DE102005031282A1

DE102005031282A1 - Transportverpackung und Verfahren zur Herstellung einer Transportverpackung

Info

Publication number: DE102005031282A1
Application number: DE102005031282A
Authority: DE
Inventors: Rainer Busch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-02
Filing date: 2005-07-02
Publication date: 2007-06-06

Abstract

Transportverpackung mit einer Oberflaeche aus Kunststoffmaterial und darauf aufgebrachtem Brandschutz, dadurch gekennzeichnet, dass der Brandschutz von einer waermeableitfaehigen und intumeszierenden Beschichtung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transportverpackung mit einer Oberflaeche aus Kunststoffmaterial und einer darauf angebrachten Brandschutzbeschichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Transportverpackung bei dem auf eine Kunststoffoberflaeche der Verpackung ein intumeszierendes und waermeableitendes Beschichtungssystem aufgebracht wird.
Stand der Technik
Transportverpackungen mit einer Oberflaeche aus Kunststoffmaterial sind in verschiedenen Ausfuehrungsvarianten bekannt und haben sich gut bewaehrt. Beispielhaft hierzu sind sogenannte IBC Container zu nennen, die dazu dienen Fluessigkeiten zu transportieren und zu lagern. Probleme bereitet die Lagerung dieser Verpackung wenn diese mit brennbaren Fluessigkeiten befuellt ist. Die ungenuegende Brandschutzwirkung von Kunststoffhohlkoerper, befuellt mit brennbarer Fluessigkeit, welche einem offenen Feuer ausgesetzt ist, kann in den USA erst nach einem Zertifikations-Prozess nach NFPA 30 Technical Commitee und der Referenz zu UL 2368 Flammable and Combustible Liquids fuer die Lagerung nach Level II und Level III erfolgen.
Erfahrungen zeigen, dass die Oberflaeche aus Kunststoffmaterial bei Transportverpackungen welche einem offenen Feuer ueber einen laengeren Zeitraum ausgesetzt wird (20 bis 30 Minuten) versagt. Gruende hierzu sind in dem Schmelzen des Kunststoff durch Hitzeeinwirkung infolge von Waermekonvektion (Erzwungene- und Freie), Waermestrahlung sowie in der Waermeleitung zu finden. Wird dadurch die Waermeformstabilitaet des mit Fluessigkeit gefuellten Kunststoffinnenbehaelters erreicht, wird sich dieser durch den hydro-statischen Druck verformen, und dann bei dem Erreichen der Schmelztemperatur des Kunststoff, Versagen. Fluessigkeit tritt aus.
Ein bekanntes Verfahren zur Verbesserung des Brandschutzverhalten bei sogenannten IBC Container ist das Aufbringen des Intumeszierenden-Beschichtungssystem auf dem umschliessenden offenen Metallkaefig eines Kunststoffhohlkoerper.
Das Brandschutzverhalten bei Transportverpackungen wird auch dadurch verbessert, dass Kunststoffhohlkoerper mit einer nichtbrennbaren Folie oder Papier die mit oder ohne einer intumeszierenden Schicht versehen ist, umhuellt wird, und diese in einer geschlossenen Stahlblechummantelung eingebracht wird.
Die beschriebenen Verfahren haben jedoch den wesentlichen Nachteil, dass bei dem Aufbringen der Intumeszierenden-Schicht auf den Metallkaefig diese Schicht unter Waermeeinwirkung nicht ausreichend Aufschwellen oder Expandieren kann um die damit verbundene Waermeleitung zwischen Metallkaefig und Kunststoffoberflaeche auf ein erforderliches Mass zu Reduzieren. Ein weiterer wesentlicher Nachteil liegt darin, dass die bei einer Beflammung ausgesetzte unbeschichteten Oberflaeche des Kunststoffhohlkoerpers unter Waermeeinwirkung versagt. Bei dem Umhuellen des Kunstoffhohlkoerpers mit Folie oder Papier und Einbringen in eine geschlossene Stahlblechummantelung, ist diese Verfahren sehr aufwendig und dadurch zeitintensiv und teuer. Weiterhin kann durch die Blechummantelung der Fuellstand von Aussen nicht gesehen werden.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte und guenstiger herstellbare Brandschutzbeschichtung zur Herstellung von Transportverpackungen zu stellen.
Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass auf das Kunstoffmaterial eine in-situ nanoskalige Siliziumdioxidschicht mit der darauf aufgebrachten waermeableitfaehigen und intumeszierenden Beschichtung gebildet wird.
Erfindungsgemaess wird die Transportverpackung mit amorphem Silikat beschichtet dadurch wird beispielweise die Oberflaeche eines HD-PE Hohlkoerpers hermetisch versiegelt. Diese Siliziumdioxidschicht reduziert bereits die Entflammbarkeit des HD-PE Hohlkoerpers. Eine aufgebrachte Siliziumdioxidschicht erhoeht darueber hinaus die Oberflaechenspannung des HD-PE Hohlkoerpers welche fuer einen weitere Beschichtung notwendig ist.
Damit ist es moeglich, eine weitere, waermeableitfaehige und intumeszierende Beschichtung aufzubringen.
Kumulativ oder alternativ kann vorgesehen sein, dass auf die Oberflaeche mit dem darauf aufgebrachten Siliziumdioxid, ein vorzugsweise leitfaehigen Schicht aufgebracht ist. Ein derartiger Schicht erleichtert die elektrostatische Ableitung und reduziert die Permeationsrate des loesungsmittelhaltigen Fuellstoff. So wird beispielhaft die Permeationsrate an einem HD-PE Hohlkoerper auf 0.002 g/l/h bei einer Heizoel Befuellung reduziert. Die Mindestzuendenergie MIE fuer Fluessigkeiten/Luftgemisch ist hierbei auf 0.20 mJ festgelegt. Die Ladungsenergie auf der HD-PE Oberflaeche wird durch die leitfaehige Beschichtung auf Q = <30 nC reduziert. Es koennen somit Stoffe der Explosionsgruppe (EN) II A und II B eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kunststoffhohlkoerper mit einem leitfaehigen Schicht versehen ist, da diese zu einer schnellen Waermeleitung an der Oberflaeche des Kunststoff beitraegt. Die so abgefuehrte Waermemenge ist groesser, und wird auf der gesamten Kunststoffoberflaeche gleichmaessiger verteilt.
Transportverpackungen mit einem Kunststoffinnenbehaelter haben sich auf dem Markt durchgesetzt. Im Bereich der stabilen Hohlkoerper und hierbei sind von besonderem Interesse Transportverpackungen aus Kunststoff die ein Volumen von ueber 450 Liter aufweisen erlauben es, auf einfache Art und Weise Behaelter bereit zu stellen die insbesondere fuer den Transport von Fluessigkeiten geeignet sind. Derartige Behaelter werden in grossen Stueckzahlen fuer den Transport und die Lagerung von Stoffen, die loesungsmittelhaltige Fluessigkeit/Luftgemische enthalten eingesetzt. Hierzu zaehlen beispielweise sogenannte IBC die in der Regel 1000 Liter Kunststoffbehaelter sind. Die vorteilhafter Weise aus Polyolefinen hergestellt sind. Hierbei ist vor allem HD-PE zu nennen.
Vorteilhaft fuer das erfindungsgemaesse Verfahren ist es wenn das Kunststoffmaterial Polyethylen ist.
Zur Stabilisierung, und gegebenenfalls auch zur elektrischen Ableitung, wird vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Transportverpackung in einem verzinkten Metallkaefig angeordnet ist. Ein derartiger Metallkaefig schuetzt die Verpackung aus Kunststoffmaterial gegen mechanische Stoesse und nimmt die auftretende Stapeldruck- und hydro-statischen Innendruckkraefte auf.
Eine bevorzugte Ausfuehrungsvariante sieht vor, dass das Kunststoffmaterial mit den aufgebrachten Brandschutzbeschichtungen transluzent ist. Eine derartige Beschichtung erlaubt es, den Befuellungsgrad des Behaelters zu erkennen, auch wenn die Behaelteroberflaeche vollstaendig mit dieser Brandschutzschicht versehen ist.
Positive Ergebnisse sind mit einer intumesierenden Beschichtung erzielt worden bei welcher auf eine HD-PE Oberflaeche modifiziertes Ammonium Polyphosphat auf einer in-situ erzeugten SiO²-Beschichtung aufgebracht ist.
Die sehr effektive chemische Wirkung dieser Beschichtung tritt ein durch die Reaktion in der Gasphase. Die Radikalkettenreaktion in der Gasphase wird durch das modifizierte APP und des bezueglich seiner Elastizitaet modifizierten MF Harz unterbrochen, wodurch das System abkuehlt, der Zugang brennbarer Gase verhindert, und schliesslich vollkommen unterbrochen wird.
Bei der Reaktion in der Festphase wird durch das modifizierte APP in Verbindung mit dem modifizierten MF Harz eine verkohlte Schicht aufgebaut. Diese schuetzt die Kunststoffoberflaeche gegen Sauerstoff, und bildet eine Barriere gegen die Waermequelle aus der Beflammung.
Besonders bevorzugt ist das zusaetzliche Einbringen von Sn/Sb-Oxid beschichteten Nano-SiO²-Partikel in das modifizierte APP und modifizierte MF-Harzgemisch. Dieses Gemisch wird auf eine Kunststoffoberflaeche, auf der sich die bereits in-situ erzeugte SiO²-Barriereschicht befindet, aufgetragen. Diese in situ erzeugte SiO²-Schicht bildet eine weitere Barriereschicht gegen Sauerstoff.
Durch die Verwendung von nanoskaligen beschichteten SiO² Partikel und der in situ erzeugten SiO²-Barriereschicht auf die Kunststoffoberflaeche wird das Abtropfen verhindert. Darueber hinaus wird durch das SiO² ein Synergie-Effekt bei der Verkohlung des Polyethylen und MF-Harzgemisch erreicht.
Der endotherme Prozess wird durch den Gebrauch der Sn/Sb-Oxid beschichteten SiO² Partikel, und den ihnen eigenen guten Waermeleitfaehig, zusaetzlich unterstuetzt.
Durch die verzinkten Oberflaechen des Gitterkaefigs und des Bodenblechs am Transportbehaelter wird durch die chemische Reaktion des Ammonium Polyphosphat mit der Zink-Verbindungen die Verkohlung noch verstaerkt.
Von Vorteil ist eine zusaetzliche Waermeleitung, welche zu einer weiteren Abkuehlung des System fuehrt ist von Vorteil, da an der Kontaktflaeche des beschichteten Kunststoffbehaelters mit den verzinkten senkrechten und waagrechten Hohl- oder Vollprofile des Gitterkaefigs, und der verzinkten metallischen Bodenplatte der Palette, sich eine intumeszierende Waermebarriere in der Festphase nur ungenuegend aufbauen kann. Dies wird durch den hydro-statischen Druck des befuellten Kunstoffbehaelters hervorgerufen. Dieser Druck presst je nach Befuellungsgrad den Kunststoffbehaelter gegen die Staebe des Gitterkaefig und Bodenplatte und verhindert den notwendigen Aufbau der intumeszierenden Schicht.
An den nicht behinderten Flaechen des Kunststoffbehaelters kann sich die effektive chemische Wirkung der Brandschutzbeschichtung in der Gas- und Festphase einstellen.
Ausfuehrungsbeispiele
Die erfindungsgemaesse Transportverpackung und das erfindungsgemaesse Verfahren werden anhand des in der Figur gezeigten Intermediate Bulk Container (IBC) naeher erlaeutert. Der IBC fasst 1000 Liter und dient als Kunststoffgebinde zum Transport von fluessigen Fuellstoffen der Chemischen-Pharmazeutischen- und Lebensmittelindustrie. Die Erfindung beschraenkt sich jedoch nicht auf derartige Palettenbehaelter, sondern betrifft beispielweise auch Kunststoffflaschen-Faesser- und Kanister. Des weiteren werden Heizoeltank insbesondere aus Polyethylen hergestellt, mit eingeschlossen.
Der Palettenbehaelter 1 besteht im Wesentlichen aus einer Kunststoffblase 2 einem umlaufenden Metallgitterkaefig 3 und einer Bodenplatte die in einer Palette 4 integriert ist.
Die Kunststoffblase 2 im vorliegenden Fall aus HD-PE gefertigt. Sie hat an ihrer oberen Seite 5 einen Schraubdeckel 6 und an ihrer Unterseite 7 eine Auslaufarmatur 8 die eine Entleerung des Palettenbehaelters ermoeglicht. Die Kunststoffblase 2 der Transportverpackung weist an ihrer Aussenseite eine Brandschutzbeschichtung 9 auf. Diese Brandschutzschicht ist transluzent und erlaubt es, den Fuellstand des Behaelters von Aussen zu erkennen. Restanhaftungen des Fuellguts koennen somit leichter erkannt werden. Um die Kunststoffblase 2 herum ist ein Metallkaefig 3 angeordnet, der aus senkrechten und waagrechten, gekreuzten verzinkten metallischen Hohlprofilen 10 und 11 gebildet ist.

Die Bestimmung des Brandschutzes der Brandschutzbeschichtung erfolgt durch Messungen an einer mit 650 ml Wasser und 50 ml Heptan gefuellten 1000 ml blasgeformten HD-PE Flasche. Die max. Wandstaerke der Flasche betraegt 1.2 mm. Die Brennerleistung betraegt 1,23 KW, Propan/Butan Gasgemisch, Brennerkopfabstand zur Prueffflaschenunterseite 10 mm, offene 4-Punkt Auflage. Pruefdauer betrug 35 Minuten. Beschichtungsdicke 0.7mm Kein Austreten der Fluessigkeit. Herstellung der Brandschutzbeschichtung

Beispiel 1:
20 ml	modifiziertes Melamin-Formaldehyd Harz
2 ml	Ameisensaeure
11 g	modifiziertes Ammonium Polyphosphat
5 g	Sn/Sb beschichtetes SiO²
Beispiel 2:
20 ml	modifiziertes Melamin-Formaldehyd Harz
2 ml	Ameisensaeure
20 ml	Phosphat Ester
5 g	Sn/Sb beschichtetes SiO²
Beispiel 3:
20 ml	modifiziertes Melamin-Formaldehyd Harz
2 ml	Ameisensaeure
20 ml	Phosphat Ester
10 g	Sn/Sb beschichtetes SiO²
Beispiel 4:
20 ml	Acrylat-Polyurethan Dispersion selbstvernetzend
40 g	Sn/Sb Mica (Glimmer) und Sn/Sb SiO² beschichtet

Durch variieren der Ammonium Polyphosphat Anteile, der Phosphat Ester Anteile, der Sn/Sb beschichteten SiO² Anteile sowie der Sn/Sb Glimmer Anteile und der Beschichtungsdicke koennen Beflammungszeiten bis ueber 60 Minuten, ohne Austreten von Fluessigkeit, erreicht.
So wurde nach Beispiel 4 an einer HD-PE Flasche, Wandstaerke 1.2 mm, Volumen 1000 ml, Brennerleistung 1.23 KW, Beschichtungsdicke 3,0 mm, Beflammungszeit 90 Minuten, kein Austreten von Fluessigkeit festgestellt.
Eine optimale Ausfuehrung wird durch das zusaetzliche Einbringen nach Beispiel 1 beidseitig beschichteten Holztischlerplatte mit einer Staerke von 4 mm zwischen Bodenplatte und Kunststoffinnenbehaelter der Transportverpackung, erzielt. Beflammungszeit 60 Minuten. Kein Fluessigkeitsaustritt.
Alternativ kann die Holzplatte durch eine Glasfasermatte- oder Gewebe substituiert werden.

Claims

Transportverpackung mit einer Oberflaeche aus Kunststoffmaterial und darauf aufgebrachtem Brandschutz, dadurch gekennzeichnet, dass der Brandschutz von einer waermeableitfaehigen und intumeszierenden Beschichtung gebildet ist.
Transportverpackung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffoberflaeche mit einer in situ erzeugten Siliziumdioxidbarriereschicht gebildet ist.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffoberflaeche mit einem vorzugsweise leitfaehigen Schicht hergestellt ist.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche dadurch gekennzeichnet, dass die Transportverpackung ein stabiler Hohlkoerper ist.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche dadurch gekennzeichnet, dass die Transportverpackung ein Volumen von ueber 450 Liter aufweist.
Transportverpackung nach einem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial Polyethylen ist.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzbeschichtung transluzent ist.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Kunststoffobeflaeche aufgebrachte intumeszierende Schicht aus Ammonium Polyphosphat, Melamin-Formaldehyd, Ameisensaeure und Zinn-Antimon beschichtetem Siliziumdioxid Partikel besteht.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Kunststoffoberflaeche aufgebrachte intumeszierende Schicht aus Phosphat Ester, Melamin-Formaldehyd, Ameisensaeure und Zinn-Antimon beschichtetem Siliziumdioxid Partikel besteht.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die auf der Kunststoffoberflaeche aufgebrachte intumeszierende Schicht nach 8 und 9 und mit Zinn-Antimon beschichteten Glimmer hergestellt ist.
Transportverpackung nach einem der vorherigen Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportverpackung in einem Metallkaefig angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Transportverpackung insbesondere nach einem der vorherigen Ansprueche, bei dem auf eine Kunststoffoberflaeche der Verpackung eine Brandschutzbeschichtung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet dass die Beschichtung waermeableitend und intumeszierend erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Kunststoffoberflaeche mit Siliziumdioxid durch eine flammenpyrolytische Abscheidung in situ erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Brandschutzbeschichtung durch Tauchen, Bespruehen oder mit einem Pinsel aufgetragen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 12 und 13 dadurch gekennzeichnet, dass fuer die intumeszierende Beschichtung vorzugsweise Ammonium Polyphosphat verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 13 und 15 und dort die waermeableitende Schicht nach Anspruch 10 verwendet wird.