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Dämmeigenschaften und Verwendung von PUR-Hartschaum

Was ist PUR-Hartschaum? Wie wird er hergestellt? Welche Dämmeigenschaften besitzt Hartschaum aus Polyurethan? Für welche Dämmprojekte eignet sich PUR-Hartschaum?

PUR-Hartschaum ist Dank seiner extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeit, seiner Beständigkeit und Langlebigkeit ein idealer Dämmstoff für vielfältige Dämmanwendungen: Er hat sich im Einsatz als Dämmplatte beziehungsweise Blockware für Dach, Wand, Boden und Decke ebenso bewährt wie als Ortschaum und auch im Verbund mit Metall als sogenanntes Metall-Sandwichelement für den Industriebau. Hier erklären wir, welche Vorteile PUR-Hartschaum als Dämmmaterial besitzt und wie er als Wärmedämmung verwendet wird.

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Herstellung und Fertigungsverfahren von PUR-Hartschaum

Überblick über die typischen PUR-Hartschaumstoffe wie Dämmplatten, Hartschaumblöcke und Stahlsandwichelemente. (Foto: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)
Überblick über die typischen PUR-Hartschaumstoffe wie Dämmplatten, Hartschaumblöcke und Stahlsandwichelemente. (Foto: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)

Gemäß der europäischen Norm DIN EN 13165 (Wärmedämmstoffe für Gebäude - Werkmäßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum (PU) - Spezifikation) werden PUR- und PIR-Dämmstoffe unter der Oberbezeichnung PU-Dämmstoffe zusammengefasst. Die Kürzel "PUR" und "PIR" stehen für zwei Stoffvarianten, die beide zur Polyurethan-Produktfamilie gehören. Vielfach wird heute bei den Verarbeitern bzw. Fachhandwerker, Planern und Energieberatern nur der Begriff „PU“ als Synonym für PUR- und PIR-Hartschaumstoffe verwendet.

PUR-Hartschaum wird durch Polyaddition aus flüssigen Grundstoffen hergestellt. Dabei verbinden sich viele kleine Bausteine ("Monomere") zu einem großen Molekül ("Polymer" oder "Makromolekül"). Polymere kommen auch in der Natur vor. Beispielsweise sind Zellulose oder Stärke Polymere, die aus Zuckermolekülen aufgebaut sind. Sobald die Zutaten ("Monomere") miteinander vermischt werden, reagieren sie und bilden eine Polymer: das Polyurethan (kurz: PUR). Durch den Zusatz von niedrigsiedenden Treibmitteln wie Kohlenwasserstoff oder Kohlendioxid (CO2), entstehen Milliarden kleiner Zellen im Dämmstoff. Wegen der beim Herstellungsprozess entstehenden Wärme verdampfen die Treibmittel. Das Ganze schäumt auf und es entsteht ein leichter, geschlossenzelliger Kunststoffschaum, der sogenannte PUR-Hartschaum. Die Deckschichten werden während des kontinuierlichen Herstellprozesses aufgebracht. Sie verbinden sich bei der Produktion mit dem frischen PUR-Schaum.

Werksmäßig produziert man PUR-Hartschaum-Dämmstoffe als

  • Dämmplatten mit flexiblen Deckschichten
  • Blockschaum, der zu Dämmplatten oder Formteilen aufgeschnitten wird
  • Sandwichelemente mit starren Deckschichten

Oberflächengestaltung von PUR-Hartschaum-Platten

Die PUR-Hartschaumplatte mit Alu-Deckschicht und aufkaschierter Unterdeckbahn besitzt die Wärmeleitfähigkeitsstufe (WLS) 023 und wird u.a. zur Aufsparrendämmung im Steildach eingesetzt. (Foto: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)
Die PUR-Hartschaumplatte mit Alu-Deckschicht und aufkaschierter Unterdeckbahn besitzt die Wärmeleitfähigkeitsstufe (WLS) 023 und wird u.a. zur Aufsparrendämmung im Steildach eingesetzt. (Foto: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)

Spezielle Dämmplatten aus PUR-Hartschaum werden vielfach auch beschichtet, um sie gebrauchsfertig an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. PUR-Hartschaum mit einer flexiblen Deckschicht ist das Ergebnis einer kontinuierlichen Verfahrenstechnik, die mit Hilfe einer Doppelbandanlage sogenannte Bandschaumplatten erstellt. Dabei strömt das Reaktionsgemisch aus einem sogenannten Mischkopf auf eine in ein Doppelband einlaufende untere Deckschicht aus einem flexiblen Material, schäumt darauf auf und verklebt innerhalb der Druckzone der Anlage mit der von oben zugeführten Deckschicht aus dem jeweils gleichen Material. Nach dem Durchlauf sind die Bandschaumplatten in dem Maße ausgehärtet, dass man sie in die gewünschten Formate zuschneiden kann. Platten mit Dicken von bis zu 200 Millimeter sind so gut herstellbar.

Schnittbild einer Hörmann Kellertür Thermo46 mit thermisch getrenntem Türblatt mit PU-Hartschaum-Füllung (Foto: Hörmann KG Verkaufsgesellschaft)
Schnittbild einer Hörmann Kellertür Thermo46 mit thermisch getrenntem Türblatt mit PU-Hartschaum-Füllung (Foto: Hörmann KG Verkaufsgesellschaft)

Je nach Anwendung werden Dämmplatten mit Mineralvlies- oder Alu-Deckschichten verwendet. Sie fungieren als Sichtoberfläche oder Schutzschicht. Auch als Fassadendämmung unter Putz (Wärmedämmverbundsysteme, kurz: WDVS) kann PUR-Hartschaum verwendet werden. Metallsandwichelemente mit einem Kern aus PUR-Hartschaum werden ebenfalls kontinuierlich auf Doppelbandanlagen hergestellt. Dabei wird das Reaktionsgemisch auf ein in das Doppelband einlaufendes Stahl- oder Aluminiumblech aufgetragen. Zur Erhöhung der Steifigkeit werden die metallischen Deckschichten meistens vor der Beschäumung profiliert. Die aufschäumende Masse verklebt innerhalb der Bandanlage mit einem von oben zugeführten Stahl- oder Aluminiumblech. Ebenso werden auch spezielle Oberflächen (Profilierung) aus dem PUR-Hartschaum gestaltet. Metallsandwichplatten werden als Wand- oder Dachelemente zum Bau von Stahlleichtbauhallen verwendet.

Kantengestaltung von PUR-Hartschaumplatten

Auch vom Einsatzort der PUR-Hartschaum-Dämmplatte ist abhängig, mit welcher Kante die Platte werkseitig versehen wird. Neben den einfachen glatten Kanten werden PUR-Dämmplatten auch mit Nut-und-Feder-Profilen oder einer Stufenfalz versehen. An allen vier Seiten der PUR-Hartschaumplatte befinden sich längliche, meist rechtwinklig ausgefräste Vertiefungen (die Nut), hier passt die Feder (eine Art Positiv-Form der Nut) formschlüssig hinein. Die Nut-und-Feder-Verbindung fungiert als eine Art Steckverbindung und verhindert, dass sich zwei nebeneinanderliegende Platten aus PUR-Hartschaum in der Höhe verschieben. PUR-Hartschaumplatten für die Verwendung im Steildach haben meist Nut-Federprofile. Die Kanten von Flachdachplatten sind mit Stufenfalz versehen.

Herstellungsverfahren von PUR-Hartschaum-Blöcken

PUR-Hartschaum-Blöcke werden entweder fortlaufend (kontinuierlich) gefertigt: Man bringt das Reaktionsgemisch für Blockschaum auf eine Papierbahn, die im Querschnitt U-förmig gefaltet ist und deren Seiten i.d.R. abgestützt sind. Die Bahn wird von einem Transportband kontinuierlich bewegt. Am Ende des Bandes lässt sich der Blockstrang in einzelne Blöcke zerschneiden.

Oder man füllt das Reaktionsgemisch in Blockformen, in denen es zu einzelnen Blöcken aufschäumen kann. Hierbei spricht man auch von einer diskontinuierlichen Herstellung von PUR-Hartschaum-Blöcken. Aus diesen Blöcken können vielfältige Formteile wie z. B. Rohrschalen oder Platten für eine Gefälledämmung herausgeschnitten oder gefräst werden.

Schematische Darstellung des kontinuierlichen Herstellungsverfahrens von PUR-Hartschaumdämmplatten mit Deckschichten. (Grafik: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)
Schematische Darstellung des kontinuierlichen Herstellungsverfahrens von PUR-Hartschaumdämmplatten mit Deckschichten. (Grafik: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)
Schematische Darstellung des diskontinuierlichen Herstellungsverfahrens von PUR-Blockschaum. (Grafik: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)
Schematische Darstellung des diskontinuierlichen Herstellungsverfahrens von PUR-Blockschaum. (Grafik: IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e. V.)

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Dämm- und Baustoffeigenschaften von PUR-Hartschaum

puren Dämmplatten aus Polyurethan-Hartschaum (PUR) (Foto: energie-experten.org)
puren Dämmplatten aus Polyurethan-Hartschaum (PUR) (Foto: energie-experten.org)

Der Bemessungswert der Wärmeleitfähigkeit von PUR-Hartschaum liegt zwischen 0,023 und 0,029 Watt pro Meter und Kelvin – und ist damit extrem gering. Das wiederum ist der Grund für die sehr guten Wärmedämmeigenschaften, die der Dämmstoff besitzt. Die Rohdichte von Dämmplatten liegt bei etwa 30 bis 33 Kilogramm pro Kubikmeter PUR-Hartschaum. Für Anwendungen bei denen eine höhere Druckfestigkeit gefordert ist, kann die Rohdichte jedoch auch mal mehr als 100 Kilogramm pro Kubikmeter Material betragen.

PUR-Hartschaum hat eine sehr gute Druckspannung und Druckfestigkeit. PUR-Hartschaum nimmt keine Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Der Grund dafür ist die geschlossene Zellstruktur des PUR-Hartschaums. PUR-Hartschaum ist demnach nicht hygroskopisch und  nicht kapillaraktiv. PUR-Hartschaum ist temperaturbeständig und beständig gegenüber Chemikalien, wie sie typischerweise auf dem Bau verwendet werden oder typisch für den Einsatzort sind: Zum Beispiel viele Lösungsmittel in Klebern, bituminösen Materialien, Holzschutzmitteln oder Dichtungsmassen.

Zudem ist der Dämmstoff unempfindlich gegenüber den in Abdichtungsfolien enthaltenen Weichmachern, Kraftstoffen, Mineralölen, verdünnten Säuren und Alkalien sowie Abgasen oder aggressiver Industrieluft. PUR-Hartschaum verrottet nicht und ist schimmel- und fäulnisfest. Aber: UV-Strahlung führt auf unkaschiertem PUR-Hartschaum oder an Schnittstellen zu Vergilbung und im Laufe der Zeit infolgedessen zu einer leichten Absandung der Oberfläche.

Anwendungen für Wärmedämmungen mit PUR-Hartschaum
BauteilAnwendung von PUR-Hartschaum
SteildachDämmung auf den Sparren (Aufsparrendämmung), Dämmung unter den Sparren (Untersparrendämmung)
FlachdachDämmung unter der Abdichtung mit hoher Druckbelastbarkeit (Terrassendächer), Dämmung unter der Abdichtung mit sehr hoher Druckbelastbarkeit ( Parkdecks), Metallsandwichplatten für Industrieleichtdächer
Fußboden und DeckeDämmung der obersten begehbaren Geschossdecke, Dämmung der obersten nicht begehbaren Geschossdecke, Dämmung des Fußbodens unter Estrich, Unterseitige Dämmung der Kellerdecke, Unterseitige Dämmung der obersten Geschossdecke, Dämmung von Industriefußböden
WandAußenseitige Dämmung der Außenwände hinter Bekleidung, hinter Abdichtung und unter Putz (als Wärmedämm-Verbund-System (kurz: WDVS)), Dämmung von zweischaligem Mauerwerk mit Luftschicht und ohne Luftschicht, Innenseitige Dämmung der Außenwände
Perimeter / SockelDämmung unter der Bodenplatte gegen Erdreich, Außenliegende Wärmedämmung von Wänden gegen Erdreich

Brandverhalten von PUR-Hartschaum

Häufig wird das Brandverhalten von WDVS insbesondere mit Polystyrol-Dämmstoffen kritisiert. Hierzu muss zunächst konstatiert werden, dass PUR-Hartschaum wie alle Schaumkunststoffe auch als organisches Material brennbar ist. PUR schmilzt jedoch im Unterschied zu Polystyrol nicht bei Wärmeeinwirkung, sondern karbonisiert nur an der Oberfläche. Bei WDVS aus PUR sind daher keine umlaufenden Brandriegel erforderlich, die bei EPS ab 10 cm Dämmstoffdicke vorgeschrieben sind. PU-Blockschaum ist als Brandbarriere in EPS WDVS zugelassen.

PUR-Hartschaum wird für Anwendungen im Bauwesen je nach Deckschickt in die europäischen Baustoffklassen B, C, D oder E eingestuft, entsprechend den bauaufsichtlichen Bezeichnungen. "schwerentflammbar" und "normalentflammbar". Während sich die Baustoffklassen auf den Baustoff beziehen, werden Bauteile wie Wände oder Decken in Feuerwiderstandsklassen eingeteilt. Für den Feuerwiderstand ist die Dauer entscheidend, die das Bauteil dem Feuer standhält und die Brandweiterleitung verhindert.

Steildächer mit PUR-Hartschaumdämmung entsprechen der europäischen Feuerwiderstandsklasse REI 30 und sind damit bauaufsichtlich als „feuerhemmend“ eingestuft. Der Brandschutz von Gebäuden muss im Einzelfall unter Berücksichtigung der Nutzung geplant werden. Dabei ist neben den Brandeigenschaften von Baustoffen und Bauteilen u. a. die Brandlast des Gebäudeinhalts zu berücksichtigen.

Nachhaltigkeit von PUR-Hartschaum als Wärmedämmstoff

Bausünde: PUR-Hartschaum wurde früher auch einfach auf Außenwände gespritzt (hier in Barcelona) und verwittert nun langsam. (Foto: energie-experten.org)
Bausünde: PUR-Hartschaum wurde früher auch einfach auf Außenwände gespritzt (hier in Barcelona) und verwittert nun langsam. (Foto: energie-experten.org)

Ebenso steht die energetische bzw. ökologische Vorteilhaftigkeit von Kunststoffschäumen in der Kritik. Hierbei wird die Energiebilanz des Dämmstoffes herangezogen, die den Energieaufwand zur Herstellung von PUR-Hartschaum mit der Energiemenge vergleicht, die während der Nutzungsdauer eingespart wird. In der Praxis hat sich diesbezüglich gezeigt, dass Dämmstoffe aus PUR-Hartschaum während einer Nutzungsdauer von mindestens 50 Jahren ein Vielfaches an Energie einsparen, als sie bei ihrer Produktion benötigen. Der Energieaufwand für die Herstellung von PUR-Hartschaum amortisiert sich in aller Regel bereits nach der ersten Heizperiode.

Ebensolche Überlegungen basieren auf der CO2-Bilanz von PUR-Hartschaum. Für sich betrachtet kann auch hier eine positive Bilanz gezogen werden. Stellt man jedoch einen Vergleich der Dämmstoffe an, so muss trotzdem gesagt werden, dass es weitaus ökologischere Formen von Dämmstoffen gibt. Wem also die Ökologie ganz besonders wichtig ist, sollte primär über den Einsatz von ökologischen Wärmedämmstoffen nachdenken.

Dritter Kritikpunkt am PUR-Hartschaum ist seine eingeschränkte Recyclingfähigkeit und die aufwendige Demontage und Entsorgung. Hier wird ebenfalls Energie aufgewendet, die häufig in verschiedenen Energiebilanzierungen nicht berücksichtigt wird. Unverschmutzte PUR-Hartschaumabfälle werden vereinzelt zerkleinert und zu Press- oder auch Dämmplatten (wie z. B. purenit) verarbeitet. Verschmutzte PUR-Hartschaumabfälle mit Vermischung anderer Baustoffe - dies ist der überwiegende Teil von PUR-Hartschaumabfällen - werden hingegen in thermischen Abfallbehandlungsanlagen verbrannt. In vielen Anwendungen z. B. in Dächern werden PU-Dämmplatten jedoch nur mechanisch befestigt und können daher einfacher zurückgebaut werden.

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"Verwendung von PUR-Hartschaum als Dämmstoff" wurde am 23.11.2017 das letzte Mal aktualisiert.