Halogenfreie flexible Elastomerschäume ohne Kompromisse

28.05.2022 | Veröffentlicht in Ausgabe 06-2022

Bild 1 In vielen Projekten wird heute der Einsatz halogenfreier Dämmstoffe gefordert.

Ob in Flughäfen, Krankenhäusern, Schulen, Rechenzentren oder in der pharmazeutischen Industrie, in vielen Gebäuden wird heute der Einsatz halogenfreier Dämmstoffe gefordert. Mit NH/ArmaFlex Smart ist es Armacell jetzt erstmals gelungen, die widersprüchlichen technischen Anforderungen und Anwendungseigenschaften halogenfreier flexibler Elastomerschäume (FEF) auszugleichen und zu harmonisieren.

Kompakt zusammengefasst
■ Da halogenfreien flexiblen Elastomerschäumen (FEF) der stabilisierende Effekt der halogenhaltigen Inhaltsstoffe fehlt, sind herkömmliche Produkte im Vergleich zu Standard-FEF weniger formbeständig und flexibel.
■ Um diese Mängel in der Verarbeitbarkeit auszugleichen, gehen einige FEF-Hersteller Kompromisse bei der Einhaltung der technischen Werte ihrer halogenfreien Produkte ein.
■ Langfristig sicher sind Kältedammstoffe jedoch nur, wenn sie durch einen ausreichend hohen Wasserdampfdiffusionswiderstand vor unzulässigem Feuchteeintrag geschützt sind.
■ Mit NH/ArmaFlex Smart hat Armacell einen halogenfreien Dämmstoff mit neuartiger Schaumtechnologie entwickelt, der die bewährten Brandeigenschaften und die hohe Umweltverträglichkeit mit einer deutlich verbesserten Flexibilität und einer ausgezeichneten UV- und Alterungsbeständigkeit kombiniert.

Halogenfreie flexible Elastomerschäume (FEF) wurden erstmals 1996 unter der Marke NH/ArmaFlex vom Armacell-Vorgängerunternehmen Armstrong eingeführt. Mit NH/ArmaFlex wurde das Brandverhalten von FEF umfassend optimiert, insbesondere in Hinblick auf die Rauchentwicklung und Rauchtoxizität von Dämmstoffen.

Halogenfreie Produkte…

…werden gemäß des europäischen Produktstandards für FEF (EN 14304:2009+A1:2013, Kapitel 4.3.6.) wie folgt definiert: „Da Spuren von Halogenen in halogenfreiem flexiblem Elastomerschaum aufgrund der unvermeidbaren Verunreinigung der Bestandteile vorkommen können, sollte die Bezeichnung eines Materials als ‚halogenfrei‘ nach DIN VDE 0472-815 (Prüfung an Kabeln und isolierten Leitungen; Halogenfreiheit) bestimmt werden. Nach DIN VDE 0472-815 gilt ein Kunststoff als halogenfrei, wenn die Summe der Masseanteile der Halogene Chlor, Brom und Jod < 0,2 % ist und der Massenanteil an Fluor < 0,1 % beträgt.“ Andere Definitionen der Halogenfreiheit werden nicht zur Klassifizierung von FEF-Produkten verwendet.

Vorteile halogenfreier Produkte in verschiedenen Anwendungsbereichen

Als unvermeidliche Nebenprodukte chemischer und thermischer Prozessen können toxische Substanzen entstehen. Im Verlauf eines solchen Prozesses (z. B. bei einem Brand) können toxische Gase in Verbindung mit Halogenen entstehen, beispielsweise bei schwelenden Kunststoffen, die ein bromhaltiges Flammschutzmittel enthalten.

Bild 2 Auswahlkriterien für halogenfreie PEF-Produkte.

Durch den Einsatz halogenfreier Produkte kann das Risiko der Entstehung toxischer Gase im Falle eines Brandes verringert werden. Halogenfreie Produkte setzen keine korrosiven Gase frei, die in Verbindung mit Löschwasser aggressive Säuren bilden können. Daher sind halogenfreie Materialien die bevorzugte Wahl, wenn technische Anlagen in Bereichen mit elektronischen Geräten (Computer- oder Serverräume, Rechenzentren, Chipindustrie etc.) oder in Bereichen mit hoher Personenkonzentration gedämmt werden.

Aufgrund ihrer hohen Umweltverträglichkeit kommen halogenfreie Dämmstoffe auch vermehrt in nachhaltigen Bauprojekten zum Einsatz, die nach LEED, DGNB oder BREEAM zertifiziert werden.

Auf austenitischen nichtrostenden Stählen kann es bei gleichzeitigem Auftreten von Spannungen, Feuchtigkeit und Chlorid-Ionen zu Spannungsrisskorrosion kommen. Beim Einsatz halogenfreier Produkte auf Edelstählen kann das Risiko der Spannungsrisskorrosion minimiert werden. Dieser Vorteil kommt besonders in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zum Tragen, wo bevorzugt Edelstahlleitungen verbaut werden.

Zielkonflikte mit anderen technischen Eigenschaften und der Verarbeitung

Neben einem optimierten Brandverhalten müssen halogenfreie Dämmstoffe eine Reihe weiterer technischer Eigenschaften und Verarbeitungskriterien erfüllen. Die grundlegenden Auswahlkriterien für Kältedämmstoffe sind:

● eine niedrige Wärmeleitfähigkeit (λ),
● ein hoher Wasserdampfdiffusionswiderstand (µ) und
● eine gute Baustoffklassifizierung.

Von FEF-Produkten wird zudem erwartet, dass sie über folgende Eigenschaften verfügen:

● eine gute Flexibilität
● eine hohe Dimensionsstabilität (Formbeständigkeit, geringeres Schrumpfen) und
● eine gute Verarbeitbarkeit (Schneidbarkeit, Haptik etc.).

Daneben gib es weitere Leistungskriterien (Bild 2), zur Vereinfachungen konzentrieren wir uns hier jedoch auf die zentralen Anforderungen.

Diese sechs grundlegenden Qualitätskriterien stehen in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander und müssen bei der Entwicklung halogenfreier FEF-Produkte ausbalanciert werden. Eine geringe Wärmeleitfähigkeit und ein hoher Wasserdampfdiffusionswiderstand stehen im Widerspruch zum Erreichen einer guten Baustoffklasse, während eine hohe Flexibilität, Dimensionsstabilität und gute Verarbeitbarkeit sehr stark vom Halogengehalt des Produkts beeinflusst wird.

Die Herausforderung bei der Entwicklung besteht also darin, alle zentralen Leistungskriterien auf einem möglichst hohen Niveau zu halten, ohne ein Kriterium gegenüber einem anderen zu opfern. Ziel ist es, ein hohes Maß an guten technischen und Verarbeitungseigenschaften aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den halogenfreien Charakter des Produkts zu bewahren.

Riskante Kompromisse beim Wasserdampfdiffusionswiderstand

Bild 3 Vergleich des Wasserdampfdiffusionswiderstands halogenfreier flexibler Elastomerschäume unterschiedlicher Hersteller.

Um den anwendungsbezogenen Anforderungen, wie Flexibilität, Schneidfähigkeit, Verklebbarkeit etc. gerecht zu werden, gehen einige FEF-Hersteller offensichtlich Kompromisse bei der Einhaltung der technischen Werte ihrer halogenfreien Produkte ein. Bild 3 zeigt beispielhaft den Vergleich veröffentlichter und tatsächlicher µ-Werte unterschiedlicher halogenfreier FEF-Produkte verschiedener Hersteller.

Ein geringer Wasserdampfdiffusionswiderstand erhöht das Risiko einer Durchfeuchtung des Dämmstoffs. Bereits ein Feuchtigkeitseintritt von nur 4 % (bezogen auf das Volumen) reichen aus, um die Wirksamkeit der Dämmung um bis zu 70 % zu verringern. Bei Dämmstoffen mit einem Wasserdampfdiffusionswiderstand von 400 sinkt die Oberflächentemperatur schon nach einer Betriebszeit von nur drei Jahren unter die Taupunkttemperatur. Tauwasser fällt auf der Oberfläche aus und das Dämmsystem versagt.

Bei Dämmstoffen mit einem µ-Wert von 120 fällt das System bereits im ersten Betriebsjahr aus. Die Kalkulationen wurde mit folgenden Parametern durchgeführt: φ = 70 %, θ_a = 20 °C, θ_i = 6 °C, 19 mm Dämmschichtdicke, Rohrdimension DN 80.

Zuverlässigkeit und Konformität der Produkte ist entscheidend

Bild 4 In Rechenzentren, wie hier bei der Comarch AG in Dresden, werden heute verstärkt halogenfreie Dämmstoffe eingesetzt. Im Brandfall setzen sie keine korrosiven Gase frei, die in Verbindung mit Löschwasser aggressive Säuren bilden und erhebliche Brandfolgeschäden verursachen können.

Bild 5 In der Pharma-, Chemie- und Lebensmittelindustrie, insbesondere in Reinräumen oder Bereichen mit hohen Hygiene-Anforderungen, kommen verstärkt Edelstahlleitungen zum Einsatz. Halogenfreie Dämmstoffe minimieren auf diesen Leitungen das Risiko der Spannungsrisskorrosion.

Langfristig sicher und energieeffizient sind Kältedämmstoffe nur, wenn sie durch einen ausreichend hohen Wasserdampfdiffusionswiderstand vor unzulässigem Feuchteeintrag geschützt sind. Weicht der Wasserdampfdiffusionswiderstand wie in den untersuchten Beispielen erheblich von den publizierten Werten ab, besteht ein hohes Risiko, dass sich Feuchtigkeit in der Dämmung ansammelt und die versprochene Wärmedämmleistung nicht eingehalten wird.

Das führt dann zu deutlich höheren Energieverlusten und letztlich auch zu finanziellen Einbußen, da mehr Energie benötigt wird, um die Kälteanlage zu betreiben. Neben den Energieverlusten steigt auch das Risiko von tropfenden Leitungen, durchfeuchteten Decken, Schimmelbildung und der Korrosion unter der Dämmung (CUI). Auch die damit verbundenen haftungsrechtlichen Fragen der Beteiligten in der Wertschöpfungskette (Kunden, Händler, Planer, Isolierunternehmen, Eigentümer etc.) dürfen nicht vernachlässigt werden.

Um die Vorteile halogenfreier FEF-Produkte erfolgreich nutzen zu können, müssen sowohl die zentralen Leistungskriterien auf einem hohen Niveau als auch eine akzeptable Verarbeitbarkeit gewährleistet werden. Nur eine Feinabstimmung von zuverlässigen technischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Baustoffklasse und Wasserdampfdiffusionswiderstand) auf der einen und akzeptablen Anwendungseigenschaften (wie Flexibilität, Verklebbarkeit, Formstabilität etc.) auf der anderen Seite, führt zur Akzeptanz der Produkte und einer langfristig sicheren Performance der Dämmstoffe in Bauprojekten.

Zuverlässigkeit und Konformität sind entscheidend dafür, dass sich alle Beteiligten der Wertschöpfungskette auf die vom Hersteller veröffentlichten Werte verlassen können. Der Hersteller muss in der Lage sein, nachzuweisen, dass die Leistung in Bezug auf die Verarbeitbarkeit und die Einhaltung der technischen Werte tatsächlich dem entspricht, was er zusichert und veröffentlicht.

Neue Trends in der Entwicklung und Alternativen zu halogenfreien FEF

Halogenfreie flexible Elastomerschäume mit einem ausreichend hohen Wasserdampfdiffusionswiderstand sind im Vergleich zu Standard-Elastomerdämmstoffen weniger fest, da ihnen der stabilisierende Effekt der halogenhaltigen Inhaltsstoffe fehlt. Ihre Oberfläche kann bei mechanischer Belastung leicht beschädigt werden und unter UV-Strahlung (selbst unter künstlichen Lichtquellen) neigen sie schneller als Standard-FEF zur Versprödung. Werden sie unter Zug oder auf Spannung verarbeitet, besteht die Gefahr der Bildung von Mikrorissen im Dämmstoff.

Armacell ist einen neuen Weg in der Entwicklung gegangen und bietet jetzt einen halogenfreien Elastomerschaum an, der auf einer völlig neuen Rezeptur basiert. Mit NH/ArmaFlex Smart ist es gelungen, die teilweise widersprüchlichen technischen Anforderungen und Anwendungseigenschaften auszugleichen und zu harmonisieren:

Bild 6 Die Oberfläche des neuen halogenfreien Dämmstoffs NH/ArmaFlex Smart ist glatter und das Material lässt sich gut schneiden. Die Herausforderung bei der Entwicklung bestand darin, die Verarbeitungsfreundlichkeit und UV-Beständigkeit des Produkts weiter zu optimieren und gleichzeitig ein ausgezeichnetes Dämm- und Brandverhalten zu gewährleisten.

Basierend auf einer völlig neuartigen Schaumtechnologie kombiniert das neue Material die bewährten Brandeigenschaften und die hohe Umweltverträglichkeit mit einer deutlich verbesserten Flexibilität und einer ausgezeichneten UV- und Alterungsbeständigkeit. NH/ArmaFlex Smart ist halogenfrei und enthält kein PVC. Es wird ohne Zusatz bromhaltiger Flammschutzmittel hergestellt und ist frei von Chlorparaffinen.

Kurz- und mittelkettige Chlorparaffine gelten als gesundheits- und umweltgefährdend und ihre Produktion wurde in Europa eingestellt. NH/ArmaFlex Smart enthält weder kurz-, mittel-, noch langkettige Chlorparaffine. Damit erfüllt das Produkt die höchste Qualitätsstufe der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) für flammhemmend ausgerüstete Bauprodukte.

Eine Alternative zu halogenfreien FEF bieten Elastomerschäume, die zwar nicht komplett halogenfrei sind, im Brandfall jedoch nur eine extrem geringe Rauchgasdichte aufweisen. Durch die Entwicklung intrinsisch („von sich aus“) flammwidriger Polymere und den Einsatz ablativer Schutzadditive kann bei der Herstellung von ArmaFlex Ultima auf die Zugabe bromierter Flammschutzmitteln verzichtet werden. Damit verbindet der Elastomerschaum erstmalig eine sehr hohe Flammwidrigkeit mit einer minimalen Rauchentwicklung.

Das auf der patentierten ArmaPrene-Technologie basierende Material erzielt als erster flexibler Elastomerdämmstoff die zuvor unerreichte Brandschutzklasse B_L-s1,d0 und weist im Vergleich zu einem Standard-Elastomerprodukt eine bis zu zehnmal geringere Rauchentwicklung auf. Mit seiner geringen Rauchdichte verbessert das schwerentflammbare Material die Sicht und Atmung und verlängert die verfügbare Zeit für eine sicherere Evakuierung im Brandfall.