Flammpunkt

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.

Durch den Dampfdruck von Flüssigkeiten verdunstet auch unterhalb des Normalsiedepunktes ein Teil der Flüssigkeit. Der Dampfdruck steigt mit der Flüssigkeitstemperatur, d.h. je höher die Temperatur der Flüssigkeit ist, desto mehr der Flüssigkeit geht durch Verdunsten in den Gaszustand über. Die gasförmigen Teile der Flüssigkeit reichern sich im Raum über der Flüssigkeitsoberfläche an und bilden dort ein Dampf/Luft-Gemisch. Überschreitet die Dampfkonzentration die untere Explosionsgrenze, so kann dieses Gemisch durch eine geeignete Zündquelle entzündet werden. Schon eine Beimischung von wenigen Prozenten einer Flüssigkeit mit niedrigem Flammpunkt zu einer Flüssigkeit mit hohem bzw. keinem Flammpunkt kann eine Mischung mit niedrigem Flammpunkt ergeben. Der Verbrennungsvorgang stoppt in der Regel kurze Zeit nach der Zündung wieder, da bei dieser Temperatur noch nicht genügend brennbare Dämpfe entstehen, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Ist das Volumen des Gemisches groß genug, kann es explodieren. Unterhalb des Flammpunktes kann sich die Flammenfront nicht von der Zündquelle weg ausbreiten, da die Wärme aus der Oxidation nicht ausreicht, um das Gemisch auf die zur Verbrennung nötige Temperatur aufzuheizen. Eine brennbare Flüssigkeit mit einem Flammpunkt, der im Bereich oder unterhalb der Normaltemperatur von etwa 20 °C liegt, ist am gefährlichsten, weil sie jederzeit ohne weitere Wärmezufuhr schon mit einem Funken gezündet werden kann. Bei brennbaren Flüssigkeiten, die wasserlöslich sind (z.B. Alkohol), ist der Flammpunkt abhängig von der Konzentration der Flüssigkeit. Das Verdünnen mit Wasser führt zur Heraufsetzung des Flammpunktes.

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

Zur Aufrechterhaltung der Verbrennung muss zusätzlich zumindest die Verdampfungsenthalpie aufgebracht werden (Viele Stoffe befinden sich an ihrem Flammpunkt bereits im flüssigen Aggregatzustand, andere sind fest und sublimieren, manche sind am Flammpunkt nicht stabil, sodass der Dampf Zersetzungsprodukte enthält). Die dazu nötige, höhere Dampfkonzentration entsteht bei einer um wenige Grad höheren Temperatur, dem Brennpunkt. Vom Flamm- und Brennpunkt zu unterscheiden ist die Zündtemperatur, bei der eine Zündquelle nicht mehr nötig ist.

Literaturwerte für Flammpunkte gelten allgemein für einen Luftdruck von 1013 mbar. Bei höherem Luftdruck liegt der Flammpunkt höher, denn wegen des höheren Atmosphärendrucks treten weniger Stoffteilchen in die Luft aus; außerdem muss wegen des höheren Sauerstoffgehalts auch eine höhere Konzentration an Dampf vorliegen, um ein entzündbares Dampf-Luft-Gemisch zu erhalten. Bei niedrigeren Luftdrücken liegt der Temperaturwert entsprechend tiefer. Meistens befindet sich der zu entflammende Stoff bereits im flüssigen Aggregatzustand.

Bei gleichem Luftdruck 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.