„Was bedeutet Wärmedämmung durch chemisch hergestellte Stoffe?“- Diese Frage werde ich versuchen in dieser Facharbeit so zu beantworten, dass am Ende eine der Frage gerechte Antwort darauf gegeben werden kann. Ich werde den besonderen Fokus auf die zwei Wärmedämmstoffe Polyurethan und Polystyrol in Form von Hartschaumplatten legen, da diese die gängigsten chemisch hergestellten Wärmedämmstoffe sind. Dabei werde ich sowohl auf deren Eigenschaften, Anwendung, chemischen Aufbau und Synthese eingehen. Auch die Relevanz der Wärmedämmstoffe aus der Chemie, also die Möglichkeiten der Einsparung von Energie und somit Geld durch den Einsatz der chemischen Dämmstoffe werde ich behandeln. Am Ende dieser Facharbeit sollte die Frage: „Was bedeutet Wärmedämmung durch chemisch hergestellte Stoffe?“ Im Hinblick auf eben diese Aspekte beantwortet sein.
Inhaltsverzeichnis
1 MOTIVATION UND IDEE
2 VORWORT
3 BEGINN DER WÄRMEDÄMMUNG
4 POLYURETHAN
4.1 POLYURETHAN (PUR) IN DER WÄRMEDÄMMUNG
4.2 CHEMISCHE SYNTHESE VON POLYURETHAN
4.2.1 AUFBAU EINES POLYURETHAN
4.2.2 BENÖTIGTE EDUKTE UND DEREN SYNTHESE
4.2.3 REAKTIONSMECHANISMUS DER SYNTHESE VON POLYURETHAN
4.2.4 AUFSCHÄUMEN
5 POLYSTYROL
5.1 POLYSTYROL IN DER WÄRMEDÄMMUNG
5.2 CHEMISCHE SYNTHESE VON POLYSTYROL
5.2.1 AUFBAU EINES POLYSTYROL
5.2.2 BENÖTIGTE EDUKTE UND DEREN SYNTHESE
5.2.3 REAKTIONSMECHANISMUS
5.2.4 DAS AUFSCHÄUMEN
6 FAZIT UND BLICK IN DIE ZUKUNFT
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht die chemischen Grundlagen und die praktische Effektivität von Wärmedämmstoffen, insbesondere Polyurethan und Polystyrol. Ziel ist es, die wissenschaftliche Funktionsweise dieser chemisch hergestellten Stoffe zu erläutern und zu bewerten, inwiefern sie zur Energieeffizienz im modernen Gebäudebau beitragen können.
- Grundlagen und historische Entwicklung der Wärmedämmung
- Chemische Synthese und Aufbau von Polyurethan (PUR)
- Chemische Synthese und Polymerisation von Polystyrol
- Verfahren zum Aufschäumen von Dämmstoffen
- Ökologische Bewertung und Energiebilanz der eingesetzten Materialien
Auszug aus dem Buch
Reaktionsmechanismus der Synthese von Polyurethan
Grob kann man den die Reaktion des Isocyanats mit dem Polyol wie folgt beschreiben: Die beiden Monomere verbinden sich an ihren Endgruppen wobei bei dem Prozess der Addition gleichzeitig auch eine Umlagerung der Atome stattfindet: An der Abbildung 2 kann man erkennen, was mit den beiden Endgruppen (OH und NCO) während der Synthese passiert. Das Wasserstoff-Atom des Polyol bindet sich mit dem Stickstoff-Atom des Isocyanats und das überbleibende Sauerstoff-Atom vom Polyol geht eine Bindung mit dem Kohlenstoff-Atom vom Isocyanat ein. Der übrig gebliebene „Rest“ vom Polyol bindet sich nun an das Sauerstoff-Atom am Ende des Isocyanats. Kurz: Das Polyol „addiert“ sich an das Isocyanat. Diese Addition läuft so ab, dass als Produkt ein Molekül entsteht, dass an beiden Enden wieder OH-Gruppen entstehen, die daraufhin wieder Bindungen mit weiteren Isocyanaten eingehen können. Dies passiert solange, bis kein Isocyanat bzw. Polyol mehr vorhanden ist. Da die Synthese also eine Folge von vielen Additionen ist, wird der Reaktionsmechanismus als Polyaddition bezeichnet.
Folgend werde ich nun den Reaktionsmechanismus in einzelnen Zwischenschritten darstellen. Im Hinblick auf die Übersichtlichkeit des Mechanismus und der Formeln, werde ich diesen am Beispiel von Ethylenglykol (Polyol) und Diphenylmethan-4, 4-diisocyanat (Isocyanat) erläutern:
Zusammenfassung der Kapitel
MOTIVATION UND IDEE: Der Autor erläutert den persönlichen Anlass, sich mit dem Thema Wärmedämmung durch chemisch hergestellte Stoffe im Kontext moderner Bauvorhaben zu befassen.
VORWORT: Hier wird die zentrale Forschungsfrage definiert und das Ziel gesetzt, Eigenschaften, Aufbau und Nutzen von Polyurethan und Polystyrol zu analysieren.
BEGINN DER WÄRMEDÄMMUNG: Dieser Abschnitt gibt einen historischen Abriss über die Entwicklung von Dämmtechniken vom frühen Hausbau bis zur Einführung der Wärmeschutzverordnungen.
POLYURETHAN: Das Kapitel behandelt die chemischen Eigenschaften, die industrielle Herstellung mittels Polyaddition sowie die spezifische Anwendung als Hartschaum zur Wärmedämmung.
POLYSTYROL: Hier wird der Aufbau und die radikalische Polymerisation von Styrol zu Polystyrol beschrieben, inklusive der Unterscheidung zwischen EPS und XPS in der Produktion.
FAZIT UND BLICK IN DIE ZUKUNFT: Der Autor bewertet die ökologischen Vor- und Nachteile der Dämmstoffe und gibt einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen wie die Vakuumdämmung.
Schlüsselwörter
Wärmedämmung, Polyurethan, Polystyrol, Chemie, Polymerisation, Polyaddition, Hartschaum, Energieeffizienz, Treibmittel, Isocyanat, Polyol, Styrol, Radikalische Polymerisation, Wärmeschutz, Nachhaltigkeit
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Facharbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Bedeutung und der Funktionsweise von chemisch hergestellten Wärmedämmstoffen im Bauwesen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf den Materialien Polyurethan und Polystyrol, deren Herstellung, physikalischer Wirkung und ökologischer Einordnung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Es soll beantwortet werden, was Wärmedämmung durch chemische Stoffe bedeutet und wie die Materialien energetisch effizient wirken.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor stützt sich auf eine Literatur- und Quellenanalyse, um chemische Synthesewege und Dämmeigenschaften wissenschaftlich zu erläutern.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die chemischen Synthesewege der beiden Kunststoffe, deren Aufschäumverfahren und die Bewertung der Dämmeffektivität.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Wärmedämmung, Polymerisation, Polyurethan, Polystyrol und Energieeffizienz.
Warum wird für Polyurethan-Hartschaum ein Treibmittel benötigt?
Das Treibmittel wird eingeschlossen, um die geringe Wärmeleitfähigkeit des ruhenden Gases in den Zellen zu nutzen, was den eigentlichen Dämmeffekt erzeugt.
Worin liegt der Unterschied in der Herstellung von EPS und XPS?
Während EPS aus Granulat aufgebläht wird, erfolgt bei XPS die Extrusion durch Aufschmelzen mit CO2 als Treibmittel.
- Quote paper
- Tim Disselhoff (Author), 2011, Wärmedämmung durch Polyurethan und Polystyrol, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/173639
