Jahresbericht 2019

Nachhaltige, flammgeschützte Fassadendämmstoffe.

Gebäudedämmung, Nachwachsende Rohstoffe, Flammschutz

Gebäudedämmstoffe sind ein essentieller Bestandteil des modernen Bauwesens zur Energieeinsparung. Auf Grund seiner vielfältigen Vorteile hat der Polystyrolpartikelschaum (EPS) hierbei einen großen Marktanteil. Für dessen Zulassung ist eine schwere Entflammbarkeit notwendig, die beim EPS durch Zusatz eines bromierten Polymers als Flammschutzmittel erreicht wird. EPS-Dämmplatten sind allerdings als komplett erdölbasierte Bauteile nicht zielführend im Sinne eines nachhaltigen, ressourcen- und umweltbewussten Umgangs mit Rohstoffen, weshalb im Fraunhofer LBF nachhaltige Alternativen entwickelt wurden.

Dämmung mit Naturmaterialien

Die Aufgabe im Forschungsvorhaben »OrganoPor« war die Entwicklung innovativer, biobasierter Dämmmaterialien, die analog zu erdölbasiertem Polystyrolschaum für den Massenmarkt interessant sind. Das Ziel war die Herstellung leichter plattenartiger Bauteile, die an der Fassade von Gebäuden eingesetzt werden können. Dabei standen vor allem reduzierte Brandeigenschaften und eine Massenverfügbarkeit der Rohstoffe aus heimischen Produkten der Land- und Forstwirtschaft im Vordergrund. Insbesondere wurde darauf geachtet, dass die verwendeten Rohstoffe nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen, weshalb vorzugsweise Rest- und Seitenströme zum Einsatz kamen.

Effektiver Brandschutz mit Naturstoffen

Der Lösungsansatz des Vorhabens basiert auf der Verwendung poröser, biobasierter Materialien mit partikulärer Struktur. Diese wurden mit einem wasserbasierten, flammschutzmittelhaltigen Duromerharz beschichtet und durch anschließendes Heißpressen zu Platten verarbeitet. Als Rohstoffe kamen dabei z. B. Kork- oder Maiskolbenschrot, Zuckerrübenschnitzel, Erdnussschalen, Flachs- und Rapsstroh, Holzspäne oder Rindenmulch zum Einsatz. Als geeigneter Harzbinder, der die Partikel zusammenhält und der Platte ihre mechanische Stabilität verleiht, wurde ein wässriges, ligninbasiertes Harz identifiziert, so dass alle organischen Bestandteile aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Bei den verwendeten Flammschutzmittteln handelte es ich um umweltfreundliche, halogenfreie, mineralische Substanzen. Im Fall eines Brandes verkohlt das flammgeschützte Harz, sorgt so für eine Formstabilität der Dämmstoffe und schützt dabei die eingebetteten porösen Biomaterialien vor Feuer.

Die erhaltenen Platten wurden hinsichtlich Brandverhalten, Dichte und Wärmeleitfähigkeit charakterisiert sowie bezüglich Verarbeitbarkeit auf der Baustelle (mechanische Stabilität, Zuschnitt mit Säge) einer ersten Begutachtung unterzogen.

Vielversprechende Ergebnisse

Nach einem ersten Screening der Materialien und Variation der Prozessbedingungen sowie einigen Optimierungszyklen wurden schließlich Materialien erhalten, die eine Dichte von etwas mehr als 100 kg/m³ sowie Wärmeleitfähigkeiten von knapp weniger als 0,040 W/mK aufweisen. Obwohl es sich bei den verwendeten, partikulären Ausgangssubtanzen in den meisten Fällen um brennbare Materialien handelt, waren die OrganoPor-Materialien im Kleinbrennertest überwiegend selbstverlöschend nach Entfernen der Flamme. Das bei einigen Proben zu beobachtende Nachglimmen wurde durch Kombination verschiedener Flammschutzmittel erfolgreich unterbunden. Mit dem hier angewendeten Kleinbrennertest kann nach DIN EN 13501-1 bestenfalls eine Einstufung in eine Brandschutzklasse der Kategorie »normal entflammbar« erfolgen. Durch Behandlung der Materialien mit einem Gebläsebrenner konnte jedoch auch keine Entflammung erreicht werden, was einen Hinweis darauf liefert, dass eine Einstufung in »schwer entflammbar« möglich erscheint.

Industriepartner für Produktentwicklung gesucht

Verschiedene aus dem Projekt hervorgehende Materialien erfüllen die Anforderungen an einen Dämmstoff aus nachwachsenden Rohstoffen hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und Dichte. Obwohl die Dichte bei weitem nicht die von Polystyrolschaumplatten erreicht, ist sie doch vergleichbar zu der von anderen biobasierten Dämmstoffen. Die OrganoPor-Materialien bieten jedoch gegenüber diesen den Vorteil, als stabile Plattenware zur Verfügung zu stehen und gleichzeitig noch eine geringere Brennbarkeit bzw. Entflammbarkeit aufzuweisen. Somit bestehen gute Chancen, dass OrganoPor ein erfolgreiches Produkt auf dem Dämmstoffmarkt sein kann.

Um jedoch ein markfähiges Produkt zu erhalten, sind noch weitere Entwicklungsschritte zur Validierung der Materialien in echten Anwendungen sowie ein Up-scaling des Herstellungsverfahrens auf einen großtechnischen Prozess nötig. Es ist vorgesehen, diese Schritte in Form eines Verbundprojektes mit starken Industriepartnern zeitnah durchzuführen.