1. Einleitung 1.1 Allgemeines und Begrifflichkeiten

Seit einem knappen Jahrzehnt findet der Begriff des Flüssigholzes Einzug in den

Sprachgebrauch von Kunststoffverarbeitern und –anwendern. Konkurrierend zu diesem

Begriff werden auch die Bezeichnungen Wood Plastic Composites und holzgefüllte

Kunststoffe verwendet. Die Begrifflichkeiten sind nicht stringent definiert. Ursprünglich

wurde unter Flüssigholz eine Lignin- oder Stärkematrix verstanden, die mit Holzfasern

verstärkt wurde. Ein ligninbasiertes Flüssigholz ist z.B. ARBOFORM der Tecnaro

GmbH, während marktgängige stärkebasierte Materialien am Interuniversitären

Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie in Tulln, Österreich entwickelt. Bedingt

durch suboptimale mechanische Eigenschaften, diffizile Verarbeitung und/oder nicht

marktgängige Preise wurde in diesem Bereich der Fokus mehr auf holzverstärkte

Thermoplaste gelegt. Geeigneter Weise werden diese Werkstoffe mit hohem

Holzfasergehalt als Wood Plastic Composites (WPC) bezeichnet. Mit diesen WPC´s

lassen sich einfache Spritzgießteile relativ unproblematisch herstellen [1, 2]. Unter

holzgefüllten Kunststoffen, mit denen sich im Weiteren nicht befasst wird, sind weiterhin

niedergefüllte Kunststoffe (Holzanteil < 50 Gewichtsprozent) zu verstehen.

Im Jahr 2003 wurden in Europa 30.000t WPC-Profile produziert, welche u.a. für

Verkleidungen, Fensterprofile und Innenanwendungen verwendet werden [1]. Als

Holzwerkstoff ist Flüssigholz wie sein wichtigstes Ausgangsmaterial Holz normal

brennbar. Dementsprechend erreichen Flüssigholz-Werkstücke die Brandschutzklasse B1

„schwer entflammbare Baustoffe“ nicht. Dies ist besonders dann ein Ausschlussgrund

bezüglich der Anwendung, wenn an Werkstücke im Innenausbau von Häusern wie

beispielsweise im Falle von Versammlungsräumen besondere Anforderungen gestellt

werden. Obschon es eine ganze Reihe von Veröffentlichungen zum Thema „Flüssigholz“

gibt, ist eine systematische Untersuchung zu diesem Problemkreis nicht bekannt [3 – 12].

1.2 Ziele

Vor diesem Hintergrund zielt das in Aussicht genommene Projekt darauf ab, Flüssigholz

hinsichtlich der Brandhemmungswirkung zu optimieren. Deshalb sollen die

- 2 -

Flüssigholzproben hergestellt im Extrusions- und Spritzgießverfahren durch Zugabe von

Additiven brandschutztechnisch optimiert werden. Die Wirkung der Brandschutzmittel

auf die mechanischen Werkstückeigenschaften ist anhand von Zug-, Schlag- und

Biegefestigkeitsprüfungen zu analysieren. Darüber hinaus sind die Abbrandeigenschaften

entsprechend der DIN-Norm 4102-1 (B1-Norm) zu prüfen.

1.3 Flammschutzmittel

Kunststoffe lassen sich generell mit sehr unterschiedlichen Kunststoffen ausrüsten, die

jedoch nicht in jedem Polymer die gleiche Wirksamkeit entfalten. Ausschlaggebend sind

die jeweilige Polymerbasis und die gewünschte Leistungseigenschaft der Anwendung

einschließlich ihrer geforderten Flammwidrigkeit.

Die meisten Flammschutzmittel bauen auf organischen und anorganischen Stoffen auf,

die Brom, Chlor, Phosphor metallische Hydroxide, Oxide und/oder Salze enthalten. Im

Wesentlichen werden eingesetzt:

• Chlorierte organische Verbindungen

• Bromierte organische Verbindungen

• Stickstoffhaltige organische Verbindungen

• Phosphorhaltige organische oder anorganische Verbindungen

• Anorganische Metallverbindungen (z.B. Hydroxide)

Flammschutzmittel wirken physikalisch und/oder chemisch entweder im Trägermaterial

des Polymers (kondensierte Phase) oder nehmen unmittelbar Einfluss auf Gasförmige

Zersetzungsprodukte (Gasphase). Am effizientesten gelten die chemisch wirksamen

Flammschutzmittel, von denen sich die brom- und chlorhaltigen Produkte in der

Gasphase entfalten, die Phosphor- und Stickstoffbasierten Substanzen vorwiegend in der

kondensierten Phase [13]. Bei der Anwendung ist ein starker Trend von halogen- zu

phoshorhaltigen Flammschutzmitteln zu erkennen [14].

- 3 -

2. Verwendete Materialien 2.1 Flüssigholz

Die Fachhochschule in Pirmasens arbeitet seit mehreren Jahren auf dem Gebiet des

Flüssigholzes u.a. gefördert durch die Forschungsanstalt für Waldökologie und

Forstwirtschaft in Trippstadt. Bedingt durch diverse Vorarbeiten wurde sich bei diesem

Projekt exemplarisch auf das Flüssigholzprodukt FASAL/FASALEX beschränkt. Bei

FASALEX handelt sich hierbei um ein extrudierbares Flüssigholz, wohingegen FASAL

im Spritzgießbereich eingesetzt wird.

Holzanteil [%]

Maisanteil [%]

Polymer- und Additivanteil [%]

FASALEX LEX 452 70 20 10 (Alken)

FASALEX LEX 468 75 10 15 (PP)

FASALEX LEX 474 60 10 30 (PVC)

FASALEX LEX 382H 70 28 2

FASAL 337/0 60 20 20 (PE)

FASAL 465 60 20 20 (PA)

FASAL 134 60 20 20 (Naturharze)

Tabelle 2.1: Bestandteile von FASAL und FASALEX [12, 15, 16]

Nach Rücksprache mit den Vertreibern der Flüssigholztypen in Österreich (Fa. Fasalex

GmbH, Kopfing und Interuniversitären Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie,

Tulln) wurde sich zur Untersuchung in diesem Projekt für die gängigsten Varianten LEX

452 und FASAL 337/0 entschieden.

2.2 Flammschutzmittel

Die Auswahl von geeigneten Flammschutzmitteln gestaltete sich schwierig, weil bei den

einschlägigen kommerziellen Anbietern überhaupt keine Erfahrungswerte vorlagen.

Einzig der Erfinder von FASAL und FASALEX, Herr Dr. Mundigler, hat FASAL ca.

- 4 -

10% Ammoniumphospat zugesetzt und damit „gute Erfolge erzielt“ [17]. Aus diesem

Grund wurde die Kunststoffmesse in Düsseldorf genutzt, um Gespräche mit

kommerziellen Anbietern von Flammschutzmitteln zu führen. Von der Fa. Lanxess in

Köln wurden die Produkte Disflamoll DPK (Wirkstoff Diphenylkresylphosphat),

Disflamoll TOF (Wirkstoff Trioctylphosphat), Levagard TEP (Wirkstoff

Triethylphosphat) und Levagard DMPP (Wirkstoff Dimethylpropanphosphonat) geliefert.

Die Fa. Carl Spaeter GmbH in Duisburg sandte zwei Modifikationen ihres

Flammschutzmittels Hidromag FR in Laborabfüllungen zu. Größere Gebinde, die bei der

Mutterfirma Penoles in Mexiko bestellt wurden, trafen nicht ein. Weiterhin wurden je 10

kg der Flammschutzmittels ALFRIMAL 437 und ALFRIMAL 103 der Alpha Calcit

Füllstoff GmbH & Co. KG. verwendet, die sich lediglich in der Korngröße

unterscheiden.

Die Eigensynthese von Triscyanoethylphoshin und Triscyanoethylphosphinoxid war

erfolgreich. In Laborbrennversuchen konnte auch die Wirkung der Substanzen

nachgewiesen werden. Die Herstellung größere Mengen dieser Substanzen zur

Einmischung in Flüssigholz (Größenordnung 5 – 10 kg) gelang aber nicht. Daher blieb

dieses Flammschutzmittel unberücksichtigt in diesem Projekt.

Eine interessante natürliche Alternative zu obigen Flammschutzmitteln wurde in Form

von Molke gefunden. Molke ist der wässerige Rückstand der Milch nach Abscheidung

des Kaseins und des Milchfetts bei z.B. der Quark- und Käseherstellung. Es enthält 4 %

Milchzucker, 0,3 – 1 % Eiweiß, Milchsalze, Milchsäure und Spuren von Fett. Molke wird

z.B. auch bei Holzfertighäusern als Brandschutz in Dämmplatten eingemischt [18].

Wirkstoff Hersteller Zustandsform

Disflamoll DPK Diphenylkresylphosphat Lanxess flüssig

Disflamoll TOF Trioctylphosphat Lanxess flüssig Levagard TEP Triethylphosphat Lanxess flüssig Levagard DMPP Dimethylpropanphosphonat Lanxess flüssig

ALFRIMAL 437 Aluminiumhydroxid Alpha Calcit Pulver bis 24 µm

ALFRIMAL 103 Aluminiumhydroxid Alpha Calcit Pulver bis 16 µm

Molkepulver Eiweiß Prodimi Pulver

Tabelle 2.2: Verwendete Flammschutzmittel

- 5 -

3. Probenherstellung 3.1 Extrusion

Die Herstellung der Extrusionsproben wurde bei der Fa. Fasalex GmbH in Kopfing,

Österreich vorgenommen. Im ersten Granulierungsdurchgang wurden je 100 kg

Mischung LEX 452 (siehe Tabelle 2.1) mit 9 l Wasser und 5 % Flammschutzmittel

(Tabelle 2.2) in einem Mischer vermengt und anschließend einem

Doppelschneckenextruder zur Granulierung zugeführt (Bild 3.1). Im Optimierungsschritt

nach den ersten Brennversuchen wurden das effektivste Flammschutzmittel TEP (Bild

5.13) und Molke mit 7,5 % und 10 % Gehalt zugemischt. Es wurde in beiden

Durchgängen auch eine Charge Orginalmaterial mit angemischt.

B

Mischer Zuführung Extruder

ild 3.1: Flüssigholzgranulierung bei FASALEX

- 6 -

Die jeweiligen Granulate wurden in Big Bags abgefüllt (Bild 3.2).

Bild 3.2: Abfüllung in Big Bags

Das Granulat wurde schließlich in einem Extruder mit einer Geschwindigkeit von

1.m/min zu einem Profil verarbeitet (Bild 3.3). Die zugegebenen Flammschutzmittel

beeinflussten signifikant die notwendigen Prozessdrücke (Tabelle 3.1).

Brandschutzmittel Verarbeitungsdruck [bar]

ohne 150

Disflamoll DPK 90

Disflamoll TOF 120

Levagard TEP 100

Levagard DMPP 150

ALFRIMAL 437 220

ALFRIMAL 103 220

Molkepulver 140

Tabelle 3.1: Einfluss des Flammschutzmittels auf den Verarbeitungsdruck

- 7 -

Bild 3.3: Profilextruder bei FASALEX

3.2 Spritzgießen

Das Spritzgießen wurde im Flüssigholztechnikum der FH Kaiserslautern am Standort

Pirmasens auf einer 50t-Spritzgießmaschine der Fa. Arburg (Allrounder 320 S) und

einem Eigenbauwerkzeug durchgeführt (Bild 3.4 und 3.5).

- 8 -

Bild 3.4: Spritzgießmaschine der FH Kaiserslautern am Standort Pirmasens

Einlegeteilumspritzung Dübel

CAMPUS-Prüfstab

Bild 3.5: Umschaltbare Dreifach-Kavität des Spritzgießwerkzeugs

Die pulverförmigen Flammschutzmittel ALFRIMAL 103 (1,5%, 5%, 10%), effektivstes

festes Flammschutzmittel nach Vorversuchen (Bild 5.13) und Molke (2%) wurden über

eine Dosiervorrichtung der Fa. Colortronic eingearbeitet (Bild 3.6). Höhere

Einmischgehalte waren auf diesem Wege nicht möglich (Verklebungen auf der

- 9 -

Schnecke). In einem Kneter (Bild 3.7) war es möglich bis zu 50% AFRIMAL 103

einzumischen. Diese Formmasse wurde anschließend in Ermangelung einer

Granuliereinheit in einer Plattenheizpresse der Fa. Collin (Bild 3.8) verarbeitet.

Bild 3.6: Dosiervorrichtung für Pulver und Feingranulate

Das Einmischen des flüssigen TEP (effektivstes flüssiges Flammschutzmittel, Bild 5.13)

konnte nicht in-situ durchgeführt werden, da das TEP sofort auf der Schnecke verdampfte

und dabei gesundheitsschädliche Dämpfe entstanden. Das TEP wurde daher über einen

- 10 -

separaten Tränkungs- und Trocknungsprozess in das FASAL-Granulat eingearbeitet. In

diesem Prozess konnten jedoch nur 5% TEP eingebracht werden.

Bild 3.7: Kneter

Bild 3.8: Plattenheizpresse

- 11 -

Zum Spritzen des CAMPUS-Prüfstabes (Bild 3.9) wurden folgende Parameter

verwendet:

Maschinentyp Arburg Allrounder 320S 500-150 Schnecke Dreizonen 30mm Durchmesser Verarbeitet Materialien Fasal F337/0 mit 5% TEP und mit 10% Alfrimal 437 Dosieren Staudruck 50 bar Dosiergeschwindigkeit 25 m/min Dosierweg 45 mm Dekompressionweg 10 mm Dekompressiongeschwindigkeit 20 mm/s Verzögerung 17 s Restkühlzeit 30 s Einspritzen (weggesteuert) Einspritzgeschwindigkeit 15 mm/s Einspritzdruckbegrenzung 2210 bar Umschaltpunkt 12 mm Verzögerung 0,1 s Nachdruck 1.Stützpunkt 350 bar 1.Rampenzeit 0,1s 2.Stützpunkt 350 bar 2.Rampenzeit 3,0 s Nachdruckzeit 3,1 s Zylindertemperaturen 1. Zone 20°C 2. Zone 170°C 3. Zone 175°C 4. Zone 180°C 5. Zone 185°C Düse 190°C Werkzeug Temperatur 40°C Schließkraft 25 kN

Tabelle 3.2: Spritzgießparameter für FASAL 337/0

Bild 3.9: CAMPUS-Prüfstab

- 12 -

3.3 Maschinelle Bearbeitung

Im Gegensatz zum Spritzgießen und der dortigen direkten Erzeugung von prüffähigen

Proben wurden bei der Extrusion lediglich Profile hergestellt (Bild 3.10 a und b)

a)

Bild 3.10: Extrudierte Profile, a) Seitenans

Mittels einer Probenfeinsäge der Fa. Mutr

Stabproben mit einer Länge von 120 mm

und E-Modulmessungen sowie 15 mm fü

Probendicke entsprach der Deckplattenstärk

Bild 3.11: Feinprobensäge

b)

icht, b) Querschnitt

onic (Bild 3.11) wurden aus diesen Profilen

und einer Breite von 20 mm für Zug-, Biege-

r Schlagbiegeversuche herausgearbeitet. Die

e von 5 mm.

- 13 -

4. Verwendete Prüfmaschinen und Prüfdurchführung 4.1 Zugprüfungen und Messungen des Elastizitätsmoduls

Die Zugprüfungen wurden an einer Universalprüfmaschine der Fa. Zwick vom Typ 1445

mit einer Maximalkraft von 10 kN in Anlehnung an EN ISO 527 durchgeführt (Bild 4.1).

Die Prüfgeschwindigkeit betrug bei allen Prüfungen 100 mm/min. Bei den Zugversuchen

wurden die Maximalkraft Fmax und die mit dieser Kraft korrespondierenden Längung

∆lmax aufgezeichnet. Es wurden immer fünf Proben einer Prüfserie getestet. Hochwertige

Spannbacken bewirkten einen möglichst geringe Schlupf in den Einspannungen.

Bild 4.1: Universalprüfmaschine

- 14 -

Die Messung des Elastizitätsmoduls erfolgte auch mit der Universalprüfmaschine in

Anlehnung an EN ISO 527. Zur exakten Messung der Dehnung wurden inkrementale

Dehnungsaufnehmer appliziert, die für den Zugversuch auf Grund der dortigen großen

Dehnungen keine Verwendung fanden (Bild 4.2). Die E-Modulmessungen wurden gemäß

ISO EN zwischen 0,05% und 0,25% Dehnung mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/min

unter Messung der korrespondierenden Spannungen durchgeführt. Es wurden immer 3

Proben einer Prüfserie getestet.

Dehnungsaufnehmer

Probe

Bild 4.2: Spannbacken mit Probe und inkrementalen Meßaufnehmern

- 15 -

4.2 Biegeprüfungen

Die Biegeprüfungen wurden mit ebenfalls mit der Universalprüfmaschine, allerdings mit

einer Drei-Punkt-Biegevorrichtung unter Aufzeichnung der maximalen Biegespannung

durchgeführt (Bild 4.3). Der Auflagerabstand betrug bei der Probendicke von 5 mm

gemäß ISO EN 178 85 mm. Die Prüfgeschwindigkeit betrug 5 mm/min. Es wurden

immer 5 Proben einer Prüfserie getestet.

Bild 4.3: Biegevorrichtung

4.3 Schlagbiegeprüfungen

Die Schlagversuche wurde an einer Schlagprüfanlage der Fa. Hesscon in Anlehnung an

EN ISO 179 durchgeführt (Bild 4.4). Der Auflagerabstand in Charpy-Anordnung

(Dreipunkt-Biegeanordnung) wurde entsprechend ISO EN 175 zu 85 mm gewählt. Die

Schlagversuche wurden mit einer Schlagenergie von 4 J (Hammergeschwindigkeit

2,9.m/s). Es wurden immer 5 Proben einer Prüfserie getestet.

- 16 -

Bild 4.4: Schlagprüfmaschine

4.4 Brenntests

Die Brennversuche wurden im FH-eigenen Brennkasten in einem Abzug entsprechend

DIN 75200 durchgeführt (Bild 4.5). Die Proben wurden waagerecht eingespannt und 15 s

mit einem Bunsenbrenner beflammt (Bild 4.6). Gemessen wurde die Flammausbreitungs-

geschwindigkeit, bzw. die Dauer bis zum Verlöschen der Flamme. Die Brennprozesse

wurden zur späteren Dokumentation auf Video aufgenommen. Es wurden immer 4

Proben einer Prüfserie beflammt.

- 17 -

Bild 4.5: Brennkasten im Abzug

Bild 4.6: Brennkasten mit beflammter Probe

- 18 -

5. Prüfergebnisse 5.1 Zugprüfungen

Zugfestigkeiten von Flammgeschutz ausgerüstetem Flüssigholz

0,00

2,004,00

6,00

8,00

10,0012,00

14,00

16,0018,00

20,00

LEX 452rein

DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Zugf

estig

keit

[[Mp

Zugf

estig

keit

[MPa

]

Bild 5.1: Zugfestigkeiten von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

Zugfestigkeiten von Flammgeschutz ausgerüstetem Flüssigholz (optimiert)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

LEX 452rein

7,5 %Molke

10% Molke 7,5% TEP 10% TEP FASALF337

5% TEP 50 %Alfrimal 103

Zugf

estig

keit

[MP

a]

Zu

gfes

tigke

it [M

Pa]

Bild 5.2: Zugfestigkeiten von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

- 19 -

Zug-Bruchdehnungen von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

LEX 452rein

DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Zug-

Bru

chde

hnun

gZu

g-B

ruch

dehn

ung

[%]

Bild 5.3: Zug-Bruchdehnungen von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

Zug-Bruchdehnungen von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz (optimiert)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

LEX 452rein

7,5 %Molke

10%Molke

7,5% TEP 10% TEP FASALF337

5% TEP 50 %Alfrimal

103

Zug-

Bru

chde

hnun

gZu

g-B

ruch

dehn

ung

[%]

Bild 5.4: Zug-Bruchdehnungen von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz

- 20 -

5.2 Biegeprüfungen

Biegefestigkeiten von Flammgeschutz ausgerüstetem Flüssigholz

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

LEX 452 DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Bieg

efes

tigke

it [M

PB

iege

fest

igke

it [M

Pa]

Bild 5.5: Biegefestigkeiten von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

Biegefestigkeiten von Flammgeschutz ausgerüstetem Flüssigholz (optimiert)

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

LEX 452rein

7,5 %Molke

10% Molke 7,5% TEP 10% TEP FASALF337

5% TEP 50 %Alfrimal

103

Bieg

efes

tigke

it [M

Pa]

B

iege

fest

igke

it [M

Pa]

Bild 5.6: Biegefestigkeiten von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz

- 21 -

Biege-Bruchdehnung von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

LEX 452rein

DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Bie

ge-B

ruch

dehn

ung

Bie

ge-B

ruch

dehn

ung

[%]

Bild 5.7: Biege-Bruchdehnungen von mit Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz

Biege-Bruchdehnung von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz (optimiert)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

LEX 452rein

7,5 %Molke

10%Molke

7,5% TEP 10% TEP FASALF337

5% TEP 50 %Alfrimal

103

Bie

ge-B

ruch

dehn

ung

Bie

ge-B

ruch

dehn

ung

[%]

Bild 5.8: Biege-Bruchdehnungen von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz

- 22 -

5.3 Messungen des Elastizitätsmoduls

Zugelastizitätsmodul von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

LEX 452rein

DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Zuge

last

izitä

tsm

odul

[M

Zu

gela

stiz

itäts

mod

ul [M

Pa]

Bild 5.9: Zugelastizitätsmodul von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

Zugelastizitätsmodul von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz (optimiert)

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

LEX 452rein

7,5 %Molke

10% Molke 7,5% TEP 10% TEP

Zuge

last

izitä

tsm

odul

[M

Zu

gela

stiz

itäts

mod

ul [M

Pa]

Bild 5.10: Zugelastizitätsmodul von mit optimierten Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz

- 23 -

5.4 Schlagbiegeprüfungen

Schlagbiegefestigkeit von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

LEX 452rein

DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Sch

lagz

ähig

keit

[mJ/

m

Schl

agbi

egef

estig

keit

[mJ/

mm

2 ]

Bild 5.11: Schlagzähigkeit von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

Schlagbiegefestigkeit von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz (optimiert)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

LEX 452rein

7,5 %Molke

10%Molke

7,5% TEP 10% TEP FASALF337

5% TEP 50 %Alfrimal

103

Schl

agzä

higk

eit [

mJ/

mm

2]

Sc

hlag

bieg

efes

tigke

it [m

J/m

m2 ]

Bild 5.12: Schlagzähigkeit von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz

- 24 -

5.5 Brenntests

Brandverhalten Flüssigholz mit Flammschutzmittel

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

LEX 452rein

DPK TOL TEP DMPP Alfrimal437

Alfrimal103

Molke

Bre

nnge

schw

indi

gkei

t [m

m/

Bre

nnge

schw

indi

gkei

t [m

m/m

in]

Bild 5.13: Brandverhalten von Flammschutz ausgerüstetem Flüssigholz

Brandverhalten von Flüssigholzproben mit Flammschutzmittel (optimiert) bei 15 s Beflammen

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

LEX 452 rein 7,5 % Molke 10% Molke 7,5% TEP 10% TEP

Bre

nnze

it [m

iB

renn

zeit

[min

]

Bild 5.14: Brandverhalten von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz (15 s Beflammung)

- 25 -

Brandverhalten von Flüssigholzproben mit Flammschutzmittel (optimiert) bei 30 s Beflammen

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

LEX 452rein

7,5 %Molke

10%Molke

7,5% TEP 10% TEP FASALF337

5% TEP 50 %Alfrimal

103

Bren

nzei

t [m

iB

renn

zeit

[min

]

Bild 5.15: Brandverhalten von mit optimiertem Flammschutz ausgerüstetem

Flüssigholz (30 s Beflammung)

- 26 -

6. Diskussion der Prüfergebnisse 6.1 Diskussion der Ergebnisse der Brenntests

Die ersten Brenntest ergaben, dass nur drei Flammschutzmittel (DPK, TEP, Alfrimal

103) in der Lage sind, die Brenngeschwindigkeit signifikant herabzusetzen (Bild 5.13).

Bedingt durch die schlechte Verarbeitbarkeit von Alfrimal 103 (sehr hohe Drücke,

Tabelle 3.1) und die in den folgenden Unterkapiteln dargestellten schlechten

mechanischen Eigenschaften von DPK, wurde TEP für weitere Optimierungen

verwendet. Obschon Molke als Flammschutzmittel für Flüssigholz nicht sehr effektiv zu

sein schien, wurde sie auf Grund ihres sehr positiven Einflusses auf die mechanischen

Eigenschaften (Unterkapitel 6.2 bis 6.5) weiter untersucht.

Die Brenntest mit höheren Beimischungen von TEP von 7,5% und 10% resultierten in

einer weiter gesteigerten Brandhemmung des Flüssigholzes (Bild 5.14). Dies tritt sehr

deutlich bei einer längeren Beflammung von 30 s zu Tage (Bild 5.15).

Bei den ebenfalls in Bild 5.15 aufgeführten Brandprüfungen der spritzgegossenen Proben

zeigte sich, dass das reine FASAL F337 wesentlich besser brennt als das reine LEX 452

und nach 30 s Beflammung nicht selbst verlischt, sondern tropfend abbrennt. Ursächlich

hierfür sicherlich der hohe Kunststoffgehalt im F337. Lediglich mit Alfrimal 103 ist bei

50% Zumischung eine signifikante Senkung der Brennzeit möglich, wobei bei einem

Einmischgehalt von 50% nicht mehr von Flüssigholz zu sprechen ist. Die bildlich nicht

dargestellten Brennversuche mit geringeren Einmischgehalten von Alfrimal 103 waren

nicht erfolgreich.

6.2 Diskussion der Ergebnisse der Zugprüfungen

Grundsätzlich ist zu konstatieren, dass die Zugabe von Flammschutzmitteln die

mechanischen Eigenschaften nicht steigert, sondern zumeist senkt. In Bild 5.1 ist zu

sehen, dass nur TEP und beide Alfrimaltypen ähnliche Zugfestigkeiten wie das reine

LEX 452 erbringen. Sehr überraschend bewirkt die Molke eine Steigerung der

Zugfestigkeit. Bild 5.2 legt nahe, dass das Optimum zur Beimischung von Molke

hinsichtlich der Zugfestigkeit bei ca. 7,5 % liegt. Die Zugfestigkeit nimmt dramatisch mit

- 27 -

steigenden TEP-Gehalten ab (Bild 5.2). Ebenfalls bewirken im Falle von Fasal die

Beimischungen der Flammschutzmittel eine Absenkung der Zugfestigkeit.

Die Bilder 5.3 und 5.4 zeigen eine Versprödung des Flüssigholzes (Abnahme der

Bruchdehnung) durch die Beimischung von Flammschutzmitteln.

6.3 Diskussion der Ergebnisse der Biegeprüfungen

Die Biegefestigkeiten steigen für TEP, DMPP und die Alfrimal-Typen an. Auch im Falle

der Biegefestigkeit hat die Molke einen sehr positiven Effekt (bild 5.5). Bei höheren

Einmischgehalten von TEP kommt es wiederum zu einem Abfall der Biegefestigkeit. Die

Biege-Bruchdehnungen (Randfaserbruchdehnung) wird auf niedrigem Niveau nur

unwesentlich vom Flammschutzmittelgehalt beeinflusst.

6.4 Diskussion der Ergebnisse der Messungen des Elastizitätsmoduls

Im Falle der flüssigen Flammschutzmittel kommt es bei DPK und TOL und auch für TEP

für höhere Gehalte zu einem Abfall des Zug-E-Moduls. Die pulverförmigen

Flammschutzmittel Alfrimal 103 und 437 bewirken hingegen eine deutliche Steigerung

des Zug-E-Moduls (Bild 5.9). Höhere Gehalte von TEP bewirken eine starke Erweichung

des Flüssigholzes (Bild 5.10).

6.5 Diskussion der Schlagbiegeprüfungen

Die Schlagbiegeprüfungen zeigen einen Abfall der Schlagbiegefestigkeit beim

Zumischen von flüssigen Flammschutzmitteln (Ausnahme DPK). Im Falle von

pulverförmigen Flammschutzmitteln wird die Schlagbiegefestigkeit heraufgesetzt (Bild

5.11). Im Falle des Spritzgießmaterials wird die Schlagbiegefestigkeit vom Alfrimal

negativ beeinflusst (Bild 5.12).

- 28 -

6.6 Zusammenfassung der Ergebnisdiskussion

Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass es möglich ist, die Brandhemmung von

extrudierbarem Flüssigholz LEX 452 zu erhöhen. Zwei Flammschutztypen zeigten sich

hierbei als sehr aussichtsreich – TEP und Alfrimal 103. Leider gibt es bei beiden Typen

Limitierung hinsichtlich der Einbringung. Bei TEP-Gehalten von mehr als 7,5%

verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften massiv. Bei Alfrimal 103 ist eine

Verarbeitbarkeit des Granulates oberhalb von 5% im Extrusionsverfahren zu Profilen

nicht mehr möglich. Generell setzten alle Flammschutzmittel die Verarbeitbarkeit der

Granulate mehr oder minder stark herab (Tabelle 3.1).

Eine Brandhemmung von gut brennbarem FASAL F337 ist mit flüssigen

Brandschutzmitteln nicht möglich. Eine Einmischung von festen Flammschutzmitteln ist

über eine Dosiervorrichtung möglich. Allerdings liegt die Dosierungsgrenze bei 10%, die

keine signifikante Erhöhung der Brandhemmungseigenschaften ermöglichen. Eine 50%

Zumischung von Alfrimal 103 war nur im Kneter möglich, die Brandhemmung wird

wesentlich gesteigert. Allerdings geht bei diesem Füllgehalt der Flüssigholzcharakter

verloren.

Überraschend positiv war das Ergebnis von der Verwendung von handelsüblicher Molke.

Zwar wirkte die Molke nicht als Flammschutzmittel, ihre Verwendung resultierte jedoch

in einer besseren Verarbeitbarkeit und einer Steigerung von Festigkeit, Bruchdehnung, E-

Modul und Schlagzähigkeit von LEX 452.

Abschließend ist noch zu sagen, dass die teilweisen großen Standardabweichungen auf

den groben Mischvorgang zurückzuführen sind, bei dem 5 – 10 kg oder Liter des

Flammschutzmittels auf 100 kg Masse nicht immer homogen verteilt wurden.

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7. Brandprüfung nach DIN 4102-1 (B1)

Mit LEX 452 gefüllt mit 10% TEP, dem am besten brandgehemmten Material der

eigenen Brandversuche, wurde beim Prüfinstitut Hoch in Fladungen eine orientierende

Brandprüfung nach DIN 4102-1, der sog. B1-Prüfung, durchgeführt. Es zeigte sich, dass

bei einer notwendigen Testzeit von 10 min das Material nach einem Viertel der Zeit

lichterloh brannte. Das Ziel der Einstufung nach B1 wurde sehr klar verfehlt. Der

Prüfbericht ist im Anhang beigefügt.

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8. Zusammenfassung und Ausblick

Im Rahmen dieses Projekts wurden das extrudierbare Flüssigholz LEX 452 und das

spritzgießbare Flüssigholz Fasal F337 mit verschiedenen Flammschutzmitteln ausgerüstet

und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und des Brandverhaltens geprüft. In

einem Optimierungsschritt wurden höhere Gehalte des effektiven flüssigen

Flammschutzmittels TEP eingearbeitet. Mit dem pulverförmigen Flammschutzmittel

Alfrimal 103 war dies nicht möglich, da sich mehr als 5% mittels Extrusion nicht

verarbeiten ließen. Eine Einarbeitung von mehr als 10% TEP erscheint nicht sinnvoll, da

die mechanischen Eigenschaften zu stark abnehmen. Der Einfluss von Molke auf die

mechanischen Eigenschaften von Flüssigholz ist sehr positiv. Das Brandverhalten wird

von Molke nicht beeinflusst.

Das besser als das LEX 452 brennbare Fasal F337 ließ sich effektiv brandhemmend nur

mit 50% Alfrimal 103 in einem Kneterprozess ausrüsten. Allerdings geht bei diesem

Füllgehalt der Flüssigholzcharakter verloren.

Auch mit einem 10% Flammschutzgehalt von TEP war die B1-Prüfung bei weitem nicht

schaffen.

Konkludierend ist festzuhalten, dass bei den verwendeten Flüssighölzern die

Brandschutzklasse B1 durch Zumischung von Flammschutzmitteln nicht erreichbar ist,

weil entweder die mechanischen Eigenschaften zu stark verringert werden oder das

Material nicht mehr verarbeitbar ist (oder beides). Als Ausweg bietet sich hier nur eine

chemische Neukonzeption von Flüssigholz mit dem Primat des Brandschutzes an.

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9. Quellenangaben

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5. Kaczmarek, D. und Wortberg, J. ´Holz aus dem Extruder´ Kunststoffe 93 2 S.18 -

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6. N.N. ´“Gut Holz“ für Kunststoff“ Kunststoffe 94 3 S.38 - 39 (2004)

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8. Burkhardt-Karrenbrock, A., Seegmüller, S. und Burk, R. ´Flüssigholz – ein

Überblick´ Holz als Roh- und Werkstoff 59 (2001) S. 13 – 18

9. Burkhardt-Karrenbrock, A. und Burk, R. ´Flüssigholz –

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und Übersicht der kunststoffverarbeitenden

Industrie´ Selbstverlag der Forstlichen Versuchsanstalt (heute: Forschungsanstalt für

Waldökologie und Forstwirtschaft) Trippstadt, Rheinland-Pfalz. (2001)

10. Schuster, J., Burkhardt-Karrenbrock, A. und Burk, R. ´Flüssigholz –

Möglichkeiten der Technologieimplementation in Rheinland-Pfalz´ Selbstverlag der

Forstlichen Versuchsanstalt (heute: Forschungsanstalt für Waldökologie und

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11. Schuster, J. ´Abschlussbericht: Nietdübel aus Flüssigholz´ Projektförderung durch

die Struktur- und Genehmigungsdirektion Süd, Forstliche Versuchsanstalt Rheinland-

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12. Fischer, J. ´Der Mais macht den Unterschied´ Holz-Zentralblatt 61 S. 805 (2004)

13. de Bie, F. ´Flammwidrige Thermoplaste – Strategie und Entwicklung´ Kunststoffe 92

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Interuniversitären Forschungsinstitut für Agrarbiotechnologie, Tulln, Österreich

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18. Müller, K. ´Molke als Brandschutz´ persönliche Kommunikation – Email Fa.

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10. Anhang

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