EPDM im Detail: Material, Eigenschaften und Beständigkeit
EPDM ist ein gummielastisches Material, das in Industrie und Alltag eine bedeutende Rolle spielt. Doch was genau ist EPDM? Entdecken Sie, welche Eigenschaften EPDM so besonders machen, wie es hergestellt wird und wo es überall zum Einsatz kommt.
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Was ist EPDM?
EPDM steht für Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und ist ein synthetischer Kautschuk mit vielseitigen Eigenschaften. EPDM zeichnet sich durch seine hohe Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse, UV-Strahlung, Ozon, Säuren und Laugen aus und ist temperaturbeständig von etwa -50°C bis +130°C. Aufgrund seiner Flexibilität sowie hervorragenden Witterungs- und Alterungsbeständigkeit wird es in zahlreichen Bereichen eingesetzt.
In der Bauindustrie wird es für EPDM-Dachabdichtungsbahnen und -planen genutzt, insbesondere für langlebige und widerstandsfähige Flachdachabdichtungen. In der Automobilindustrie findet EPDM Verwendung in Dichtungen, Schläuchen und Profilen. In der Wassertechnik kommt es für Dichtungen in Wasserleitungen zum Einsatz, und in Haushaltsgeräten wird es in verschiedenen Dichtungskomponenten verwendet.
Seine Langlebigkeit und einfache Verarbeitung machen EPDM zu einem kosteneffizienten und zuverlässigen Material für viele Anwendungen.
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Definition und chemische Zusammensetzung von EPDM
Der Werkstoff EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk) zählt zu den Synthesekautschuken mit gesättigter Hauptkette. Er bezeichnet Terpolymere aus Ethylen, Propylen und einem Dien mit nichtkonjugierten Doppelbindungen. Ethylen ist ein gasförmiger Rohstoff aus der Erdölindustrie, Propylen, ist ein Gas auf Basis eines Kohlenwasserstoffs. Das Dien ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff mit einer Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Für EPDM können verschiedene Diene eingesetzt und so die Eigenschaften des Polymers an die Anforderungen angepasst werden.
Die Eigenschaften von EPDM auf einen Blick
EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) hat eine Reihe von bemerkenswerten Eigenschaften, die es zu einem vielseitigen und weit verbreiteten Material in verschiedenen Industrien machen:
Witterungsbeständigkeit: EPDM ist äußerst widerstandsfähig gegen UV-Strahlung, Ozon und extreme Wetterbedingungen. Diese Eigenschaft macht es ideal für Außenanwendungen.
Temperaturbeständigkeit: EPDM bleibt in einem breiten Temperaturbereich von etwa -50°C bis +130°C flexibel und funktional, was es für Anwendungen in unterschiedlichen klimatischen Bedingungen geeignet macht.
Chemikalienbeständigkeit: Das Material zeigt eine hohe Beständigkeit gegenüber vielen Chemikalien, einschließlich Säuren, Laugen und polaren Lösungsmitteln, was es in industriellen und chemischen Anwendungen nützlich macht.
Elastizität und Flexibilität: EPDM besitzt hervorragende elastische Eigenschaften, bleibt auch bei niedrigen Temperaturen flexibel und hat eine hohe Zugfestigkeit.
Langlebigkeit: Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und Alterung hat EPDM eine lange Lebensdauer und erfordert wenig Wartung.
Elektrische Isolierung: EPDM hat gute elektrische Isoliereigenschaften, was es für die Verwendung in Kabelisolierungen und anderen elektrischen Anwendungen geeignet macht.
Wasserbeständigkeit: Das Material ist wasserabweisend und wird daher häufig in Dichtungen und Abdichtungen verwendet, besonders in der Wassertechnik und im Bauwesen.
Verarbeitungsfreundlichkeit: EPDM lässt sich leicht verarbeiten, was zu seiner weiten Verbreitung in verschiedenen Anwendungen beiträgt.
Umweltfreundlichkeit: EPDM ist umweltfreundlich, da es keine schädlichen Inhaltsstoffe wie Halogene oder Weichmacher enthält. Es ist zu einem gewissen Grad recycelbar und seine lange Lebensdauer reduziert den Bedarf an häufigem Materialersatz, was Ressourcen schont.
Diese Kombination von Eigenschaften macht EPDM zu einem bevorzugten Material in der Automobilindustrie, Bauindustrie, Wassertechnik und vielen anderen Bereichen.
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Wo wird EPDM verwendet?
Durch seine vielfältigen Materialeigenschaften kommt EPDM in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Typische Anwendungen sind unter anderem Dachabdichtungen, Fensterdichtungen oder Türdichtungen an Fahrzeugen, Brems- und Kühlwasserschläuche, aber auch Dichtelemente oder Förderbänder in der industriellen Produktion. Ebenfalls aus EPDM hergestellt werden hochwertige Teichfolien oder Gummiformteile wie Präzisionsmembranen oder Ventile.
Auch in Haushaltsgeräten wie Wasch-/Spülmaschinen und als Dichtungen in Wasserarmaturen wird EPDM eingesetzt. Durch seine hohe Witterungsbeständigkeit ist EPDM außerdem auch für die ständige Anwendung im Freien geeignet. Ein wichtiger Einsatzbereich sind deshalb auch hochwertige Abdichtungsbahnen bzw. -planen für Neubauten oder Sanierungen im Gebäudebereich.
So wird EPDM hergestellt
EPDM entsteht durch die Copolymerisation von Ethylen, Propylen und einem Dien mit nichtkonjugierten Doppelbindungen mithilfe von Ziegler-Natta- oder Metallocen-Katalysatoren auf Basis von Vanadium-Verbindungen und Aluminium-Alkyl-Chloriden. Als Dien werden unkonjugierte Diene eingesetzt, von denen lediglich eine Doppelbindung an der Polymerkettenbildung beteiligt ist. Weitere Doppelbindungen verbleiben damit außerhalb des direkten Kettengerüsts und können auch mit Schwefel vulkanisiert werden. Die Elastizität des Materials hängt dabei vom Grad dieser Vernetzung ab. Als Dien-Komponente kommen Dicyclopentadien (DCP), 1,4-Hexadien oder Ethylidennorbornen (ENB, IUPAC: 5-Ethyliden-2-Norbornen) zum Einsatz. Die eingesetzten Diene unterscheiden sich bezüglich der Vernetzungsgeschwindigkeit. DCP hat die niedrigste, ENB die höchste Reaktivität. Bezüglich der Kosten ist die Reihenfolge umgedreht.
Geschichte von EPDM
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) zählt zu den innovativen Synthesekautschuken und markiert einen signifikanten Fortschritt in der Materialwissenschaft, der deutlich von der Nutzung und Entwicklung des Naturkautschuks zu unterscheiden ist. Naturkautschuk, der seit Jahrhunderten von den Ureinwohnern Mittelamerikas genutzt wurde, um Kleidung und Schuhe wasserdicht zu machen, spielte eine zentrale Rolle in der frühen Geschichte der Materialnutzung und -entwicklung. Im Zuge von Kolonialisierung und Industrialisierung wurden die vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten des Materials schnell auch außerhalb Mittelamerikas bekannt und die Anwendungsmöglichkeiten für Kautschuk-Produkte nahmen rasch zu.
Um die steigende Nachfrage zu decken, wurde schon im 19. Jahrhundert nach Möglichkeiten gesucht, um Kautschuk synthetisch herzustellen. Entscheidend waren in diesem Zusammenhang die Forschungen des deutschen Chemikers Fritz Hofmann, der 1909 in Leverkusen die Herstellung eines Synthesekautschuks und seine Vulkanisation zu einem vielseitig verwendbaren Gummi entdeckte. In den folgenden Jahrzehnten wurde die Rezeptur immer weiter optimiert und an unterschiedlichste Anforderungen angepasst. Nach und nach kamen eine ganze Reihe hochspezialisierter Synthesekautschuke auf den Markt, darunter auch der Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, der insbesondere für Einsatzbereiche mit hohen Anforderungen an Witterungs-, Feuchte- und Chemikalienbeständigkeit entwickelt wurde.
Einen Durchbruch bedeuteten in diesem Zusammenhang die Forschungen der beiden Chemiker Karl Ziegler und Giulio Natta, die in den 1950er-Jahren mittels spezieller Mischkatalysatoren das Polymerisationsverfahren zur Entwicklung komplexer Kunststoffe entscheidend verbessern und vereinfachen konnten (Ziegler-Natta-Verfahren). Der Durchbruch für die industrielle Produktion von EPDM in größerem Maßstab war damit gelegt. Seither findet das Material breite Anwendung überall dort, wo es auf robuste und flexible Abdichtungswerkstoffe ankommt. Als wichtiges Einsatzgebiet hat sich dabei seit Ende der 1960er-Jahre die Abdichtung von Flachdächern etabliert. Darüber hinaus werden EPDM-Produkte in einer Vielzahl anderer Anwendungsbereiche eingesetzt, einschließlich Dichtungen, Schläuche für Brems- oder Kühlwasser und Förderbänder. Diese Vielseitigkeit unterstreicht die Bedeutung von EPDM in der modernen Materialwissenschaft und Industrie.
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Handelsübliche EPDM-Kautschuktypen
Der Werkstoff EPDM wird heute in unterschiedlichen Varianten für unterschiedliche Bedarfe und Einsatzzwecke gefertigt. Je nach Struktur, Lagenaufbau sowie Art und Menge der eingesetzten Komponenten und Additiven ergeben sich dabei unterschiedliche mechanische Eigenschaften und ein spezifisches Vulkanisationsverhalten des Polymers.
Entscheidend ist in diesem Zusammenhang vor allem der Gehalt an Ethylen und Dien: Handelsübliche EPDM-Kautschuke haben einen Ethylen-Gehalt, der zwischen 45–75 Gewichtsprozent liegt. Bei einem niedrigem Ethylengehalt von 45–55 Gewichtsprozent sind die Polymere zunehmend amorph und haben eine hohe Kälteflexibilität. Mit steigendem Gehalt an Ethylen nimmt andererseits die Kristallinität zu: Ein EPDM mit mittlerem Ethylengehalt (55–65 Gewichtsprozent) ist teilkristallin, Terpolymere über 65 Gewichtsprozent Ethylen haben größere kristalline Bereiche, die bereits im unvernetzten Zustand eine hohe Reißfestigkeit aufweisen.
Ein höherer Dien-Gehalt bewirkt eine höhere Vernetzungsgeschwindigkeit, höhere Festigkeiten und geringere bleibende Verformung. Die Alterungs- und Witterungsbeständigkeit nimmt dagegen mit steigendem Dien-Gehalt ab.
Vorteile von EPDM gegenüber anderen Materialien
Neben EPDM sind auch zahlreiche weitere hochwertige Elastomere am Markt erhältlich. Dazu zählen NBR (Butadien-Acrylnitril-Kautschuk), Fluorelastomere (bekannt unter dem Warennamen „Viton“) oder SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk). Jedes dieser Elastomere verfügt über sehr spezifische Eigenschaften. Der Werkstoff EPDM punktet dabei vor allem durch seine hohe Witterungsbeständigkeit und ist daher deutlich besser für den Einsatz im Außenbereich geeignet als NBR. Hinzu kommt die sehr hohe Beständigkeit gegenüber Wasser, Wasserdampf, Säuren, Laugen und anderen polaren Lösungsmitteln. NBR ist demgegenüber resistent gegen Mineralöle und Kraftstoffe und wird entsprechend immer dann eingesetzt, wenn der Kunststoff mit diesen Stoffen in Verbindung kommt.
Ähnlich fällt der Vergleich von EPDM und Fluorelastomer aus. Auch hier kann EPDM durch seine sehr hohe Beständigkeit gegenüber Wasser, Wasserdampf, Säuren, Laugen und anderen polaren Lösungsmitteln punkten. Die Witterungsbeständigkeit beider Polymere ist vergleichbar, gegenüber Mineralölen sowie Kraft- und Schmierstoffen ist Fluorelastomer jedoch hoch beständig. Es ist jedoch wichtig zu erwähnen, dass Fluorelastomere zur Gruppe der Per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAs) gehören, die im Verdacht stehen, krebserregend zu sein und in der Umwelt nicht zersetzt werden können. Diese Eigenschaft macht sie zu einer kritischen Wahl für Anwendungen, bei denen eine Langzeitbeständigkeit in der Umwelt oder die menschliche Gesundheit eine Rolle spielt.
Im Gegensatz dazu sind die EPDM-Produkte RESITRIX® und HERTALAN® von CARLISLE® explizit frei von PFAS, was sie zu einer umweltfreundlicheren und gesundheitlich unbedenklicheren Option macht.
Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit von EPDM
EPDM enthält keine flüchtigen Weichmacher oder Schadstoffe, die über die Nutzungsdauer freigesetzt werden könnten. Der Werkstoff gilt deshalb als ein Material, das bei der Herstellung, Verarbeitung und Nutzung nur in geringem Maße belastend auf die Umwelt einwirkt. Ein wichtiger Faktor ist außerdem die lange Nutzungsdauer von EPDM.
Im Bereich der Zertifizierung für EPDM erzielte das CARLISLE® EPDM-Abdichtungssystem HERTALAN® einen bedeutenden Erfolg mit der Cradle-to-Cradle-Zertifizierung. Das HERTALAN® wurde mit dem Cradle to Cradle™ Bronze-Zertifikat mit Silberstreifen ausgezeichnet. Dieser weltweit anerkannte Standard bewertet und zertifiziert Produkte und Materialien nach fünf Kategorien, wobei HERTALAN® in drei der fünf Kategorien eine Silberbewertung erhielt. Dies unterstreicht den Einfluss des Produkts auf eine positive Ökobilanz und seine Bedeutung für das nachhaltige Bauen.
Des Weiteren wurde der Synthesekautschuk EPDM bereits in den 1980er und 1990er Jahren vom Magazin „Green Building Digest“ und der Umweltschutzorganisation Greenpeace als besonders nachhaltiges Material eingestuft, was die langjährige Anerkennung seiner Umweltverträglichkeit hervorhebt.
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Die Langlebigkeit der EPDM-Produkte von CARLISLE® wird auch durch das unabhängige Prüfinstitut Süddeutsches Kunststoff Zentrum (SKZ) bestätigt, das HERTALAN® und RESITRIX® eine Nutzungsdauer von über 50 Jahren bescheinigt. Zudem sind die Produkte EPD-zertifiziert und DGNB-konform. Dies betont zusätzlich die Nachhaltigkeit und Effizienz von EPDM in verschiedenen Anwendungsbereichen.
Mit der Dachabdichtungsplane HERTALAN® EASY COVER steht eine innovative Lösung zur Auswahl, die mittels Induktionsverschweißung auf dem Flachdach bzw. der PVC-Altabdichtung befestigt wird. Der Vorteil dieser Methode gegenüber einer vollflächigen Verklebung zeigt sich beispielsweise bei nachträglich geplanten Dachaufstockungen. Durch die umgekehrte Induktion können die EPDM-Planen problemlos von den Haltetellern gelöst werden, ohne Schäden zu hinterlassen, und können unbedenklich wiederverwendet werden. Am Ende ihrer Nutzungsdauer werden die Planen sortenrein recycelt. Das homogene Material wird nach dem Rückbau devulkanisiert, und der Rohstoff wird dem Produktionskreislauf erneut zugeführt. Für dieses innovative System wurde CARLISLE® CM Europe mit dem renommierten niederländischen Nachhaltigkeitspreis „Rethink Awards 2023“ in der Kategorie „Nachwachsende Rohstoffe“ ausgezeichnet, was die Bemühungen und Erfolge des Unternehmens im Bereich der Nachhaltigkeit weiter unterstreicht.
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RESITRIX® Abdichtungsbahnen sind zusätzlich unterseitig mit Polymerbitumen beschichtet und ermöglichen die Nahtverschweißung mittels Heißluft. Sie werden vorrangig für die Abdichtung von genutzten und nicht genutzten Dächern und für andere Bauteilabichtungen in verschiedenen Verlegevarianten eingesetzt.
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Mit der Dachabdichtungsplane HERTALAN® EASY COVER steht eine Bahn zur Auswahl, die per Induktionsverschweißung auf dem Flachdach bzw. der PVC-Altabdichtung befestigt wird und die sich später mittels umgekehrter Induktion ohne Beschädigung wieder von den Haltetellern lösen und bedenkenlos wiederverwenden. lässt Und am Ende seines Lebenszyklus', bei einer Dachaufstockung oder bei einem Rückbau des Gebäudes kann das homogene Material sortenrein recycelt werden, indem das EPDM devulkanisiert und dem Produktionskreislauf wieder zugeführt wird.
