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Letzte Aktualisierung: 29.06.2021
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Polystyrol: Herstellung, Dämmeigenschaften und Verwendung
Was ist Polystyrol? Wie werden Dämmstoffe aus Polystyrol hergestellt und welche Dämmeigenschaften besitzen sie? Was muss man bei der Verarbeitung von Polystyrol beachten?
Polystyrol ist ein Grundstoff synthetischer Dämmstoffe. Aus expandiertem oder extrudiertem Polystyrol werden meistens Dämmplatten hergestellt und zur Innen- und Außendämmung genutzt. Hier erklären wir, wie Polystyrol hergestellt wird, welche Dämmeigenschaften Polystyrol besitzt und wie es zur Wärmedämmung eingesetzt wird.
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Chemische Zusammensetzung von Polystyrol
Polystyrol gehört zu den thermoplastischen Kunststoffen. Polystyrol (auch Polystyren genannt) ist ein transparenter, in aufgeschäumter Form weißer, amorpher oder teilkristalliner Thermoplast, dessen Ausgangsmaterial Styrol ist. Synthetisches Styrol wird aus Erdöl gemacht, einem fossilen Rohstoff.
Ein Thermoplast ist ein Kunststoff, der sich innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs (im Fachjargon: thermoplastisch) verformen lässt, wobei sich die Verformung beliebig oft wiederholen lässt, demnach reversibel ist, solange der Kunststoff beim wiederholten Erhitzen und Abkühlen nicht überhitzt wird und sich infolgedessen zersetzt. Das Kurzzeichen für Polystyrol ist PS. Sein IUPAC-Name ist Poly(1-phenylethan-1,2-diyl). Polystyrol gibt es in Form von Schaumstoff als expandiertes Polystyrol (kurz: EPS, seltener PS-E) und als extrudiertes Polystyrol (kurz: XPS).
Herstellung von extrudiertem und expandiertem Polystyrol
Extrudiertes Polystyrol (XPS) wird hergestellt aus Polystyrol und einem Treibmittel (häufig CO2 mit Additiven wie z. B. Isobutan), Farbstoffen und Flammschutzmitteln wie HBCD, das in Zukunft durch Polymer-FR ersetzt wird. Dabei wird Polystyrolgranulat bei rund 200°C in einem Extruder aufgeschmolzen und mit den Zusatzstoffen vermengt. Über eine Breitschlitzdüse wird dann die Schmelze auf ein Fließband aufgetragen und bläht sich dabei stark auf. Das Polystyrol bekommt so eine homogene und geschlossenzellige Struktur. Ist der Polystyrolschaumstoff abgekühlt, kann er in die entsprechende Form zugeschnitten werden.
Expandiertes Polystyrol (EPS), auch bekannt unter dem Markennamen „Styropor“, besteht aus Polystyrol, dem Treibmittel Pentan und denselben Flammschutz-Additiven, die bei der XPS-Herstellung verwendet werden. Durch Polymerisation unter Behandlung mit Wasserdampf expandiert das Polystyrol um das 20- bis 50-fache seines Volumen und es entsteht ein Granulat. Nach dem Abkühlen wird das Granulat ein zweites Mal mit Wasserdampf aufgeschäumt, was die Polystyrolperlen zu einem homogenen Material verschweißt.
Betrachtet man die Struktur von Polystyrol, fällt auf, dass es aus etwa zwei bis drei Millimeter großen Schaumkügelchen besteht, die quasi aneinander gebacken sind. Man erkennt diese bestens, wenn man eine Hartschaumplatte bricht. EPS ist dabei meist grobkörniger als XPS und häufig weiß oder schwarz, während XPS heute gerne und je nach Hersteller/ Anbieter/ Marke unterschiedlich gefärbt sein kann.
Dämmeigenschaften von Polystyrol
Der Kunststoff Polystyrol wird vielfältig eingesetzt, wobei das Material sich in geschäumter Form seit vielen Jahren als Dämmstoff bestens bewährt hat. Und zwar als Wärmedämmung ebenso wie zur Trittschalldämmung. Während festes, amorphes Polystyrol glasklar, hart und schlagempfindlich ist, hat es in geschäumter Form andere Dämmeigenschaften, die man sich für die Dämmung zunutze macht:
Geschäumtes Polystyrol ist undurchsichtig. Es ist – verglichen mit festem Polystyrol – weniger fest und weniger elastisch. Aber: Seine Wärmeleitfähigkeit ist sehr gering. Und genau das ist der Grund, warum sich das geschäumte Polystyrol als Dämmstoff durchgesetzt hat. Unter den Dämmstoffen kann man es inzwischen als Klassiker bezeichnen, der lange Zeit ohne Konkurrenz war.
Festes Polystyrol kommt mit einer Rohdichte daher, die zwischen 1.040 und 1.090 Kilogramm pro Kubikmeter liegt. Die Rohdichte von geschäumtem Polystyrol, wie es bei der Dämmung von Gebäuden zum Einsatz kommt, liegt bei etwa 15 bis 30 (EPS) beziehungsweise 25 bis 50 (XPS) Kilogramm pro Kubikmeter. Das heißt: Der Dämmstoff Polystyrol ist extrem leicht. Das ist neben der Wärmeleitfähigkeit der zweite Grund dafür, dass Polystyrol als Dämmstoff eine so steile Karriere gemacht hat.
Die Wärmeleitfähigkeit von Polystyrol liegt zwischen 0,028 und 0,045 Watt pro Meter und Kelvin. Sie ist damit hervorragend. Nach geltender EnEV braucht man eine Dämmschicht von etwa 14 Zentimetern um den geforderten U-Wertvon 0,24 Watt pro Meter und Kelvin zu erzielen.
Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln
Gegenüber wässrigen Laugen und Mineralsäuren ist Polystyrol gut beständig. Gegenüber Benzin (das als unpolares Lösungsmittel gilt) allerdings ist es unbeständig. Geschäumtes Polstyrol wird bereits von kleinen Mengen von Lösemitteln buchstäblich „zerfressen“ – und zwar schnell und weitläufig, da das Lösungsmittel das im Polystyrol eingeschlossene Treibgas freisetzt.
Brandverhalten
Insbesondere für den Einsatz als Dämmstoff ist das Brandverhalten des Polystyrols von Bedeutung: Es brennt mit einer leuchtend gelben Flamme, die stark rußt. Dabei wird Styrol freigesetzt, das einen typischen blumig-süßlichen Geruch hat. Allerdings liegt Polystyrol selten in purer Form vor, oft ist es chemisch verunreinigt, so dass die stechenden Dämpfe der Verunreinigungen den ursprünglichen Geruch des Polystyrols verschmutzen. Der schwarze Rauch und die Brandgase, die sich im Falle eines Brandes entwickeln, enthalten gefährliche Zersetzungsprodukte, die, so man sie denn einatmet, der Gesundheit stark schaden können. Darunter:
- Kohlenmonoxid,
- Kohlendioxid,
- Stickoxide
- und das bereits genannte Styrol.
Expandiertes Polystyrol schmilzt bei einem Brand recht schnell – schon bei Temperaturen knapp über 100 Grad Celsius. Unglücklicherweise tropft es dann ab, wobei die einzelnen Tropfen auch Feuer fangen und dann brennend abtropfen. Das führt schnell zu einer Ausbreitung eines Brandes und / oder versucht neue Brandstellen (sogenannte Nebenbrände). Eingestuft wird Polystyrol nach der europäischen Norm DIN EN-13501-1in die Baustoffklasse E (normal entflammbar ohne extra Brandschutz).
Polystyrol ist entsprechend der Brandschutzklasse B1 bzw. B2 "schwer bis normal entflammbar". Dieses Brandverhalten wird mittels geeigneter Baumaßnahmen ausgeglichen. Zum Beispiel werden in Wärmedämmverbundsystemen (WDVS), deren Kernstücke Dämmplatten aus EPS oder XPS sind, sogenannte Brandriegel eingesetzt, die ein Ausbreiten des Brandes verhindern, da sie das Gebäude in regelmäßigen Abständen (Höhen) wie ein Gürtel umschließen und in das WDV-System integriert sind.
Witterungsbeständigkeit
Gegenüber Wasser, Wind und Wettern ist insbesondere geschäumtes Polystyrol recht beständig, allerdings nicht gegenüber ultraviolettem Licht (kurz: UV-Licht), das Teil der natürlichen Sonnenstrahlung ist. Als Dämmstoff im Außenbereich (Außendämmung) muss das Material deshalb bei der Verarbeitung und nach der Montage an der Fassade effektiv vor Tageslicht und dem Licht sogenannter Gasentladungslampen geschützt werden, da es sonst vorzeitig altert und verrottet. Dieser frühzeitige Alterungsprozess kündigt sich mit einer einsetzenden Versprödung an, die schnell zu Rissen in den Dämmstoffplatten führt.
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| Dämmstoff-Kennzahl | extrudiertes Polystyrol (XPS) | expandiertes Polystyrol (EPS) |
|---|---|---|
| Anwendungstyp nach DIN V 4108-10 | DAD, DAA, DUK, DI, DEO, WAB, WAP, WZ, WI, PW, PB | DAD, DAA, DZ, DI, DEO, DES, WAB, WAA, WAP, WZ, WI, PW, PB |
| DIN EN/ Zulassung | DIN EN 13164 (Gebäude) DIN EN 14307 (technische Gebäudeausrüstung) | DIN EN 13163 (Gebäude) DIN EN 14309 (technische Gebäudeausrüstung) |
| Rohdichte in kg/m3 | 25 bis 50 | 15 bis 30 |
| Bemessungswert Wärmeleitfähigkeit W/(mK) | 0,028 bis 0,042 | 0,031 bis 0,045 |
| Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl | 80 bis 200 | 20 bis 100 |
| Brandklasse nach DIN EN 13501-1 | B1, B2 (DIN 4102-1) E (Euroklasse) | B1, B2 (DIN 4102-1) E (Euroklasse) |
| Spezifische Wärmekapazität in J/(kgK) | 1300 bis 1700 | 1210 bis 1500 |
| Druckspannung in kPa (10% Stauchung) | 150 bis 700 | 0 bis 200 |
| Zugfestigkeit in kPa (senkrecht zur Plattenebene) | 100 bis 400 | 50 bis 100 |
| Dynamische Steifigkeit in MN/m3 | > 130 | 5 bis 50 |
| Dimensionstabilität in % | < 5 | < 0,2 |
| Temperaturbeständigkeit in °C | 85 | 80 bis 85 |
Preise, Lieferformen und Verarbeitung von Polystyrol
Polystyrol ist ein relativ günstiger Dämmstoff (15 bis 30 Euro pro Quadratmeter), was wesentlich zu seiner Verbreitung und Beliebtheit beiträgt. Deshalb wird oftmals wegen des Dämmstoff-Preises mit Polystyrol gedämmt.
Expandiertes Polystyrol ist handelsüblich in Form von Platten, Formteilen oder Granulat erhältlich. Es sind Dicken zwischen 10 mm und mehr als 300 mm möglich. Verarbeitung und Einbau sind durch Schneiden, Sägen und Bohren möglich. Speziell „elastifizierte“ Platten werden auch oft als Trittschalldämmung unter schwimmenden Estrichen oder im Trockenbau eingesetzt. Im Handel haben sich für expandiertes Polystyrol Marken wie Styropor (BASF-Marke), Austrotherm, Steinopor, Sagex, Swisspor, Hungarocell (Ungarn), Telgopor (spanischsprachige Länder) und Frogolit (Schweden) einen Namen gemacht.
Extrudiertes Polystyrol wird unter bekannten Marken wie Styrodur, Austrotherm, Floormate, Roofmate, Styrofoam und Jackodur gehandelt und oft herstellerspezifisch in verschiedenen Farben produziert:
- Styrodur (grün)
- Jackodur (lilafarben)
- Austrotherm XPS (rosafarben)
- Styrofoam (blau)
Graues, expandiertes Polystyrol ist eine neuere Produktvariante, welche sich bereits optisch durch eine von Graphit verursachte Graufärbung unterscheidet. Die im Material eingelagerten Graphitpartikel reflektieren und absorbieren einen Teil der Wärmeübertragung durch Strahlung im Dämmstoff. Dadurch wird die Wärmeleitzahl bei gleicher Rohdichte um etwa 20 % verringert.
Extrudiertes Polystyrol ist in Form von Platten erhältlich. Diese werden in handelsüblichen Dicken von 20 bis 200 mm hergestellt. Größere Dicken sind bis zu 320 mm als verklebte Schichten erhältlich. Der Einbau und die Verarbeitung sind im Allgemeinen unkompliziert und erfordern keine besonderen Sicherheitsmaßnahmen. Die Polystyrolplatten lassen sich gut mit den üblichen Werkzeugen schneiden, fräsen und sägen. Zum Anbetonieren, Verputzen und Verkleben sind vor allem Polystyrolplatten mit rauen oder profilierten Oberflächen geeignet. Wie EPS, versprödet auch XPS bei längerer UV-Belastung und sollte ebenfalls nicht mit Teerprodukten, Kraftstoffen, Heißkleber oder Klebern die Lösungsmittel enthalten in Kontakt kommen.
Recycling von Polystyrol-Dämmstoffen
Grundsätzlich gilt, dass Polystyrol wiederverwendbar ist. Allerdings wird es aufgrund von Verschmutzungen und Vermischungen durch z. B. Kleber und anderen Hilfsmitteln beim Dämmen eher selten wieder eingesetzt. Teilweise wird das Polystyrol in Deponien entsorgt, wo es wegen des Ausschlusses von Licht quasi nicht verrottet. Teile werden auch verbrannt, wobei viele klimaschädliche Emissionen entstehen. Technisch ist ein Recycling möglich. Aufgrund der Komplexität dieser Anlagen und aus logistischen Gründen, werden in der Praxis nur verhältnismäßig geringe Mengen an Polystyroldämmstoffen recycelt.
Neuere Recycling-Techniken wie die lösemittelbasierte Aufbereitung von "Polystyvert" bieten einen zu 100 % geschlossenen Stoffkreislauf, indem Verunreinigungen, aber auch Farben, Gerüche, Graphit und vor allem HBCD aus expandiertem Polystyrol/Styropor (EPS), extrudiertem Polystyrol (XPS) und kompaktem Polystyrol (PS) entfernt wird. en.
Das Polystyvert-Verfahren kommt damit zu ähnlichen Ergebnissen, wie das vom Fraunhofer-Institut entwickelte "CreaSolv-Verfahren". Das von (2018) 60 Herstellern aus der gesamten Wertschöpfungskette initiierte und auf dem "CreaSolv-Verfahren" basierende Projekt "PolyStyreneLoop" geht 2019 in den Niederlanden in einer Demonstrationsanlage mit einer Jahresleistung von 3.000 t in Betrieb.
Auch für die Trennung von Verbundmaterialien stehen bereits erste Techniken zur Verfügung. So kommt z.B. "Powerbrush" bei der Trennung von Flachdachplatten und Bitumenbahnen zur Anwendung. Um den Transport von Alt-Styropor zum Recyclingwerk zu optimieren wurden in der Zwischenzeit zwei Techniken entwickelt. Zum einen bietet sich die Möglichkeit aus den Schaumstoffen Polystyrol-Briketts zu pressen, zum anderen können die Schaumstoffe vor Ort aufgelöst und die Lösung zum Werk transportiert werden.
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Weitere Informationen über synthetische Dämmstoffe
Hersteller von Polystyrol-Dämmstoffen
- Austrotherm Dämmstoffe GmbH (Austrotherm)
- BASF SE (Styropor, Styrodur, Peripor)
- Dow Deutschland Anlagengesellschaft mbH (Floormate, Roofmate, Styrofoam)
- Frogolit (Schweden)
- Hungarocell (Ungarn)
- IsoBouw GmbH
- JACKON Insulation GmbH (Jackodur)
- Philippine Dämmstoffe
- Sager AG (Sagex)
- SAINT-GOBAIN ISOVER G+H AG (Styrodur)
- Steinbacher Dämmstoff GmbH (Steinopor)
- swisspor AG (Swisspor)
- Telgopor (Spanien)
- Yetico (Polen)
