Warum schrumpft PU-Schaumdichtmasse nach dem Trocknen?

PU (Polyurethan) Schaumdichtung ist ein Grundbestandteil von Bau- und Heimwerkerprojekten und bekannt für seine außergewöhnlichen Dichtungs-, Isolier- und Spaltfüllfähigkeiten.

Anwender sind jedoch manchmal beunruhigt, wenn sie nach dem vollständigen Aushärten des Schaums ein deutliches Schrumpfen oder Ablösen von Oberflächen beobachten. Dieses Phänomen kann die Abdichtung beeinträchtigen, den Dämmwert verringern und zu Zugluft oder eindringender Feuchtigkeit führen. Das Verständnis der Gründe für dieses Schrumpfen ist entscheidend für professionelle und dauerhafte Ergebnisse. Dieser Artikel befasst sich mit den wissenschaftlichen und praktischen Ursachen des Schrumpfens von PU-Schaumdichtstoffen und konzentriert sich dabei insbesondere auf die Rolle der geschlossenzelligen PU-Schaumstruktur und die dabei ablaufenden chemischen Prozesse.

Um zu verstehen, warum es zum Schrumpfen kommt, muss man zunächst die grundlegende Anatomie von ausgehärtetem PU-Schaum verstehen. Die meisten expandierenden Schaumdichtungen sind so konzipiert, dass sie eine geschlossenzellige PU-Schaumstruktur bilden.

Bei geschlossenzelligem Schaum sind die während der Expansion gebildeten Gasblasen (Zellen) vollständig von den Wänden des Polyurethan-Polymers umschlossen. Diese einzelnen Zellen sind voneinander isoliert und bilden eine Matrix aus winzigen, gasgefüllten Kammern. Diese Struktur ist für die wichtigsten Vorteile des Schaums verantwortlich:

• Hoher R-Wert (Isolierung): Das eingeschlossene Gas, oft ein Treibmittel mit geringer Leitfähigkeit, ist ein schlechter Wärmeleiter und bietet eine ausgezeichnete Wärmeisolierung.
• Feuchtigkeits- und Dampfsperre: Die durchgehende Polymerwand wirkt als Barriere gegen das Eindringen von Wasser und Luft.
• Strukturelle Steifigkeit: Die Zellwände tragen zur Festigkeit und Druckfestigkeit des Schaums bei.

Allerdings ist genau diese Struktur auch die Ursache für das Schrumpfen von PU-Schaumdichtungen. Die Integrität und der Innendruck dieser Zellen sind nicht statisch und können sich mit der Zeit ändern, was zu Dimensionsinstabilität führt.

Für eine detaillierte technische Erklärung der Chemie und Zellstruktur von Polyurethanschaum bietet die Polyurethane Division des American Chemical Council hervorragende Ressourcen.

Schrumpfung ist kein isoliertes Problem, sondern das Ergebnis einer Kombination chemischer und physikalischer Faktoren. Die wichtigsten Ursachen hängen mit den in der geschlossenzelligen PU-Schaumstruktur eingeschlossenen Gasen zusammen.

1. Gasdiffusion und thermisches Gleichgewicht (die häufigste Ursache)

Dies ist der vorherrschende wissenschaftliche Grund für eine normale, minimale Schrumpfung und kann auch schwerere Fälle erklären.

• Der Aushärtungsprozess: Wenn der Schaum aus der Dose austritt, ist er flüssig. Ein Treibmittel (in der Dose) und ein chemisches Treibmittel (das unter Bildung von Gas reagiert) sorgen für eine schnelle Ausdehnung. Das Primärgas, das die Zellen in diesem Stadium füllt, ist oft eine Mischung aus CO₂ (aus der Reaktion von Isocyanat und Wasser) und möglicherweise anderen Treibmitteln mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
• Die “Atmung” des Schaums: Nachdem sich der Schaum ausgedehnt und die Haut gebildet hat, beginnen sich die inneren Gase mit der äußeren Umgebung zu stabilisieren. CO₂ ist hochlöslich und diffundiert relativ schnell aus den Schaumzellen. Gleichzeitig diffundiert atmosphärische Luft (hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff) in die Zellen, dieser Prozess verläuft jedoch langsamer.
• Das Druckungleichgewicht: Der schnelle Verlust von CO₂ erzeugt ein temporäres Vakuum oder einen Unterdruck in den Zellen, bevor Luft diesen vollständig ersetzen kann. Dies führt zu einer leichten Kontraktion der Zellen, was zu einer Gesamtverringerung des Schaumvolumens führt. Dieser Diffusionsprozess ist kontinuierlich und wird von der Temperatur beeinflusst. Sobald der Schaum ein Gleichgewicht mit dem atmosphärischen Druck und der Gaszusammensetzung erreicht, stabilisiert sich die Schrumpfung.

Hochwertige Schäume sind so formuliert, dass dieser Effekt minimiert wird. Allerdings handelt es sich dabei um eine grundlegende Eigenschaft des Materials. Bei schlecht formuliertem oder altem Schaum kann es zu einer übermäßigen Gasdiffusion kommen, was zu einer stärkeren Schrumpfung des PU-Schaumdichtmittels führt.

2. Unsachgemäße oder unvollständige Aushärtung

PU-Schaum härtet durch eine Reaktion mit Feuchtigkeit aus, die aus der Luft und dem Untergrund stammt, auf den er aufgetragen wird.

• Feuchtigkeitsmangel: Wird der Schaum unter sehr trockenen Bedingungen (niedrige Luftfeuchtigkeit) oder auf einer kalten, trockenen Oberfläche aufgetragen, verlangsamt sich die Aushärtungsreaktion oder wird ganz gestoppt. Die Außenseite kann eine Haut bilden, die Innenseite bleibt jedoch weich und unausgehärtet. Da die innere Struktur nie ihre volle Festigkeit entwickelt, kann sie dem inneren Druck durch Gasdiffusion nicht standhalten, was zu Kollaps und erheblicher Schrumpfung führt.
• Auftragsdicke: Das Auftragen einer zu dicken Schaumraupe kann problematisch sein. Die äußere Schicht härtet aus und bildet eine harte Haut, die Feuchtigkeit effektiv abdichtet und die vollständige Reaktion und Aushärtung des inneren Kerns verhindert. Dieser kernlose Kern bleibt schwach und kann mit der Zeit schrumpfen.

3. Temperaturschwankungen während und nach der Anwendung

Die Temperatur ist ein entscheidender Faktor für das Verhalten von PU-Schaum.

• Während der Anwendung: Die Schaumdose muss Raumtemperatur haben (typischerweise etwa 20–25 °C). Ist die Dose oder das Substrat zu kalt, wird die chemische Reaktion gehemmt. Der Schaum dehnt sich nicht richtig aus und die Zellstruktur kann schwach sein, sodass er bei späterer Erwärmung zum Schrumpfen neigt.
• Nach dem Aushärten (Wärmeausdehnung/-kontraktion): Wie die meisten Materialien dehnt sich auch ausgehärteter geschlossenzelliger PU-Schaum bei Temperaturschwankungen aus und zieht sich zusammen. Wird an einem sehr kalten Tag eine große Schaumraupe aufgetragen und die Umgebungstemperatur steigt deutlich an, befindet sich die ursprüngliche Anwendung möglicherweise in ihrem “größten” kalten Zustand. Beim Erwärmen dehnt sich das Gas in den Zellen aus, die primäre Bewegung wird jedoch während des Aushärtens fixiert. Umgekehrt kann sich der Schaum beim Aushärten in der Hitze und anschließendem Kälteeinbruch stärker als erwartet zusammenziehen. Dies ist eine normale physikalische Reaktion, kann aber mit fehlerhaftem Schrumpfen verwechselt werden.

4. Produkt von schlechter Qualität oder abgelaufen

Die chemische Zusammensetzung von Schaumdichtungsmassen ist begrenzt. Mit der Zeit können die vorgemischten Komponenten in der Dose zerfallen oder vorreagieren. Die Verwendung einer alten oder unsachgemäß gelagerten Dose kann zu einem Schaum mit instabiler Zellstruktur führen, der von Natur aus zu übermäßiger Schrumpfung und schlechter Leistung neigt.

Das Verständnis der Ursachen führt direkt zu effektiven Lösungen. Durch die Kontrolle der Anwendungsumgebung und -technik können Sie das problematische Schrumpfen von PU-Schaumdichtstoffen nahezu ausschließen.

1. Oberflächenvorbereitung: Stellen Sie stets sicher, dass die Oberfläche sauber, staub- und ölfrei ist. Wichtig ist, die Oberfläche vor dem Auftragen des Schaums leicht mit Wasser zu besprühen. Dies sorgt für die nötige Feuchtigkeit für eine schnelle und vollständige Aushärtung.
2. Temperaturkontrolle: Lagern Sie die Schaumdose vor Gebrauch mindestens 24 Stunden bei Raumtemperatur. Tragen Sie den Schaum auf, wenn die Umgebungs- und Untergrundtemperatur zwischen 5 °C und 27 °C liegt. Vermeiden Sie die Anwendung in direkter, heißer Sonneneinstrahlung oder auf gefrorenen Oberflächen.
3. Anwendungstechnik: Tragen Sie den Schaum schichtweise auf. Füllen Sie bei tiefen Hohlräumen die Öffnung schrittweise. Tragen Sie eine erste Schicht auf, lassen Sie diese vollständig aushärten (sie nimmt eine hellbraune Farbe an) und tragen Sie anschließend eine zweite Schicht auf. So vermeiden Sie die Bildung eines großen, nicht ausgehärteten Kerns.
4. Wählen Sie das richtige Produkt: Investieren Sie in hochwertige, professionelle Schaumdichtstoffe. Diese verfügen oft über bessere Formulierungen mit stabileren Treibmitteln, die einen formstabileren, geschlossenzelligen PU-Schaum ergeben. Achten Sie immer auf das Verfallsdatum auf der Dose.
5. Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers: Halten Sie sich strikt an die Anweisungen auf dem Kanister, die auf die Chemie des jeweiligen Produkts zugeschnitten sind.

Das Center for the Polyurethanes Industry (CPI) bietet umfassende Anleitungen zur richtigen Verwendung und Anwendung von Polyurethanprodukten, die sowohl für Profis als auch für Heimwerker von unschätzbarem Wert sind.

Das Schrumpfen von PU-Schaumdichtmasse nach dem Trocknen kann beunruhigend sein, ist aber oft ein vorhersehbarer und beherrschbarer Aspekt des Materialverhaltens. Die Ursache liegt vor allem im Gasaustauschprozess innerhalb der geschlossenzelligen PU-Schaumstruktur, verstärkt durch Faktoren wie unvollständige Aushärtung und extreme Temperaturen.

Während eine leichte Schrumpfung (typischerweise 1-5%) als normal gilt, wenn der Schaum sein Gleichgewicht erreicht, ist eine erhebliche Schrumpfung ein Warnsignal, das auf Anwendungsfehler, Umweltfaktoren oder ein minderwertiges Produkt hinweist.

Indem Sie die chemische Beschaffenheit von PU-Schaum berücksichtigen und bewährte Verfahren einhalten (Befeuchten der Oberflächen, Kontrollieren der Temperatur und Auftragen in Schichten), können Sie sicherstellen, dass der Schaum vollständig aushärtet und eine robuste, langlebige Versiegelung bildet, die das Schrumpfen minimiert und seine isolierende und spaltfüllende Funktion über Jahre hinweg effektiv erfüllt.