AT354582B

AT354582B - Verfahren zum schuetzen von bauteilen aus z.b. metall oder beton im brandfalle

Info

Publication number: AT354582B
Application number: AT910177A
Authority: AT
Inventors: Hubert Dr Czepel; Franz Ing Jilek; Heinz Zoechbauer; Alfred Dipl Ing Dr Pelz
Original assignee: Chemie Linz Ag
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1980-01-10
Also published as: ATA910177A

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Gegenstand der Erfindung ist ein neues, verbessertes Verfahren zum Schützen von tragenden Bauelementen in erster Linie aus z. B. Metall, mit dem in Brandfall ein Schutz von mehr als 60 min Dauer erzielt werden kann. 



   Es ist bekannt, dass Bauteile aus Metall oder Beton im Brandfall durch Schutzanstrich oder wärmeisolierende Beschichtung für eine gewisse Zeit vor der Feuer- oder Hitzeeinwirkung geschützt werden können. Dabei werden u. a. solche Anstriche verwendet, die im Brandfall durch die Hitzeeinwirkung aufschäumen und so eine relativ dicke, schlecht wärmeleitende, jedoch auf der Metallunterlage gut haftende Schaumschicht ausbilden, die einen guten Schutz vermittelt. 



   Aus der AT-PS Nr. 330320 ist bekanntgeworden, dass sich brandschützende Anstrich- bzw. 



  Beschichtungssysteme, die infolge der Hitzeentwicklung im Brandfall aufschäumen, vorteilhafterweise auf Basis von blähfähigem Graphit herstellen lassen, wobei dieser blähfähige Graphit, der sich auf das 10 bis 40fache seines ursprünglichen Volumens aufzublähen vermag, durch Zusatz eines halogenhaltigen Elastomeren und eines Phenol-Aldehyd-Harzes, das durch die Hitzeeinwirkung ein poröses, jedoch festes Koksgerüst bildet, gebunden ist. 



   Dieses bekannte   Brandschutzbeschichtungssystem   baut sich aus 3 Schichten auf, wobei die blähgraphithaltige Komponente die Mittelschicht darstellt, die auf einer der an sich bekannten Korrosionsschutzschichten (Grundanstrich) aufgetragen wird und die durch eine selbsthärtende Silikatschicht abgedeckt wird. 



   Diese selbsthärtende Silikatdeckschicht wird aus einer Mischung von Kieselsäureverbindungen, wie Wasserglas, reaktiven Metallpulvern, Metalloxyden oder Metallhydroxyden erhalten, die mit dem Wasserglas eine wasserunempfindliche Schicht ausbilden. Um eine möglichst hohe Wasserresistenz der Silikatschicht zu gewährleisten, wird hiebei empfohlen, möglichst alkaliarme Alkalisilikate zu verwenden. 



   Diese Deckschicht hat die Aufgabe, das gesamte Brandschutzanstrichsystem auch nach dem Aufblähen im Brandfalle zusammenzuhalten und ein Abbröckeln der aufgeblähten Dämmschicht zu verhindern. Mit diesem Beschichtungssystem konnte bei der Prüfung nach DIN 4102 in der Praxis im Kleinbrandversuch (gemäss DIN 18082) die Feuerwiderstandsklasse F 30 mit grosser Sicherheit erreicht werden. Tatsächlich betrug bei den Tests die Feuerwiderstandszeit etwa 40 bis 45 min.

   Ein Schutz über 60 min hinaus, der der Feuerwiderstandsklasse F 60 entsprechen würde, konnte dagegen nicht erreicht werden, da die Schutzwirkung der Wirkschicht dazu nicht völlig ausreichte und überdies in der Deckschicht besonders bei Beschichtung von Profilen an Ecken und Kanten Risse auftraten, die einen Hitzeangriff unter Luftzutritt auf die gut isolierende, jedoch bei höhrerer Temperatur doch oxydationsempfindliche Mittelschicht ermöglichte, wodurch die Schutzwirkung rasch vermindert wurde. 



   Es konnte nun gefunden werden, dass diese Nachteile beseitigt werden können und auf Basis von blähfähigem Graphit eine Schutzbeschichtung erhalten werden kann, mit der die Feuerwiderstandsklasse F 60 auch bei einer Beschichtung über Kanten und Ecken sicher erreicht wird, wenn für die Bindung des Blähgraphits in der Wirkschicht ein spezielles Phenolharz verwendet wird und ausserdem dem Wirkschichtgemisch als weitere Komponente Aluminiumhydroxyd zugesetzt wird, das durch den bei Hitzeeinwirkung einsetzenden endothermen Entwässerungsprozess und den dabei entstehenden Wasserdampf eine zusätzliche Schutzwirkung ausübt, und wenn die Deckschicht nicht auf Basis von durch Reaktion mit Metallen oder Metalloxyden wasserunempfindlich gewordenen   Metallsilikaten   aufgebaut ist, sondern eine Deckschicht von zumindest teilweise festem Alkalisilikat verwendet wird.

   



   Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zum Schützen von Bauteilen aus z. B. Metall oder Beton im Brandfalle durch aufeinanderfolgendes Auftragen einer an sich bekannten, korrosionshemmenden Grundschicht, einer aufschäumenden, den Brandschutz vermittelnden Wirkschicht auf Basis von Blähgraphit und einem Gemisch aus einem halogenhältigen Elastomeren und einem Phenolharz als Bindemittel und darüber einer selbsthärtenden silikatischen Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftragen der an sich bekannten korrosionshemmenden Grundschicht eine Mischung, enthaltend Blähgraphit, ein chloriertes Elastomeres, ein Alkylphenolformaldehydharz, Aluminiumhydroxyd in einer Menge von 30 bis 80   Gew.-Teilen   pro 100 Teile Blähgraphit, gegebenenfalls eine mineralische Faser,

   die üblichen Stabilisierungsmittel für Polychlorbutadien und verdünnt mit organischen Lösungsmitteln, aufgespritzt wird, so dass sich ein Belag an trockener Wirkschicht von mindestens 4   kg/m2   ergibt, worauf nach Trocknung der Wirkschicht eine Mischung von 100   Gew.-Teilen   Kaliwasserglas mit 30 bis 130   Gew.-Teilen   Na-Wasserglas,   0, 5   bis 7   Gew.-Teilen PbgO ,   sowie gegebenenfalls mineralischem Fasermaterial und Alkalihydroxyd, mit Wasser als Verdünnungsmittel, aufgetragen wird. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Das Alkylphenolformaldehydharz wird zweckmässigerweise in solchen Mengen eingesetzt, dass auf 100 Teile Blähgraphit 5 bis 25 Teile des Alkylphenolformaldehydharzes kommen. Besonders bewährt hat sich hiebei   tert. Butylphenolformaldehydharz,   es sind aber auch andere Alkylphenolformaldehydharze wie   z. B.   



  Octylphenolformaldehydharz gut brauchbar. 



   Die Verwendung dieser erfindungsgemässen Bindemittelkombination ist wesentlich, da nur dann der Blähgraphit der ja im Brandfall sehr stark aufbläht, noch in ausreichendem Masse zusammengehalten wird, so dass er nicht abbröckelt oder an den Ecken oder Konturen Risse entstehen, die den freien Zutritt des Feuers zum Bauteil gestatten würden. 



   Hiebei wirkt das Polychlorbutadien als in der Hitze thermoplastisches Bindemittel, das Phenolharz hingegen als Koksbildner, der die Schicht verfestigt. Eine zusätzliche Verfestigung im aufgeblähten Zustand kann noch erzielt werden, wenn der Wirkschicht mineralische Faserstoffe wie Asbest oder Steinwolle   z. B.   einer Faserlänge von 0, 5 bis 10 mm zugemischt werden. Der Anteil dieser Fasern pro 100 Teile Blähgraphit kann zweckmässig 5 bis 20 Teile betragen. Naturgemäss können dem Bindemittelgemisch die üblichen stabilisierenden Zusätze gegen Alterung zugesetzt werden. Es sind dies   z. B.     sterisch   gehinderte Phenole oder Oxyde von Magnesium oder Zink (Säureacceptoren). 



   Wesentlich für die störungsfreie Funktion der Wirkschicht ist auch die Deckschicht, die einerseits die Wirkschicht schützen und im Aufblähungsfalle zusammenhalten soll, anderseits aber die Wirkschicht beim Aufblähen nicht behindern darf und auch genügend gasdurchlässig sein muss, um sich entwickelnde Gase ungehindert durchtreten zu lassen. Alles dies wird erreicht, wenn man im Gegensatz zum Stand der Technik eine Deckschicht verwendet, die keinen glatten, fast porenfreien Überzug bildet, sondern vielmehr eine Schicht, die beim Abtrocknen Poren ausgebildet, so dass ungehinderter Gasdurchgang gewährleistet ist. Dies wird mit der erfindungsgemässen Deckschicht auf Basis von Kali- und Natron-Wassergläsern, vorzugsweise solchen mit einem Modul von < 3, 5 erreicht, die   Pub204   als Flussmittel enthält. 



  Die Menge an   PbgO   kann relativ niedrig gehalten werden, sie beträgt pro 100 Teile Kaliwasserglas bevorzugt 0, 5 bis 7 Gew.-Teile. 



   Wie bereits erwähnt, wird im Decklack eine gewisse Menge an fester Natronwasserglaskomponente eingebracht, was sich vorteilhaft auf die Dehnbarkeit des Deckanstriches in der Hitze auswirkt. Es ist auch möglich, den Alkaligehalt der Deckanstrichmasse vor dem Auftragen durch Zusatz von Alkalilauge, vorzugsweise Natronlauge zu erhöhen, da sich dadurch eine gute Haltbarkeit der Masse vor der Auftragung ergibt. Im allgemeinen soll das Gewichtsverhältnis von K20 und Na20 im Deckanstrich zu   Si02   im Deckanstrich etwa im Verhältnis 25 bis 35 : 70 liegen, wobei das Gewichtsverhältnis von K20 :   Na20   etwa   2 : 1   beträgt. 



   Als korrosionsschützende Grundanstriche haben sich besonders Anstriche auf Alkydharzbasis bewährt. Andere Systeme, wie z. B. Epoxydharzlack sind ebenfalls brauchbar. Als organische Lösungmittel zum Verdünnen der Bestandteile der Wirkschicht sind   z. B.   aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Xylol) oder Mischungen derselben mit Ketonen, vorzugsweise Aceton oder Methyläthylketon und Benzinkohlenwasserstoffen geeignet. Die Menge des Lösungsmittels beträgt hiebei in der Regel etwa 100 bis 200   Gew.-Teile   pro 100   Gew.-Teile   Blähgraphit. Diese Masse kann entweder mit der Spritzpistole oder durch Spachtelung aufgetragen werden, was bei der Menge an zuzufügendem Lösungsmittel zu berücksichtigen ist.

   Zweckmässig werden von der Wirkschicht zwischen 4 und 5 kg/m2 aufgetragen, was in ein-oder mehrmaligen Auftragungsgängen möglich ist. 



   Natürlich kann auch eine höhere Auftragungsmenge gewählt werden, doch spielen bei Auftragungsmengen von über 5 kg/m2 auch wirtschaftliche Überlegungen sowie die für den Bauteil tolerierbare Schichtdicke des   Anstriches   eine Rolle. 



   Bei der Anbringung der Deckschicht wird das Kaliwasserglas bei der Bereitung der auftragungsfähigen Mischung zweckmässig in Form der wässerigen Lösung, beispielsweise in einer Konzentration von 30 bis 45   Gew.-%,   eingesetzt, der dann das Natronwasserglas zweckmässig in fester Form zugesetzt werden kann. Auch die übrigen Bestandteile wie   Pub304   und, wenn vorhanden, Asbestfasern und Alkalihydroxyd können fest zugemischt werden, worauf das Gemisch mit Wasser auf die nötige Konsistenz verdünnt wird. 



   In den meisten Fällen wird man, wenn man von etwa 40% igen wässerigen K-Wasserglaslösungen ausgeht, noch zusätzlich 30 bis 100 Gew.-Teile Wasser pro 100   Gew.-Teilen   K-Wasserglas benötigen, um eine streichfähige Masse zu erhalten. Der Anteil an Asbestfasern kann bis zu 30 Gew.-Teile, jener an festem Alkalihydroxyd   z. B.   etwa 10   Gew.-Teile   betragen. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   Die Deckschicht besitzt nach dem Auftragen im Gegensatz zu jener gemäss AT-PS Nr. 330320 keine starre Struktur, es wird vielmehr eine poröse Struktur ausgebildet, die in der Hitze eine elastische flexible Schicht zum Schutz der darunterliegenden aufgeschäumten Wirkschicht ergibt. 



   Die Prüfung der erfindungsgemässen Brandschutzbeschichtung erfolgte gemäss DIN 4102/Bl. 2 bzw. 



  ÖNORM B 3800/Teil 2. Hiebei darf bei Brandeinwirkung in einem mit dem erfindungsgemäss hergestellten Anstrich versehenen Profilträger aus Stahl (Type IPB 180) im Inneren des Trägers während 60 min die Temperatur im Mittel nicht über   400 C   ansteigen bzw. darf sie an keiner Stelle   500 C   überschreiten. 



   Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele näher erläutert, jedoch in ihrem Umfang nicht beschränkt werden. 



     Beispiel l :   Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung : 
 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Blähgraphit, <SEP> 
<tb> 24 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Polychlorbutadien, <SEP> mastiziert
<tb> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> tert. <SEP> Butylphenol-Formaldehydharz,
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Asbestfasern,
<tb> 48 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Aluminiumhydroxyd, <SEP> 
<tb> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Stabilisator <SEP> (sterisch <SEP> gehindertes <SEP> Phenol, <SEP> Magnesiumoxyd)
<tb> 165 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Toluol <SEP> als <SEP> Lösungsmittel
<tb> 
 wird entsprechend der DIN 4102 (bzw.

   ÖNORM B 3800) auf 2 durch Sandstrahlen und Grundieren mittels Zinkchromat-Alkydharzlack korrosionsfest ausgerüsteten IPB-Trägern 180 von je 3 m Länge, in einer Schichtdicke von etwa 5 mm (Trockendicke)   = 4, 5 kg/m2   Trockenauftragsmenge in 2 Gängen aufgespritzt. Nach Trocknung wurde die Deckschicht nach folgender Zusammensetzung (homogen gemischt) in einer Stärke von etwa 0, 3 mm mit dem Pinsel aufgetragen :

   
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Kaliwasserglas <SEP> fest <SEP> (Gewichts-Modul <SEP> 1, <SEP> 85, <SEP> als <SEP> 40% <SEP> igue <SEP> wässerige <SEP> Lösung)
<tb> 83 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Natronwasserglas <SEP> fest <SEP> (Gewichts-Modul <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> feinpulverig <SEP> gemahlen)
<tb> 11 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Ätznatron
<tb> 2, <SEP> 7 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Mennige <SEP> (Pb304)
<tb> 21 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Asbestfasem <SEP> 
<tb> 61 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Wasser
<tb> 
 Ein von der Brandschutzbehörde durchgeführter Brandschutztest nach DIN 4102 bzw. ÖNORM B 3800 ergab eine Brandwiderstandsklasse von F 60. 



     Beispiel 2 :   Die Wirkschicht folgender Zusammensetzung : 
 EMI3.3 
 
<tb> 
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Blähgraphit
<tb> 24 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Polychlorbutadien
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teile <SEP> tert. <SEP> Butylphenol-Formaldehydharz
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Asbestfasern <SEP> 
<tb> 55 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Aluminiumhydroxyd <SEP> 
<tb> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Stabilisator <SEP> (sterisch <SEP> gehindertes <SEP> Phenol, <SEP> Magnesiumoxyd)
<tb> 150 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Losungsmittel <SEP> (80% <SEP> Toluol, <SEP> 10% <SEP> Aceton, <SEP> 10% <SEP> Benzin)
<tb> 
 wurde auf eine sandgestrahlte und zum Korrosionsschutz mit Zinkehromat-Alkydharzlack grundierte Stahlplatte (500 x 500 x 4 mm) in einer Trockenschichtdicke von etwa 5 mm aufgespritzt, was einer   Trockenauftragungsmenge   von   5,

   0 kg/m2   entspricht. Nach Trocknung wurde der Deckanstrich gleicher Zusammensetzung und Auftragstärke wie im Beispiel 1 aufgespritzt, die Platte war auf der Rückseite mit einer zirka 30 mm starken Steinwollmatte gegen Wärmeabstrahlung zusätzlich abgedämmt. 



   Bei einem Brandversuch im Normkleinbrand-Versuchsofen (DIN 18082) wurde eine Feuerwiderstandsklasse (DIN 4102) von F 60 erreicht. 



     Beispiel 3 :   Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung : 
 EMI3.4 
 
<tb> 
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Blähgraphit
<tb> 24 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Polychlorbutadien <SEP> 
<tb> 20 <SEP> Gew.-Teile <SEP> tert. <SEP> Butylphenol-Formaldehydharz
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Asbestfasern <SEP> 
<tb> 80 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Aluminiumhydroxyd <SEP> 
<tb> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Stabilisator <SEP> (wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 2) <SEP> (Trockenauftragsmenge <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP> kg/m2) <SEP> 
<tb> 
 wurde wie in Beispiel 2 mit demselben Deckanstrich versehen auf einer Stahlplatte in einem Klein- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 brand-Versuchsofen auf ihr Brandschutzverhalten untersucht. Auch hier konnte die Feuerwiderstandsklasse F 60 erreicht werden. 



     Beispiel 4 :   Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung : 
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Blähgraphit
<tb> 24 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Polychlorbutadien <SEP> 
<tb> 20 <SEP> Gew.-Teile <SEP> tert.-Butylphenol-Formaldehydharz <SEP> 
<tb> 7 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Asbestfasern
<tb> 32 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Aluminiumhydroxyd
<tb> 2 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Stabilisator <SEP> (wie <SEP> in <SEP> Beispiel <SEP> 2)
<tb> 
 
155 Gew.-Teile Lösungsmittel wie Beispiel 1 (Trockenauftragsmenge   4, 6 kg/m2)   wurde wie in Beispiel 2 mit demselben Deckanstrich auf einer Stahlplatte in einem Kleinbrand-Versuchsofen auf ihr Brandschutzverhalten getestet. Auch hier konnte die Feuerwiderstandsklasse F 60 erreicht werden. 



     PATENTANSPRÜCHE   : 
1. Verfahren zum Schützen von Bauteilen aus z. B. Metall oder Beton im Brandfalle durch aufeinanderfolgendes Auftragen einer an sich bekannten, korrosionshemmenden Grundschicht, einer aufschäumenden, den Brandschutz vermittelnden Wirkschicht auf Basis Blähgraphit und einem Gemisch aus einem halogenhaltigen Elastomeren und einem Phenolharz als Bindemittel und einer selbsthärtenden, silikatischen Deckschicht,   dadurch gekennzeichnet,   dass nach dem Auftragen der an sich bekannten korrosionshemmenden Grundschicht eine Mischung enthaltend Blähgraphit, ein chloriertes Elastomeres, ein Alkylphenolformaldehydharz, Aluminiumhydroxyd in einer Menge von 30 bis 80 Gew.-Teilen pro 100   Gew.-Teile   Blähgraphit, gegebenenfalls eine mineralische Faser,

   die üblichen Stabilisierungsmittel für Polychlorbutadien und verdünnt mit organischen Lösungsmitteln, aufgespritzt wird, so dass sich ein Belag an trockener Wirkschicht von mindestens 4   kg/m2   ergibt, worauf nach Trocknung der Wirkschicht eine Mischung von 100   Gew.-Teilen   K-Wasserglas mit 30 bis 130   Gew.-Teilen   Na-Wasserglas, 0, 5 bis 7   Gew.-Teilen PbgO , sowie   gegebenenfalls mineralischem Fasermaterial und Alkalihydroxyd, mit Wasser als Verdünnungsmittel, aufgetragen wird. 
 EMI4.2

Claims

der zur Auftragung der Deckschicht dienenden Mischung pro 100 Gew.-Teilen in wässeriger Lösung vorliegendem K-Wasserglas noch 30 bis 100 Gew.-Teile Wasser zugesetzt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als halogenhaltiges Elastomeres ein Polychlorbutadien eingesetzt wird, das durch Mastikation abgebaut sein kann.

5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 15 bis 30 Gew.-Teile Polychlorbutadien auf 100 GeW.-Teile Blähgraphit eingesetzt werden. EMI4.3 bis 25 Gew.-Teile Alkylphenolformaldehydharz auf 100 Gew.-Teile Blähgraphit eingesetzt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Alkylphenolformaldehydharz ein tert. Butylphenolformaldehydharz verwendet wird. EMI4.4