Introduction to Spray  Polyurethane Foam (SPF) Spray Polyurethane Foam and  the ICC Building Codes September 15th, 2008 Minneapolis, MN Rick Duncan Technical Director, Spray Polyurethane Foam Alliance

Who is SPFA? • Spray Polyurethane Foam Alliance – Founded in 1997 as Polyurethane Foam Contractors  Division of the Society of the Plastics Industry (SPI) – Independent trade association for contractors,  manufacturers, and distributors of polyurethane foam,  equipment, and protective coatings, inspections, surface  preparations, and other services.  – Maintains strong relationship with the American Chemistry  Council (ACC) and the Center for Polyurethanes Industry  (CPI)

What does SPFA do? • Education and Research – – – –

Accreditation and Education programs Technical Literature and Guidelines "Hotline" for Technical questions (1‐800‐523‐6154)  Industry Research Programs

• Promotion and Awareness – – – – – –

Regulatory and Legislative Activities  Promotional and Marketing Tools  Website www.sprayfoam.org Annual Spray Foam Conference and Exposition  Spray Foam Magazine Directory and Buyers' Guide

History of SPF in Buildings • Building Envelope and Roofing – NOT Urea‐Formaldehyde Foam Insulation  (UFFI) – Medium/High Density Closed‐Cell SPF

courtesy BASF

• 30‐35 year history • Walls, floors, ceilings, attics… • Low‐slope roofs

– Low‐Density Open‐Cell SPF

courtesy BaySystems

• 15‐20 year history • Walls, floors, ceilings, attics…

courtesy Icynene

Insulation Family Tree

Thermoplastic vs. Thermoset Foams Thermoset • Common types – Spray Polyurethane Foam (SPF) – Polyisocyanurate Boardstock (PIR)

• Two components – Isocyanate (A‐side)  – Resin (B‐side)

• Combustible; does not melt • Recyclable in solid‐form

Thermoplastic • Common Types – Extruded Polystyrene (XPS) – Expanded Polystyrene (EPS) – Foamed Polyethylene (FPE)

• Combustible; melts • Recyclable in melted liquid  and solid form

SPF Chemistry Fundamentals • A‐Side: MDI  ‐ Isocyanate • B‐Side: Proprietary Resin  – polyols , catalysts, fire retardants, blowing agents, etc.,…

• A+B = polyurethane foam

courtesy BASF

courtesy BASF

Types of PU Foam • One‐Component

courtesy Dow

• Two‐Component

courtesy Fomo Products

courtesy Fomo Products

courtesy Fomo Products

courtesy Fomo Products

Types of PU Foam • Spray Foam  –Low Density • Open‐cell, half‐lb. 

–Medium Density • Closed‐cell, two‐lb.

–High Density / Roofing • Closed‐cell, three‐lb. 

courtesy Graco

Jobsite Safety • Safety – Applicator PPE – Material Handling (MSDS) – Jobsite Safety courtesy BASF

courtesy Graco

See SPFA’s Contractor Safety and Product Stewardship Program

Residential Applications INTERIOR WALLS

UNVENTED ATTICS courtesy Dow

courtesy Icynene

ATTIC FLOORS

CATHEDRALIZED CEILINGS courtesy BASF

courtesy BASF

EXTERIOR WALLS courtesy NCFI

FLOORS

courtesy Honeywell

courtesy Honeywell/BSC

BELOW GRADE WALLS

GARAGE CEILINGS UNVENTED CRAWLSPACES courtesy Honeywell

BASEMENT WALLS courtesy Honeywell

courtesy Honeywell

courtesy BASF

Commercial Applications LOW-SLOPE ROOFS

EXTERIOR WALLS courtesy Honeywell/BSC

courtesy BaySystems

METAL BUILDING MASONRY WALLS courtesy Demilec

courtesy Demilec

INTERIOR WALLS

FRAME WALLS

courtesy Honeywell

courtesy BASF

courtesy BASF

courtesy BaySystems

What Are the Benefits of SPF? Insulation (R/inch)

Fiberglass Batts

Cellulose

XPS

EPS

Open Cell  SPF

Closed Cell SPF

3.0‐4.0

3.0‐4.0

5.0

3.0‐4.0

3.6 ‐4.5

5.8‐6.8

9

9

Air Barrier/Air  Impermeable Water Vapor Retarder

9 9 9

*

Water Resistant Cavity Insulation

9

9

Continuous Insulation Low‐Slope Roofing (Ext) Formaldehyde‐Free Structural Strength

*

9

9 9 9

9 9 9

9 9 9

9 9 9 9 9 9 9

SPF = Consistent Performance • ATI Guarded Hotbox Study WHOLE-WALL INSULATION PERFORMANCE 120

0.18-0.27 cfm Wall Performance Index

– Whole‐wall thermal  performance: frame wall – Extreme temperatures: ‐ 15, 25 and 115F – Simulated 15 mph wind     (air pressure load)

100

1.71-2.10 cfm

80 60 40

Fiberglass Batts

20

SPF

0 -40

-20

0

20

40

60

80

100

Outdoor Temperature (deg F)

120

140

SPF and the International Codes • Code Sections – Separate from ‘traditional’ insulations – IBC: Ch 26, Section 2603 Foam Plastic Insulation – IRC: Ch 3, R314 Foamed Plastic

• Code Focus – Fire Protection – Thermal Performance – Moisture Control

Surface Burning Test • Surface Burning Characteristics [IBC 2603.3 / IRC R314.3]  – ASTM E84 / UL 723 Steiner Tunnel Test • • • • •

– – – –

Flame Spread Index (FSI)  Smoke Developed Index (SDI)  FSI/SDI is 0/0 for fiber‐cement FSI/SDI is 100/100 for red oak Limited to 4” thickness

Class II – FSI ≤ 75, SDI ≤ 450 Class I – FSI ≤ 25, SDI ≤ 450 Roofing – FSI ≤ 75, SDI unlimited CHECK with manufacturer or ESR for testing >4”

courtesy Dow

Thermal Barriers • Thermal Barrier Requirement [IBC 2603.4 / IRC R314.4]

–Separates insulation from interior of building –Approved 15 minute thermal barrier  • ½” gypsum wallboard is most commonly used • Others to be tested per ASTM E119 and/or full‐scale fire  tests

–Exceptions to Thermal Barrier requirement…

Thermal Barrier Exceptions • Inside masonry or concrete walls*  [IBC 2603.4.1.1 / IRC R314.5.2]

• Cooler and freezer walls*    [IBC 2603.4.1.2‐3] • Laminated metal wall panels‐one story     [IBC 2603.4.1.4]  • Roofing assembly*    [IBC 2603.4.1.5 / IRC R314.5.2] • Entry doors    [IBC 2603.4.1.7‐8  /  IRC R314.5.5] • Garage doors    [IBC 2603.4.1.9 / IRC R314.5.6] • Siding backer board    [IBC 2603.4.1.10 / IRC R314.5.7]  * Some SPF applications here

Thermal Barrier Exceptions • Sill Plates and Headers

[IBC 2603.4.1.13 / IRC R314.5.11]

– Limited to Type V construction – Max thickness 3.25” – Medium density foam only – Class I Foam

courtesy BASF

Thermal Barrier Exceptions • Attics and Crawl Spaces [IBC 2603.4.1.6 / IRC R314.5.3] – Entry is made for service of utilities – Ignition barrier is required separating attic/crawlspace space  from foam – Thermal barrier required between attic/crawlspace and  occupied space

courtesy Icynene

Ignition Barrier Requirements • Ignition Barrier

[IBC 2603.4.1.6 / IRC R314.5.3]

– Prescriptive ignition barriers include: • 1.5” mineral fiber insulation • 0.25” wood structural panels • 0.375 particleboard • 0.25” hardboard • 0.375” gypsum board • Corrosion‐resistant steel having a base metal thickness of  0.016 “ – Alternative Assemblies by Special Approval Testing

Alternative Assemblies • Special Approval Tests

[IBC 2603.9 / IRC R314.6]

– NFPA 286 ‐ Contribution of Wall and Ceiling Interior Finish to Room Fire  Growth (with the acceptance criteria of Section 803.2/R315.4)

– FM 4880 ‐ Fire Rating of Insulated Wall or Wall and Roof/Ceiling Panels,  Interior Finish Materials or Coatings, and Exterior Wall Systems

– UL 1040 ‐ Safety Fire Test of Insulated Wall Construction – UL 1715 – Fire test of interior finish material – End‐use fire tests

courtesy NCFI Polyurethanes

End‐Use Fire Testing • Special Approval for Foam In Attics and Crawlspaces – ICC‐ES has issued ESR’s for this application  • Qualifies foam alone or foam with intumescent coating • SPFA‐committee working with ICC‐ES to update alternative testing  procedure

courtesy NCFI Polyurethanes

Unvented Attics • Unvented Attics [IRC R806.4 2007 Supplement]

– IRC allows unvented attics in all  climate zones  Unvented attic within thermal envelope No vapor retarder on attic floor Special ventilation for wood shingles Vapor retarder requirements in cold  climates (ASTM E96 a) • Air‐impermeable insulation  requirements (ASTM E283 or E2178) • • • •

courtesy Dow

courtesy Demilec

Crawlspaces • Unvented Crawlspaces

[IRC R408.3]

– IRC allows unvented crawlspaces in  all climate zones  • Exposed earth covered and sealed with  vapor retarder • Controlled ventilation/airflow  requirements • Ignition barrier satisfactory

CRAWLSPACES courtesy Honeywell

Thermal and Moisture • Thermal Performance, R‐value [IBC 1301 Æ IECC 102.1.1 / IRC N1102.1 / 16CFR Part 460 ]

– Measure per ASTM C 518 or C 177 – At installed thickness or extrapolated from R‐value at  representative thickness per FTC rule; Refer to ESR – Must be aged R‐value for SPF, as applicable

• Moisture Permeance

[IECC 402.5 / IRC R318]

– Measure per ASTM E 96 dry cup (method A) – Approximately 2 inches of closed‐cell SPF provides ≤ 1 perm

SPF and Code Compliance • ICC‐ES Acceptance Criteria – AC‐12 for Foamed Plastic: XPS, EPS, PIR – AC‐377 for Froth and Spray Polyurethane Foams:   ‐‐ NEW 3/1/08

• (A) ICC‐ES Reports  – Required Data • R‐value, Surface Burning Characteristics (at thickness), Physical Properties

– Optional Data • Air permeance, Water absorption, WVTR, Full‐scale fire tests,…

• (B) Alternate Product Documentation – 3rd Party Test Data, Product Data Sheets also acceptable

On the Jobsite • Product Labeling [IBC 2603.2 / IRC R314.2] – Containers on job site shall have mfg name, product  ID, product listing, suitability for use – Alternately, 

• Installation Certificate [IECC 102.1.1 / IRC N1101.8] – Provided by contractor to builder/homeowner – Thickness, R‐value and product listing or data sheet – Placed on electric service panel or other conspicuous  location

On the Jobsite • Quick Tips – Open‐Cell SPF:  • Frequently expanded beyond studs • Trimmed/shaved to fill cavity • Soft to the touch

Get product data sheet, ESR and/or certification from builder/designer [IRC N1101.8]

– Closed‐Cell SPF: • Does not expand beyond wall stud faces • Not usually trimmed, does not fill cavity • Firm to the touch

– Color ≠ Foam Type

courtesy NCFI Polyurethanes

Where can you learn more? • SPFA Accreditation Training • SPFA Website and Annual Conference  – AY document access 

• SPFA Guide For Building Officials (in progress) • Formulators and Systems House Suppliers

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SPFA Website: www.sprayfoam.org