Produktgruppeninformation |
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BegriffsdefinitionPolyurethanharze (PUR) gehörten zu den Reaktionsharzen und sind als Farben unter dem Namen DD-Lacke bekannt geworden. Die PUR-Lacke beruhen auf der großen Reaktivität von sogenannten Isocyanatverbindungen, den Härtern, die mit einer Vielzahl von Harz-Komponenten Reaktionen eingehen. Im Normalfall werden Isocyanate mit alkoholähnlichen Verbindungen (Polyhydroxyle) kombiniert. Im Hochbau werden die reaktiven Isocyanathärter häufig auch mit Acrylharzen gepaart, wodurch äußerst wetterbeständige Lackfilme entstehen. Die Polyurethanharze gehören zu den neueren chemischen Entwicklungen und sind hochwertige Beschichtungsstoffe für Anwendungsbereiche mit hohen Anforderungen an die mechanische und chemische Beständigkeit. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wesentliche BestandteileDie wesentlichen Bestandteile von Polyurethanharzfarben sind Bindemittel, Lösemittel, Wasser, Füllstoffe, Pigmente und Hilfsstoffe. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CharakteristikUrsprünglich waren Polyurethanharzfarben immer lösemittelhaltige Zweikomponentensysteme (2K). Durch zahlreiche Modifikationen sind inzwischen auch Einkomponentensysteme (1K) im Gebrauch. Bei beiden Systemen unterschiedet man schließlich zwischen lösemittelhaltigen, lösemittelfreien oder wässrigen (auch: wasserbasierten, wasserverdünnbaren) Systemen. Im Hochbau sind vor allem die 2K-Systeme gebräuchlich. Die Zahl der chemischen Modifikationen von Harz- und Härterkomponenten sowie die Kombinationsmöglichkeiten von Harz- und Härtertypen sind außerordentlich groß und ermöglichen eine gezielte Beeinflussung der Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften. Insbesondere die lösemittelhaltigen Polyurethansysteme lassen sich praktisch mit allen anderen Bindemittel aus der Lackindustrie kombinieren. Es ist deshalb auch außerordentlich schwierig ein konkretes Produkt zu identifizieren und die spezifischen Eigenschaften eines Produktes objektiv und unabhängig zu beurteilen. In lösemittelhaltigen 1K-Systemen sind die reaktiven Gruppen von Harz und Härter chemisch blockiert. Durch die Luftfeuchtigkeit werden die reaktiven Teile deblockiert. In wasserverdünnbaren 1K-Systemen ist das Polymer so modifiziert, dass es in Wasser dispergierbar ist. Die Filmbildung erfolgt durch physikalische Trocknung, d.h. durch das Verdunsten des Wassers. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Besonders wichtige Eigenschaft hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsrelevanz2K-Polyurethan-Systeme sind u.a. als sensibilsierend eingestuft und enthalten reaktive Isocyanatgruppen (MDI,PMDI, TDI), die im Verdacht stehen, Krebs auslösen zu können (H351). Die Verarbeitung von mehrkomponentigen Reaktionsharzen ist zudem anspruchsvoll. Bei unsachgemäßer Verarbeitung können durch ungenügende oder chemisch unvollständige Aushärtung längerfristige, geruchsintensive Emissionen entstehen. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
LieferzustandPolyurethanharzfarben werden in Metallgebinden geliefert. Bei 2K-Systemen wird die Härterkomponente separat und teilweise auch in Plastikflaschen geliefert. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Anwendungsbereiche (Besonderheiten)grundsätzliche Anwendungsbereiche von Polyurethanharzfarben im Vergleich zu anderen Farben, Lacken, Lasuren siehe Anwendungsbereiche Farben, Lacke, Lasuren
Die Hauptanwendungsbereiche von Polyurethanharzfarben sind stark beanspruchte Innenbauteile aus Holz, Metall oder Beton. Wegen der geringen Wasserdampfdurchlässigkeit und der Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist die Anwendung auf mineralischen Untergründen eingeschränkt. Im Hochbau werden Polyurethanharze vor allem als Holzlackfarben für Möbel und andere stark beanspruchte Holzbauteile, Beschichtungen für Industrie- und Sportböden, Parkettsiegel sowie als Metallbeschichtungen im Innen- und Außenraum angewendet. Bei der richtigen Wahl der Härter- und Harzkomponenten kreiden PUR-Lacke im Außenraum nicht aus. Eine etwas eingeschränkte Haftbarkeit der PUR-Lacke ist der Nachteil dieser Produktgruppe. ausführliche Erläuterungen zu Alternativen hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsrelevanz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Anstrichaufbau
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Eigene Datensammlung, Büro für Umweltchemie |
Risikobetrachtung Lebenszyklusphasen |
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Planungs- und Ausschreibungshilfen |
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siehe Referenztext allgemein | |
siehe Referenztext / Übersicht Lacke, Lasuren | |
Gefahrstoffverordnungsiehe 2x Referenztext / allgemein + Einordnung Lacke | |
siehe Referenztext Lacke | |
siehe Referenztext allgemein | |
Umweltdeklarationen |
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siehe Referenztext allgemein | |
siehe Referenztext / Übersicht Lacke, Lasuren | |
Bewertungssystem |
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Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen (BNB)siehe Referenztext allgemein | |
BNB-Kriterium BN_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Neubau)siehe 2x Referenztext / allgemein + Einordnung Lacke, Lasuren | |
BNB-Kriterium BK_1.1.6 Risiken für die lokale Umwelt (Komplettmodernisierung)siehe Referenztext allgemein | |
siehe Referenztext / Einordnung von Oberflächenbehandlungen im Bestand | |
BNB-Kriterium BN_3.1.3 - Innenraumhygienesiehe Referenztext allgemein | |
siehe Referenztext / Übersicht Lacke 3.1.3 | |
BNB-Kriterium BN_4.1.4 - Rückbau, Trennung, Verwertungsiehe Referenztext allgemein | |
siehe Referenztext / Einordnung Farben, Lacke, Lasuren | |
Quellensiehe Referenztext allgemein |
Technisches |
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Technische DatenWasserdampfdiffusionswiderstandszahl µ: sehr geringe Dampfdurchlässigkeit, µ = 25.000 - 35.000 | |
Referenz | |
Technische Regeln (DIN, EN)Der Begriff Polyurethan ist in DIN 7728 als Kunststoffgruppe definiert und im Rahmen der Beschichtungsnormen nicht näher spezifiziert. | |
Literaturtipps |
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Umweltbundesamt: Schadstoffarme Lacke - Geltungsbereich und Anforderungen, Umweltbundesamt, 1997, Berlin ökoscience AG: Vergleichende ökologische Bewertung von Anstrichstoffen im Baubereich Band 1: Methode, Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft, 1992, Bern Büro für Umweltchemie (Hrsg.): Graue Energie von Baustoffen, Büro für Umweltchemie, 1995, Zürich |
Rohstoffe / Ausgangsstoffe |
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HauptbestandteileAbb. 1 / Zusammensetzung nach Funktionen - Polyurethanharzfarben lösemittelhaltig Abb. 2 / Zusammensetzung nach Funktionen - Polyurethanharzfarben wasserverdünnbar Als Bindemittel werden im Hochbau vor allem Acrylharztypen mit vorpolymerisierten Isocyanaten chemisch zum PUR-Lack gebunden. Bei den Pigmenten und Füllstoffen handelt es sich um dieselben Stoffgruppen wie sie in allen Farbsystemen eingesetzt werden. Als Lösemittel kommen neben den bekannten aromatischen Lösemitteln wie Xylol ein Vielzahl spezieller Lösemittel (Ketone, höhere Alkohole, Ester) zum Einsatz. Bei wasserverdünnbaren Systemen werden als Lösemittel u.a. Alkohole oder andere wasserlösliche Verbindungsgruppen eingesetzt (z. B. N-Methyl-2-pyrrolidon). Die lösemittelhaltigen Polyurethanharzfarben erfordern in der Regel verschiedenartige Hilfsstoffe, meistens auf der Basis von Polymeren. | |
Umwelt- und GesundheitsrelevanzAbb. 3 / Zusammensetzung nach Rohstoffherkunft - Polyurethanharzfarben lösemittelhaltig Abb. 4 / Zusammensetzung nach Rohstoffherkunft - Polyurethanharzfarben wasserverdünnbar Gewinnung der PrimärrohstoffeDie Vorläuferstoffe für die Herstellung von Polyurethanharzen, Härterkomponenten, Lösemitteln und Hilfsstoffen stammen alle aus Steinkohleteer- und Erdölfraktionen. Pigmente, v.a. die Weißpigmente, werden aus Metallerzen in verhältnismäßig energieintensiven Prozessen gewonnen. Als Füllstoffe werden Gesteinsmehle aus Kalk oder Feldspat eingesetzt. Die Gewinnung der fossilen Rohstoffe aus Erdöl, Erdgas und Kohle wie auch der mineralischen Rohstoffe ist mit Umweltrisiken verbunden. VerfügbarkeitMit der allmählichen Erschöpfung der Erdölvorräte vermindert sich auch das Potential zur Gewinnung von fossilen Rohstoffe in wenigen Jahrzehnten. Allerdings könnten die Rohstoffe auch aus Kohle hergestellt werden, was jedoch mit einem größeren Energieaufwand verbunden wäre. Verwendung von Recyclingmaterialien / ProduktionsabfällenDie Verwendung von Sekundärrohstoffen in der Produktion von Polyurethanharzfarben ist evtl. denkbar, wird jedoch in der Praxis gegenwärtig nicht umgesetzt. Produktionsabfälle werden in modernen Industriebetrieben wo möglich genutzt. Detaillierte Informationen für die Farbenproduktion liegen jedoch nicht vor. RadioaktivitätRadioaktivität ist für Lacke nicht relevant. | |
QuellenEigene Datensammlung, Büro für Umweltchemie |
Herstellung |
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Prozesskette | ||||||||||
HerstellungsprozessDie Herstellung der Polyurethanharze erfolgt ausschließlich in großen Chemieindustriebetrieben. Die Prozessketten von Harzen und Härtern umfassen verhältnismäßig viele Stufen, an denen verschiedene Gefahrstoffe, z. T. mit erheblichem arbeits- und umwelthygienischem Risikopotential (z. B. Benzol, Phosgen, Isocyanate), beteiligt sind. Die Herstellung der Pigmente und Füllstoffe ist nicht produktgruppenspezifisch. | ||||||||||
Umweltindikatoren / Herstellungsiehe Referenztext allgemein
EnergieaufwandFür das Standard-Bindemittel Polyurethan (Polyole und Isocyanate) sind relativ zuverlässige Daten zum Energieaufwand verfügbar. Sie stammen vom europäischen Verband der Kunststoffproduzenten und repräsentieren europäische Mittelwerte. Die Polyurethanharze gehören wahrscheinlich zusammen mit den Epoxidharzen und vermutlich den Siliconharzen zu den energieintensivsten Bindemitteln unter den Malerlacken. Graue Energie
Die angegebene Zahlen zur Grauen Energie beziehen sich auf einen Standardaufbau für ein weiß deckendes Farbsystem. Lösemittelhaltige Polyurethanharze sind signifikant energieintensiver, als vergleichbare Systeme auf Alkydharzbasis (Alkydharzlackfarben). Der Unterschied zwischen wasserverdünnbaren Polyurethanharzfarben und lösemittelhaltigen Systemen sind etwa 30 - 35 % Lösemittel. In den Bindemitteln unterscheiden sie sich bezüglich Belastung während der Herstellung kaum. Die Unterschiede zu Dispersionslackfarben werden hauptsächlich durch die energieintensiven Bindemittel verursacht. | ||||||||||
Charakteristische EmissionenEmissionen in der Herstellung von Lacken sind von deren Zusammensetzung abhängig. Lösemittelhaltige Lacke führen in der Produktion typischerweise zu Lösemittelemissionen, die kontrolliert werden müssen, z. B. durch Absaugung aus geschlossenen Systemen. Mineralische Füllstoffe können zu Staubemissionen führen. Prozesswasser muss, soweit vorhanden, gemäß den Vorgaben der „Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer“ kontrolliert und behandelt werden. | ||||||||||
TransportDer Transport jener Ausgangsstoffe welche auf fossilen Rohstoffen basieren (Anteile der Bindemittel, Pigmente, Lösemittel, Hilfsstoffe) ist generell mit längeren Transportwegen und größeren Umweltrisiken behaftet als der Transport der Ausgangsstoffe welche auf nachwachsenden Rohstoffen (Anteile der Bindemittel) oder mineralischen Rohstoffen basieren (Füllstoffe, Pigmente). In der Produktionskette werden auch Güter mit Gefahrstoffkennzeichnung transportiert. Da jedoch Bindemittel, Lösemittel, Pigmente sowie Hilfsstoffe in einer Vielzahl von verschiedenen Produkten verwendet werden (nicht nur in Lacken) ist die Umweltrelevanz des Transports nicht spezifisch für die Herstellung von Lacken. | ||||||||||
QuellenBüro für Umweltchemie (Hrsg.): Graue Energie von Baustoffen, Büro für Umweltchemie, 1995, Zürich |
Verarbeitung |
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Technische Hinweise / VerarbeitungsempfehlungenDie Verarbeitung von Polyurethanharzfarben verlangt das genaue Beachten von Verarbeitungstemperaturen, Luftfeuchtigkeit und bei 2K-Systemen das genaue Einhalten des Mischverhältnisses von Harz- und Härterkomponente. Eine unsachgemäße Verarbeitung kann zu lang anhaltenden Emissionen führen. | ||||||||||
Arbeitshygienische RisikenAllgemeinesPolyurethanharzfarben können durch Einatmen der Dämpfe oder durch Kontakt mit Augen und Haut zu Gesundheitsschäden führen. Besonders die Nebel und Gase von feuchtigkeitshärtenden Isocyanathärtern (1K-Systeme) sind äußerst aggressiv. Insbesondere Personen mit Isocyanat-Allergien sollten keinen weiteren Umgang mit diesen Stoffen haben, da sie bereits in sehr niedrigen Konzentrationen reagieren. Es gelten weitreichende Arbeitsschutzmaßnahmen. AGW-WerteFür reaktive Isocyanatgruppen sowie für Lösemittel existieren Arbeitsplatzgrenzwerte. Diese sind je nach Isocyanatgruppe oder Lösemittel verschieden hoch. Informationen zu den Grenzwerten finden sich in den GISBAU Produktdatenblättern (hier: PU10, PU20, PU30, PU40, PU50) jeweils unter "Grenzwerte und Einstufungen". REACH / CLPsiehe Referenztext Gemische
Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAUPolyurethanharzfarben können gemäß folgenden Einstufungskatalogen der GISBAU in GISCODES eingeordnet werden:
Es gibt auch wasserbasierte 1-komponentige Systeme, die vom Filmbildungsmechanismus und von der Anwendung her eher den Dispersionslackfarben zuzuordnen sind und dann wohl eher auch ähnlich diesen eingeordnet werden können, das sie weniger arbeitshygienische Risiken aufweisen:
Gemäß Minimierungs- und Substitutionsgebot der GefStoffV ist grundsätzlich das Produkt mit den geringstmöglichen Belastungen zu verwenden. Es ist deshalb zu prüfen, ob der Einsatz von Polyurethanharzprodukten technisch begründet ist, oder ob weniger gefährliche Produkte verwendet werden können (siehe Verarbeitung / Arbeitshygienische Risiken, Reiter Zeichen & Deklarationen, sowie GISBAU Produktdatenblätter / Ersatzstoffe. Eine detaillierte Übersicht zur Einordnung von lösemittelbasierten wie wasserbasierten Lacken und Lasuren in die verschiedenen GISCODES findet man im Reiter Zeichen & Deklarationen / Übersichtstabelle / GISBAU Klassifizierungssystem. Emissionen
Die Lösemittelemissionen der lösemittelhaltigen Polyurethanharzfarben sind verglichen mit möglichen Alternativen auf Wasserbasis (Polyurethanharze wasserverdünnbar oder Dispersionslackfarben) sehr hoch, gegenüber Systemen auf Lösemittelbasis (Alkydharzlackfarben) leicht erhöht. Die Lösemittelemissionen von wasserverdünnbaren Polyurethanharzfarben sind etwas höher als jene von Dispersionslackfarben. | ||||||||||
Umweltrelevante InformationenWassergefährdungLösemittelhaltige Polyurethanharzfarben sind gemäß VwVwS (Einstufung aufgrund der Verwaltungsvorschrift wassergefährdender Stoffe) als “wassergefährdend“ eingestuft. Wasserverdünnbare Systeme hingegen müssen nach Gefahrstoffverordnung nicht mit wassergefährdenden Risikosätzen gekennzeichnet werden. TransportLösemittelhaltige Polyurethanzfarben sind als Gefahrgut gekennzeichnet. Für den Transport bestehen daher spezifischen Auflagen. Wasserverdünnbare Polyurethanharzfarben müssen nach Gefahrstoffverordnung nicht mit wassergefährdenden Risikosätzen gekennzeichnet werden. QuellenEigene Berechnungen und Daten, Büro für Umweltchemie |
Nutzung |
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Umwelt- und Gesundheitsrisiken NeuzustandSchadstoffabgabe / Emissionen in den InnenraumDer Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB) hat ein Bewertungsschema (AgBB-Bewertungsschema) zur gesundheitlichen Bewertung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC und SVOC) aus Bauprodukten entwickelt. Darin sind auch Anforderungen für Farben formuliert. Hinweis zu Oberflächenbeschichtungen für Parkette und HolzfußbödenBei allen Lacken, die als Oberflächenbeschichtungen für Parkette und Holzfußböden eingesetzt werden sollen, ist darauf zu achten, dass eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ der Gruppen Z-157.10) mit Aussagen zum Gesundheitsschutz vorliegt (baurechtliche Anforderung!). Sie umfasst eine Emissionsprüfung zur quantitativen Bestimmung und Bewertung von Formaldehyd, sowie flüchtiger (VOC) und schwer flüchtiger (SVOC) Verbindungen auf Basis des o.g. AgBB-Bewertungsschemas. | ||||||||||||||||||||||||
Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer NutzungSchadstoffabgabe / Emissionen in den InnenraumTVOC: Aus punktuellen Messungen in der Prüfkammer muss man davon ausgehen, dass bei Polyurethanen das Risiko längerfristiger Schadstoffabgabe nicht ganz ausgeschlossen werden kann. Vor allem bei unsachgemäßer Verarbeitung von Zweikomponentensystemen können Probleme entstehen, insbesondere wenn die Mischungsverhältnisse, Verarbeitungstemperaturen oder Luftfeuchtigkeiten zu wenig genau beachtet werden. Die Verarbeitung dieser Systeme erfordert erhöhte Sachkenntnis. Schadstoffabgabe / Emissionen in den AußenraumUmweltrelevante Bestandteile:
Umweltrelevante Bestandteile können durch Abwitterung, Versprödung, Diffusion oder bei der Renovierung (z.B. durch Schleifen) in die Umwelt gelangen. Zudem können alle buntpigmentierten Polyurethanharze, insbesondere die kräftig leuchtenden Pigmente, umweltrelevante Schwermetalle wie Chrom, Kobalt, Nickel, Blei oder Cadmium enthalten. | ||||||||||||||||||||||||
Umwelt- und Gesundheitsrisiken im SchadensfallBrandfallIm Brandfall sind keine besonderen Risiken für Umwelt und Gesundheit zu erwarten. WassereinwirkungEs sind keine besonderen Risiken für die Umwelt zu erwarten. Polyurethanharzlacke enthalten keine gemäß Gefahrstoffverordnung kennzeichnungspflichtigen Bestandteile, welche wasserlöslich sind. | ||||||||||||||||||||||||
Beständigkeit Nutzungszustand
Die Polyurethansysteme lassen sich für alle Anwendungsbereiche so modifizieren, dass sie die Anforderungen an die Beständigkeit erfüllen. Dabei müssen allerdings die Empfehlungen der Hersteller genau beachtet werden. Auch bei den Polyurethanlacken gibt es kein Universalsystem, das alle Anforderungen erfüllt. Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“. | ||||||||||||||||||||||||
InstandhaltungDer Aufwand für die Totalentfernung von beschädigten Schichten ist groß. Die Haftbarkeit auf bereits gehärteten und gealterten 2K-Systemen ist eingeschränkt. Auch die Anwendung von Polyurethanharzen auf alten Kunstharzfarben kann zu Problemen führen. | ||||||||||||||||||||||||
QuellenDaten und eigene Berechnungen, Büro für Umweltchemie. Zürich Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten, AgBB-Bewertungsschema 2012, Online-Quelle abgerufen am 10. Juli 2012 DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) (2010), Grundsätze zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen, Stand Oktober 2010, Online-Quelle abgerufen am 10. Juli 2012 |
Nachnutzung |
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Wiederverwendung / Wiederverwertung / Beseitigungsiehe Referenztext ganzer Reiter incl. Quelle / Farben, Lacke, Lasuren | |