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empa: Mit Altpapier zum brandschutzwirksamen Dämmstoff

Wissenschaftler der schweizerischen Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben gemeinsam mit dem Dämmstoffhersteller Isofloc einen Dämmstoff aus Altpapier entwickelt. Das Produkt schützt wirksam vor Feuer und ist für Mensch und Umwelt unbedenklich.

Vorzeigebeispiel für Upcycling

Dr. Franziska Grüneberger hält einen unscheinbaren Würfel aus grauen Flocken in der Hand. Darin steckt sehr wenig Chemie, aber umso mehr technisches Knowhow. Denn der Würfel beweist, dass sich riesige Berge von Altpapier in ein wertvolles und feuerfestes Dämmmaterial verwandeln lassen – ein Schlüssel zur Einsparung fossiler Brennstoffe und sinnvoller Weiterverwendung für scheinbare Abfälle.

Die Wissenschaftlerin im Bereich Cellulose & Wood Materials an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) begann im Frühjahr 2017 gemeinsam mit ihrem Kollegen Dr. Thomas Geiger nach einem geeigneten Bindemittel zu suchen. Der Anlass war ein Industrieprojekt mit der Dämmstofffirma Isofloc. Die Aufgabe war nicht ganz leicht, wie Franziska Grüneberger sagt. „Wir haben für die bereits am Markt etablierten Zellulosefasern der Isofloc AG nach einem geradezu magischen Bindemittel suchen müssen – ein Stoff, der möglichst von einer Sekunde auf die nächste wirkt."

Altpapier: ungiftig, günstig und ausreichend verfügbar

Erste Randbedingung: Für den Einsatz im nachhaltigen Holzbau sollte das Bindemittel nachweislich ungiftig sein – ein Stoff, mit dem Menschen dauerhaft und problemlos in Berührung kommen können. In Frage kommen Hilfsstoffe aus der Textil-, Papier-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie – oder Substanzen aus der Natur. Zweite Rahmenbedingung: Das gewünschte Bindemittel soll günstig und in grossen Mengen verfügbar sein. „Wir stellten gemeinsam mit Isofloc eine Reihe von Versuchen an und verbanden die Dämmfasern mit unterschiedlichen Zusatzstoffen“, berichtet die Forscherin. Zugleich lief die Suche nach dem geeigneten „Startschuss“, der die Fasern von einem Moment zum nächsten verbindet. Erhitzen mit Dampf? Mit Infrarotstrahlung? Über magnetische Induktion? Schliesslich fand sich aus der grossen Reihe von „Verdächtigen“ der gewünschte Stoff – eine Substanz aus der Lebensmittelindustrie. Laborversuche an der Empa und bei der Isofloc zeigten auch im Brandfall eine zuverlässige Verbindung des Zelluloseflockengefüges.

Entscheidend ist, was der Altpapier-Faserwürfel nicht macht: zerbröseln. Denn genau diese Eigenschaft ist wichtig, um tragende Elemente von Holzhäusern lange vor Feuer zu schützen. In der industriellen Herstellung von Dämmstoffschichten ist diese Formstabilität allerdings nur schwer zu erreichen. "Wir haben es hier nicht mit Dämmstoffmatten zu tun, die von Arbeitern zugeschnitten und ins Bauteil eingepasst werden müssen", erläutert Grüneberger. „Die Altpapier-Fasern werden vielmehr automatisch in einen Hohlraum eingeblasen, bis er ganz gefüllt ist.“ Das Einblasen soll aus Kostengründen möglichst leicht und schnell erfolgen, deshalb müssen die Fasern in diesem Moment gut fliessen. Sobald sie jedoch im Hohlraum sind, sollen sie formstabil bleiben. So kann die Konstruktion bei Bränden geschützt werden. Am Ende soll die maschinell eingeblasene Dämmung so fest und formatfüllend im Bauteil sitzen wie eine von Menschenhand eingepasste Dämmplatte. Nur so kann sie die Hitze eines Feuers lange genug zurückhalten und einen vorzeitigen Abbrand der Konstruktion verhindern.

Dr. Franziska Grüneberger von der Empa und Willi Senn, Entwicklungsingenieur bei Isoflo,  entwickelten ein neues Bindeverfahren, welches den Isofloc-Dämmstoff deutlich feuerfester macht als bisher. Hier stehen die beiden im Brandlabor, in dem die entscheidenden Versuche stattfanden

Dr. Franziska Grüneberger von der Empa und Willi Senn, Entwicklungsingenieur bei Isofloc,  entwickelten ein neues Bindeverfahren, welches den Isofloc-Dämmstoff deutlich feuerfester macht als bisher. Hier stehen die beiden im Brandlabor, in dem die entscheidenden Versuche stattfanden. (Quelle: Empa)

Upscaling und Brandversuch

Doch gelingt das auch im Grossmassstab, in einer Produktionshalle? Ein Upscaling-Versuch brachte den Beweis: Die Flocken wurden in mehrere Test-Holzrahmen eingeblasen, daneben ein identischer Hohlraum mit Flocken ohne den neuartigen Zuschlagstoff, und im herkömmlichen Verfahren eingebracht. In einem Brandlabor wurde der Holzrahmen  eine Stunde lang einer 800 bis 1000 Grad heissen Flamme ausgesetzt. Der Holzrahmen durfte an keiner Stelle durchbrennen, und es durften auch keine glühenden Flocken herausfallen. Das Ergebnis: Die neue Isolierung hielt dem Test stand und schützte die Konstruktion zuverlässig, während die Flocken ohne Zuschlagstoff durch die fehlende Verklebung aus dem Holzrahmen herausfielen.

Die Vorteile erläutert Jon-Anton Schmidt, Leiter Anwendungstechnik bei der Isofloc AG: „Das Dämmmaterial in loser Form einzubringen, ist schon eine enorme Zeitersparnis. Mit dem zusätzlichen Vorteil der Formstabilität und der damit verbundenen Brandschutzwirksamkeit erreichen wir Schutzwirkungen, die mit geklemmten Steinwollmatten vergleichbar sind. Das macht die ohnehin schon ökologische und effiziente Dämmung für die Bauindustrie noch interessanter.“

Aus Altpapier brandschutzwirksamen Dämmstoff herstellen: Das ist der Empa und der Isofloc gelungen. (Quelle: Empa)

Aus Altpapier brandschutzwirksamen Dämmstoff herstellen: Das ist der Empa und der Isofloc gelungen. (Quelle: Empa)

Neue Generation von industriellen Dämmsystemen

Der finale Entwicklungsschritt liegt nun bei Isofloc. Dort müssen die Maschinentechniker und Ingenieure aus dem bestehenden Prototypen eine neue Generation von Einblasmaschinen entwickeln, die die Anforderung an Reproduzierbarkeit und Qualitätskontrolle erfüllen. Die Dosierung des Bindemittels ist dabei wichtig. Sie muss in allen Produktionsschritten in engen Toleranzen eingehalten und überwacht werden können.

In einem Jahr, so schätzt man bei Isofloc, kann die neue Dämmung zusammen mit den passenden Einblasmaschinen auf den Markt kommen. Aus Bergen von Altpapier wird dann ein wertvolles Dämmmaterial, das nicht nur bei der Herstellung und im Einsatz grosse Mengen fossiler Brennstoffe einsparen hilft, sondern industriell als einziger loser Dämmstoff brandschutzwirksam eingesetzt werden kann.  (aho)

 

Quelle: Rainer Klose/Empa

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