5   Verarbeitung von Polyurethanen

5.1   PU-Schäume auf Baustellen

Auf Baustellen werden Schäume meist durch das Schäumen mittels Spraydosen erstellt. Die Aushärtung erfolgt dabei durch Reaktion des verwendeten MDI mit der Luftfeuchtigkeit. Das Aufschäumen wird im Wesentlichen durch zugegebenes Treibmittel bewerkstelligt. Übliche Anwendungen sind das sogenannte Einschäumen von Tür- und Fensterrahmen, von Elektroverteil- und Sicherungskästen sowie der Einsatz als Brunnenschaum. Neben den Isocyanaten muss die Gefährdung durch die Treibmittel sowie durch die Additive berücksichtigt werden.
Werden große Mengen Schaum benötigt, wie beim Isolieren von großen Behältern (Ortsschaum), erfolgt die Produktion des Schaums mit Hilfe von 2-Komponenten-Pumpensystemen.

5.2   Verpackungsschäume

Das Ausschäumen von Verpackungen erfolgt durch Befüllung eines PVC-Beutels mit einem 2-Komponenten-Formschaum in der Verpackungsschaumanlage. Die Verpackungsbeutel werden als Polsterung für den Versand von elektronischen Geräten in Kartons verwendet. Die Anlage ist geschlossen und mit einer Absaugung versehen. Schäume werden auch für das Ausschäumen von unregelmäßigen Hohlräumen zwischen verschiedenen Bauteilen oder Geräten in Verpackungen eingesetzt.

5.3   PU-Injektionsharze

PU-Injektionsharze werden zum Verschließen von Rissen in Bauwerken und zur Gesteinsverfestigung verwendet. Dazu wird das Material mit entsprechenden Pumpen mit Druck in das Mauerwerk oder in den Riss verpresst.

5.4   PU-Klebstoffe

PU-Klebstoffe können als 1-Komponentensystem und als 2-Komponentensystem, lösemittelhaltig, lösemittelfrei oder in Wasser formuliert werden. Lösungsmittelfreie Klebstoffe werden mit verschiedener Viskosität hergestellt, sodass diese entweder bei Raumtemperatur flüssig sind oder als Schmelzklebstoff erst bei höheren Temperaturen, bis zu 150 °C, verarbeitet werden können. Die verschiedenen Anwendungsbereiche machen es notwendig, Klebstoffe entweder flächig mittels Walze aufzutragen, als Raupe oder Punkt versprüht oder als Masse bzw. Schaum auf die Substrate aufzutragen.
Die für die Herstellung der PU-Klebstoffe überwiegend eingesetzten Isocyanate sind MDI, TDI, HDI, XDI, IPDI, TMXDI und HMDI. Sie werden in der Regel nicht in reiner Form, sondern in modifizierter Form als sogenannte NCO-Prepolymere eingesetzt. Trotzdem können diese Produkte Monomere enthalten.
Auf Baustellen werden PU-Klebstoffe unter anderem zum Verkleben von Bodenbelägen und als Montageklebstoffe verwendet. Diese werden in der Regel auf der Basis von MDI hergestellt.

5.5   PU-Schmelzklebstoffe

Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe auf der Basis von Diphenylmethandiisocyanat (MDI) sind isocyanat-terminierte Prepolymere, die aufgrund ihrer hohen Viskosität bei erhöhter Temperatur verarbeitet werden müssen. Sie haben einen Gehalt an monomerem MDI von bis zu 4 %. Diese Klebstoffklasse findet u. a. Einsatz in den Arbeitsbereichen Druckweiterverarbeitung, Holz- und Holzwerkstoffbeschichtung, Schuhherstellung, Herstellung von Fahrzeuginnenausstattungen und Textilkaschierung.
Da der Dampfdruck des eingesetzten Diisocyanates bei erhöhten Verarbeitungstemperaturen stark ansteigt, sind in der Regel besondere Schutzmaßnahmen erforderlich, um zu verhindern, dass es zu Arbeitsplatzgrenzwertüberschreitungen kommt.
Die Emissionen an Isocyanaten werden wesentlich reduziert durch einen geringen Monomergehalt des Klebstoffs, eine niedrige Verarbeitungstemperatur und die Verwendung von Maschinen nach dem Stand der Technik mit entsprechender Absaugung.
Dazu sind im Markt folgende Produkte zu finden:
  • Monomerreduzierte PUR-Hotmelt
    monomerer MDI Gehalt < 1 %
    → H 351 (Kann vermutlich Krebs erzeugen) fällt bei der Kennzeichnung weg
  • Kennzeichnungsfreie PUR-Hotmelt
    monomerer MDI Gehalt < 0,1 %
  • PUR-Hotmelt mit reduzierter Verarbeitungstemperatur
    z. B. < 100 °C Verarbeitungstemperatur
Weitere Informationen zur Verarbeitung reaktiver PUR-Hotmelts (PURHM), Messergebnisse und erforderliche Schutzmaßnahmen werden in der DGUV Information 213-715 „Empfehlungen Gefährdungsermittlung der Unfallversicherungsträger (EGU) nach der Gefahrstoffverordnung – Verwendung von reaktiven PUR-Schmelzklebstoffen bei der Verarbeitung von Holz, Papier und Leder“ differenziert nach den verschiedenen Klebstoffen beschrieben. (146)

5.5.1   Emissionsprüfung von Verarbeitungsmaschinen und PUR-Hotmelts

Die Prüfstelle Druck und Papierverarbeitung der BG ETEM bietet die Prüfung und Zertifizierung sowohl von Klebebindemaschinen wie auch von PUR-Hotmelt-Klebstoffen für die Klebebindung auf Basis des Prüfgrundsatzes GS-DP-03 an. Der Prüfumfang und die Prüfbedingungen sind exakt beschrieben. Bei Verarbeitungsmaschinen wird die Ausstattung und Ausrüstung sowie die Feststellung des emissionsarmen Betriebs durch eine Messung geprüft und das Ergebnis dokumentiert. Klebstoffe werden auf Basis einer Messung in der Produktion und durch Laboruntersuchungen geprüft. (169)

5.6   PU-Dichtstoffe

PU-Dichtstoffe werden als ein- oder zweikomponentiges System zum Abdichten von Fugen zwischen unterschiedlichen Materialien verwendet. Dabei wird das Material mit speziellen Applikationsgeräten manuell in die Fuge gedrückt.

5.7   PU-Beschichtungsstoffe

Unter diesem Begriff werden sehr unterschiedliche Produktgruppen zusammengefasst. Hierzu zählen 1-Komponenten-Lacke, 2-Komponenten-Lacke und Pulverlacke.
Bei den 2-Komponenten-Lacken werden ein Polyisocyanat und die Polyolkomponente, oft in Lösemitteln oder wässrigem Medium gelöst oder dispergiert, zu einem Beschichtungsstoff mit begrenzter Verarbeitungszeit gemischt.
Bei 1-Komponenten-Lacken wird zwischen Einbrennlacken und physikalisch trocknenden Lacken unterschieden:
  • Einbrennlacke enthalten einen thermoaktivierbaren Polyurethanhärter, eine Polyolkomponente und sind meist lösemittelhaltig oder in Wasser dispergiert. Die Isocyanatgruppen der thermoaktivierbaren Härter sind jedoch mit sogenannten Blockierungsgruppen (hauptsächlich Oxime und ε-Caprolactam) zu bei Raumtemperatur nicht reaktiven Verbindungen umgesetzt. Einbrennlacke sind bei Raumtemperatur nicht reaktiv und erst unter der Temperatureinwirkung beim Einbrennvorgang erfolgt die Vernetzungsreaktion.
    Bei den Einbrennlacken reagieren die Isocyanatgruppen mit Hydroxyl- oder Aminogruppen, wobei der vernetzte Lackfilm entsteht. Pulverlacke stellen eine Sonderform der 1-Komponenten-Lacke dar.
  • Feuchtigkeitshärtende Lacke werden häufig auch als 1-Komponenten-Lacke bezeichnet. Sie reagieren nach der Applikation mit der Luftfeuchtigkeit zu vernetzten Lackfilmen.
    Physikalisch trocknende Lacke, z. B. Dispersionen, bilden den Lackfilm durch Verdunsten des Lösemittels und/oder Wassers aus.
PU-Beschichtungsstoffe finden beispielsweise bei der Herstellung von hochwertigem Kunstleder, im Bereich der Automobil- oder der Schuhindustrie Verwendung. Im Bereich der Automobillackierung haben sich PU-Beschichtungsmittel fest etabliert. Auf Baustellen werden PU-Beschichtungsstoffe als Industriefußböden und als Versiegelung von Bodenbelägen, wie Holzfußböden, verwendet. Auch im schweren Korrosionsschutz (z. B. Brücken) werden PU-Beschichtungsstoffe oft eingesetzt.
Die für die Herstellung von PU-Lackrohstoffen überwiegend eingesetzten Isocyanate sind HDI (Monomer) oder HDI-Polyisocyanate, IPDI-Monomer oder -Polyisocyanat, TDI-Monomer oder -Polyisocyanat, H12-MDI-Monomer, TMDI-Monomer, TMXDI-Monomer, MDI-Monomer und PMDI-Polyisocyanat. Typischerweise werden diese Isocyanate chemisch in Derivate (z. B. „Polyisocyanate“ oder „Prepolymere“) oder in Polyurethane umgewandelt, welche dann in den PU-Beschichtungsstoffen als Bindemittel eingesetzt werden.