Forsøgsplatform og imprægnering J. nr. 75664/99-0008 & Substitution af Bor- afprøvninger J.nr. 75664/00-0064 Et forskningsprojekt under Energistyrelsen. Slutrapport Udført af Miljø Isolering ApS Postbox 1 DK-3400 Hillerød Papiruld med nye imprægneringsmidler påvirkes af gasflamme ved 1100 0 C Hans Dollerup & Claus Skov
Forord I Danmark har der gennem en årrække været en stigende interesse for alternativer til mineraluld. Papiruld, hør, fåreuld og hamp er fremstillet af organiske materialer, derfor tilsættes som regel imprægneringsmidler. Dette gøres for at øge modstandsevnen over for biologisk nedbrydning samt brand. Bor har gennem tiden ofte været anvendt til dette formål idet det er et billigt, effektivt og rimeligt miljøneutralt imprægneringsmidde. Borsyre og Borax er p.t. optaget på "Listen over uønskede stoffer", det bliver afgjort i EU om stofferne evt. skal mærkes som reproduktions-toksisk (Rep2 el. 3) hvilket betyder at stofferne optages på "Listen over farlige stoffer. For at dokumentere lovende alternattiver blev projekt "Forsøgsplatform og imprægnering" og efterfølgende "Substitution af Bor- afprøvninger" bevilliget af Energistyrelsen. Beskyttelse af organiske materialer mod brand og biologisk nedbrydning er et meget komplekst kemisk fænomen hvor der mangler teoretisk basisviden. Når forudsætningen er fravalg af miljø og sundhedsfarlige stoffer bliver opgaven ikke mindre. De valgte alternative imprægneringsmidler er dokumenteret i forhold til mikrobiologi, fugtteknik, brand, emissioner, korrosion, isoleringsevne, og miljø i selvstændige undersøgelser. Undersøgelserne er refereret i denne rapport. Hvert undersøgelsesfelt indledes med en generel indføring. Det er tilstræbt at de enkelte afsnit kan læses særskilt. Data fra undersøgelser af andre isoleringsmaterialer fx mineraluld anvendes løbende som reference. Rapportens målgruppe er primært producenter og andre professionelle i branchen. Tak til Harry Bertelsen, Niels O. Breum, samt medarbejdere ved BYG DTU, Teknologisk Institut, Hussvamp Laboratoriet ApS, Eurofins og DBI samt vores altid hjælpsomme leverandør Jesper Fisher fra Brøste A/S. Hans Dollerup, projektleder Skanderborg november 2004 Rev. juli 2005 Efter afslutning af projektets forsøgsrækker er der dukket en ny, umiddelbart lovende, brandhæmmer op på markedet under navnet Apyrum se Ingeniøren 19.11.2004, www.deflamo.se/apyrumfunkar.htm og www.trulstrech.com/cemicals.html
Indeks Forord...1 Indeks...2 Resume...4 Forsøgsplatform og imprægnering... 4 Substitution af Bor- afprøvninger... 4 Forsøgsplatform og imprægnering...7 Indledning... 7 Diskussion... 9 Konklusion... 9 Substitution af Bor- afprøvninger...11 Fremgangsmåde... 11 Brandtekniske undersøgelser...12 Indledning... 12 Undersøgelsens formål... 14 Fremgangsmåde... 14 Prøvningsmetoder... 16 Måleresultater... 16 Diskussion... 18 Alternativt brandforsøg på Friland... 19 Konklusion... 20 Emissioner brand...21 Indledning... 21 Undersøgelsens formål... 21 Prøvemateriale... 21 Fremgangsmåde... 21 Analyseresultater... 22 Diskussion... 22 Konklussion... 23 Fugttekniske undersøgelser...24 Indledning... 24 Sorptionsisotermer... 25 Diskussion... 27 Vanddamppermeabilitet (kopforsøg)... 28 Diskussion... 29 Kapillarsugning... 30 Diskussion... 31 Konklusion... 31 Mikrobiologisk test af Papiruld...32 Indledning... 32 Undersøgelsens formål... 32 Fremgangsmåde, indledende forsøg... 32 Resultater... 35 Diskussion... 35 Konklusion... 36 Korrosionsforhold for murbindere mm. i Papiruld...37 Indledning... 37 Undersøgelsens formål... 38 Fremgangsmåde... 38 I. Papirulds virkning på de metalliske komponenter... 38 2
II. ph-forhold i ovennævnte 3 typer Papiruld... 39 III. 6 uorganiske stoffers virkning på de metalliske komponenter... 40 Delresultaterne fremgår af følgende tabeller... 40 Diskussion... 44 Konklusion... 45 Isolans...46 Indledning... 46 Basisvarmeledningsevne for Papiruld... 47 Beregninger, fastsættelse af λ-deklareret... 47 Fastsættelse af λ (-design)... 48 Diskussion... 48 Konklusion... 49 Miljøvurdering af stoffer til substitution af Bor i Papiruld...50 Indledning... 50 Undersøgelsens formål... 51 Fremgangsmåde... 51 Farlighedsidentifikation...51 Akkumulerbarhed... 52 Farlighedsvurdering... 53 Risikokarakterisering... 54 Diskussion... 54 Konklusion:... 55 Bilag 1, Uddrag af forsøgsprotokollen:...56 Bilag 2 Beregning af varmetab m.m...61 Bilag 3, LCA...67 Bilag 4. Farlighedsidentifikation...68 Bilag 5. Farlighedskvotient...76 Anvendt litteratur...77 3
Resume Forsøgsplatform og imprægnering Projektet omfattede dels opbygning af en imprægneringsenhed der skulle kunne håndtere såvel pulver som væske. Dels udvælgelse af lovende miljø- og arbejdsmiljørigtige formuleringer af flammehæmmere og biocider med henblik på substitution af Bor, primært i Papiruld. Mulige stoffer blev vurderet og der blev gennemført flere indikerende brand og fungicid forsøg. To formuleringer blev udpeget som særligt anvendelige; imprægneringsmidlerne blev tilført i en våd proces. Substitution af Bor- afprøvninger Det lykkedes ikke at få imprægneringsenheden til at fungere tilfredsstillende i forbindelse med våd-imprægnering i en produktionssituation, idet fibrene klumpede sammen. Imprægnering i de to formuleringer blev i stedet tilført som granulat. Indikerende brandforsøg viste imidlertid, at den imponerende brandbeskyttelse ikke længere var til stede! Hele processen med udvælgelses og indikerende forsøg måtte således gentages, koncentreret om stoffer egnet til tør -samt max 3% våd imprægnering. Der blev valgt en ny formulering af imprægneringen i Papiruld bestående af stofferne 12 vægt% Magnesiumsulfat, 12 vægt% Alun og 3 vægt% Natrium benzoat, alle på pulverform. Følgende test blev iværksat: Mikrobiologi; forsøg med 11 forskellige fungicid-imprægneringer, uimprægnetet Papiruld samt 2 x mineraluld. Fugtteknisk; Sorptionsisotermer, vanddamppermeabilitet og kapillarsugning for alternativt saltmix samt nuværende salgskvalitet. Sorptionsisotermer for de tre stoffer i den nye formulering. Brand; Alternativt saltmix samt nuværende salgskvalitet. Emisioner; Alternativt saltmix, nuværende salgskvalitet samt Papiruld uden imprægnering. Korrosion; Alternativt saltmix samt de tre imprægneringsstoffer, nuværende salgskvalitet, de tre imprægneringsstoffer samt Papiruld uden imprægnering. Lambda; Alternativt saltmix samt nuværende salgskvalitet Miljø; Alternativt saltmix samt nuværende salgskvalitet Konklusion Det lykkedes ikke at finde en kombination af stoffer, der kan håndteres i produktionsanlægget med en rimelig økonomi, med en bedre eller tilsvarende performance sammenlignet med Borax/ Borsyre. Enkelte imprægneringsmidler som fx Protox Svamp har en bedre effekt, men er kostbart. Såfremt udfaldskravet i forbindelse med substitution af bor er en tilsvarende eller evt. bedre effekt, betyder det sandsynligvis en overgang til våd imprægnering. 4
Mikrobiologi Standarden EN113 har vist sig uanvendelig i forbindelse med dokumentation af Papirulds modstandsdygtighed over for svamp og skimmel. Modstandsdygtigheden er i stedet forsøgt dokumenteret ved prøver placeret direkte på træ inficeret med skimmelsporer fra naturen. Inkuberet ved 20 C og 98% relativ fugtighed, samt forsøg i glas med 100% relativ luftfugtighed. De to bedste alternativer til fungicidet i den nuværende salgskvalitet er hhv. Protox Svamp, kaliumsorbat samt natrium benzoat. Fugtteknik Magnesiumsulfat og natrium benzoat optager meget fugt ved høj RF. Den forøgede andel af imprægneringsstoffer samt den periodevise forøgede fugtoptagelse vil forøge vægten af isoleringslaget. Det er usikkert om Papiruldens egenskaber mth. sætning ændres. Vandamppermabiliteten og dermed Z-værdien (fugtmodstandstallet) for Papiruld imprægneret med hhv. nyt saltmix og eksisterende bor-imprægnering ligger på samme niveau. Kapillarsugningen for Papirulder imprægneret med den nye formulering er mindre end for Papiruld imprægneret med den hidtil anvendte bor-imprægnering. Brand Klassifikation af den nuværende salgskvalitet blev E, for Papiruld med alternativt saltmix blev klassifikationen F. Det er egentligt uvæsentligt om klassificeringen er E eller F idet isoleringsmaterialer skal klassificeres som mindst Klasse B-s1,d0 for at opnå lempelige beklædningskrav. Emissioner Emissionen af skadelige stoffer fra de tre undersøgte materialer virker ikke alarmerende. Emissionen af skadelige stoffer fra Papiruld med nyt saltmix er mindre end emissionen fra Papiruld i den nuværende salgskvalitet. Emissionen fra Papiruld uden imprægnering er større for alle stoffer med undtagelse af borsyre. Emissionen af skadelige stoffer fra isoleringsmaterialer er grundigt dokumenteret men kun enkelte undersøgelser er offentliggjort. Korrosion Papiruld anvendes til isolering, især efterisolering af bl.a. murværkskonstruktioner. Der er isoleret ca. 4000 bygninger på denne måde i Danmark. Hverken i forbindelse med fx 5. års kontroleftersyn fra Byggeskadefonden eller i forbindelse med videnskabelige undersøgelser er der fundet kritiske forhold. Undersøgelsen falder i tre dele: I. Korrosion forårsaget af 3 forskellige typer Papiruld Ingen af de tre typer Papiruld virker korroderende på de murbindere der normalt er anvendt I byggeriet efter 1984. For alle typer ses korrosion af især armeringsstål, men også af galvaniserede overflader. Denne korrosion adskiller sig næppe fra den vand alene ville forårsage. Den korrosive effekt forårsaget af de tre typer Papiruld adskiller sig kun minimalt. II. ph-forhold Papiruld med det nye saltmix er nærmest neutral. Uimprægneret Papiruld er en smule basisk. Papiruld i den nuværende salgskvalitet er basisk med en ph på 8,11. III. Korrosion forårsaget af imprægneringsmidler. De valgte stoffer kan deles op I tre grupper; hhv. den midterste hvor borsyre og natriumbenzoat har samme korrosive effekt som rent postevand. Borax, dette stof har en mindre korrosiv effekt. Samt en gruppe hvor magnesiumsulfat, aluminiumhydroxid og alun (I nævnte rækkefølge) har en større korrosiv effekt. 5
Lambda λd for Papiruld i nuværende salgskvalitet kan fastsættes til 0,041 W/(mK), tilsvarende kan λd for Papiruld med nyt salt mix fastsættes til 0,042 W/(mK). Miljø Resultater af den toksikologiske og økotoksikologiske vurdering af de anvendte kemikalier i hhv. den nuværende salgskvalitet af Papiruld og de foreslåede alternativer adskiller sig ikke signifikant. Dette forhold vil ændre sig såfremt Bor optages på listen over farlige stoffer som reproduktionstoksisk. Det er yderst problematisk at der kun findes spredte/ ingen data for langt de fleste kemikalier. 6
Forsøgsplatform og imprægnering Indledning I Danmark har der gennem en årrække været en stigende interesse for alternativer til mineraluld, f.eks. EPS, exlerklinker, ekspanderet perlite, hør, hamp, uld og papiruld. Disse produkter benævnes under ét "Alternative isoleringsmaterialer". Papiruld, hør, fåreuld og hamp er fremstillet af organiske materialer, derfor tilsættes ofte imprægneringsmidler for at øge modstandsevnen over for biologisk nedbrydning samt brand. Bor er gennem tiden ofte anvendt til dette formål. Borsyre og Borax er p.t. optaget på "Listen over uønskede stoffer", det bliver afgjort i EU om stofferne skal mærkes som reproduktions-toksisk (Rep 2 evt. 3) hvilket betyder at stofferne optages på "Listen over farlige stoffer. I modsat fald fjernes Borsyre og Borax fra listen i forbindelse med 30. tilpasning ultimo 2005. 1 For at dokumentere lovende alternativer blev projekt "Forsøgsplatform og imprægnering" Journalnr.75664/99-0008 samt "Substitution af Bor- afprøvninger" J.nr. 75 664/00-0064 iværksat. Projektets formål var at udvælge to lovende miljø- og arbejdsmiljørigtige formuleringer af flammehæmmer og biocider med henblik på substitution af Bor primært i Papiruld. Til dette arbejde blev der nedsat en tværfaglig projektgruppe. Projektet var opdelt i en del A og en del B der blev afviklet sideløbende. Fremgangsmåde Del A omfattede opbygning af en forsøgsenhed der efter afstøvning af Papirulden skulle kunne imprægnere isoleringen med forskellige imprægneringsmidler, såvel i pulver som i væskeform. Der blev gennemført omforandringer på det eksisterende produktionsanlæg. Afstøvningsenheden fungerer meget tilfredsstillende, idet der fjernes 3-5 vægt % fint støv fra produktionen. Materialet transporteres med luft, via en cyklon og en cellesluse, ned i afstøvningsenheden. Her bliver materialet gennemblæst og det fineste støv stiger højest. Hvorefter det suges bort fra toppenfiltreres og komprimeres. Det har vist sig meget vanskeligt af få imprægneringsenheden til at fungere tilfredsstillende i forbindelse med våd-imprægnering, idet fibrene klumper sammen. Det er ikke lykkedes at løse dette problem. I stedet blev der benyttet en mere simpel spray- on teknologi til forsøg. Del B omfattede indsamling af viden, indikerende forsøg og udvælgelse/ sammensætning af imprægneringsstoffer. 1 Miljøstyrelsen: Telefonisk oplysning. 7
Stofliste og første screening På basis af (også ældre) litteratur bl.a. 2, 3, 4, 5, 6 blev der udarbejdet en liste med mulige stoffer. Screeningen foregik således at hvert stof blev vurderet, hvor der kunne være eller opstå problemer i forhold til miljø og arbejdsmiljø- blev stofferne fravalgt. Det skal særligt bemærkes at ammonium gruppen blev fravalgt selvom den anvendes i flere alternative isoleringsmaterialer og den ved brandforsøg har en god effekt. Undersøgelse af alternative isoleringsmaterialers korrosive effekt på murbindere 7 har vist, at hør imprægneret med ammonium, bliver nedbrudt såfremt det opfugtes. Efter første screening var der 21 stoffer tilbage på listen. Anden screening Der blev under dette forløb tilvalgt yderligere 6 stoffer. Dvs. 27 stoffer blev undersøgt og beskrevet. Boraks, Borsyre og Aluminium Hydroxyd anvendes som reference i hele forløbet. Der blev samlet et "produkt datablad", hvor alle fundne referencer blev kopieret og vedhæftet. Der blev foretaget endnu en udvælgelse af de stoffer som projektgruppen anså for bedst egnede. Herunder blev også taget højde for ph værdier på de endelige formuleringer, af hensyn til arbejdsmiljø, bygningsfysiske forhold og indeklima påvirkninger. Der blev udvalgt i alt 16 stoffer. Disse blev sammensat i 9 formuleringer og 2 koncentrationer, der blev fremstillet prøver af Papiruld med tilsætning af midlerne og der blev gennemført flere indikerende brandforsøgs serier. Fungicid effekt Der blev ligeledes iværksat forsøg med de 9 formuleringer i forhold til fungicid effekt. Prøverne blev udført på vand/soda opløst løbekasein og podet med Blå skimmelsvamp, Hvid tømmersvamp og Aspergillus Niger. Efter inkubationstiden blev tilføjet 2,5 gram af de udvalgte formuleringer. Prøverne blev alle gennemvædet med postevand. Efter applikationen henstod prøverne i lukkede glas- petriskåle ved 20 C. Forventningen var at væksten af fungi stoppede i en vis afstand fra Papirulds prøven. Projektgruppen udvalgte 2 af de 9 formuleringer. Brandprøver Som reference blev der ligeledes gennemført brandforsøg på Isover, Rockwool, almindelig Papiruld og den særligt gode formulering- prøve nr. 7. Alle brandprøvninger er foretaget i et kar af rustfrit stål på 150 x 150 x 100 mm med 50mm prøvemateriale. Gasflammen ca. 1100 0 C under en vinkel på 45 grader, afstand ca. 100 mm i 20 sek. (se forside) Isover, gennembrændingen efter 7 sek.. Rockwool, gennembrændingen efter 18 sek. Papiruld, nedbrænding efter 200sek. på ca. 12 mm, fugt 101,7 %RF Prøve nr.7, nedbrænding efter 600 sek. på ca.15 mm, fugt 100,5 %RF i bunden af karret. 2 TOX-info s. 455, 1994 3 Karl Meyer's Vareleksikon s.511, MCMLII 4 Tømrerarbejde i praksis, s.113 5 Byggematerialer 2. bind, s. 40, 1922 6 ÖKO-HAUS, Ökotest Dämstoffe, s.47, 1/98 7 Konsekvenser for murværkskonstruktioner ved anvendelse af miljø- og arbejdsmiljøvenlige isoleringsmaterialer 8
LØB- faggruppen for alternativ isolering mødtes hos Miljø isolering således at deltagerne kunne se maskinerne og produktions forløbet. Diskussion Brandbeskyttelse af organiske materialer er et meget komplekst kemisk fænomen hvor der generelt mangler teoretisk basisviden. Det samme gælder for beskyttelse mod biologisk nedbrydning af organisk materiale. Når forudsætningen er fravalg af alle miljø og sundhedsfarlige stoffer bliver opgaven ikke mindre. Det var svært at sammensætte projektgruppen og det var svært at finde personer og institutioner uden for denne der ville dele deres viden (uden vederlag). Den meget problematiske miljøprofil på de af Miljøstyrelsen anbefalede biocider (godkendt til plantebeskyttelse) overraskede projektgruppen. Konklusion Ud fra resultaterne af de indledende forsøg, var projektgruppen overbevist om at Bor kan substitueres som flammehæmmer og biocid i isoleringsmaterialer af organisk oprindelse. Det blev besluttet at anbefale basisprøve 6 og 7. Basisprøve 6, sammensætning: Papiruld 69% Amylum 10% Kaliumsilikat 10% Urea 5 % Natriumbenzöeat 4 % Magnesiumsulfat 2 % Billede af formulering nr. 4. 2 uger efter inkubation. Denne formulering er fravalgt, men viser tydeligt de veludviklede fungi Basisprøve 7, sammensætning: Papiruld 74% Amylum 10% Aluminiukkaliumsulfat 5 % Urea 5 % Natriumbenzöeat 3 % Natriumklorid 3 % Billede af formulering nr. 7 Ingen vækst af fungi. 9
Liste over kendte og nye imprægneringsmidler, samt 7stoffer udvalgt af Miljøstyrelsen Stof Brand Biocid Valgt (Valgt efterfølgende) Alkanna X - - Aloin X - - Aluminium Kalium Sulfat (Alun) X + + Ammonium phosphat X - - Ammonium sulfat X - - Ammoniumklorid (salmiak)?? - - Amulum (Kartoffelstivelse)?? + - Atamon X - - Benzoe X - - Casein Ca X - - Cement X - - Citrinsyre X - - Dekstrin? - - Di- ammonium sulfat X - - Gips X - - Glykose - - Glimmer X - - Hydratkalk X X - - Jern Oxyd X X - - Kalium Silikat (Vandglas) X X + - Kaliumhydrogentartrat (vinsten)?? - - Kitosan X - - Kitin X - - Kridt X - - Lerjord X - - Lignosulfat X - - Magnesit X - - Magnesium Hydroxid X - - Magnesium Sulfat (Epsom Salt) X + + Mersan?? - - Natriumbenzoat X + + Natriumklorid (Kogesalt) X + - Natriumthiosulfat?? - - Phosfat X - - Soda X X - - Svovl X - Urea (Carbamid) X + - Valle - - Vandglas X X - - 2,2-dibrom-2-cyanoacetamid X - - Bronopol 2-bromo-2-nitropropan X - - IPCB X - - Permethrin X - - Propicornazol X - - Tebuconazol X - - Triazolmetaboliter X - - Magma Firestop X - - Reference/ Aluminium Hydroxid X - Boraks X X - Borsyre X X - 10
Substitution af Bor- afprøvninger Som beskrevet tidligere lykkedes det ikke at få imprægneringsenheden til at fungere tilfredsstillende i forbindelse med våd-imprægnering ( 3% væske) i produktionsprocessen, idet fibrene klumpede sammen. Da andelen af imprægnering i formuleringen 6 og 7 var væsentlig større, blev det besluttet at tilføre de udvalgte imprægneringsstoffer som fint granulat. Imprægneringsstofferne tilsættes papirfibrene for at øge modstanden mod biologisk nedbrydning samt brand. Indikerende brandforsøg viste imidlertid at den imponerende brandbeskyttelse ikke længere var til stede! Hele processen med udvælgelses og indikerende forsøg måtte således gentages, koncentreret om stoffer egnet til tør -samt max 3% våd imprægnering. Fremgangsmåde Der blev valgt en ny formulering af imprægneringen i Papiruld bestående af stofferne 12 vægt% Magnesiumsulfat, 12 vægt% Alun og 3 vægt% Natrium benzoat (211), alle på pulverform. (se bilag 1) Det var oprindeligt forudsat, at der skulle foretages en støvningstest på Arbejds Miljø Instituttet (AMI). Denne test, hvor isoleringsmaterialet roterer i en tromle (som i tombola), egner sig næppe til sammenligning mellem forskellige materialer, men er fortrinlig til at vurdere hhv. forbedringer/ forringelse i forbindelse med produktionsændringer. AMI udfører desværre ikke denne test længere. Indeklimamærkning udgik ligeledes idet der pt. ikke findes en standart på området. Følgende test blev iværksat: Mikrobiologi; En række forsøg med 11 forskellige fungicid-imprægneringer; reference: uimprægnetet Papiruld samt 2 x mineraluld. Fugtteknisk; Fugttekniske undersøgelser omfattende målinger af sorptionsisotermer, vanddamppermeabilitet og kapillarsugende egenskaber for alternativt saltmix; reference: nuværende salgskvalitet samt separate sorptionsisotermer for de tre imprægneringsstoffer i den nye formulering. Brand; Alternativt saltmix; reference: nuværende salgskvalitet. Emisioner; Alternativt saltmix; reference: nuværende salgskvalitet samt Papiruld uden imprægnering. Korrosion; Alternativt saltmix samt de tre imprægneringsstoffer; reference: nuværende salgskvalitet og de ter imprægneringsstoffer samt Papiruld uden imprægnering. Lambda; Alternativt saltmix; reference: nuværende salgskvalitet. Miljø; Alternativt saltmix; reference: nuværende salgskvalitet. Resultaterne af ovennævnte undersøgelser og test findes i de respektive afsnit. 11
Brandtekniske undersøgelser Indledning Brand og eksplosion hører til de mest alvorlige ulykker der kan ramme en bygning og de personer der opholder sig i eller ved bygningen. Når et materiale indgår en kemisk forbindelse med ilt, siger man at det iltes. Da atmosfærisk luft indeholder ilt (O 2 ), kan dette finde sted. Ved iltning opstår altid varme. Hvis iltning fremkalder flammer, er der opstået ild. Brand er ild der er opstået utilsigtet. Brand er et meget komplekst fysisk og kemisk fænomen, hvor der generelt mangler teoretisk basisviden. Det er udbredt, og stærkt forenklet, at visualisere brandforudsætningerne som en trekant brandtrekanten. For at en iltningsproces skal kunne frembringe ild, skal følgende betingelser være til stede: 1. Brændbart materiale 2. Materialet skal være opvarmet til dets antændelsestemperatur (for træ 250 300 0 C) 3. Den fornødne iltmængde (Flammebrand over ca. 15%, glødebrand over ca. 9%) Antændelses temperatur Oxygen Brændbart materiale Hvis blot en af betingelserne ikke længere er opfyldt, vil branden slukkes. Forbrænding der hurtigt dør ud karakteriseres som forpufning. Såfremt branden fortsætter men ikke bryder ud i flammer, er der tale om en glødebrand. For alle kemiske reaktioner gælder, at bestemte vægtforhold af grundstoffer går i forbindelse med hinanden. Det blandingsforhold, hvori antændelsen kan finde sted, begrænses af hhv. den nedre og øvre antændelsesgrænse. Når et materiale brænder med flamme, er det ofte de brændbare gasser, der dannes under opvarmning, der brænder, idet flammernes fortsatte beståen beror på en kædereaktion, hvor ilden springer fra molekyle til molekyle. Flammebeskyttelsesmidler gør ikke et materiale ubrændbart, men mindsker risikoen for brand og anvendes enten i eller udenpå et brændbart materiale. Imprægneringen besværliggør antænding ved opvarmning eller ved elektriske kortslutninger og mindsker brandens udbredelse. 12
Flammebeskyttelses- imprægneringen fungerer ved at fjerne et af benene i brandtrekanten. (Sænke temperaturen, fortrænge /forbruge ilten, indkapsle det brændbare materiale eller forhindre føromtalte kædereaktion i forbrændingszonen (en inhibitor) Flammebeskyttelses- imprægneringen anvendes i store mængder og i en lang række produkter, fx hydraulikolier, tekstiler, elektronik, plast og isoleringsmaterialer Vigtige grupper af flammebeskyttelsesmidler: Organiske bromerede forbindelser fx haloner; PBB og PBDE og TBBP A Organiske phosphorforbindelser Organiske chlorerede forbindelser fx PCB Uorganiske metalforbindelser fx aluminiumhydroxid Andre fx Melamin og Bor Mange flammebeskyttelsesmidler er giftige og eller afgiver giftige stoffer ved opvarmning og brand. De alvorlige miljøproblemer ved brandhæmmere indeholdende hhv. brom, phosphor og klor er velkendte. Papiruld indeholder ikke disse stoffer, hverken i den nuværende salgskvalitet eller i forbindelse med det alternative saltmix. En brand forplanter sig opefter med stor hastighed, til siderne med relativ mindre hastighed og nedefter med meget lille hastighed. Med Tillæg 3 til Bygningsreglement for småhuse 1998 har Erhvervs- og Boligstyrelsen i 2002 introduceret de nye fælleseuropæiske brandklasser. For materialer gælder følgende: Europæisk klasse A2-s1,d0 B-s1,d0 D-s2,d2 E - F Hidtidig klasse Ubrændbart Klasse A Klasse B uklassificeret Med Tillæg 6 til Bygningsreglement for småhuse 1998 har Erhvervs- og Boligstyrelsen med virkning fra 1. dec. 2004 ændret bygningsreglementet. For isoleringsmaterialer gælder fx: 4.3.9 Isoleringsmaterialer må ikke anvendes på en sådan måde, at det medfører en øget brandrisiko. Ved et isoleringsmateriale forstås i denne sammenhæng ethvert materiale, der har en densitet,som er mindre end 300 kg/m³. Dette afsnit omfatter ikke andre plastbaserede byggevarer, f.eks. eldåser og rør, faldstammer, ventilationsdele, pexrør, kabelisolering, montageskum og lignende. På denne baggrund kan: Isoleringsmaterialer, der opfylder kravene til materiale klasse B-s1,d0 [klasse A materiale] anvendes uden begrænsninger. Isoleringsmaterialer, der opfylder kravene til materiale klasse D- s2,d2 [klasse B materiale], anvendes med de begrænsninger, der i den konkrete sammenhæng gælder for alle andre materialer. Isoleringsmaterialer, der ikke opfylder kravene til materiale klasse D-s2,d2 [klasse B materiale], kan: anvendes ovenpå etageadskillelser,som er mindst bygningsdel klasse REI 60 A2-s1,d0 [BSbygningsdel 60], anvendes i vægge, hvis isoleringsmaterialet på begge sider af en lodret bygningsdel er afdækket med mindst bygningsdel klasse EI 30 A2-s1,d0 [BS-bygningsdel 30], 13
anvendes i tagkonstruktioner, såfremt den underliggende del af tagkonstruktionen er mindst bygningsdel klasse EI 30 [BD-bygningsdel 30] eller opfylder kravene i afsnit 4.3.2., anvendes i terrændæk og i krybekælderdæk, anvendes i bygninger, når isoleringsmaterialet er afdækket med mindst beklædning klasse K 1 10 Bs1,d0 [klasse 1 beklædning] langs begge sider af en lodret bygningsdel og langs undersiden af en vandret eller skråtstillet bygningsdel, såfremt der ikke er hulrum mellem isoleringsmaterialet og beklædningen, anvendes, såfremt isoleringsmaterialet er afdækket med mindst bygningsdel klasse EI 30 [BD-bygningsdel 30] langs begge sider af en lodret bygningsdel og langs undersiden af en vandret eller skråtstillet bygningsdel. Efter flere hundrede år med præskriptive (forskriftsmæssige) brandkrav, åbnede nye brandbestemmelser i bygningsreglementet 1. juni op for en funktionsbaseret byggesagsbehandling. Det er således muligt at vælge mellem de gældende brandkrav i bygningsreglementet 8 eller at eftervise at et tilsvarende sikkerhedsniveau kan opfyldes på anden vis 9. Brandkapitlet i bygningsreglementet er langt det mest omfattende og tillige svært tilgængeligt, ikke mindst såfremt det drejer sig om isoleringsmaterialer der ikke opfylder kravet til klasse A materialer. I forbindelse med isoleringspuljen er der derfor udarbejdet to vejledninger 10. Disse anvisninger har været flittigt anvendt. I dette kapitel præsenteres resultaterne af brandtekniske undersøgelser af Papiruld med en ny formulering af imprægneringen 11, 12. Den nye formulering består af imprægneringsstofferne 12 vægt% Magnesiumsulfat, 12 vægt% Alun og 3 vægt% Natrium benzoat. (%af det samlede produkt) Imprægneringsstofferne tilsættes papirfibrene som beskyttelse mod biologisk nedbrydning og som brandhæmmer. Den imprægnerede Papiruld er et løsfyldprodukt, og imprægneringsstofferne er på pulverform. Undersøgelsens formål Ifølge den europæiske standard EN 13501-1, part 1, inddeles brændbare materialer i klasserne B,C,D og E samt F med hensyn til deres reaktion på brand egenskaber ud fra resultater opnået ved prøvning efter: EN 13823:2002 (SBI testen) og EN ISO (11925:2002 Small Flame testen). Det var undersøgelsens formål at fremskaffe data der muliggør en sammenligning af de brandtekniske egenskaber for Papiruld i den nuværende salgskvalitet sammenlignet med Papiruld imprægneret med et alternativt saltmix. Fremgangsmåde Der er udført 5 SBI tests og 12 Small Flame tests på Dansk Brand og sikringsteknisk Instituts laboratorium. SBI test: Papirulden blev indblæst i 5 sæt stålkasser med målene 1500 x 1100 x 100 mm og 1500 x 500 x 100 mm, som hhv. den lange og den korte vinge i SBI udstyret. Tykkelse af produkt: 90-95 mm. 8 Eksempelsamling om brandsikring af byggeri, Erhvervs og boligstyrelsen april 2004. 9 Information om brandteknisk dimensionering, Erhvervs og boligstyrelsen april 2004. 10 Bygningsdele med celluloceuld og høruld, Eksempler. Bygge- og miljøteknik ApS & DBI 2000, samt Alternativ isolering..-en håndbog med byggetekniske eksempler og detaljer. 11 DBI Prøvningsrapport, 2004-10-26, Sag nr.: PF11923a Løbe nr.: 9824 12 DBI Prøvningsrapport, 2004-10-27, Sag nr.: PF11923b, Løbe nr.: 9825 14
Papirulden i stålkasserne blev fastholdt i horisontal retning med 0,9 mm ståltråd pr. 200 mm på begge stålkasser. På den store stålkasse var der yderligere fastholdelse pr. 100 mm i den nedre del. I stålkasserne var der monteret underlagsplader af 10 mm kalciumsilikatplader. Prøvelegemerne blev anbragt i et konditioneringsrum med relativ luftfugtighed 50 ± 5% ved temperaturen 23 ± 2 0 C. Prøvelegemerne opbevaredes i konditioneringsrummet indtil fugtligevægt var opnået, jf. afsnit 4.2 i EN 13238. 15
Small Flame testen: For at fastholde papirulden anvendtes en net med 12 mm maskevidde foldet til en kasse med målene 250 x 90 x 40 mm og med den eksponerede side og kant frilagt. Der er efter bedste evne forsøgt at opnå samme densitet som for SBI prøveemnerne. Prøvningsmetoder Prøvningerne blev udført efter: EN 13823:2002 Reaction to fire tests for building products. Building products excluding floorings exposed to the thermal attack by a single burning item. EN ISO 11925-2:2002 Reaction to fire tests. Ignitability of building products subjected to direct impingement of flame. Part 2 Single-flame source test. Måleresultater Afrapporteringen er delt i to, hhv. Papiruld i den nuværende salgskvalitet: Aluminiumhydroxid CAS nr. 21645-51-2 9% Borsyre CAS nr. 10043-35-3 & Borax decahydrat CAS nr. 21645-51-2 6% Granuleret avispapir 85% Densiteten af produktet i stålkasserne før konditionering blev bestemt til 64 kg/m³. Middel fugtindholdet i papirulden; 12,2 % (i % af tørvægten) efter 24 timers tørring ved 105 C. Papiruld med alternativt saltmix: Magnesium Sulfat CAS nr. 7487-88-9 12% Aluminium Kalium Sulfat CAS nr. 7784-24-9 12% Natriumbenzoat CAS nr. 532-32-1 3% Granuleret avispapir 73% Densiteten af produktet i stålkasserne før konditionering blev bestemt til 79 kg/m³. Middel fugtindholdet i papirulden blev bestemt til 9,6 % (i % af tørvægten) efter 24 timers tørring ved 105 C. SBI test: Gennemsnitsværdierne af 3 prøvninger på Papiruld i nuværende salgskvalitet hhv. med nyt saltmix. Klassifikationsværdier Nuværende salgskvalitet Nuværende salgskvalitet tidligere undersøgelse 13 Med nyt saltmix FIGRA 0,2MJ (W/s) 1575 681 2118 FIGRA 0,4MJ (W/s) 1355 419 1736 THR 600S (MJ) 8,4 5,9 13,5 SMOGRA (m 2 /s 2 ) 13 0,4 26 TSP 600S (m 2 ) 111 27,7 230 FDP f 10S (ja/nej) Nej - Ja FDP f 10S (ja/nej) Nej Nej Nej LFS til kant(ja/nej) ja Nej ja FDP f 10S: FDP f 10S: LFS: Flammende dråber/partikler brændende mindre end 10 sekunder Flammende dråber/partikler brændende mere end 10 sekunder Sideværts flammespredning på den lange vinge af prøvelegemerne 13 Alternative isoleringsmaterialer i SBI test og Smale Flame test Fase 2 16
Small Flame test: Prøvelegeme, målinger på hhv. langs og på tværs Antændelse (ja/nej) F s 150mm (Ja/nej) Tid når 150mm mærket nås (s) Antændelse af filterpapir (ja/nej) Nuværende salgskvalitet ja nej - nej Nuværende salgskvalitet nej nej - nej tidligere undersøgelse 14 Alternativt saltmix ja ja 8 nej Overfladeflamme eksponering iht. Afsnit 7.4.1, 15 sekunders flammeeksponering Klassifikation af den nuværende salgskvalitet kan således fastlægges til klasse E Papiruld med nyt saltmix til klasse F. SBI test Til venstre Testopstillingen inden afprøvning. Gasflammen brænder nedefra i hjørnet I midten. Papiruld i nuværende salgskvalitet, efter 20 minutters brandpåvirkning. Det ses tydeligt at isoleringen er røgsværtet i vandrette striber. For dette prøvelegeme er ilden løbet på overfladen hvor ståltråden er placeret (tråden har revet overfladen op, i forbindelse med håndtering af emnerne) Til højre Papiruld med alternativt saltmix. Det er desværre tydeligt at dette materiale har dårligere brandtekniske egenskaber. 14 Alternative isoleringsmaterialer i SBI test og Smale Flame test Fase 2 17
Diskussion Figraværdierne fastsættes således at varmeafgivelsen inden for de første sekunder vægtes langt højere end varmeafgivelsen i de efterfølgende minutter. Denne målemetode straffer således produkter med brændbare småfibre på overfladen. De to gasflammer i prøvekammeret kan ikke tændes udefra. Det blev observeret at spidsen på FIGRA-kurven tilsyneladende falder sammen med det tidspunkt hvor operatøren bevæger sig ind og ud af prøvekammeret for at tænde 2. flamme. Klassificeringen afgøres typisk af figraværdierne. Det er ligeledes uheldigt, men svært at undgå, at den ståltråd der er anvendt til at fastgøre isoleringen og de lægter der anvendes til opklodsning af prøveemnerne under konditioneringen, løsner fibrene. Klassifikation af den nuværende salgskvalitet blev E (samme klasse som EPS) Ved en vejledende test er den nuværende salgskvalitet tidligere testet (vejledende) på DBI som D-s1, d0 og rullemåtter i Hør fra Heraflax som Klasse F. Samme produkt klassificeres nu efter samme standarder men af et andet prøvningsinstitut som B-s2, d0. 15 EN 13823:2002 anviser ikke en entydig metode til fastholdelse af isoleringen. Det er tydeligt at fastholdelsen har en stor indflydelse på klassificeringen. 15 Klassifizierungsbericht OIB, MA39-VFA 2003-1950.01, Wien 2004 18
Alternativt brandforsøg på Friland Alternativt brandforsøg i forbindelse med udsendelse i TV2 fra landsbyen Friland ved Feldballe på Djursland. Her er ikke tale om en måling af isoleringsmaterialernes reaktion på brand som ved SBI og Small Flame testen, men en tilnærmet end use test. (Se ligeledes 16 ) Rammerne var opbygget af 25 x 100 mm fyr, felterne målte 100 x 500 x 575 mm. Der blev afprøvet fire forskellige isoleringsmaterialer, de var alle fastholdt med fintmasket kyllingenet. Halmplade fra BIOCORE i Skærbæk, 2 x 50 mm, ingen beklædning. (Ulovlig konstruktion) PAPIRULD fra Miljøisolering i Hillerød, 100 mm løsuld, beklædt med 19 x 125 mm fyr loftpanel, ludbehandlet. (Ulovlig konstruktion) Glasuld fra ISOVER, 2 x 50 mm rullemåtte beklædt med 19 x 125 mm fyr loftpanel, ludbehandlet. (Lovlig konstruktion) Ålegræs (Søgræs) fra Lolland, beklædt med 2 x 13 mm Danogips Plank (Lovlig konstruktion) Der blev anvendt fire stk. 11 kg. nyfyldte gasflasker fra Primagaz Danmark A/S, Højtryksregulatorer, 2 m slanger samt 32 mm brændere. Flammetemperaturen blev målt til 1203 o C i 100 mm afstand, med et digitalt termometer mrk. Viking 1000. Brænderen var placeret i brandfeltets nederste 1/3, i en vandret afstand af 60 mm. Flammen var rettet opad i en vinkel på 45 o. Brænderne blev lukket efter 30 min, efter ca. 45 min. blev der slukket med vand. Brandforsøget blev afviklet med henblik på optagelse af TV. Efter ca. 25 min brændte halmpladerne (t.v.) igennem. Da brænderne blev lukket gik ilden ud, og der var da brændt et konisk hul. Ø ca. 170mm mod brænderen og Ø ca. 100 mm på bagsiden. Stativet var fuldstendigt uskadt. Efter 30 min., da brænderne blev lukket, var der ca. 40mm. tilsyneladende uskadt Papiruld (nr. to fra v.) tilbage umiddelbart foran brænderen. En del af beklædningen var tilbage og hele stativet var ubeskadiget. Beklædningen og evt. isoleringen bag denne fortsatte med at brænde ganske svagt frem til slukningen. 16 Rapport over sammenlignende brandforsøg, DBI 1998 19