Part B Application areas and processes: Use, emissions and alternatives
4 HFCs as blowing agents for foam manufacture
4.4 Caulking foams
Workmen and DIY handymen use PUR caulking foam for a large number of applications, especially in interior finishing of buildings. The main applications include:
• filling spaces around doorframes and window frames,
• filling various cavities, and
• sealing roller shutter boxes [Schwarz, Leisewitz 1996].
The majority of caulking foams are one-component foams (OCF). They are applied either with a simple aerosol can or with a caulking gun attached to the can. Although this does not make any difference to the possible applications, working with a gun allows the foam to be applied more accurately. Expelling an one-component foam from the can requires a physical blowing agent. This does not, however, contribute to the insulating effect of the PUR foam.
This blowing agent is largely emitted during application of the foam, and a small proportion remains in the foam for a maximum of one year [Schwarz, Leisewitz 1999; Harnisch, Schwarz 2003].
Alternatively, it is possible to use two-component foams. These do not need any extra blowing agent, but are expelled by the chemical reaction resulting from mixing the two components. However, they can only be considered a possibility if it is possible to use up the entire contents of the can rapidly in a single application. Otherwise the foam hardens in the can in a few minutes. It is basically possible to replace caulking foams with other materials and techniques. These are not considered in this report because of its focus on the blowing agent problem.
The market for PUR foam cans depends on the economic situation and is very dependent on imports and exports. Of roughly 20 million cans sold throughout Germany in 2002, some 13 to 14 million were imported, although domestic production came to 33 million [AKPU
Since 1993 it has been possible to send spent PUR foam cans for recycling by P.D.R.
(“Produkte Durch Recycling”)2
Since the total discontinuation of blowing agents containing chlorine, mixtures of – highly flammable – hydrocarbons (propane, butane, dimethyl ether) and – non-flammable or not readily flammable – HFCs (134a or 152a) have been used in Germany.
in Thurnau. Since its establishment, P.D.R. has built up a nationwide collection and take-back system. Take-back is provided at no additional cost, since this is already included in the purchase price of the can [PDR 2003].
In 2007, HFC emissions from caulking foams totalled around 470 t. This means that emissions from this application were 65% down on the 2002 figure of 720 t. The share of total HFC emissions was around 6.7% [NIR 2009].
Reduction options
From 1993 onwards, under a voluntary agreement by central and west European producers, the proportion of highly flammable blowing agents was reduced to 50 g per 750-ml can (50-g rule). In 2002 this was extended to a 100-g rule [AKPU 2003b]. The foam cans contain a total of 16 to 18% by weight of blowing agent.
Since 4 July 2008, placing one-component foams on the market in the EU has been prohibited under Annex II to Regulation (EC) 842/2006 on certain fluorinated greenhouse gases (F-Gas Regulation) [EG-Verordnung 2006]. As these foams (caulking foam) are classed as
“preparations”, the total value of the global warming potential is allowed to be up to 150. For this reason it continues to be permissible not only for the blowing agent to consist entirely of HFC-152a (GWP 140), but also for it to contain up to 11.5 percent by weight of HFC-134a (GWP 1300) if the other gases have no appreciable global warming potential. Furthermore, exceptions are permitted if these are necessary to ensure compliance with national safety standards (e.g. for fire protection). In Germany there is only one such exception, and this relates to underground coal-mining [Schwarz 2009a]. The marked reduction in HFC emissions from caulking foam can be seen as the result of this regulation.
In Germany, caulking foam has to meet the requirements of building materials class B2 according to DIN 4102-1, i.e. materials used in the building sector must be “regular fire protection grade” [DIN 1998]. This follows from the minimum requirements of the Model Construction Code (Musterbauordnung – MBO) or the Länder construction codes (LBOs) for materials for permanent use in building structures [DIBt 2003]. In the test for classification in building materials class B2, the specimens are stored for at least 14 days under normal climatic conditions before being subjected to a flame test. The material passes the test if the flame does not reach a 150-mm mark within 20 seconds in any of the five specimens (exposure to flame: 15 s). The test for classification in building materials class B1 (“flame resistant”) simulates the burning of an object in a room. The fire must have a low tendency to spread, and the heat given off must be limited (DIN 4102-1 [DIN 1998]). In general, however, caulking foams do not reach these and other higher fire protection grades because of the base
material polyurethane [DIBt 2003]. Class B3 comprises all flammable building materials that do not meet the requirements for either B1 or B2 (DIN 4102-1 [DIN 1998]).
DIN 4102-1 classifies the combustibility of the products – in this case the cured caulking foam – after two weeks [DIN 1998]. In relation to the lifetime of the foam, however, which is theoretically the same as that of the building, the improvement in fire protection that results from using HFCs can be regarded as slight, since all the blowing agent is emitted from the cured foam within a maximum of one year.
The all-purpose foams sold on the German market today are generally free from HFCs and meet the requirements of building materials class B2 [Schwarz 2009a]. Only the relatively new foam specifications “flame retardant foam”, “winter foam” and “mega foam”, which account for up to 20% of cans produced by individual manufacturers, contain (in some cases) the blowing agent HFC-134a. Fire protection foam and winter foam each have a market share of 1% in Germany, mega foam a share of 18%. Flame retardant foam in particular, because of the high flame retardant content needed to comply with building materials class B1, requires special blowing agent properties. However, under the Model Construction Code (MBO) and the Länder construction codes, this building materials class is not necessary, so flame retardant foams containing HFCs should be dispensed with for climate reasons.
Winter foam is no longer dependent on the former minimum temperatures (+5°C), but can still be used at -5 to -10°C. Mega foam means that it is possible to produce up 60 litres or more of foam instead of the previous maximum of 45 litres without changing the size of the can, or the same amount of foam as before from a smaller can. This reduces the number of times that users have to change cans when working, or allows them to use smaller cans for working in places that are not easily accessible. In spite of the more stringent requirements for blowing agents in specialised foams, five of the seven suppliers of flame retardant foam and mega foam in Germany claim to offer these foams entirely without HFCs [Schwarz 2009a].
The minimum processing temperature is not usually of any relevance to the Do-it-Yourself sector. Here most applications are indoors or at higher outdoor temperatures. It is only in the professional sector, where cans are stored in contractors’ sheds (even in the winter) and the product is used at low outdoor temperatures, that this aspect is of any importance at all [Henkel 2003].
Conclusions
There is no need to use HFCs as a blowing agent in caulking foams. The HFC-free all-purpose, flame retardant and mega foam products on the market are perfectly adequate for all fields of application; only in the exceptional case of underground coal-mining are other specialised foams with HFCs required. There is also the possibility of using two-component foams.
Literature used in Chapter 4
AKPU - Arbeitskreis Polyurethanschäume (2003a): Persönliche Mitteilung Herr A. K. van der Rhee vom 2. Juli 2003.
AKPU - Arbeitskreis Polyurethanschäume (2003b): Persönliche Mitteilungen Herr Peter Geboes im Juni 2003.
Anhörung (2003): Gespräche zu fluorierten Treibhausgasen auf der Basis des Eckpunktepapiers und der hierzu im BMU eingegangenen Stellungnahmen zu den Anwendungsbereichen „stationäre Kälte- und Klimatechnik“ (28./29. Januar 2003),
„mobile Kälte- und Klimatechnik (einschl. Transportisolierung)“ (30. Januar 2003),
„Verschäumung (einschließlich Montageschaum)“ (12. Februar 2003), „SF6 in Schaltanlagen“ (13. Februar 2003), „Halbleiterindustrie“ (13. Februar 2003) und
„Sprayanwendungen, Feuerlöschmittel, sonstige Anwendungen“ (14. Februar 2003), Umweltministerium, Bonn.
BASF - BASF SE Ludwigshafen (2010): Technische Informationen und allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zu Styrodur C (XPS-Hartschaumstoffplatten).
(www.plasticsportal.net/wa/plasticsEU~de_DE/portal/show/content/products/foams/st yrodur; 25.01.2010).
BIPRO (2008): Stand des Einsatzes von halogenfreien Treibmitteln in Schäumen vor dem Hintergrund des Art. 10 (2) d) der Verordnung (EG) 842/2006. Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 363 01 188, unveröffentlicht, Dessau-Roßlau: UBA.
Buschkamp, Siegfried (2001): Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff. Herstellung - Eigenschaften - Anwendungen. Bayer AG, Leverkusen, Geschäftsbereich Polyurethane - Insulation, Technische Information Nr. 17/2001.
DIBt - Deutsches Institut für Bautechnik (2003): Persönliche Mitteilung Herr Jan Speer im Juli 2003.
DIN (1982): Schaumstoffe; Begriffe und Einteilung. DIN 7726, Ausgabe: Mai 1982, Berlin:
Beuth.
DIN (1998): Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen. Teil 1: Baustoffe; Begriffe,
DIN (2000): Holzwolle-Leichtbauplatten und Mehrschicht-Leichtbauplatten als Dämmstoffe für das Bauwesen - Anforderungen, Prüfung. DIN 1101, Ausgabe: Juni 2000, Berlin:
Beuth.
DIN (2001a): Wärmedämmstoffe für Gebäude; Werkmäßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS), Spezifikation. DIN EN 13164, Ausgabe:
Oktober 2001 (ersetzt durch DIN EN 13164: 2009), Berlin: Beuth.
DIN (2002a): Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden. Teil 4: Wärme- und feuchteschutztechnische Bemessungswerte. DIN V 4108-4, Ausgabe: Februar 2002, Berlin: Beuth.
DIN (2002b): Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden; Anwendungsbezogene Anforderungen an Wärmedämmstoffe. Teil 10: Werkmäßig hergestellte Wärmedämmstoffe. DIN V 4108-10, Ausgabe: Februar 2002, Berlin: Beuth.
DIN (2009a): Wärmedämmstoffe für Gebäude - Werkmäßig hergestellte Produkte aus extrudiertem Polystyrolschaum (XPS), Spezifikation. DIN EN 13164, Ausgabe:
Februar 2009, Berlin: Beuth.
DIN (2009b): Wärmedämmstoffe für Gebäude - Werkmäßig hergestellte Produkte aus Polyurethan-Hartschaum (PUR), Spezifikation. DIN EN 13165, Ausgabe: Februar 2009, Berlin: Beuth
DIN (2009c): Harte Schaumstoffe – Bestimmung der Druckeigenschaften. DIN EN ISO 844, Ausgabe: Oktober 2009, Berlin: Beuth.
DOW - DOW Chemical Company (2010): Technische Daten und allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Styrofoam, Roofmate, Floormate, Perimate, Wallmate.
(http://building.dow.com/europe/de/prod/tech/index.htm; 25.01.2010).
EckpPapier - Eckpunktepapier (2002): Umsetzung des Nationalen Klimaschutzprogramms im Bereich der Fluorierten Treibhausgase (H-FKW FKW SF6) - F-GASE. Vom 30.
September 2002. (www.bmu.de/de/1024/js/download/b_eckpunktepapier_f_gase;
23.09.2003).
EG-Verordnung (2000): Verordnung (EG) Nr. 2037/2000 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 29. Juni 2000 über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen.
Amtsblatt der EG, L244 S. 1-24, zuletzt geändert durch Verordnung (EG) Nr.
1804/2003 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 22. September 2003, Amtsblatt der EG, L265 S. 1-4.
EG-Verordnung (2006): Verordnung (EG) Nr. 842/2006 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 17. Mai 2006 über bestimmte fluorierte Treibhausgase. Amtsblatt der EG L161 S. 1-11.
EG-Verordnung (2009): Verordnung (EG) Nr. 1005/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. September 2009 über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen. Amtsblatt der EG, L286 S. 1-30.
Endres, Edmund; Kleser, Joachim. (2008): Wärmedämmstoffe aus Polyurethan-Hartschaum.
Herstellung – Anwendung – Eigenschaften. IVPU Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. [Hrsg.], Stuttgart.
FCKW-Verordnung (1991): FCKW-Halon-Verbots-Verordnung - Verordnung zum Verbot von bestimmten die Ozonschicht abbauenden Halogenkohlenwasserstoffen. Vom 6.
Mai 1991, BGBl. I S. 1090-1092, zuletzt geändert am 29. Oktober 2001, BGBl I S.
2785.
GDI - GDI-Statistik (2006): Gesamtverband Dämmstoffindustrie, Baumarktstatistik 1996 - 2005.
Jackon (2010): Technische Daten und allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für „Jackodur“.
(www.jackon-insulation.com/index.php?id=540&no_cache=1; 25.01.2010).
Hammond Suddards Edge (2002): DRMI HCFC-Project: Country Reports. London, Great Britain: Hammond Suddards Edge, Commercial & IP Department.
Hanno - Hanno-Werk GmbH (2003): Technische Merkblätter. (www.hanno.at; 20.05.2003).
Harnisch, Jochen u. a. (2003): Risiken und Nutzen von fluorierten Treibhausgasen in Techniken und Produkten unter besonderer Berücksichtigung der stoffintrinsischen Eigenschaften. Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 201 64 315, noch nicht veröffentlichter Entwurf, Köln/Nürnberg: Ecofys GmbH.
Harnisch, Jochen; Schwarz, Winfried (2003): Final Report on the Costs and the Impact on Emissions of Potential Regulatory Framework for Reducing Emissions of Hydrofluorocarbons, Perfluorocarbons and Sulphur Hexafluoride. Studie im Auftrag der Europäischen Kommission (GD Umwelt), Nürnberg: Ecofys GmbH, Öko-Recherche.
Henkel - Henkel KGaA (2003): Mitteilungen Herr Werner Haller im Juni und September 2003.
IFA - Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (2010):
GESTIS-Stoffdatenbank (Gefahrstoffinformationssystem).
(http://biade.itrust.de/biade/lpext.dll?f=templates&fn=main-hit-h.htm&2.0;
18.01.2010).
IVPU - Industrieverband Polyurethan-Hartschaum e.V. (2004): Harmonisierung der Dämmstoffnormen in Europa – Auswirkungen auf den deutschen Markt.
(www.ivpu.de/harmonisierung.htm; 20.01.2004).
Kapps, Manfred; Buschkamp, Siegfried (2004): Herstellung von Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff. Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, Insulation, Technische Information Nr. 6/2004.
Meinl - Meinl GmbH (2003a): Persönliche Mitteilung Herr Wilhelm Meinl vom 18. Juni 2003.
Meinl - Meinl GmbH (2003b): Artikelblätter der Wilhelm Meinl GmbH.
NIR - Nationaler Inventarbericht Deutschland (2009): Berichterstattung unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen 2009. (http://unfccc.int/
national_reports/annex_i_ghg_inventories/national_inventories_submissions/items/4 771.php).
NIR - Nationaler Inventarbericht Deutschland (2010): Berichterstattung unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen 2010.
(http://unfccc.int/national_reports/annex_i_ghg_inventories/national_inventories_sub missions/items/4771.php).
PDR - Produkte durch Recycling (2003): Homepage P.D.R. (www.pdr.de; 16.07.2003).
Rockwool (2010): Innendämmsystem Aerorock® ID. (www.aerowolle.de).
Schwarz, Winfried (2003): Emissionen und Emissionsprognose von H-FKW, FKW und SF6 in Deutschland. Aktueller Stand und Entwicklung eines Systems zur
jährlichen Ermittlung. Emissionsdaten bis zum Jahr 2001 und Emissionsprognosen für die Jahre 2005, 2010 und 2020. 1. Zwischenbericht zum Forschungsvorhaben, erstellt im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 202 41 356. Berlin:
UBA, (www.umweltbundesamt.de/uba-info-daten/daten/treibhausgase.htm;
30.12.03).
Schwarz, Winfried (2004): Emissionen, Aktivitätsraten und Emissionsfaktoren von fluorierten Treibhausgasen (F-Gase) in Deutschland für die Jahre 1995-1998. Anpassung an die Anforderungen der internationalen Berichterstattung und Implementierung der Daten in das zentrale System Emissionen (ZSE). Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 201 41 261/01, unveröffentlicht, Frankfurt/Main: Öko-Recherche.
Schwarz, Winfried (2009a): HFKW-haltige Treibgase in PUR-Montageschaum. Bewertung der Emissionsreduktionspotenziale von Montageschäumen im Hinblick auf eine Konkretisierung der Regelungen nach § 9(1) der Verordnung (EG) 842/2006. Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 363 01 196, Frankfurt/Main: Öko-Recherche.
Schwarz, Winfried (2009b): Emissionen fluorierter Treibhausgase in Deutschland 2006 und 2007. Inventarermittlung 2006/2007 (F-Gase). Daten von HFKW, FKW und SF6 für die nationale Berichterstattung gemäß Klimarahmenkonvention für die Berichtsjahre 2006 und 2007 sowie Prüfung der Datenermittlung über externe Datenbanken.
Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 202 42 300, Frankfurt/Main: Öko-Recherche.
Schwarz, Winfried; Leisewitz, André (1996): Aktuelle und künftige Emissionen treibhauswirksamer fluorierter Verbindungen in Deutschland. Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 106 01 074/01, Frankfurt/Main: Öko-Recherche.
Schwarz, Winfried; Leisewitz, André (1999): Emissionen und Minderungspotential von HFKW, FKW und SF6 in Deutschland. Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes, Förderkennzeichen 298 41 256, Frankfurt/Main: Öko-Recherche.
(www.umweltbundesamt.de/luft/emissionen/f-und-e/abgeschlossen/index.htm;
30.12.2003).
UBA - Umweltbundesamt (1989): Verzicht aus Verantwortung: Maßnahmen zur Rettung der Ozonschicht. UBA-Berichte 7/89, Berlin: Erich-Schmidt.
UBA - Umweltbundesamt (2002): Stellungnahme zu den Ökobilanzen „Stromversorgung unter Nutzung der SF6-Technologie“ und „HFC-365mfc as blowing and insulation agent in polyurethane rigid foams for thermal insulation“ der Solvay Fluor und Derivate GmbH. Berlin: UBA.
UNEP - United Nations Environment Programme (1998): Flexible and Rigid Foams Technical Options Report. Nairobi: UNEP/Ozone Secretariat.
UNEP - United Nations Environment Programme (2003): 2002 Report of the Flexible and Rigid Foams Technical Options Committee - 2002 Assessment. Nairobi:
UNEP/Ozone Secretariat.
UNEP - United Nations Environment Programme (2006): Report of the Rigid and Flexible Foams Technical Options Committee - 2006 Assessment. Nairobi: UNEP/Ozone Secretariat.
URSA - URSA Deutschland GmbH (2010): Technische Daten und allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für „URSA FOAM“, (http://www.ursa.de/_files/DB_XPS_Alle.pdf; 25.01.2010).
Walter, Robert. (2004): Stand der europäischen Normung für PUR-Hartschaumstoffe im Bauwesen. Bayer MaterialScience AG Leverkusen, Insulation, Technische Information Nr. 08/2004.
Welte, Rainer; Godthardt, Lutz-P. (2004): Polyurethan (PUR)-Hartschaumstoff zur Dämmung von Rohrleitungen. Bayer MaterialScience AG Leverkusen, Insulation, Technische Information Nr. 07/2004.
Wild, Yves. (2008): Ban on the use of ozone depleting blowing agents. Vortrag am 2.7.2008 auf der CooLogistic Conference, 1.-2.7.2008, London.
WorldCargo News (2010): Green wind of change blows at MCIQ. Band 17, Nr. 3, 2010, S.
37.