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Brandschutzschicht und Verfahren zu deren Herstellung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brandschutzschicht auf der
Basis von polymerisierbaren Materialien, die eine hohe Beständigkeit gegen Feuer,
Strahlungswärme, mechanische Beschädigung, Witterungseinflüsse, Wasser und die meisten
organischen Lösungsmittel aufweist und sich vor allem zum Herstellen von Produkten
aus verstärkter Kunststoffmasse, Holz, Leicht- bzw. Schaummaterialien und anderen
brennbaren Substanzen eignet. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Schicht.
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Gegenwärtig ist eine ganze Reihe von verschiedenen Verfahren bekannt,
die die entflammbaren Materialien mehr oder weniger gegen Feuer schützen sollen.
Es sind vor allem verschiedene Typen von Brandschutz-Anstrichen,
und
zwar sowohl echten Brandschutz-Anstrichen als auch verschäumbaren Anstrichen, bekannt.
Solche Anstriche weisen jedoch neben ihren positiven Eigenschaften auch beträchtliche
Nachteile auf, und zwar wegen ihrer verhältnismäßig niedrigen Beständigkeit gegen
Nässe, Wasser, Witterungseinflüsse, mechanische Beschädigung usw. Außerdem ist die
Haftung der meisten Anstriche dieser Art nach der Verschäumung an der Unterlage
nur mittelmäßig, und die Anstriche verlieren ihre Wirksamkeit. Dies gilt für alle
Anstriche auf der Basis von Silikaten, organischen Salzen usw.
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Sehr gute Eigenschaften vom Gesichtspunkt des Brandschutzes gewähren
verschiedene Typen von oberflächlich behandelten und verschiedenartig verstärkten
Zusammensetzungen. So werden beispielsweise in einigen Ländern -in der letzten Zeit
auch in der Tschechoslowakei - verschäumbare, mit Glas- oder Metallfasern verstärkte
und auf der Oberfläche mit Metall- bzw. Thermoplastfolien geschützte bzw. ausgerüstete
Schutzfolien hergestellt.
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Solche folien- bzw. plattenartigen Flächengebilde weisen jedoch eine
ganze Reihe von Nachteilen auf, von denen das Problem ihrer Haftung am zu schützenden
Material, die Ansprüche an den Oberflächenendzustand und die verhältnismäßig leichte
Verletzbarkeit der so behandelten Oberfläche durch mechanische Einflüsse am wichtigsten
sind. Außerdem ist die Mehrzahl solcher Folien vor allem nur in Gebäuden einsetzbar,
da sie keine langfristige Einwirkung von Nässe oder Witterungseinflüssen aushalten.
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Ferner hat man einige Materialien - vor allem Kunststoffmassen -
mit verschiedenartigen reaktiven oder additiven Brandverzögerungsmitteln behandelt,
deren Aufgabe in der Erhöhung der Feuerbeständigkeit des Materials besteht. So werden
z. B. zum Herabsetzen der Brennbarkeit
von Polyesterharzen Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid
sowie für Polystyrol und einige weitere Polymerisate Tetrabromxylol bzw. eine Kombination
von verschiedenartigen additiven Zusätzen verwendet. Der Hauptnachteil aller solcher
Behandlungen besteht vor allem in der Kostspieligkeit der zu verwendenden Additive.
bzw. Mittel, in einer beträchtlichen Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften
des betreffenden Materials und in der Tatsache, daß ein vollkommenes Selbstlöschungsvermögen
bzw.
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eine vollkommene Flammwidrigkeit des Materials nicht immer erzielbar
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter weitgehender überwindung
der genannten Nachteile des Standes der Technik eine Brandschutzschicht zu schaffen,
die eine herabgesetzte Brennbarkeit sowie verbesserte Haftung und Witterungsbeständigkeitseigenschaften
aufweist Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Brandschutzschicht
auf Basis von polymerisierbaren Materialien, mit dem Kennzeichen, daß sie aus 100
Gewichtsteilen Polyester- oder Epoxy-Bindemittel, z. B. auf der Basis von Ortho-
bzw. Isophthalsäure, Bisphenol, Vinylester, Terephthalsäure, Epoxy-Polyester, 5
bis 30 Gewichtsteilen Melamin, 5 bis 30 Gewichtsteilen Pentaerythrit, 8 bis 35 Gewichtsteilen
Ammoniumphosphat, 3 bis 25 Gewichtsteilen Dextrin oder Stärke und höchstens 5 Gewichtsteilen
Orthokieselsäurekolloidgel besteht.
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Dieses Gemisch kann vorzugsweise mit einer oder mehreren Glasfaserschichten
(E- oder C-Glas), mit Mineral-bzw. Asbestfasern, eventuell mit Fasern aus oberflächlich
behandelten Thermoplastmassen verstärkt werden, deren spezifisches Flächengewicht
10 bis 900 g/m2 je Schicht beträgt.
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Das Gemisch wird dann einer einfachen Homogenisierung aller vorerwähnten
Komponenten in vorbestimmten Gewichtsverhältnissen in einer beliebigen Homogenisiermaschine,
vorzugsweise Reib- oder Walzenmühle, unterworfen. Nach der vollkommenen Homogenisierung
und unmittelbar vor dem Auftragen werden der Zusammensetzung verschiedene geeignete
Aktivatoren zugegeben. Die Schicht wird unter Verwendung beliebiger Auftragstechniken,
d. h. mit Pinsel, Auftragwalze oder Rakel, eventuell durch Maschinenverfahren wie
Gießverfahren, Berieseln, Begießen, Bespritzen oder Rakeln mit Walzenrakel, auf
die entfettete Unterlage aufgetragen. Es ist wichtig, die Aktivatoren dem Grundbindemittel
erst nach der vollkommenen Homogenisierung des Gemisches zuzusetzen, da sonst eine
Zersetzung einiger Komponenten erfolgen könnte. Als Aktivatoren werden nämlich Substanzen
von starker Oxydierwirkung bzw. von stark basischem Charakter verwendet. Die Unterlage
wird vorzugsweise mit mehreren Schichten von beliebiger Dicke nacheinander, doch
immer nach Polymerisation des vorherigen Anstrichs versehen. Beim Auftragen von
dickeren Schichten sind Verstärkungen in Form von Schichten aus Glasfasern oder
anderen vorerwähnten Materialien empfehlenswert. Die Verstärkung wird entweder von
Hand aus (sog. Kontaktmethode) mit Pinsel, Rakel und Rolle oder auf eine der maschinellen,
bei der Herstellung von glasfaserverstärkten Polyesterlaminaten angewandten Arten,
wie z. B. Maschinenbespritzen, Präzisionsaufwickeln, Kaltpressen, Schleudergießverfahren
od. dgl.,vorgenommen.
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Nach dem Auftragen kann die Brandschutzschicht zum Beschleunigen
des Vorganges thermisch nachgehärtet werden; 0 die Temperatur soll dabei 80 C nicht
überschreiten, um eine vorläufige Wärmezersetzung der Schicht zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Brandschutzschicht ist von einer großen Bedeutung
vom Gesichtspunkt der Herabsetzung der Brennbarkeit, und zwar vor allem von Polymerisaten
und Holz. Nach dem Erwärmen auf eine Temperatur von 100 bis 120 0C wird die Schicht
zunächst weich, worauf sie bei 150 - 180 0C verschäumt wird. Der so entstandene
Schaum von etwa 8 - 10 mm Dicke weist sehr gute Wärmeisoliereigenschaften auf und
schützt ein mittel- oder leichtbrennbares Material vor Strahlungs- sowie Kontaktwärme
von Feuer, Durchbrennung, Entflammung bzw. Entzündung.
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Die Schicht ist beträchtlich kompakt und haftet gut an der Unterlage.
So kann man z. B. auf einem Polyester-Glasfaserschichtstoff - für welchen die Schicht
ursprünglich bestimmt und appliziert wurde - mittels eines einfachen, etwa 0,6 mm
dicken Gelcoat-Anstrichs bei der Verwendung ein- und desselben Bindemittels wie
für den eigentlichen Schicht stoff eine mehr als 20 - 30 Minuten dauernde Flammwiderigkeit
auch beim Glühen mit einer Propan-Butan-Flamme bei einer Temperatur von bis zu 1100
°C erzielen. Nicht einmal nach einer solchen Zeitspanne fängt jedoch das Material
Feuer, sondern die Flamme brennt lediglich die Glühstelle aus. Ist der Schichtstoff
als Ganzer aus dem modifizierten Bindemittel gemäß der Erfindung hergestellt, wird
das Brennen völlig vermieden.
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Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Brandschutzschicht liegt vor
allem in der zuverlässigen und sehr festen Verankerung der Schicht im Schicht stoff,
da es sich praktisch um ein und dasselbe Material handelt, und ferner in der Möglichkeit,
feuerfeste Glasfaserschichtstoffe unter Anwendung von praktich unmodifizierten technologischen
Prozessen aller Typen und bei besonders niedrigen Herstellungskosten herzustellen.
Außerdem entfällt praktisch vollständig die Notwendigkeit, verhältnismäßig kostspielige
modifzierte Polyester- bzw. Epoxy-Harze aùf der
Basis von Hexachlorendomethylentetrahydrophthalsäure
oder andere reaktive Feuerverzögerungsmittel zu verwenden.
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Durch den Schutz eines Polyester- bzw. Epoxy-Glasfaserschichtstoffs
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Brandschutzschicht (Gelcoat) können außerdem auch
sehr gute physiko-mechanische Eigenschaften, z. B. Abriebfestigkeit, des Materials
gewährleistet werden, da die eigentlichen Konstruktionsschichten des Laminats unverändert
bleiben und die Modifizierung des oberflächlichen "Gelcoats" vom Gesichtspunkt der
physiko-mechanischen Eigenschaften nicht von funktioneller Bedeutung ist.
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Zu den wesentlichen Merkmalen des erfindungsgemäßen Brandschutzes
gehört auch eine vorzügliche Beständigkeit der Brandschutzschicht gegen Witterungseinflüsse
und Wasser.
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Diese Beständigkeit kann man noch durch Kombinieren der dünnen Gelcoat-Schichten
auf der Basis von chemikalienbeständigen Kunstharzen mit der erfindungsgemäßen Schicht
steigern. Dies ermöglicht es in einer ganzen Reihe von Fällen, die so hergestellten
Glasfaserschichtstoffteile auch in chemisch aggressiven Medien zu verwenden.
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Die Brandschutzschicht kann jedoch mit Erfolg auch auf andere brennbare
Materialien aufgetragen werden. So ist beispielsweise die Verwendung der Schicht
zum Brandschutz von Holz und Holzkonstruktionen vorteilhaft. Die in Form eines ein-
bzw. mehrschichtigen Anstrichs applizierte Schicht gewährt dem Holz den Schutz nicht
nur gegen Feuer, sondern auch zugleich gegen Witterungseinflüsse, Schimmelpilze,
Holzschädlinge od. dgl.. Außerdem vermeidet sie zuverlässig jedes weitere Naß- bzw.
Trockenwerden von Holz und verlängert somit die Lebensdauer von Holzkonstruktionen.
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Ein weiterer, sehr interessanter Vorteil der erfindungsgemäßen Brandschutzschicht
besteht in der Möglichkeit,
das Bindemittel - teilweise oder völlig
- mit Polyester-bzw. Epoxy- oder auch Polyurethan-Anstrichfarben und -lacken zu
kombinieren. Dies ermöglicht es, einen vollkommenen Oberflächenendzustand auf dem
zu schützenden Gegenstand unter Verwendung aller konventionellen Anstrichtechniken
zu schaffen. Es ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch zum
Brandschutz von Stahlkonstruktionen anwendbar wird, wo es größtenteils auch eine
weitere, nicht weniger wichtige Funktion, nämlich den Rostschutz, übernimmt.
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Die Zusammensetzung der Schicht ist im Rahmen der Erfindung in einem
verhältnismäßig breiten Bereich der Gewichtsverhältnisse der einzelnen Komponenten
angegeben.
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Dieser breite Bereich ist nötig, da die betreffenden Gemische der
Art des angewandten Bindemittels, des Aktivators, dnP: aer chemischen und witterungseanspruc
una selDstverstanalich dem Typ des zu schützenden Materials anzupassen sind.
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Die optimale Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Brandschutzschicht
für einige Anwendungsformen soll in den nachfolgenden Beispielen angeführt werden.
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Beispiel 1 Die Brandschutzschicht wurde als beiderseitiger Gelcoat-Anstrich
auf einem Polyester-Glasfaserschichtstoff vom Orthophthalsäure-Typ aufgetragen.
Zum Vorbereiten des Gelcoat-Schutzgemisches wurden 100 Gewichtsteie Polyesterharz
auf der Basis der Orthophthalsäure, 16 Gewichtsteile Melamin, 14 Gewichtsteile Pentaerythrit,
8 Gewichtsteile Kartoffelstärke und 20 Gewichtsteile Ammoniumphosphat vermischt.
Das Gemisch wurde dann gründlich in einer Reibmühle zusammen mit einem 1,5%igen
Zusatz
von Aerosil homogenisiert. Nach der Homogenisierung wurden
dem Gemisch 3 Gewichtsteile Methylzyklohexanonperoxid und etwa 1 bis 1,5 Gewichtsteile
CO-Naphthenat zugegeben. Das Gemisch wurde wiederum gründlich gerührt.
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Es wurde mit-£eiBem Pinsel auf eine Laminat-Herstellungsform in einer
etwa 0,6 mm dicken Schicht aufgetragen.
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Nach teilweiser Polymerisation wurde die Laminierung auf dem Kontaktweg
bis zum Erzielen der gewünschten Glasfaserlaminatdicke durch konventionelles unmodifiziertes
Orthophthalharz ohne Bindemittel fortgesetzt. Nach dem Abschneiden des fertigen
Werkstücks wurde die Laminatoberfläche mit einer etwa 0,6 mm dicken Schutzschicht
der gleichen Zusammensetzung, wie oben erwähnt, angestrichen. Das Produkt wurde
schließlich polymerisieren gelassen.
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Beispiel 2 Die Brandschutzschicht wurde in diesem Fall als Laminiergemisch
für einen Polyester-Glasfaserschichtstoff zum Herstellen einer Ummantelung einer
Brandschutztür verwendet.
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Da je nach der betreffenden tschechoslowakischen Industrienorm (tSN
73 0852 60) die Brandschutztürkonstruktion dem Feuer 60 bis 90 Minuten widerstehen
muß, ist es nötig, den Schichtstoff völlig auf diese Art und Weise herzustellen.
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Zum Vorbereiten des Laminiergemisches wurde ein Polyesterharz auf
der Basis der Isophthalsäure in der Menge von 100 Gewichtsteilen verwendet, wobei
die einzelnen Komponenten in nachstehenden Gewichtsmengen eingesetzt wurden:
Melamin
26 Gewichtsteile Pentaerythrit 20 Dextrin 14 Ammoniumphosphat 35 Siliziumdioxid
0,5 Nach der Homogenisierung mit Hilfe von 3 Gewichtsteilen Methyläthylketonperoxid
und 1,3 Gewichtsteilen CO-Naphthenat wurde der Schichtstoff in einem konventionellen
Laminiervorgang ohne weitere technologische Abänderung hergestellt.
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Beispiel 3 Eine zum Brandschutz eines hölzernen Hausgiebels bestimmte
Schicht mit Oberflächenendbehandlung und Farbanstrich wurde folgendermaßen gefertigt:
Je 100 Gewichtsteile bisphenolisches Polyesterharz wurden etwa 5 Gewichtsteile Pigmentpaste
eines beliebigen Farbtons verwendet. Ferner wurden dem Gemisch zugegeben: Melamin
10 Gewichtsteile Pentaerythrit 8 Ammoniumphosphat 11 Stärke 4 Siliziumdioxid 2,5
Nach der Homogenisierung wurden 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Bindemittelgewicht,
Benzoylperoxid und 1,5 Gewichtsteile 10%ige Dimethylanilinlösung in Styrol zugesetzt.
Das Gemisch wurde unmittelbar mit einem-Pinsel aufgetragen. Nach dem Auftragen kann
der Anstrich thermisch, z. B. mit Infrarot-Strahlern, nachgehärtet werden.
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Beispiel 4 Eine Schicht zum Brandschutz eines Stahltragwerks besteht
aus den nachfolgenden Komponenten: Epoxidharz 100 Gewichtsteile Pigmentpulver 5
Melamin 18 Pentaerythrit 16 Stärke 5 Ammoniumphosphat 20 Siliziumdioxid 5 Nach der
Homogenisierung wurden in das Gemisch 10 Gewichtsteile Härtemittel auf der Basis
von zykloaliphatischem Polyamin eingemischt, und das Gemisch wurde dann unmittelbar
aufgetragen.
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Beispiel 5 Ein Polyester-Glasfaserschichtstoff mit erhöhter Beständigkeit
gegen aggressives Wasser und erhöhter Brandbeständigkeit wurde auf die nachfolgende
Art und Weise hergestellt: Mittels einer Spritzanlage Polyspray wurde eine "Gelcoat"-Schicht
aus chemikalienbeständigem Kunstharz des Vinylestertyps aufgetragen.
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Auf diese Schicht wurde im Kontaktprozeß eine Glasverstärkungsschicht
mit einem spezifischen Flächengewicht von 2 135 g/m2 des Laminiergemisches und der
nachfolgenden Zusammensetzung laminiert: Polyesterharz vom Isophthalsäuretyp 100
Gewichtsteile Melamin 16 Gewichtsteile
Pentaerythrit 17 Gewichtsteile
Stärke 5 Ammoniumphosphate 17 Methyläthylketonperoxid 3 Gew.-% des Bindemittelgewichts
CO-Naphthenat 1 Gew.-% des Bindemittelgewichts Die beiden letzten Komponenten wurden
erst nach der Homogenisierung des Laminiergemisches zugegeben.
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Nach teilweiser Polymerisation der vorerwähnten Brandschutzschicht
kann die Laminierung auf geläufige Art durch Maschinenbespritzen fortgesetzt werden.
Als letzte, d. h.
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Oberflächenschicht wird wieder die laminierte Brandschutzschicht der
gleichen Zusammensetzung verwendet. Der Schutz mit der Vinylester-"Gelcoat"-Schicht
ist dabei schon in der Regel unnötig, da die betreffenden Teile, wie z. B. eine
Dachabdeckung, verschiedene Dachtraufenbestandteile oder dgl., durch dieses Medium
nur von einer Seite beansprucht werden.