planungsphase ausreichend mitberücksichtigt. Der übrige Energiebedarf lässt sich in einem zweiten Schritt mit Hilfe von Photovoltaik, Solarthermie oder Erdwärme (Geothermie) decken. Auch wenn diese Art der Energieoptimierung vielleicht zusätzliche Investitionen erfordern mag, so können diese in vielen Fällen durch die daraus folgende Verringerung der Betriebskosten aufgefangen werden. Das alles kann für den Bau nachhaltiger Gebäude, die sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich effizient sind, hilfreich sein (umweltfreundliche Baulösungen von Bayer finden Sie unter www.ecocommercialbuilding.com). Und sollten die Energiepreise steigen, amortisieren sich Investitionen in nachhaltige G ­ ebäude auch schneller. Aber welches Material ist das richtige? Gebäude sind der größte Verursacher von Kohlendioxid-Emissionen Nachhaltige Gebäude sind ökologisch und wirtschaftlich effizient PU ist eine Alternative mit großen Vorteilen Fassade ~25% Dachflächen ~30% Fenster ~15% Türen ~15% Kellergeschoss ~15% Rund siebzig Prozent der Energie eines Hauses entweicht durch das Dach, die Fassade und das Kellergeschoss. Die Anbringung einer Dämmung hilft, diesen Verlust zu vermeiden. (Quelle: dena) 3 Die Vorteile 1. Hohe Dämmleistung Von allen herkömmlichen Dämmstoffen bietet PU heutzutage mit die höchste Dämmleistung. 2. Mehr Wohnraum Die Verwendung von PU als Dämmmaterial ermöglicht die Aufbringung einer dünneren Dämmschicht als bei anderen konventionellen Dämmstoffen, sodass deshalb auch die Wandstärke geringer ausfällt. Dadurch ergibt sich bei einer zu umbauenden Fläche ein größerer Innenraum. Auch bei der Innendämmung alter Gebäude ist der Raum­ verlust minimal. 3. Hohe Alterungsbeständigkeit PU ist mechanisch hoch belastbar, feuchtigkeitsresistent, temperaturbeständig und chemisch stabil. Das Material zeigt eine hohe Alterungsbeständigkeit, die für gewöhnlich über den üblichen Lebenszyklus eines Gebäudes hinausgeht. Dabei bleiben die Dämmeigenschaften jahrzehntelang erhalten. (Siehe: http://www.pu-europe.eu) 4. Große Vielseitigkeit PU-Hartplatten können mit einfachen Werkzeugen auf jede beliebige Größe zugeschnitten werden. Durch Aufschäumen des Dämmstoffs lässt sich eine noch größere Designflexibilität erzielen. Auch kann PU mit anderen Baumaterialien kombiniert und in Verbund- und Sandwichelemente eingearbeitet werden. PU-Metallverbundelemente sind besonders für effiziente Industriebauten geeignet. 5. Hervorragende Energiebilanz Über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg betrachtet, weist PU eine ausgezeichnete Energiebilanz auf. So spart beispielsweise PU, das bei der Gebäudedämmung eingesetzt wird, während seines gesamten Lebenszyklus rund 70-mal mehr Energie ein als für seine Herstellung benötigt wird. (Quelle: www.puren.de) 4 Stärke der Wärmedämmung d [mm] · R = 7,5 m²·K/W (Passivhausstandard) · U-Wert ≈ 0,12 W/(m²·K) D =R×λ Zunehmende Dicke von Wärmedämmung 450 Schaumglas Mineralwolle XPS/EPS 300 150 20 30 40 50 60 Berechnete Werte für die Wärmeleitfähigkeit λ [mW/mK] Dämmplatten aus PU brauchen wenig Platz. PU ist einer der effizientesten Werkstoffe zur Erzielung einer spezifischen Dämmleistung. (Quelle: www.pu-europe.eu) MEHR WOHNRAUM Weniger ist mehr Dämmung erfordert Platz. Wie viel, hängt von der Dämmleistung des verwendeten Werkstoffs ab. PUHartschaumstoffe bieten die höchste Dämmeffizienz unter den heutzutage verfügbaren Dämmstoffen. Deshalb sind sie platzsparend, was zu „dünneren“ Lösungen und zu mehr Wohnraum führt. Die Wirksamkeit der Dämmung ist abhängig von der Art und Dicke des zu seiner Herstellung verwendeten Werkstoffs. In diesem Zusammenhang ergibt sich folgende Feststellung: Je geringer die Wärmeleitfähigkeit (λ) des Materials, desto besser ist seine Dämmleistung, soll heißen, desto besser dämmt es. So gesehen, bietet PU einen erheblichen Vorteil. Von allen Dämmstoffen, die heute im Handel erhältlich sind, weist es mit 0,024 Watt pro Meter und Kelvin einen der niedrigsten Werte auf.1 Andere Dämmmaterialien wie Polystyrol, Mineralwolle, Glaswolle oder Hanffaser haben bedeutend höhere Wärmeleitfähigkeitswerte (siehe Tabelle auf Seite 2). Dämmstoffe sind deshalb wichtig, weil Standard-Baumaterialien wie etwa Beton, Ziegel oder Holz Wärme relativ gut leiten. Ein Vergleich zeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Beton (λ=2,1) fast 90-mal höher ist als die von PU. Deswegen dämmt sogar eine 1 Zentimeter dicke Schicht aus PU genauso gut wie eine Betonwand mit einer Dicke von 90 Zentimetern. Im Vergleich zu anderen Dämmstoffen ermöglicht die geringere Wärmeleitfähigkeit von PU die Verwendung dünnerer Schichten, um eine bestimmte Dämmwirkung zu erzielen. So dämmt zum Beispiel 21 Zentimeter dickes PU genauso wirksam wie 28 Zentimeter starkes expandiertes Polystyrol oder 32 Zentimeter dicke Mineralwolle. Dieser Unterschied kann für Projektentwickler oder Hausbesitzer von großer Bedeutung sein. Bei neuen Gebäuden lassen sich mit Hilfe von PU dünnere Wände konzipieren, wodurch mehr Platz für Wohnraum bleibt. Das Gleiche gilt für Fußboden-, und Deckendämmung. Ist hier eine bestimmte Dämmleistung erforderlich, so kann mit PU eine bessere Raumhöhe erzielt werden. Ähnliche Vorteile sind bei der Dämmung eines bestehenden Gebäudes gegeben: Denn im Falle einer Sekundärdämmung auf der Außenseite ist der Platz für zusätzliche Dämmschichten in vielen Fällen begrenzt. In diesen Situationen bietet die dünnere Lösung mit PU immer noch die meisten Vorteile. Der Grund ist: Je dicker die Fassadendämmung, desto mehr rückt ein bereits vorhandenes Fenster innerhalb der Fassade optisch in den Hintergrund. Dies ist ein ästhetischer Nachteil und kann dazu führen, dass die Sicht aus dem Fenster eingeschränkt wird. Andererseits ist Innendämmung unweigerlich mit einer Verminderung von Wohnraum verbunden. Wie bereits oben beschrieben, kann eine PU-Dämmung diesen Verlust auf ein Mindestmaß reduzieren. : Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt den Wärmefluss (in Watt (W)), der durch ein 1 m2 großes und 1 Meter (m) dickes Material erfolgt, wenn der Temperaturunterschied zwischen beiden Seiten 1 Kelvin (K) (entspricht 1 °C) beträgt. 1 Warum dämmt PU so gut? Die gute Dämmleistung von PU beruht auf der geringen Wärmeleitfähigkeit von PU selbst. Das in den Schaumstoffporen eingeschlossene Gas leistet ebenfalls einen wichtigen Beitrag dazu. Das Gas, auch als Treibmittel bekannt, wird während der PU-Herstellung hinzugegeben, um die Leistungsfähigkeit des Schaumstoffs zu verbessern. Bei vielen der heutigen Anwendungen handelt es sich bei diesem Gas um Pentan. Seine Wärmeleitfähigkeit ist nur halb so groß wie die von Luft. 5 Primärenergieverbrauch (kWh/m²) Zunahme der Energie-Effizienz Unzureichende Dämmung (U-Wert: 1,53 W/(m-K)) 10000 PU-Hartschaumdämmung (U-Wert: 0,30 W/(m-K)) 8000 Über einen Zeitraum von 50 Jahren gerechnet kann PU 8.000 kWh/m² an Primärenergie einsparen. 6000 Energieeinsparungen 8.000 kWh/m² 4000 2000 In Schulen, Wohnungen oder Gebäuden kann sich PU schnell amortisieren. 0 10 20 30 40 50 Jahre (a) HOHE DÄMMLEISTUNG Hervorragende Ökobilanz Dämmstoffe benötigen für ihre Herstellung Energie. Bei der Erstellung einer ökologischen Lebenszyklus­ analyse ist es wichtig, den dafür benötigten Energieaufwand und die durch die Dämmung erzielte Energieeinsparung zu betrachten und zu vergleichen. Für die meisten Dämmstoffe gilt Folgendes: Innerhalb von weniger als zwei Jahren kann die Dämmung mehr Energie einsparen, als vorher für ihre Herstellung und den Transport verbraucht wurde. Bei PU übersteigt die eingesparte Energie den Energieeinsatz bereits während der ersten Heizperiode. Dies geht aus einer Studie der Unternehmensberatung Z_punkt hervor. Die Studie untersuchte die Wirkung von PU-Platten, die im Jahr 2008 in Deutschland verkauft wurden. Im Vergleich zu ungedämmten Gebäuden sparten die PU-Platten pro Jahr im Durchschnitt 1.880 Terajoule an Primärenergie ein. Dies entspricht dem jährlichen Primärenergieverbrauch von rund 10.000 Einwohnern. Wegen seiner hohen Alterungsbeständigkeit (siehe Seite 7) wird die Lebensdauer von PU genauso hoch angesetzt wie die Gesamtnutzungsdauer eines gedämmten Gebäudes. Für die Erstellung einer Energiebilanz können 50 Jahre als Wert zugrunde gelegt werden. (Die typische Lebensdauer eines Gebäudes in Europa beträgt 100 Jahre, bei Industriebauten sind es 50-100 Jahre.) Innerhalb eines solchen Zeitraums würde die Anzahl der im Jahr 2008 angebrachten PU-Platten Einsparungen in Höhe von 93.800 Terajoule (50 x 1.880) erbringen. 6 Für die zur Herstellung und für den Transport aufgewendete Energie wurde für die Anzahl der im Jahr 2008 verkauften Dämmplatten insgesamt 943 Terajoule ausgerechnet; der Herstellungsprozess für die Dämmplatten selbst als auch für die PU-Rohstoffe (MDI, Polyesterpolyol und alle Vorprodukte) ist darin bereits enthalten. Berechnet auf die Heizanforderungen in Deutschland, wird die anfangs investierte Energie nach 50 Jahren 99,5-mal eingespart worden sein. Wenn man auch noch die Energie miteinbezieht, die am Ende der Lebensdauer der Platten durch Wärmerecycling zurückgewonnen wird, steigt der Einspareffekt sogar auf fast 100:1 an. Noch beeindruckendere Ergebnisse können für Regionen erzielt werden, die längere oder energieintensivere Heizperioden haben als Deutschland. Eine ähnliche Analyse lässt sich auch für die Rohstoffe durchführen. Obgleich PU aus Ausgangsmaterialien hergestellt wird, die immer noch weitgehend aus Öl gewonnen werden, wird durch die Anbringung von PU eine signifikant höhere Menge an fossilem Brennstoff eingespart. Laut Puren ist sie 70-mal so hoch. Ein Dämmstoffhersteller hat es einmal so ausgedrückt: „Ich kann mir für Öl keine bessere Verwendung vorstellen, als damit Öl einzusparen.“ HOHE ALTERUNGSBESTÄNDIGKEIT Bis ins hohe Alter Werkstoffe, die in Gebäuden verwendet werden, sollten lange haltbar sein. PU kann diese Anforderung erfüllen. Es ist chemikalien-, temperatur-, druck- und lichtbeständig. Dauerhafte Dämmung: Die Lebensdauer von PU in diesem Gebäude wird auf mindestens 50 Jahre geschätzt. PU-Hartschaum ist für einen längeren Gebrauch bei Temperaturen von -30 bis +90 °C geeignet. Ein Kontakt mit den üblicherweise beim Bau anzutreffenden chemischen Stoffen wie Klebstoffen, Holz-Konservierungsmitteln oder Bitumen beeinträchtigt PU nicht. Hinzu kommt, dass das Material normalerweise nicht verrottet und dass es schimmelbeständig und geruchsneutral ist. Aufgrund seiner geschlossenzelligen Struktur nimmt PU im Allgemeinen weder Feuchtigkeit aus der Luft auf, noch zeigt es eine kapillare Aktivität. Das bedeutet, dass die übliche Feuchte eines Gebäudes nicht in den Werkstoff eindringt, wenn er richtig angebracht wurde. Dies ist ein wichtiger Aspekt, denn sonst würden sich die Dämmeigenschaften verschlechtern. Auch sorgt die geschlossenzellige Struktur dafür, dass das in den Zellen enthaltene Gas nicht entweichen kann. Überdies verhindern spezielle auf das PU aufgebrachte Kaschierungen, dass Luft in das Material eindringt. Beide Aspekte sind entscheidend, um die guten Dämmeigenschaften über einen langen Zeitraum zu erhalten (siehe Seite 5). GROSSE VIELSEITIGKEIT Ein Werkstoff mit vielen Möglichkeiten Seit mehr als 50 Jahren vertrauen Kühlschrankhersteller auf PU. Dieser Werkstoff dämmt 95 Prozent aller weltweit produzierten Kühlschränke. Bei den Haushaltsgeräten von heute trägt er mit dazu bei, dass sie mehr Energie einsparen als ihre Vorgänger. Ein weiterer Vorteil ist, dass PU komplexe Hohlräume im Inneren eines Gehäuses ausfüllt – damit haben Designer eine große Gestaltungsfreiheit. Auch Rohre können mit PU gedämmt werden, und das ist eine attraktive Alternative für Rohrleitungen, die Heiz- oder Kühlmittel transportieren. Eine gute Dämmung verbessert ihre Effizienz, insbesondere bei langen Strecken. Sogar Rohrleitungen, in denen eine Flüssigkeit durch kalte Regionen transportiert wird, lassen sich mit PU dämmen. PU unterstützt eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Beispielsweise kann das Material auf ein Substrat aufgesprüht werden, ohne dass normalerweise Nähte oder Verbindungsstellen entstehen. Der Sprühschaum besteht aus einem Netz kleiner, geschlossener Zellen und härtet innerhalb weniger Minuten nach der Aufbringung aus. PU kann leicht als Gießharz aufgetragen werden. Es lässt sich schnell und einfach mischen und kann aufgrund seiner üblicherweise niedrigen Viskosität sogar in komplexen Geometrien und Formen gegossen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass PUVergussmassen beim Aushärten für gewöhnlich nur wenig schrumpfen – normalerweise um weniger als fünf Prozent. 7 Vorurteile gegenüber PU als Dämmstoff Vorurteile 1. Problematisches Brandverhalten Die Brennbarkeit von PU-Dämmstoffen stellt ein unkalkulierbares Risiko dar. 2. Die größte Stärke von PU ist die Wärmedämmung. Bei der Schalldämmung lässt sich eine bedeutende Verbesserung dadurch erzielen, dass man es mit anderen Materialien kombiniert. Hohe Kosten Die Kosten von PU-Dämmstoffen sind so hoch, dass sich ihr Einsatz nicht lohnt. 6. Die am Ende der Lebensdauer empfohlene Methode für das ­Recycling von PU-Hartschaumstoffen ist ihre Verbrennung in Verbindung mit Wärmerückgewinnung. Schlechte Schalldämmung PU-Hartschäume bieten eine unzureichende Schalldämmung, was sich vor allem bei Trittschall bemerkbar macht. 5. Wenn sämtliche Sicherheitsvorschriften ordnungsgemäß ein­ gehalten werden, können alle Rohstoffe sicher gehandhabt und eingesetzt werden. Nicht recycelbar Der Energieverbrauch beim Recycling von PU ist so hoch, dass ein Recycling aus energe­ tischer Sicht nicht praktikabel ist. 4. PU-Hartschaumstoffe werden (gemäß EU-Klassifizierung) als „schwerentflammbar“ oder „normalentflammbar“ eingestuft. Sie sind für praktisch alle Anwendungsbereiche in der Bauwirtschaft registriert. Gesundheitsschädlich Bei der Produktion von PU werden auch Iso­ cyanate eingesetzt, die die Anwender und die Verarbeiter vor Probleme stellen. 3. FAKT Dämmsysteme sollten nicht nur auf der Grundlage der reinen Dämmstoffe bewertet werden. Es empfiehlt sich immer, Bausysteme als ganze zu beurteilen, um sich einen Gesamtüberblick über die Kosten und die Leistungsfähigkeit zu verschaffen. So gesehen könnten PU-Lösungen im Vergleich zu anderen Dämmstoff-­ Lösungen am kostengünstigsten und nachhaltigsten sein. Nicht nachhaltig PU hinterlässt einen großen Kohlenstoff­abdruck. Eine Lebenszyklusanalyse zeigt, dass der Kohlenstoffabdruck von PU mit dem von konkurrierenden Werkstoffen vergleichbar oder geringer ist. Labore von Bayer arbeiten ständig an der Verbesserung des Brandverhaltens von PU. BRANDVERHALTEN Feuerprobe bestanden So wie alle organischen Materialien, einschließlich Holz und Wolle, ist auch PU brennbar. Durch Zugabe von Flammschutzmitteln kann PU-Hartschaum als schwer- oder normalentflammbar (EU-Norm) klassifiziert und als Wärmedämmung in Bausystemen aller Art verwendet werden, in denen Materialien und Systeme mit geringer oder normaler Brennbarkeit erforderlich sind. Brandschutzklassifizierungen basieren auf standardisierten Tests und können von Land zu Land unterschiedlich sein. In Europa hat sich beispielsweise seit einigen Jahren der Single-Burning-Item-Test (SBI/DIN EN 13823) etabliert, der auf einer definierten Flamme eines Gasbrenners beruht. Der Test untersucht die Entzündbarkeit, horizontale Flammenausbreitung, Rauchentwicklung, Wärmefreisetzung sowie brennendes Abtropfen. Ergebnisse für PU, welche die Mindestanforderungen für Brandschutz erfüllen, in der Regel Brennbarkeitsklasse B2 (DIN 4102 in Deutschland) oder Brennbarkeitsklasse E (EUNorm), machen deutlich, dass alle Zündquellen wie brennende Tabakprodukte oder Funken von Schleif- oder Schneidmaschinen für gewöhnlich nur ein Veraschen verursachen und in den meisten Fällen alleine nicht ausreichen, um den Werkstoff in Brand zu setzen. Schwelbrände, wie sie für einige Fasermaterialien typisch sind, treten nicht auf. Deswegen kann sich ein möglicher Brand normalerweise nicht unbemerkt durch PU-Dämmschichten hindurch ausbreiten. Ein weiterer wichtiger Aspekt in der Praxis ist der, dass PU in einem Feuer nicht schmilzt oder tropfend abbrennt. Das unterscheidet PU von Polystyrol, das bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen weich wird und schmilzt, und die brennenden Tropfen können sogar zu einer weiteren Ausbreitung eines Feuers führen. In den vergangenen Jahren wurden auf dem Gebiet des Brandschutzes für PU-Dämmung viele Fortschritte erzielt. So haben sich beispielsweise neue PU-Formulierungen mit einem Überschuss an Isocyanat etabliert. Die daraus resultierende PU/PIR-Schäume, wie sie genannt werden, sind inhärent hitzeresistenter und benötigen im Vergleich zu älteren PU-Hartschaumstoffen nur rund ein Drittel der Menge an Flammschutzmittel. 9 GESUNDHEIT VORSICHT – auch wenn keine unmittelbare Gefahr besteht! Es versteht sich von selbst, dass Baustoffe für die Gesundheit und die Umwelt unschädlich sein sollten. Vor allem sollten sie nach ihrer Anbringung in Wohnräumen keine Stoffe in hohen Konzentrationen freisetzen. So wie alle P ­ olymere besteht auch Polyurethan aus langkettigen, großen und relativ schweren Molekülen. Wegen seiner Größe ist es nichtflüchtig und kann nicht ausgasen. Daraus folgt, dass PU-Endprodukte inert sind. Aber wie ist das mit den Rohstoffen? PU-Produkte werden aus Polyolen und Diisocyanaten hergestellt. Sie werden seit fast 75 Jahren produziert und verarbeitet. In dieser Zeit haben Industrieverbände umfassende Sicherheitsrichtlinien entwickelt und umgesetzt. Diese Informationen sorgen für Klarheit und erläutern alle notwendigen Hinweise für den Gebrauch, die Handhabung und die Entsorgung. Werden diese Richtlinien im Einklang mit den Anweisungen des Herstellers befolgt, können PU-Rohstoffe sicher gehandhabt und verwendet werden. (www.isopa.org) Eine gute Be- und Entlüftung hilft, jeder erdenklichen Gefahr ­vorzubeugen. SCHALLDÄMMUNG Der passende Begleiter – ein guter Schallabsorber PU besticht durch eine Vielzahl von Eigenschaften. Sie bestimmen, welche Vorteile bei spezifischen Anwendungen zur Geltung kommen sollen. So wird zum Beispiel PU von der Automobilindustrie als Schalldämmung verwendet, wohingegen die Bauindustrie es hauptsächlich als Wärmedämmung einsetzt. Doch auch Dämmstoffe, die im Wohnungsbau zum Einsatz kommen, müssen über schalldämmende Eigenschaften verfügen. Ironischerweise ist es die herausragende Dämmeigenschaft von PU, die dazu führt, dass es – allein auf sich gestellt – für diese Aufgabe unzureichend ist. In manchen Fällen kann PU, das zur Wärmedämmung eingesetzt werden soll, gleichzeitig auch mit schallabsorbierendem PU oder mit anderen Materialien wie etwa Mineralwolle kombiniert werden. Im Bausektor gewinnen zunehmend Lösungen an Bedeutung, die auf einer Kombination verschiedener Werkstoffe beruhen. PU wird in der Konzernzentrale von Bayer eingesetzt. 10 RECYCLING Verbrennen – der Umwelt zuliebe Wenn es um die Umwelt geht, ist Dämmung immer sinnvoll. Wie bereits zuvor beschrieben, gibt darüber die Energiebilanz Aufschluss. Während Kritiker gerne auf die begrenzten Möglichkeiten für das Recycling von PU hinweisen, vergessen sie dabei, dass es für das Ende seiner Lebensdauer eine viel wirksamere Methode gibt: die Verbrennung. Abfallverbrennung: zweifelsohne eine gute Methode, um PU zu entsorgen. Produktionsabfälle oder andere unbelastete Überreste von PU-Dämmplatten sind am unproblematischsten. Aus ihnen lassen sich Pressplatten herstellen, die besonders feuchtigkeitsbeständig sind. Diese Produkte kommen zum Beispiel bei der Herstellung vorgefertigter Gauben zum Einsatz. PU-Recyclat kann auch in Pulverform verwendet werden. Das Pulver dient als Bindemittel, um Öl zu absorbieren. Die Reinigung von PU-Hartschaum wäre in den meisten Fällen praktisch unmöglich oder viel zu kompliziert. Die einzige Alternative, die noch übrig bleibt, ist das W ­ ärmerecycling. Das macht Sinn, weil PU als ölbasiertes Produkt eine beträchtliche Menge Energie bindet. Darüber hinaus spricht auch ein wesentlicher Umweltaspekt für die Verbrennung: Alter Bauschutt, der halogenierte Treibmittel und Gase enthält, muss wirksam beseitigt werden, damit sie nicht in die Atmosphäre gelangen können. Und genau das verhindert die Verbrennung. KOSTEN Kosten, die sich auszahlen In Preis pro m3 ausgedrückt, bringt eine PUHartschaumdämmung anfangs höhere Investitionskosten mit sich als andere Werkstoffe. Doch dies relativiert sich bei näherer Betrachtung. Dämmstoff im Angebot: Rechnen zahlt sich aus. Als Folge der hohen Dämmleistung von PU wird weniger Material als bei anderen Dämmstoffen benötigt, um eine bestimmte Dämmwirkung zu erzielen. Im Vergleich zu Polystyrol ist zum Beispiel eine um 25 Prozent dünnere Dämmschicht normalerweise ausreichend. Doch die im Falle von Polystyrol (oder anderen Werkstoffen) benötigte dickere Dämmschicht kann weitere Folgekosten nach sich ziehen: wie etwa für breitere Traufen, die erforderlich sind, wenn die Außendämmung so dick ist, dass sie sich auf die Abmessungen des Dachs auswirkt. Wenn man Polyurethandämmung mit einer Dämmung aus Mineralwolle vergleicht, so sollte bei einer umfassenden Kostenanalyse der gesamte Lebenszyklus des Produkts berücksichtigt werden. Während PU selbst nach 50 Jahren noch eine hohe Dämmleistung aufweist, kann die Dämmwirkung von Mineralwolle im Laufe der Jahre nachlassen, zum Beispiel dann, wenn diese mit Feuchtigkeit in Kontakt kommt oder in einer Dachschräge verrutscht. Außerdem fasert Mineralwolle mit der Zeit aus, was sich negativ auf ihre Dämmleistung auswirkt. Die Amortisationszeiten für Investitionen in PU-Dämmung können kürzer (z. B. 5 bis 10 Jahre für den Ausbau von Dachgeschossen – Quelle: IVPU) oder länger sein und sind immer von mehreren Faktoren abhängig. Unter anderem davon, inwieweit ein Gebäude bereits von Anfang an wärmegedämmt war. Jedoch hilft eine Dämmung, Investoren vor unvorhersehbaren Energiepreissteigerungen zu schützen. 11 Zukünftige Aussichten für PU als Dämmstoff 1. Die Entwicklung geht weiter: Nanoskalige PU-Hartschäume Je kleiner die Poren, desto besser ist die Dämmwirkung von PU. Bayer MaterialScience arbeitet zurzeit an Schaumstoffen, deren Porendurchmesser ein Tausendstel der derzeitigen Größe beträgt. 2. Neue Dämmstoffe (1): Aerogele Derzeit werden von Bayer MaterialScience Dämmstoffe erforscht, die auf vollkommen anderen Technologien oder Substanzen basieren. Hierzu zählen auch Aerogele, extrem poröse Strukturen, die sehr leicht vom Gewicht, aber dennoch mechanisch belastbar sind. Sie dämmen sogar noch effizienter als PU. 3. Neue Dämmstoffe (2): Vakuum-Isolations-Paneele Ein Vakuum ist die beste Dämmung. In der Bauindustrie wird derzeit das Prinzip der Vakuumwärmedämmung getestet. Dämmelemente dieser Art sind als „Vakuum-Isolations-Paneele“ bekannt, und Wissenschaftler von Bayer MaterialScience erforschen zurzeit diese Technologie. 4. Neue Rohstoffquellen: Wird PU erneuerbar? Inwieweit können Rohstoffe auf Basis erneuerbarer Energieträger für die Herstellung von PU eingesetzt werden? Ist dies wirtschaftlich effizient? Experten von Bayer MaterialScience suchen derzeit nach Möglichkeiten, um den endlichen Rohstoff Öl teilweise zu ersetzen. 5. Neue Ansätze für Flammschutz Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der kontinuierlichen Verbesserung der Entflammbarkeit von PU ist Flammschutz. Doch die Frage ist, mit welchen Additiven lassen sich welche Verbesserungen erzielen? Bayer MaterialScience ist dabei, diese zu erforschen. 12 Herkömmlicher Schaumstoff Derzeitiger Stand unserer Entwicklung Vision „Nano-Schaum“ 100-150 µm 3-4 µm 0,5 µm PU unter dem Mikroskop: Generell nimmt die Dämmleistung mit abnehmender Porengröße zu. DIE ENTWICKLUNG GEHT WEITER: Nanoskalige PU-Hartschäume Kleine Poren – große Dämmwirkung Die Wärmedämmleistung von PU-Hartschaum hängt von der Größe der Schaumporen ab. Je kleiner ihr Durchmesser, desto geringer ist die Wärmeleitfähigkeit von PU und desto besser sind auch seine Dämmeigenschaften. Heutzutage hat PU üblicherweise eine Porengröße von 150 Mikrometern. Das ist etwas mehr als 0,1 Millimeter und mit bloßem Auge gut zu erkennen. Ganz anders verhält es sich bei den Schaumstoffen, an denen die Forscher von Bayer Material­ Science zurzeit arbeiten. Sie hoffen darauf, für diese Schäume einen Porendurchmesser von 150 Nanometern zu erzielen. Das wäre ein Tausendstel der heute üblichen Größe. Die Herausforderung besteht darin, dass Schaumstoffe dieser Art mit einer vollkommen anderen Methode hergestellt werden müssen als die Hartschäume von heute. An diesem Projekt arbeitet Bayer MaterialScience derzeit gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Köln. Zunächst müssen die Ausgangskomponenten für die PU-Synthese auf völlig neue Art und Weise unter hohem Druck gemischt werden. Sogenannte „Mikroemulsionen“ erzeugen dann die winzigen Schaumbläschen. Derzeit arbeiten die Forscher noch an der Feinabstimmung der chemischen Reaktion zwischen den PU-Rohstoffen und der gleichzeitigen Ausdehnung der Bläschen. Diese Herausforderung wird sie noch über mehrere Jahre hinweg beschäftigen. Wenn es ihnen gelingt, den Porendurchmesser um den Faktor 1.000 zu verringern, gehen Experten davon aus, dass die Wärmeleitfähigkeit um die Hälfte verringert wird. Dann könnte ein bestimmtes Maß an Dämmleistung mit einer PU-Dämmung erzielt werden, die nur halb so dick wäre wie heute. 13 NEUE DÄMMSTOFFE (1): AEROGELE Gefrorener Rauch Es überrascht nicht, dass Aerogel im Guinness-Buch der Rekorde als „leichtester Feststoff“ aufgeführt wird. Schließlich besteht Aerogel zu 95 Prozent aus Luft, was es seinem verzweigten, offenporigen Netzwerk winziger Strukturen verdankt. Dies wiederum führt zu seinen guten wärmedämmenden Eigenschaften, seiner hohen Schallabsorption und Lichtdurchlässigkeit, weswegen der Stoff seinen Spitznamen bekam: „gefrorener Rauch“. Aerogel wird aus Kieselsäure hergestellt, die aus Sand gewonnen wird. Der komplexe Prozess ergibt zunächst ein wässriges Gel, das anschließend getrocknet werden muss. An dieser Stelle kommen die Hauptnachteile des Materials ins Spiel: Der komplizierte Prozess ist mit entsprechend hohen Kosten verbunden, die sich in seinem Preis niederschlagen. Heutzutage ist Aerogel für eine weit verbreitete Anwendung viel zu teuer. Derzeit sind extrem energieeffiziente Fenster und transluzente Tageslicht-Dachsysteme auf dem Markt erhältlich, in denen dieser Dämmstoff zwischen zwei Glasscheiben eingearbeitet ist. Aerogele werden aus Kieselsäure hergestellt, wodurch die ­Kosten dieses Dämmstoffs sehr hoch ausfallen. NEUE DÄMMSTOFFE (2): VAKUUM-ISOLATIONS-PANEELE Die perfekte ­Dämmung: nichts Wo nichts ist, kann auch keine Wärme geleitet werden. Deswegen dämmt ein Vakuum, das als Abwesenheit sämtlicher Materie definiert wird, am allerbesten. Dieses Prinzip möchte sich die Bauindustrie zunutze machen. Aber das ist nicht so einfach, wie es scheint. In der Praxis ist ein Vakuum nichts anderes als ein Raum mit einem Druck, der weit unter dem atmosphärischen Druck liegt, und der ein sehr robustes Umfeld erfordert. Selbst der kleinste Kratzer könnte dazu führen, dass Luft eindringt und das Vakuum zerstört. Die Dämmwirkung ginge dann verloren. Aus diesem Grunde arbeiten die Forscher momentan an Verbundsystemen, in denen geeignete Materialstrukturen einen Raum für ein Vakuum schaffen und dabei gleichzeitig einen stabilen, einfach anzuwendenden Dämmstoff ergeben. Diese Dämmelemente sind als „Vakuum-IsolationsPaneele“ (VIP) bekannt. Normalerweise handelt es sich bei VIP um Platten, die aus poröser Kieselsäure bestehen und von einer Folie mit speziellen Barriereeigenschaften um- 14 Vakuum-Isolations-Paneele im täglichen Gebrauch. (Quelle: VARIOTEC GmbH & Co. KG) hüllt sind. Das Vakuum wird dann in den Kieselsäureporen erzeugt. Anschließend verhindert die verschweißte Folie das Wiedereintreten von Luft. Eine so aufgebaute Dämmplatte erzielt Lambda-Werte von 0,004 W/mK. Im Vergleich dazu erreicht PU einen Wert von 0,024 und ist sechsmal wärmeleitfähiger. Doch wegen ihrer Anfälligkeit für Beschädigungen bei der Handhabung auf der Baustelle müssen VakuumIsolations-Paneele vorher in andere Materialien eingebettet werden. Hierbei handelt es sich in den meisten Fällen um Sandwich-Verbundelemente mit Holz, Beton, oder PU. Diese können dann direkt montiert werden, beispiels­weise als Fassadendäm­mung. Das Hauptproblem bleibt jedoch weiterhin bestehen: Geht das Vakuum verloren, ist auch die Dämmwirkung dahin. NEUE ROHSTOFFQUELLEN: Wird PU erneuerbar? CO2 als neuer Rohstoff PU ist ein organisches Material, das aus Rohöl gewonnen wird. So überrascht es nicht, dass wiederholt Forderungen erhoben werden, die besagen, dass allein schon aus Umweltgründen der Einsatz von erneuerbaren Rohstoffen erhöht werden sollte. Aber Vorteile für die Umwelt lassen sich nicht immer zu geringen Kosten erzielen. Polyether auf Zuckerbasis sind bereits im Einsatz. Doch ein signifikant höherer Prozentsatz an erneuerbaren Rohstoffen ist nicht nur vorstellbar, sondern heutzutage auch möglich. So kann beispielsweise Rizinusöl, das aus den Samen des Wunderbaums hergestellt wird, einen Teil des Erdöls ersetzen. Der Markt für die daraus resultierenden Dämmstoffe ist derzeit jedoch begrenzt. Mittlerweile setzt Bayer Material­ Science große Hoffnungen in sein Projekt „Dream Production“. Dabei geht es um die Produktion von qualitativ hochwertigen Polymermaterialien aus Kohlendioxid (CO2), die bereits im Labor erfolgreich durchgeführt wurde. Ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu einer industriellen Nutzbarmachung ist der Bau einer Pilotanlage im Chempark Leverkusen. Hier sollen im Kilogramm-Maßstab Polyetherpolycarbonatpolyole (PPP) produziert werden, die dann zu Polyurethanen weiterverarbeitet werden. Das Besondere an dieser Produktionsmethode ist, dass das CO2 chemisch gebunden wird. Das bedeutet, dass es als Rohstoff in einem nachhaltigen Prozess zum Einsatz kommt. Durch die Katalyse ist es möglich, CO2 als neuen Rohstoff anzusehen. Als Folge davon würden weniger herkömmliche Rohstoffe verwendet und weniger fossile Brennstoffe verbraucht werden. Dies wäre ein immenser Schritt in Richtung auf eine noch größere Nachhaltigkeit für die Herstellung von PU. Für Bayer-Forscher eine ständige Herausforderung: die weitere Steigerung der Nachhaltigkeit von PU. NEUE ANSÄTZE FÜR FLAMMSCHUTZ Regulierung treibt ­Entwicklung voran Auch wenn PU bereits als „schwerentflammbar“ bis „normal­entflammbar“ (gemäß EU-Norm) eingestuft wurde, so gehen die Arbeiten zur Verbesserung seiner Flamm­ schutzeigenschaften weiter. Die größte treibende Kraft dahinter ist die Erwartung, dass jederzeit mit einer weiteren Verschärfung der jeweiligen Verordnungen zu rechnen ist. Ein besonderes Problem besteht darin, dass die Bestimmungen von Land zu Land unterschiedlich sind und dass auch Versicherungsgesellschaften Prüfmethoden entwickelt haben, wie etwa das in den USA ansässige Unternehmen Factory Mutual (FM Global). Das PIR-Schaumsystem von Bayer Material­Science für Metallverbundelemente, das im Jahr 2010 eingeführt wurde, stellt eine beeindruckende Entwicklungsleistung dar. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen weisen diese Werkstoffe eine erheblich verbes­serte Feuerbeständigkeit auf. Außerdem erzeugen sie bedeutend geringere Mengen an Qualm und Rauch. Mit Verbundelementen dieser Art werden vor allem Industrie­ gebäude wie Lager- und Fertigungshallen und Kühlhäuser Ein verbesserter Flammschutz darf sich nicht nachteilig auf andere Eigenschaften von PU auswirken. errichtet. Das Ergebnis der Innovation: Dort, wo die Anforderungen der Rauchklasse s1 erfüllt werden müssen (gemäß SBI, EN 13823), können PIR-Systeme als echte Alternative für anorganische Stoffe zum Einsatz gebracht werden. In Zukunft wird man sich vor allem damit beschäftigen, wie PU-Schaum bei spezifischen Endanwendungen auf Flammen reagiert und inwieweit sich durch die Kombination dieses Werkstoffs mit anderen Materialien Verbesserungen beim Flammschutz erzielen lassen. Laut Aussage der Experten von Bayer MaterialScience sind den Verbesserungs­ möglichkeiten keine Grenzen gesetzt. 15
