28. Januar 2012, Neue Zürcher Zeitung /NZZexecutive

Schäume sind Träume – die Welt der Schaumstoffe

Errungenschaften der Technik

Errungenschaften der Technik: Schäume sind Träume (Bild: istock)

Lucien F. Trueb

Schaumstoffe, vor allem die Schaumkunststoffe, prägen unser Alltagsleben, ohne dass wir uns dessen wirklich bewusst wären. Der Schaumstoff ist ja fast immer mit Gewebe, Kunststoff, Leder, einem Anstrich oder Verputz abgedeckt. Doch wir gehen auf Schaumstoff (auf Teppichunterlagen, Innensohlen, Trittschalldämmplatten), fahren darauf (Auto- und Eisenbahnsitze), sitzen darauf (Polstermöbel), träumen darauf (Matratze) und verpacken damit. Zudem sind unsere Häuser mit steifem Schaumkunststoff isoliert.

Die Natur als Vorbild

Unter Schaumstoff versteht man ein Material mit zellenartiger Struktur und geringer Dichte. Die Zellen oder Poren sind mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt, sie können offen oder geschlossen sein. Die Natur hat es uns vorgemacht: Kork, Holz, Schwämme, Vermiculit und Bimsstein sind Schaumstoffe. Dasselbe gilt für Nahrungsmittel wie Brot, Meringues und Eiscrème; es gibt sogar Schaumschokolade. Ob der Emmentalerkäse auch zu den Schaumstoffen gehört, sei dahingestellt. – Jedenfalls hat der Mensch schon früh gelernt, alle denkbaren Materialien durch Einpressen oder Einrühren von Luft beziehungsweise mithilfe eines Treibmittels zu schäumen: Hauptvorteile sind das geringe Gewicht und das grosse Porenvolumen, die eine hervorragende Wärme- und Schalldämmung gewährleisten. Dass die Porosität die Festigkeit beeinträchtigt, wird in Kauf genommen. Unter den anorganischen Schaumstoffen weit verbreitet sind Gasbeton, Blähton und Schaumglas, eher exotisch sind zurzeit noch Metallschäume und Schaumkohlenstoff. Schäumen aus Stahl und Aluminium wird jedoch eine grosse Zukunft bei der Leichtbauweise von Fahrzeugen vorausgesagt.

«Gas verkaufen»

Unter Chemikern kolportiert man seit Generationen das Bonmot, dass der einfachste Weg zum Reichtum das Verkaufen von Wasser sei. Diesen Sektor haben die Getränke- und Kosmetikhersteller fest in ihrer Hand. Doch das Verkaufen von Luft oder anderen Gasen kann ebenfalls ein lukratives Geschäft sein. Es gehört zum Einzugsbereich der Chemie, wenn das Gas in dünnen Kunststoffmembranen verpackt ist: Man nennt das Schaumkunststoff. Dabei muss man zwischen den steifen und den weichen Sorten unterscheiden. In beiden Fällen können die Poren offen oder geschlossen sein – es gibt natürlich auch Mischformen. Bei geschlossenen Poren hat man es mit einem Schaum zu tun, bei offenen Poren spricht man korrekterweise von einem Schwamm. Geläufig ist der Topfschwamm, der aus weichem, offenporigem Schaumkunststoff besteht: Nach dem Zusammendrücken kehrt er gleich wieder zu seiner ursprünglichen Form zurück.

Weich oder steif

Weich und geschlossenporig sind andererseits Schaumgummi und der in Polstermöbeln und Autositzen eingesetzte Polyurethanschaum. Häufig hat man es dann mit einem strukturierten Schaum zu tun: An der Oberfläche ist ein solcher Schaum relativ dicht, im Inneren wird er hochporös. Steif und geschlossenporig ist der Polystyrolschaum (Styropor), der etwa zum Verpacken von Elektronikgeräten dient. Man erhält ihn durch Versintern von Schaumkügelchen mit heissem Wasserdampf in einer beliebigen Form.

Beim guten alten Viskoseschaum, aus dem Haushalts- und Autoschwämme bestehen, wird die poröse Struktur durch das Salzlöseverfahren erhalten. Die aus Holzzellulose hergestellte, teigartige Viskose wird mit so viel Kochsalz vermischt, dass die Kristalle einander berühren. Nach dem Gelieren in Schwefelsäure wird das Salz herausgelöst – es bleibt eine hochporöse, offenporige Struktur zurück, die viel Wasser aufnehmen kann. Dasselbe Verfahren kommt bei der Herstellung von PVC-Schaum zum Einsatz.

In der Regel wird jedoch durch Einbringen von Gas oder mit einem Treibmittel geschäumt. Rein physikalisch ist das Lösen einer leicht siedenden Flüssigkeit wie Pentan in der Kunststoffmasse. Wird rasch erhitzt, so verdampft das Treibmittel, und es entstehen unzählige kleine Blasen. Auch chemisch geht es, indem man dem Kunststoff ein thermisch leicht zersetzliches Treibmittel (zum Beispiel ein Azid) zugibt. Beim Erhitzen entsteht daraus ein gasförmiges, blasenbildendes Reaktionsprodukt wie Stickstoff.

Schaumgummi

Zu den klassischen, seit vielen Jahrzehnten bekannten Schaumstoffen gehört der Schaumgummi. Man erhält ihn durch Einpressen von Luft, Kohlendioxid oder Stickstoff in den aus Hevea brasiliensis gewonnenen Latex. Den schaumigen Latex lässt man gerinnen und vulkanisiert ihn durch Vernetzen mit Schwefel. Schaumgummi wird vor allem in Matratzen und Kissen eingesetzt. Zudem gibt er der holden Weiblichkeit die Möglichkeit, allfällige Anatomiedefizite diskret zu korrigieren.

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