Fraunhofer IAP: Neue Technologie zur Schaumherstellung

Die neuartige Folie schäumt durch Wärme zu einem Polyurethan-Schaum auf. Dabei werden keine Isocyanate freigesetzt - (Bild: Fraunhofer IAP, Jadwiga Galties).

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP (Fraunhofer IAP) haben eine Folie entwickelt, die durch Hitze zu einem Polyurethan-Schaum (PU-Schaum) aufschäumt - und das ohne gesundheitliche Risiken. Die Folie ermöglicht ein isocyanatfreies Schäumen und verbessert so die Arbeitssicherheit. Außerdem bietet sie logistische Vorteile bei Lagerung und Transport. Das Material kann für verschiedene Anwendungen angepasst werden, die von der Automobil- und Bauindustrie bis hin zur Verpackungsindustrie reichen.

„Ein häufig diskutierter Aspekt bei der Herstellung von PU-Schaum ist das Gesundheitsrisiko am Arbeitsplatz durch Isocyanate, einer der Hauptbestandteile in der chemischen Reaktion zur Bildung von Polyurethan“, erläutert Dr. Thorsten Pretsch, Leiter des Forschungsbereichs Synthese- und Polymertechnik am Fraunhofer IAP im Potsdam Science Park. „Unsere Folie ermöglicht es, isocyanatfrei zu schäumen. Sie minimiert gesundheitliche Risiken am Arbeitsplatz und verbessert die Arbeitssicherheit, insbesondere bei Anwendungen vor Ort, wie beispielsweise in der Bauindustrie.“

Isocyanatfreies Schäumen
Für den Umgang mit Isocyanaten gelten strenge Regelungen und Schutzmaßnahmen. Sie sind toxisch und wirken sensibilisierend auf die Atemwege sowie auf die Haut; einige Isocyanate stehen in Verdacht, Krebs zu erzeugen. Die neu entwickelte Folie formt sich allein durch Wärmezufuhr in einen PU-Schaumstoff um, ohne chemisch zu reagieren. Der innovative Ansatz des Forschungsteams bedeutet zugleich eine neue Technologie für die Schaumherstellung selbst: das thermische Schäumen. Das Produkt trägt den Namen „Foim“ - eine Kombination aus den englischsprachigen Wörtern Foil (deutsch: Folie) und Foam (deutsch: Schaum).

Polyurethanschaum mit Formgedächtnis
Das neue Material ist ein Polymer mit Formgedächtnis. Es ist in der Lage, nach einer Verformung wieder in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Ein äußerer Reiz wie Wärme löst den Formgedächtniseffekt aus. Für die Folie haben die Forschenden einen Polyurethanschaum synthetisiert und anschließend verdichtet. Bei einer Temperatur von 60 Grad Celsius dehnt sich die 2,5 Millimeter dicke Folie zu einem 40 Millimeter hohen Schaum aus - eine Expansion um den Faktor 16. Das Ergebnis ist ein weich-elastischer PU-Schaum mit einer Dichte von 80 Kilogramm pro Kubikmeter. Nach der Norm DIN EN ISO 33861 handelt es sich um einen Schaum mit niedriger Dichte, der sich unter anderem als Verpackungsmaterial eignet.

Halbzeuge aus Formgedächtnis-Schaumstoffen
In der industriellen Produktion werden Polyurethanschaumstoffe häufig als standardisiertes, vorgefertigtes Zwischenprodukt in zugeschnittener Form eingesetzt. Im Fertigungsprozess werden diese Halbzeuge weiterverarbeitet oder direkt in Endprodukte integriert. Sie ermöglichen eine Massenproduktion bei gleichbleibender Qualität. Ihr Nachteil: Polyurethanschäume nehmen viel Volumen ein. „Unsere Folie spart Platz bei dem Transport und bei der Lagerung“, betont Dr. Pretsch. Erst durch das Erwärmen auf 60 Grad Celsius schäumt die Folie auf. „Davon profitieren sowohl Branchen, die ihre Logistikkosten senken wollen, als auch Industrien, in denen ein geringes Transportvolumen erwünscht ist, beispielsweise die Raumfahrt“, so der Wissenschaftler.

Dämmen, Hinterfüllen, Fixieren mit Folienschaum
Polyurethan-Schaumstoffe niedriger Dichte eignen sich für zahlreiche Anwendungsbereiche und Branchen. Möbelhersteller verwenden sie für Polsterungen, in der Verpackungsindustrie schützen sie empfindliche Güter beim Transport, im Baugewerbe hinterfüllen PU-Schäume Fugen, im Fahrzeuginnenraum dienen sie zur Dämmung oder Verkleidung. Anwendungsversuche zum Ausfüllen von Hohlraumstrukturen mit der neuartigen Folie verliefen erfolgreich. Komplexe geometrische Formen schäumte das Material nach Erwärmung nahezu vollständig aus. Zudem eignet sich die Folie für die Verbindungs- und Fügetechnik. Die Forscher konnten zeigen, dass sich zwei Objekte fixieren lassen, indem sie einen Hohlraum dazwischen ausschäumen. Die Eigenschaften des innovativen Materials sind variabel: Wie flexibel oder transparent die Folie vor dem Aufschäumen ist, können die Wissenschaftler individuell einstellen. Ebenso die Dichte, die Wärmeleitfähigkeit, die Elastizität oder die Kompressionseigenschaften des Schaums. „Wir passen die Eigenschaften des Folienschaums an die technischen Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen an. Vom Autoinnenraum über medizinische Behandlungen bis hin zum Schutz zerbrechlicher Güter“, schließt Dr. Pretsch.

Weitere Informationen: www.iap.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Potsdam-Golm

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