Flammtemperatur

Vereinfacht ausgedrückt ist der Flammpunkt eines Stoffes die niedrigste Temperatur, bei der sich über einem Stoff genug brennbare Gase bilden, damit eine Oxidation (Verbrennung) mit dem Sauerstoff der Luft stattfinden kann. Die Verbrennung kann am Flammpunkt wieder zum Erliegen kommen, wenn die Zündquelle entfernt wird. Die aus dem Stoff nachströmende Dampfmenge ist nicht groß genug, um eine dauerhafte Verbrennung zu ermöglichen.

Dieser Temperaturwert gilt nur, wenn über diesem Stoff ein Gasdruck von 1013 mbar herrscht. Bei höheren Gasdrücken liegt der Temperaturwert zur Entflammung höher, weil die entstehende Dampfmenge geringer ist. Bei niedrigeren Gasdrücken liegt der Temperaturwert entsprechend tiefer. Meistens befindet sich der zu entflammende Stoff bereits im flüssigen Aggregatzustand.

Fachlicher formuliert erreicht ein Stoff am Flammpunkt einen Dampfdruck bzw. über dem Stoff eine korrespondierende Sättigungsdampfkonzentration, die so hoch ist, dass sich das entsprechende Gas/Luft-Gemisch mit einer Zündquelle zumindest kurzzeitig entflammen lässt.

Bei gleichem Gasdruck liegt wenige Grad über dem Flammpunkt der Brennpunkt. Ab dieser Temperatur ist eine dauerhafte Verbrennung auch nach Entfernen der Zündquelle möglich, denn die Stoffoberfläche liefert dann brennbare Dämpfe in ausreichender Menge nach. Zu unterscheiden sind Flamm- und Brennpunkt von der Zündtemperatur.

Randbedingungen:

• die Zündquelle (z. B. elektrostatischer Funke oder Flamme) muss eine Mindestzündenergie erzeugen (Bsp.: für Methan 0,2 mJ),
• die Atmosphäre muss einen Mindestgehalt an Sauerstoff aufweisen (z. B.: für Bisphenol A 2,0 Vol%).

Brandversuch

Dieselkraftstoff oder Heizöl, die einen Flammpunkt von etwa 55 °C besitzen, lassen sich bei Raumtemperatur mit einem Streichholz nicht entflammen. Wird jedoch das Streichholz lange genug an die Flüssigkeit gehalten, steigt dadurch lokal die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche, was zum Erreichen des Flammpunktes und somit zur lokalen Entflammung führt. Von hieraus breitet sich die Flamme dann kreisförmig auf der Oberfläche aus.

Flammpunktmessung

Der Flammpunkt ist ausschlaggebend bei der Einstufung und Klassifizierung als Gefahrstoff bzw. nach BetrSichV.

Es gibt verschiedene standardisierte Apparaturen, um den Flammpunkt einer Flüssigkeit zu bestimmen:

• Methode nach Pensky-Martens (> 50 °C; DIN 51758, EN 22719, aktuell Standardapparatur)
• Methode nach Abel-Pensky (< 50 °C; DIN 51755, geschlossener Tiegel = c.c. closed cup)
• Methode nach Cleveland (DIN 51376, offener Tiegel = open cup)
• Methode nach Marcusson (DIN 51584, offener Tiegel, veraltete Methode von 1959)

Generell liefern closed cup-Methoden niedrigere Flammpunkte als die veralteten open cup-Methoden. Letztere dienten in Abwandlungen zur Bestimmung des heute nicht mehr gebräuchlichen Brennpunkts.

Gemische brennbarer Stoffe

In Gemischen bestimmt der Dampfdruck der am niedrigsten siedenden Substanz den Flammpunkt des Gemischs.

• Dem Ottokraftstoff (Benzin) sind neuerdings leichtsiedende Ether (Methyl-tert-butylether, Ethyl-tert-butylether) beigemischt, die nicht nur den Flammpunkt, sondern auch die Zündtemperatur des Kohlenwasserstoff-Gemischs senken.

• Hefeweizenbier (= 5 Vol% Ethanol in „unbrennbarem“ Wasser) ergab bei Messung einen Flammpunkt von 81 °C; d. h. 5 %iges Ethanol entwickelt erst bei 81 °C die zur Zündung notwendige Konzentration an brennbaren Dämpfen von 3,5 % (=UEG).

Dies ließe sich mit dem Raoultschen Gesetz über die Partialdampfdrücke von Wasser und Ethanol auch recht gut nachrechnen.

Beispiele

1,0 Vol-% = 10.000 ppm

Substanz	SDB	Siedepkt. [°C]	Flammpkt.	untere Expl.gr.	obere Expl.gr.	Zündtemp.
		entspr. = 100 Vol-%	[°C]	Vol.-%	Vol.-%	[°C]
Wasserstoff	[1]	-253	…	4	77	465
Methan (Erdgas)	[2]	-162	…	4,4	16,5	595
Acetylen	[3]	-84	…	2,3	82	305
Propan	[4]	-42	…	1,7	10,9	470
Butan	[5]	0	…	1,4	9,3	365
Acetaldehyd	[6]	+20	-30	4	57	155
n-Pentan	[7]	+36	-35	1,4	8,0	285
Diethylether	[8]	+36	-40	1,7	36	160
Schwefelkohlenstoff	[9]	+46	-30	1,0	60	102
Propionaldehyd	[10]	+47	-40	2,3	21	175
Methyl-tert-butylether	[11]	+55	-28	1,6	8,4	460
Aceton	[12]	+56	-18	2,1	13	540
Methanol	[13]	+65	+11	5,5	37	455
n-Hexan	[14]	+69	-22	1,0	8,1	240
Ethyl-tert-butylether		+71	-19	1,2	7,7	…
Ethanol (Brennspiritus)	[15]	+78	+13	3,5	15	425
Isopropanol	[16]	+82	+12	2	12	425
Ethylenglycoldimethylether	[17]	84-86	-6	1,6	10,4	200
n-Heptan	[18]	+98	-4	1,0	7	215 = ROZ=0
Isooctan, 2,2,4-Trimethylpentan	[19]	+99	-12	1,0	6	410 = ROZ=100
1,4-Dioxan	[20]	+101	+11	1,7	25	300
1-Butanol	[21]	+117	+34	1,4	11,3	340
Propylenglycol-monomethylether	[22]	119-122	+32	1,7	11,5	270
n-Octan	[23]	+126	+12	0,8	6,5	210
Diethylenglycol-dimethylether	[24]	155-165	+51	1,4	17,4	190
Dipropylenglycol-dimethylether	[25]	175	+65	0,85	…	165
Dipropylenglycol-monomethylether	[26]	185-195	+80	1,1	14	205
Glycerin	[27]	290 Zers.	176	…	…	400
Benzin für Kfz. (KW-Gemisch)	[28]	70-210	< -20	0,6	8	200-410
Diesel für Kfz. (KW-Gemisch)	[29]	150-390	> +55	0,6	6,5	ca. 220
Biodiesel (FS-Methylester)	[30]	ca. 300	180	…	…	ca. 250
Rapsöl (FS-Triglycerid)	[31]	ca. 350	230	…	…	ca. 300

Die Daten von Rapsöl gelten stellvertretend für alle Speisefette und Speiseöle. Den Flammpunkt von Rapsöl kann man anhand der Beispiele recht zuverlässig auf ca. 230 °C schätzen. Brände am Herd entstehen durch Überschreitung der Zündtemperatur (ca. 300 °C) von Speisefetten oder Ölen.

Druck- und Konzentrationsabhängigkeit des Flammpunkts

Die Daten der Tabelle wurden unter standardisierten Bedingungen mit Reinsubstanzen ermittelt. Bei Verdünnen mit Inertgasen und/oder unter Druck ist es (lt. PTB) wahrscheinlich, dass sich die Werte für die untere Explosionsgrenze um 20 % (pro 100 °C) verringern und die der oberen Explosionsgrenze um 10 % (pro 100 °C) erhöhen. Die Erniedrigung der unteren Explosionsgrenze um 20 % entspricht ungefähr einem 5 °C niedrigerem Flammpunkt (vgl. Sättigungsdampfdruckkurve).

Erfahrungen aus der Praxis

Zur Vermeidung von Zündgefahren ist man immer bestrebt, einen „Sicherheitsabstand“ von 15 °C zum Flammpunkt einzuhalten.

Literatur

Brandes E., Möller W., „Sicherheitstechnische Kenngrößen“, Band 1: „Brennbare Flüssigkeiten und Gase“, Wirtschaftsverlag NW, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven, 2003, ISBN 3-89701-745-8

Siehe auch

CHEMSAFE: Datenbank für Flammpunkte (unter anderem) der PTB und der BAM