Der Grundstoff für EPS ist Styrol. Die Polymerisationseigenschaften dieses niedermolekularen (monomeren) ungesättigten Wasserstoffs erkannten Chemiker bereits im 19. Jahrhundert und begannen, unter Laborbedingungen Polystyrol – also polymerisiertes Styrol – herzustellen. In den 1920er Jahren schuf der deutsche Chemiker und Nobelpreisträger Herrmann Staudinger durch seine Forschungen zur Polymerchemie die Grundlagen für die industrielle Herstellung von Polystyrol.
Industrielle Herstellung von expandiertem Polystyrol
Seit 1931 produzierte die IG Farben in Ludwigshafen expandiertes Polystyrol in großem Maßstab. Ab 1949 übernahm die BASF als Nachfolgeunternehmen der IG Farben diesen Geschäftsbereich. Das deutsche Patent für Styropor wurde der BASF im Jahr 1950 erteilt. Der US-amerikanische Chemiekonzern Dow Chemical brachte unter dem Markennamen Styrofoam eine ebenfalls patentierte Parallelentwicklung auf den Markt.
Polystyrol – ein Standardkunststoff
Polystyrol ist ein vielfältig einsetzbarer Standardkunststoff, in der weltweiten Produktion belegt es nach Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylchlorid (PVC) den vierten Platz. Verwendung finden Produkte aus Polystyrol beispielsweise als schockdämpfendes Verpackungsmaterial, als Isolationsmaterial für Elektroinstallationen, zur Herstellung technischer Folien und zur Wärmedämmung.
Polystyrol als Wärmedämmstoff: EPS und XPS
Als Wärmedämmstoff wird Polystyrol entweder als EPS (expandiertes Polystyrol) oder XPS (extrudiertes Polystyrol) verwendet. Beide Dämmstoffe werden aus extrudierbarem Polystyrolgranulat gefertigt. Für die Herstellung von EPS werden die Polystyrolkugeln zusätzlich expandiert, was dazu beiträgt, die Wärmedämmungsfähigkeit und andere bauphysikalische Eigenschaften des Materials zu optimieren. In ihren Dämmungsleistungen sind EPS und XPS identisch. Durch seine stark geschlossene Zellstruktur ist das ausschließlich in starrer Plattenform verfügbare XPS besonders im Vergleich zu EPS jedoch besonders druckstabil und unempfindlich gegen Feuchtigkeit. EPS ist dagegen vielseitiger verwendbar. Beispielsweise gibt es EPS auch als Granulat für Schütt- und Einblasdämmungen sowie in elastischen Qualitäten.
EPS als Wärmedämmstoff: Hervorragende Wärmedämmungsleistung und flexibler Einsatz
Ebenso wie XPS und PUR/PIR ist EPS ein etablierter synthetischer Dämmstoff. Sein Marktanteil in Deutschland liegt bei etwa 30 %. Zusammen mit Mineralwollen (Stein- und Glaswolle) gehört EPS damit zu den beliebtesten Dämmstoffen auf dem deutschen Baustoffmarkt. Hierzu tragen die hohe Wärmedämmungsleistung, die sehr flexiblen Einsatzmöglichkeiten, die einfache Verarbeitung sowie der sehr günstige Preis dieses Dämmstoffs bei. EPS kann praktisch für alle Dämmungsarten verwendet werden. Die Schall- und Hitzeschutzeigenschaften von EPS sind jedoch limitiert.
Tabelle 1: Die Eigenschaften von EPS im Überblick
| Wärmeleitfähigkeit | 0,035 – 0,045 W/mK |
|---|---|
| Baustoffklasse | Alt: B1, B2 (schwer oder normal entflammbar), neu: E (ohne Flammschutz normal entflammbar) |
| minimale Dämmdicke gemäß EnEV 2014 | 14 cm |
| Rohdichte | 15 – 30 kg/m3 |
| Preis pro m2 | 5 – 20 EUR |
Aus welchen Ausgangsstoffen besteht EPS?
Die Rohstoffe für EPS sind entweder Erdöl oder Erdgas, aus denen mittels Destillation zunächst Styrol erzeugt und anschließend polymerisiert wird. EPS ist also ein synthetischer Dämmstoff auf organischer Basis. Es besteht zu 2 % aus Polystyrol und zu 98 % aus Luft. Als Zusatzstoffe kommen Treibmittel (Pentan) und Flammschutzmittel (ausschließlich Hexabromcyclododecan, HBCD) zum Einsatz.
Wie wird EPS produziert?
Für die Herstellung von EPS wird Polystyrolgranulat bei Temperaturen von 90 °C durch Wasserdampf und mit Unterstützung des Treibmittels Pentan vorgeschäumt, die Polystyrolkugeln blähen sich dabei um das 20- bis 50fache ihrer ursprünglichen Größe auf. Danach werden die expandierten Schaumstoffperlen unter thermischer Einwirkung zu Platten, Blöcken oder EPS-Formteilen geschäumt oder gepresst. Durch die Zeitdauer, die Temperatur und andere Produktionsparameter lassen sich die bauphysikalischen Eigenschaften von EPS-Dämmelementen beeinflussen und steuern. Die Partikelstruktur des Polystyrolgranulats bleibt bei der Produktion der Dämmelemente erhalten, die expandierten Polystyrolkugeln werden dabei fest verschweißt.
Wie kommen EPS Dämmelemente in den Handel?
In den Handel kommen EPS-Dämmelemente in Form von starren Hartschaumplatten oder Blöcken, EPS-Formelementen – beispielsweise Dämmkeilen – als elastische, abrollbare Bahnen oder als expandiertes Polystyrolgranulat. Handelsübliche EPS-Platten sind zwischen 20 und 200 mm dick. Dickere Platten bewirken nicht nur eine effizientere Wärmedämmung, sondern erhöhen auch die Druckfestigkeit und die generelle mechanische Stabilität der Dämmung.
EPS – ein ausgesprochen günstiger Dämmstoff
Mit einem Preis von 5 bis 20 Euro pro m2 gehört EPS zu den günstigsten Dämmstoffen auf dem Markt und ermöglicht eine sehr wirtschaftliche Wärmedämmung. Zum Vergleich: Mineralwollen kosten pro m2 zwischen 10 und 20 Euro, der Quadratmeterpreis einer XPS-Dämmung liegt zwischen 18 und 30 Euro.
WDVS und Verbundbaustoffe
EPS ist ein klassisches Material für Verbunddämmstoffe und für Wärmedämmungsverbundsysteme (WDVS). Verbunddämmstoffe auf EPS-Basis werden in Form beschichteter Platten oder Bahnen produziert. Hierzu gehören auch die sogenannten EPS-Sicherheitsbahnen für besonders robuste Wärmedämmungen mit EPS, die beispielsweise für Dachdämmungen Verwendung finden.
Hersteller von EPS Dämmelementen
EPS Dämmelemente werden in Deutschland und Europa von zahlreichen Baustoffherstellern produziert. Bekannte Hersteller sind der Marktführer BASF („Styropor“, „Neopor“ u. a.), Austrotherm, Dow Chemical, Isobouw und Isover. WDVS auf EPS-Basis kommen beispielsweise von Austrotherm, Brillux und Isover, werden jedoch auch von zahlreichen anderen Bauausrüstern angeboten.
Über welche bauphysikalischen Eigenschaften verfügt EPS?
Die Wärmeleitfähigkeit (? – Lambda) von EPS liegt zwischen 0,035 – 0,045 W/mK (Watt pro Meter x Kelvin). Mit der Dämmungsleistung von Mineralwollen und XPS ist sie damit weitgehend identisch und wird ausschließlich von PUR/PIR übertroffen, dessen Wärmeleitfähigkeit lediglich 0,02 bis 0,025 W/mK beträgt. Ebenso wie bei den anderen Kunststoffen zur Wärmedämmung (XPS, PUR/PIR) ergibt sich die exzellente Dämmungsfähigkeit aus der geschlossenen Zellstruktur des Materials, aus der bereits bei geringen Dicken ein hoher Wärmedurchlasswiderstand resultiert.
Begrenzte Hitze- und Schallschutzfähigkeiten
Ebenso wie XPS verfügt EPS nur über sehr begrenzte Wärme- und Schallschutzfähigkeiten – bei Gebäuden, bei denen auch in dieser Hinsicht hohe Anforderungen bestehen, ist es daher nicht die erste Wahl. Durch Verbundbaustoffe und WDVS auf EPS-Basis lässt sich jedoch ein guter Schall- und Hitzeschutz erzielen.
Wie diffusionsoffen ist EPS?
EPS ist ein grundsätzlich diffusionsoffener Dämmstoff, sein Wasserdampfdiffusionswiderstand liegt zwischen 20 und 100 ? und ist damit auch niedriger als beispielsweise bei XPS mit 80 bis 200 ?. EPS-Dämmungen werden hier mit unterschiedlichen Materialeigenschaften produziert. Stark diffusionsoffene Versionen eignen sich auch für eine Innendämmung von Außenwänden, die an die Kapillaraktivität des Dämmstoffs besonders hohe Anforderungen stellt. Beispielsweise gelten Kalziumsilikatplatten wegen ihrer Diffusionsoffenheit und Kapillaraktivität als ein bevorzugtes Material für Altbausanierungen, um eine nachhaltige Feuchtigkeitsregulierung des Gebäudes zu erzielen. Ihr Wasserdampfdiffusionswiderstand beträgt 5 bis 20 ? – EPS kann hier im oberen Bereich also durchaus „konkurrieren“.
Limitierter Brandschutz
Expandiertes Polystyrol ist ein brennbares Material. Es schmilzt bei Temperaturen von etwas mehr als 100 °C und zersetzt sich ab etwa 300 °C. Beim Verbrennen von abtropfendem EPS entstehen Styrol mit einem Flammpunkt von 31 °C sowie Pentan, das bereits bei Temperaturen von -50 °C entflammt. Im Brandfall kann eine EPS-Dämmung also als Brandbeschleuniger wirken, durch die Beigabe des Flammschutzmittels HBCD wird das Brandverhalten von EPS jedoch positiv beeinflusst. EPS brennt unter starker Rauchentwicklung und setzt dabei toxische Gase frei. Langfristig temperaturbeständig ist es bis etwa 85 °C. Durch feuerfeste Beschichtungen und Verbunddämmstoffe auf EPS-Basis lassen sich die Brandschutzeigenschaften mit EPS gedämmter Gebäude optimieren.
Tabelle 2: EPS und andere Wärmedämmstoffe im Vergleich
| Dämmstoffe | Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | Mindestdämmdicke laut EnEV (cm) | Kosten pro m2 (Euro) |
|---|---|---|---|
| EPS/Styropor | 0,035 – 0,045 | 14 | 5 – 20 EUR |
| XPS | 0,035 – 0,045 | 14 | 18 – 30 EUR |
| PUR/PIR | 0,02 – 0,025 | 10 | 10 – 20 EUR |
| Steinwolle | 0,035 – 0,040 | 14 | 10 – 20 EUR |
| Kalziumsilikatplatten | 0,065 | 20 | 80 EUR |
DIN-Normen, Baustoffklassen, EnEV
Durch die EU-Norm DIN EN-13501-1 wird EPS der Baustoffklasse E – ohne speziellen Flammschutz normal entflammbar – zugeordnet. Nach der alten nationalen Norm DIN 4102-1 gehört es mit Zusätzen von Flammschutzmitteln zur Baustoffklasse B1 (schwer entflammbar) und ohne Flammschutz zur Baustoffklasse B2 (normal entflammbar). Den Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) 2014 entspricht eine EPS-Dämmung mit einer Mindestdämmdicke von 14 cm. Hiermit erreicht EPS ebenso wie XPS und Mineralwollen den von der EnEV vorgegebenen U-Wert (Wärmedurchgangskoeffizienten) von 0,24 W/(m²K).
Einsatzgebiete von Wärmedämmungen mit EPS
EPS ist äußerst flexibel einsetzbar und deckt nahezu die gesamte Brandbreite der verschiedenen Dämmungsarten ab. Einsatzgebiete von EPS zur Wärmedämmung sind beispielsweise:
- Kerndämmung und Hohlraumdämmung: EPS findet hier als Granulat und in Form von Schütt- oder Einblasdämmungen Verwendung.
- Dachdämmung: Dachdämmungen mit EPS sind in allen Formen und Varianten möglich – der Dämmstoff eignet sich für Steildächer ebenso wie zur Flachdachdämmung. Meist werden die EPS-Platten für Dachdämmungen mit Bitumenbahnen oder einem anderen Schutz gegen mechanische Belastungen und Witterungseinflüsse versehen. Für die Flachdachdämmung finden entweder EPS-Hartschaumplatten mit und ohne Stufenfalz oder abrollbare EPS-Bahnen Verwendung. Zur Aufsparrendämmung dienen extra große EPS-Dämmplatten mit und ohne Stufenfalz. Zwischensparrendämmungen werden oft mit flexiblen EPS-Dämmelementen vorgenommen. EPS-Untersparrendämmungen werden in der Regel mit Bauplatten kaschiert.
- Fassadendämmung: Bei großflächigen Fassadendämmungen ermöglicht EPS eine ebenso wirtschaftliche wie effiziente Wärmedämmung. Der Dämmstoff eignet sich auch für die Innendämmung von Außenwänden sowie hinterlüftete Vorhangfassaden.
- Trittschalldämmung: Durch ihre Belastbarkeit eignen sich EPS-Hartschaumplatten hervorragend zur Trittschalldämmung, hierfür gibt es spezielle, in elastischen Qualitäten hergestellte Platten.
- Boden- und Deckendämmung: Für Bodendämmungen mit EPS werden ebenfalls Spezialplatten angeboten, die sich gleichzeitig für die Innendämmung von Decken eignen.
- Perimeterdämmung: Aufgrund seiner Belastbarkeit und Feuchtigkeitsresistenz kann EPS auch für Perimeterdämmungen verwendet werden. Vor allem bei sehr starken Belastungen gilt hier jedoch XPS als präferiertes Material.
- Wärmedämmungen in Innenräumen.
- Verbunddämmstoffe und WDVS.
Vorteile der Wärmedämmung mit EPS
Vorteile einer Wärmedämmung mit EPS sind:
- Hervorragende Wärmedämmungsleistung.
- Hohe Wirtschaftlichkeit durch geringe Dämmungsdicken.
- Belastbarkeit, Feuchtigkeitsresistenz und Witterungsbeständigkeit.
- Diffusionsoffenheit und Kapillaraktivität: EPS ist ein diffusionsoffenes und kapillaraktives Material, in entsprechenden Qualitäten eignet es sich auch für die Altbausanierung und/oder Innendämmungen von Außenwänden.
- Geringes Gewicht: Durch ihre geringe Rohdichte sind EPS-Dämmungen auch für gewichtssensible Baubereiche – beispielsweise für Steildachdämmungen – sehr gut geeignet. Während des Bauprozesses ermöglicht das geringe Gewicht ein unkompliziertes Handling.
Nachteile einer EPS-Wärmedämmung
Nachteile einer EPS-Wärmedämmung sind
- Die Herstellung auf Erdöl- und Erdgasbasis: EPS hat ebenso wie andere Kunststoffe zur Wärmedämmung eine ungünstige Energiebilanz. Zudem wird es aus nur begrenzt verfügbaren Rohstoffen hergestellt.
- Stark limitierte Hitze- und Schallschutzeigenschaften.
- Brennbarkeit: Ohne Zusatz von Flammschutzmitteln ist EPS normal entflammbar. Im Brandfall setzt es toxische Emissionen frei.
Wie wird EPS bearbeitet?
EPS lässt sich mit den üblichen Holzwerkzeugen schneiden, bohren, sägen oder fräsen. Daneben kommt zur Bearbeitung von EPS auch ein sogenannter Heißdrahtschnitt (Thermoschnitt) mit einem speziellen Schneidegerät in Frage – einer der Vorteile dieser Bearbeitungsform besteht darin, dass potenziell gesundheitsschädliche Feinstäube vermieden werden. Die Befestigung von EPS-Dämmelementen erfolgt in der Regel durch vollflächige Verklebungen oder Dübel. Im Rahmen von WDVS kann die Befestigung einer EPS-Dämmung auch durch ein Schienensystem erfolgen.
Rückbau, Recycling, Entsorgung
Bei gedübelten EPS-Dämmungen ist der Rückbauaufwand gering, bei verklebten EPS-Platten und Dämmelementen dagegen hoch. Für saubere EPS-Abfälle ist theoretisch eine Wiederverwertung als Schüttdämmstoff oder Aussparungskörper im Betonbau möglich, spielt wegen des ökonomischen Aufwands dafür in der Praxis jedoch keine Rolle. Fachgerecht entsorgt wird EPS durch kontrollierte Abfallverbrennung oder auf der Baustoffdeponie.
Gesundheitliche Unbedenklichkeit und Schutzvorschriften
Dämmstoffe aus Polystyrol emittieren anfangs noch gesundheitsschädliches Styrol und dürften deshalb erst nach einer Mindestlagerzeit von vier Wochen verwendet werden. Danach sind verbaute EPS-Dämmungen gesundheitlich unbedenklich. Das Flammschutzmittel HBCD besitzt toxische und bioakkumulative (sich im Organismus anreichernde) Eigenschaften, die jedoch vor allem bei der Produktion und der Entsorgung von EPS relevant sind. Bei der Verarbeitung von EPS kann es zu Belastungen durch Feinstaub sowie Styrol (durch nicht lange genug gelagertes Material oder beim Heißschnitt) kommen. Vor allem bei einem regelmäßigen Umgang mit EPS sind die entsprechenden Arbeitsschutzvorschriften – das Tragen einer Atemmaske und eventuell von Spezialhandschuhen – daher unbedingt einzuhalten.
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