Weichschaum-Rohstoffe sind die flüssigen Chemikalien, aus denen Polyurethan-Weichschaum entsteht: ein Polyol, ein Isocyanat (meist TDI) und Wasser, dazu Katalysatoren, ein Tensid und bei Bedarf weitere Additive. Das Gemisch wird als großer Block (Blockschaum) oder in einer Form geschäumt. Welches System geeignet ist, hängt vom Produkt ab, das Sie herstellen, von der angestrebten Rohdichte und Härte, vom Schaumtyp (konventionell, HR, Memory) und von Ihrem Produktionsverfahren.
Inhalt
- 1. Was sind Weichschaum-Rohstoffe?
- 2. Woraus besteht Polyurethan-Weichschaum?
- 3. Wie wird Weichschaum hergestellt?
- 4. Was ist Blockschaum? Block- und Formschaum
- 5. Arten von Weichschaum: konventionell, HR, Memory, Verbundschaum
- 6. Was ist Memory-Schaum? (viskoelastischer Schaum)
- 7. Was bedeutet Rohdichte? Unterschied zur Härte
- 8. Wie wählt man Weichschaum-Rohstoffe nach Anwendung aus?
- 9. Was Sie dem Lieferanten mitteilen sollten, wenn Sie Weichschaum-Rohstoffe spezifizieren
- Häufig gestellte Fragen
1. Was sind Weichschaum-Rohstoffe?
Polyurethan-Weichschaum (PU-Schaum) ist das weiche Material in Sofakissen, Matratzen und Autositzen. Der Schaum ist in der Regel offenzellig, sodass Luft hindurchströmen kann, und federt zurück, wenn die Last entfernt wird. Die flüssigen Chemikalien, aus denen er entsteht, sind seine Rohstoffe. Einen Gesamtüberblick geben unsere Beiträge „Was ist Polyurethan?“ und „Was ist Polyurethanschaum?“.
In diesem Leitfaden geht es um diese flüssigen Chemikalien. Der fertige Schaumblock, der zugeschnitten und für Polsterungen verarbeitet wird, ist das daraus entstehende Produkt; Abschnitt 4 erklärt, wie dieser Block entsteht. Reinigungsschwämme sind nicht Gegenstand dieses Leitfadens.
2. Woraus besteht Polyurethan-Weichschaum?
Nach dem Materialinformationsblatt von EUROPUR, dem europäischen Verband der Hersteller von Polyurethan-Weichblockschaum, entsteht Weichschaum aus Diisocyanaten, Polyolen (ein großer Anteil) und Wasser (ein kleiner Anteil); Additive werden in geringen Konzentrationen eingesetzt. Die Tabelle gibt einen allgemeinen Überblick über die einzelnen Rohstoffe und ihre Rolle im Gemisch.
| Rohstoff | Wirkung | Rolle im Gemisch |
|---|---|---|
| Polyol (meist Polyether) | Bildet die flexiblen Polymerketten | Hauptbestandteil |
| Isocyanat (meist TDI, manchmal MDI) | Reagiert mit dem Polyol und mit Wasser und baut das Polymernetzwerk auf | Hauptbestandteil |
| Wasser | Reagiert mit dem Isocyanat und setzt Kohlendioxid frei, das Gas, das den Schaum treibt | Nebenbestandteil, kleiner Anteil |
| Katalysatoren | Beschleunigen die Reaktionen und stimmen sie aufeinander ab | Kleiner Zusatz |
| Tensid | Hilft dem Schaum, eine gleichmäßige, stabile Zellstruktur auszubilden | Kleiner Zusatz |
| Weitere Additive (zum Beispiel Flammschutzmittel, Pigmente) | Beeinflussen bestimmte Eigenschaften, zum Beispiel die Flammwidrigkeit, oder verleihen Farbe | Kleiner Zusatz, nur bei Bedarf |
Welche Additive in welcher Menge eingesetzt werden, hängt von der Spezifikation des herzustellenden Schaums ab (EUROPUR).
Polyol: Polyether und Polyester
Polyetherpolyole sind für Weichschaum der gebräuchlichere Typ, Polyesterpolyole sind in Weichschäumen weniger verbreitet; EUROPUR führt beide Schaumtypen auf. Der Polyoltyp ist einer der Faktoren, die die Eigenschaften des fertigen Schaums prägen.
Isocyanat: TDI und MDI
EUROPUR nennt TDI (Toluylendiisocyanat) als wichtigstes Diisocyanat für Weichschaum. Formschäume werden häufiger mit MDI (Methylendiphenyldiisocyanat) hergestellt, und auch Memory-Schaum lässt sich mit MDI herstellen. Mehr dazu in unserem Beitrag „Polyol und Isocyanat: Reaktion & Mischungsverhältnis“.
3. Wie wird Weichschaum hergestellt?
In der Weichschaumherstellung werden die flüssigen Komponenten dosiert und gemischt, und das Gemisch schäumt dann auf, steigt und erstarrt. Das Schäumen geht auf Kohlendioxid zurück, das bei der Reaktion des Isocyanats mit Wasser frei wird, während die Reaktion des Polyols mit dem Isocyanat das Polymer aufbaut, das dem Schaum seine Struktur gibt. Die Einzelheiten hängen vom System und von der Produktionslinie ab.
Sicherheit beim Umgang mit den Rohstoffen
Isocyanate können eine allergische Sensibilisierung der Haut und der Atemwege auslösen; deshalb sollten sie nur von geschulten Personen mit geeigneter Schutzausrüstung verwendet werden. In der EU verlangt die Verordnung (EU) 2020/1149 von industriellen und gewerblichen Anwendern von Produkten mit 0,1 Gewichtsprozent oder mehr Diisocyanaten, vor der Verwendung geschult zu sein; dies gilt seit dem 24. August 2023, und die Schulung muss mindestens alle fünf Jahre wiederholt werden. Nach Angaben von EUROPUR werden die Diisocyanate bei der Reaktion verbraucht, und ausgehärteter Polyurethan-Weichschaum gilt nach REACH als Erzeugnis und nicht als gefährliches Produkt. Diese Aussage bezieht sich nur auf ausgehärteten Weichschaum.
4. Was ist Blockschaum? Block- und Formschaum
Blockschaum, auch Weichblockschaum genannt, ist Polyurethan-Weichschaum, der als großer, kontinuierlicher Block hergestellt und anschließend in Form geschnitten wird. Das Gemisch wird auf ein laufendes Förderband aufgetragen, steigt frei auf und erstarrt, und der Block wird später zu Platten, Rollen oder Formteilen zugeschnitten. Nach Angaben von EUROPUR geht der größte Teil des in Europa hergestellten Blockschaums in Matratzen und Möbel, ein kleinerer Teil in den Transportsektor.
Geformter Polyurethan-Weichschaum (Formschaum) wird in eine geschlossene Form gegossen oder eingespritzt, sodass das Teil nahezu in seiner Endform entsteht. Auf diesem Weg lassen sich Geometrien herstellen, die sich nur schwer aus einem Block schneiden lassen, und der Schaum kann mit Teilen wie einem Metallrahmen kombiniert werden. Die Werkzeugkosten sind hoch; deshalb weist die US-amerikanische Polyurethane Foam Association (PFA) darauf hin, dass das Formverfahren typischerweise hohen Stückzahlen vorbehalten ist. Fast alle Autositze in Europa bestehen aus geformtem Weichschaum (EUROPUR). Ein Trennmittel hilft dabei, dass sich das Teil sauber aus der Form löst. Formschaum wird im Heißschaum- oder im Kaltschaumverfahren hergestellt; weltweit dominiert heute der Kaltformschaum, auch als High-Resilience-Schaum (HR) bekannt (Euromoulders).
| Merkmal | Blockschaum | Formschaum |
|---|---|---|
| Herstellung | Kontinuierliche Anlage: Das Gemisch steigt auf einem Förderband frei auf, der Block wird anschließend zugeschnitten | Das Gemisch kommt in eine geschlossene Form, jeweils für ein Teil |
| Typische Verwendung | Matratzen, Möbelpolster, Verpackungen | Autositze, Kopfstützen, Teile für Büromöbel |
5. Arten von Weichschaum: konventionell, HR, Memory, Verbundschaum
EUROPUR nennt drei gängige Familien von Weichschaum: Standard-Polyether, High Resilience (HR) und viskoelastisch. Sie unterscheiden sich unter anderem in Rohdichte, Härte, Zugfestigkeit und Viskosität. Verbundschaum (Rebond), hergestellt aus zerkleinerten Schaumabfällen, ist ein eigenes Produkt.
| Typ | Was es ist | Typische Verwendung |
|---|---|---|
| Konventionell (Standard-Polyether) | Einfacher Polsterschaum; ihm können Langzeithaltbarkeit und Rückprallelastizität fehlen | Preiswerte Matratzen, Unterschichten |
| HR (High Resilience) | Höhere Rückprallelastizität als konventioneller Schaum und in der Regel bessere Stützwirkung und Haltbarkeit; als Blockschaum und als Formschaum hergestellt | Hochwertige Matratzen, Sitzpolster, Autositze |
| Memory (viskoelastisch) | Kehrt nur langsam in die Ausgangsform zurück, sehr niedrige Rückprallelastizität, passt sich der Körperform an (siehe Abschnitt 6) | Matratzen- und Kissenschichten, medizinische Polster |
| Verbundschaum (Rebond) | Zerkleinerte Schaumstücke, mit einem Bindemittel verpresst (ISOPA) | Teppichunterlagen, Sportmatten, Bodenbeläge, Verpackungen |
Zum Unterschied zwischen Weich- und Hartschaum siehe „Hartschaum und Weichschaum: PU-Systeme im Vergleich“; zu Verbundschaum und Recycling siehe „Polyurethan-Recycling: mechanisch und chemisch“.
6. Was ist Memory-Schaum? (viskoelastischer Schaum)
Memory-Schaum (viskoelastischer oder „Visco“-Schaum) ist ein Polyurethanschaum, der nach dem Eindrücken nur langsam wieder in seine Ausgangsform zurückkehrt. Er besteht überwiegend aus Polyurethan mit zusätzlichen Chemikalien, die seine Viskosität und Rohdichte erhöhen. Seine Zellen sind offen, und seine Rückprallelastizität ist sehr niedrig. Sein Verhalten hängt von der Temperatur ab, und er wird typischerweise durch Körperwärme weicher. Entwickelt wurde er 1966 im Auftrag der NASA, um Schutz und Komfort von Flugzeugsitzen zu verbessern.
Memory-Schaum wird in Matratzen, Kissen und medizinischen Polstern verwendet. Eine Matratze kombiniert oft mehrere Schaumtypen in Schichten (EUROPUR). Eine Memory-Schaum-Matratze hat in der Regel eine höhere Rohdichte und ist daher schwerer als andere Schaumstoffmatratzen. Unsere Systeme finden Sie unter „Viskoelastische PU-Systeme für Memory-Schaum“ und „Memory-Schaum-Systeme für Matratzen & Kissen“.
7. Was bedeutet Rohdichte? Unterschied zur Härte
Die Rohdichte ist die Masse des Schaums je Kubikmeter, angegeben in kg/m³. Nach Angaben der PFA gibt sie Hinweise auf Komfort, Stützwirkung, Haltbarkeit und Kosten: Schaum mit höherer Rohdichte behält seine Eigenschaften in der Regel länger, braucht aber mehr Material und kostet mehr. Weichschaum wird je nach Typ und Anwendung in einem sehr breiten Rohdichtebereich hergestellt.
Die Härte ist eine eigene Eigenschaft: Sie wird über die Kraft gemessen, die nötig ist, um den Schaum um ein bestimmtes Maß einzudrücken. Dafür werden genormte Prüfverfahren wie ISO 2439 oder ASTM D3574 verwendet.
Was bestimmt die Härte bei gegebener Rohdichte?
Rohdichte und Härte lassen sich unabhängig voneinander einstellen: Nach Angaben der PFA kann ein Schaum mit hoher Rohdichte weich und ein Schaum mit niedriger Rohdichte fest sein. Die Härte wird von der Formulierung, vom Schaumtyp und von weiteren Faktoren geprägt, und ein Härtewert sagt ohne die Prüfmethode, mit der er gemessen wurde, wenig aus.
| Eigenschaft | Was es ist | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Rohdichte (kg/m³) | Masse des Schaums je Kubikmeter | Gibt Hinweise auf Haltbarkeit, Stützwirkung und Kosten |
| Härte | Kraft, die nötig ist, um den Schaum um ein bestimmtes Maß einzudrücken | Wie sich der Schaum anfühlt, wenn man darauf sitzt oder liegt |
| Rückprallelastizität | Wie stark der Schaum zurückfedert | Hängt mit dem Komfort zusammen; bei Memory-Schaum sehr niedrig |
| Druckverformungsrest | Bleibender Höhenverlust, nachdem der Schaum zusammengedrückt wurde | Haltbarkeit im Gebrauch, zum Beispiel Liegekuhlen in einer Matratze |
8. Wie wählt man Weichschaum-Rohstoffe nach Anwendung aus?
Gehen Sie vom Produkt aus. Der größte Teil des in Europa hergestellten Weichschaums geht in Bettwaren und Polsterungen (EUROPUR), doch jede Anwendung stellt andere Anforderungen.
| Anwendung | Worauf es am meisten ankommt | Üblicher Schaumtyp und übliches Verfahren |
|---|---|---|
| Möbelpolster | Stützwirkung, Komfort, Haltbarkeit, Brandschutzanforderungen | Konventionell oder HR; Blockschaum (zugeschnitten) oder Formschaum |
| Matratzen | Stützwirkung, Komfort, Haltbarkeit, Emissions- und Brandschutzanforderungen | Konventioneller, HR- und Memory-Schaum, oft in Schichten; Blockschaum |
| Autositze | Komfort, Haltbarkeit bei wiederholter Belastung, Brand- und Emissionsanforderungen an Fahrzeuginnenräume | HR (Kaltformschaum), im Formverfahren |
| Verpackung | Stoßdämpfung, eine zum Packgut passende Form | Blockschaum (zugeschnitten) |
Die passende Rohdichte und Härte hängen vom Produkt, von der Belastung, die es trägt, und vom Schaumtyp ab. Am besten legt man sie gemeinsam mit dem Schaumstofflieferanten fest, der dafür Verwendung und Produktionsverfahren kennen muss (siehe Abschnitt 9).
Auswahl nach Produktionsverfahren
Eine kontinuierliche Blockschaumanlage und eine Formschaumanlage arbeiten mit unterschiedlichen Systemen; das Produktionsverfahren gehört also zur Auswahl. Ein Systemhaus formuliert die Mischung passend zu Ihrem Verfahren und Ihrer Produktionslinie, und unsere Anwendungstechnik unterstützt Sie dabei. Für Sitzpolster siehe Kaltformschaumsysteme & Blockschaum für Sitzpolster; für alle Weichschaumsysteme siehe Polyurethan-Weichschaumsysteme.
9. Was Sie dem Lieferanten mitteilen sollten, wenn Sie Weichschaum-Rohstoffe spezifizieren
Schaumstoffhersteller beziehen Rohstoffe auf zwei Wegen: einzeln (Polyol, Isocyanat und Additive), um eine eigene Formulierung aufzubauen, oder als abgestimmtes, fertiges System von einem Systemhaus. Ein fertiges System besteht in der Regel aus zwei Komponenten: A ist die Polyolmischung und B das Isocyanat. So ist es in der Türkei und in Europa üblich; in Nordamerika sind die Buchstaben häufig vertauscht; richten Sie sich daher nach den Fassetiketten. Die Bezugsmöglichkeiten behandelt unser Beitrag Polyurethan-Systeme aus der Türkei beziehen. JiTPOL ist ein Polyurethan-Systemhaus in Bursa, das Weichschaumsysteme, viskoelastische Systeme und weitere Systeme entwickelt und liefert.
Bei welchem Lieferanten Sie auch anfragen, nennen Sie diese Angaben:
| Was Sie dem Lieferanten mitteilen | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Produkt und Verwendung: Polster, Matratzenschicht, Autositz oder Verpackung | Das bestimmt den Schaumtyp und den Bereich von Rohdichte und Härte |
| Produktionsverfahren und Anlagentechnik: Blockschaumanlage oder Form | Das System muss zu den Verarbeitungsbedingungen Ihrer Linie passen |
| Angestrebte Rohdichte und Härte sowie die Messmethode | Dieselbe Rohdichte kann weich oder fest sein, und Werte aus verschiedenen Methoden lassen sich nicht direkt vergleichen |
| Schaumtyp: konventionell, HR oder Memory | Er bestimmt Rückprallelastizität und Haltbarkeit |
| Brand- und Emissionsanforderungen Ihres Zielmarkts | Schaum ist brennbar (EUROPUR). Brandprüfungen gelten für das fertige Produkt, zum Beispiel den Schaum mit seinem Bezug, und „flammgeschützt“ allein ist keine Brandklasse |
| Monatsbedarf, Gebinde und Unterlagen (Technisches Datenblatt, Sicherheitsdatenblatt) | Das ermöglicht einen Lieferplan und eine Prüfung der sicheren Handhabung |
Häufig gestellte Fragen
Aus welchen Rohstoffen besteht Weichschaum?
Polyurethan-Weichschaum (PU-Schaum) wird aus einem Polyol, einem Isocyanat (meist TDI) und Wasser hergestellt, dazu Katalysatoren, ein Tensid und bei Bedarf Additive wie Flammschutzmittel oder Pigmente. Den größten Teil des Gemischs machen Polyol und Isocyanat aus.
Wie wird Weichschaum hergestellt?
Die Komponenten werden dosiert und gemischt, und das Gemisch schäumt auf, steigt und erstarrt. Das Schäumen geht auf Kohlendioxid zurück, das bei der Reaktion des Isocyanats mit Wasser frei wird. Blockschaum entsteht als großer Block auf einer kontinuierlichen Anlage und wird anschließend zugeschnitten; Formschaum wird in eine geschlossene Form gegossen und liegt nach dem Entformen nahezu in seiner Endform vor.
Was bedeutet die Rohdichte bei Schaum?
Die Rohdichte ist die Masse des Schaums je Kubikmeter (kg/m³). Nach Angaben der PFA gibt sie Hinweise auf Haltbarkeit, Stützwirkung und Kosten, legt aber die Härte nicht fest: Ein Schaum mit hoher Rohdichte kann weich und ein Schaum mit niedriger Rohdichte fest sein. Die Härte wird gesondert gemessen, zum Beispiel nach ISO 2439.
Was ist Memory-Schaum (Visco-Schaum)?
Memory-Schaum ist ein viskoelastischer Polyurethanschaum, der nach dem Eindrücken nur langsam wieder in seine Ausgangsform zurückkehrt. Seine Rückprallelastizität ist sehr niedrig, sein Verhalten hängt von der Temperatur ab, und er wird typischerweise durch Körperwärme weicher. Entwickelt wurde er 1966 im Auftrag der NASA, um Schutz und Komfort von Flugzeugsitzen zu verbessern; verwendet wird er in Matratzen, Kissen und medizinischen Polstern. Er kann mit TDI oder MDI hergestellt werden.
Was ist HR-Schaum?
HR steht für High Resilience, also hohe Rückprallelastizität. HR-Schaum hat eine höhere Rückprallelastizität als konventioneller Schaum und in der Regel bessere Stützwirkung und Haltbarkeit. Auch Kaltformschaum, heute das weltweit dominierende Formverfahren, wird HR-Schaum genannt, und HR-Schaum wird ebenfalls als Blockschaum hergestellt. Er wird in Autositzen, hochwertigen Matratzen und Polstermöbeln verwendet.
Was ist der Unterschied zwischen Blockschaum und Formschaum?
Blockschaum entsteht als großer Block auf einer kontinuierlichen Anlage und wird anschließend zu Platten oder Formteilen zugeschnitten; er ist in Matratzen und Möbeln verbreitet. Formschaum wird für jedes Teil in einer geschlossenen Form hergestellt und liegt nach dem Entformen nahezu in seiner Endform vor. Formen sind teuer, deshalb wird das Formverfahren vor allem bei hohen Stückzahlen wie Autositzen eingesetzt.
Welche Rohdichte sollte Schaum für Möbel haben?
Es gibt keinen einzelnen richtigen Wert. Die passende Rohdichte hängt vom Produkt, von der Belastung, die es trägt, vom Schaumtyp und von der erwarteten Nutzungsdauer ab; eine höhere Rohdichte hält in der Regel länger, kostet aber mehr. Legen Sie den Zielwert gemeinsam mit Ihrem Schaumstofflieferanten fest. Die Anwendungstechnik von JiTPOL kann Sie dabei unterstützen, und das Technische Datenblatt des gewählten Systems enthält die Einzelheiten.
Quellen
- EUROPUR: Häufige Fragen zu PU-Weichschaum (auf Englisch)
- EUROPUR: Rohstoffe (auf Englisch)
- EUROPUR: Was ist Polyurethanschaum? (auf Englisch)
- EUROPUR: Materialinformationsblatt Polyurethan-Weichschaum
- EUROPUR: Polyurethan-Weichschaum für Matratzen (auf Englisch)
- PFA: Was ist Polyurethanschaum? (auf Englisch)
- PFA: Leistungsmerkmale von Schaum (auf Englisch)
- PFA: Fallstudie Möbel (auf Englisch)
- PCC: Polyole für Weichschäume (auf Englisch)
- PFA-Bulletin: Die Bedeutung der Rohdichte (auf Englisch)
- PFA-Bulletin: Prüfverfahren für Schaum und Brennbarkeitsprüfungen (auf Englisch)
- Euromoulders: Polyurethan-Formteile (auf Englisch)
- ISOPA-Faktenblatt: Verbundschaum aus Weichschaum (auf Englisch)
- Wikipedia: Polyurethane
- Wikipedia: Memory foam (auf Englisch)
- NASA Spinoff 2005: Vierzig Jahre alter Schaum federt mit neuen Vorteilen zurück (auf Englisch)
- ISO 2439:2008: Bestimmung der Härte (Eindruckverfahren) (auf Englisch)
- Efectis: Prüfverfahren zur Entflammbarkeit von Möbeln (auf Englisch)
- Verordnung (EU) 2020/1149 der Kommission (Diisocyanate, REACH-Anhang XVII)