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Die Erfindung betrifft ein dämmschichtbildendes Anstrichmittel, welches mindestens ein filmbildendes Bindemittel und Intumeszenzadditive, nämlich eine bei Hitzeeinwirkung säurebildende Substanz, eine bei Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Substanz und ein bei Hitzeeinwirkung mit Säure reagierendes Treibmittel zur Schaumbildung, enthält. Als bei Hitzeeinwirkung säurebildende Substanz wird bevorzugt das Salz einer organischen Säure, z. B. Ammoniumpolyphosphat, als bei Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Substanz eine Polyhydroxyverbindung als Kohlenhydrate oder mehrwertige Alkohole mit einer großen Anzahl veresterungsfähiger Hydroxygruppen, z. B. Pentaerythrit, und als bei Hitzeeinwirkung mit Säure reagierendes Treibmittel zur Schaumbildung eine Verbindung, die bei erhöhter Temperatur mit Säure unter Freisetzung eines nicht brennbaren Gases reagiert, z. B. Melamin oder Melaminpolyphosphat, verwendet. Das erfindungsgemäße dämmschichtbildende Anstrichmittel dient insbesondere einer Brandschutzbeschichtung von Stahlteilen, bevorzugt von metallischen Tragkonstruktionen.
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Dämmschichtbildende Anstrichmittel werden üblicherweise als geschlossene Brandschutzbeschichtung auf die Oberfläche eines vor Hitzeeinwirkung zu schützenden Stahlteiles, beispielsweise auf die tragenden Teile einer metallischen Tragkonstruktion, aufgebracht. Sie wirken, indem sie unter Einwirkung von Hitze aufschäumen und eine das Stahlteil einhüllende, aufgeschäumte Isolierschicht aus einem hitzeisolierenden und schwer entflammbaren Material bilden. Sie verhindern bzw. verzögern so eine Überhitzung und damit Verschlechterung der mechanischen, bei Tragkonstruktionen insbesondere statischen, Eigenschaften des beschichteten Stahlteiles. Der Eigenfeuerwiderstand des Stahlteiles wird durch einen zusätzlichen Feuerwiderstand ergänzt.
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Aus der
DE 199 09 387 C2 ist bekannt, dass die Verwendung von Melamin als Treibmittel zur Schaumbildung in einem dämmschichtbildenden Anstrichmittel nachteilig ist, weil bekanntermaßen Melamin und Ammoniumpolyphosphat in wässriger Lösung unter Freisetzung von Ammoniak reagieren. Diese Reaktion findet auch in einer getrockneten dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung, insbesondere bei erhöhter Temperatur sowie erhöhter Luftfeuchtigkeit statt, wodurch sich die brandschutztechnischen Eigenschaften der Brandschutzbeschichtung verschlechtern. Der Prozess kann als Alterung der Brandschutzbeschichtung angesehen werden. In der
DE 199 09 387 C2 wird daher vorgeschlagen, anstelle von Melamin als Treibmittel in einem dämmschichtbildenden Anstrichmittel Melaminpolyphosphat als Treibmittel zu verwenden. Der vorbeschriebene Nachteil der Verschlechterung der brandschutztechnischen Eigenschaften der Brandschutzbeschichtung infolge einer Reaktion der säurebildenden Substanz mit dem Treibmittel in der getrockneten dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung, also die Alterung der Brandschutzbeschichtung, kann damit aber nicht vollständig behoben werden.
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Die brandschutztechnischen Eigenschaften, d. h. die Schutzwirkung einer dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung, werden deshalb üblicherweise im Labor geprüft. Zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit der brandschutztechnischen Eigenschaften einer Brandschutzbeschichtung werden normiert beschichtete und unter definierter Langzeitbewitterung bis zu 10 Jahren eingelagerte Bleche einer Brandprüfung unterzogen, vgl. Zulassungsgrundsätze für reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlbauteilen, Deutsches Institut für Bautechnik, Berlin, 1997. Ein erstes Paar normiert beschichteter Bleche wird bereits im Zuge der Grundprüfung getestet. Dabei darf die Temperatur auf der feuerabgewandten Seite einen bestimmten Wert in einer bestimmten Zeit nicht überschreiten. Nach 2, 5 und 10 Jahren werden weitere Paare normiert beschichteter und unter definierter Langzeitbewitterung gelagerter Bleche in gleicher Weise geprüft. Der wiederholt erbrachte Nachweis des Vorhandenseins ausreichender brandschutztechnischer Eigenschaften ist eine gesetzlich vorgeschriebene und technisch notwendige Bedingung für den Nachweis der Schutzwirkung eines dämmschichtbildenden Anstrichmittels. Er ist jedoch keine Garantie für die Dauerhaftigkeit der Schutzwirkung, d. h. das dauerhafte Vorhandensein ausreichender brandschutztechnischer Eigenschaften der dämmschichtbildenden Beschichtung auf einem realen Objekt. Überdies ist die Nutzungsdauer vieler realer Objekte, wie beispielsweise die der metallischen Tragkonstruktion einer Halle, deutlich länger als die vorbeschriebene, einen Zeitraum von 10 Jahren umfassende, Prüfung.
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Anders als beim Korrosionsschutz ist eine Verschlechterung der brandschutztechnischen Eigenschaften einer dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung optisch nicht direkt sichtbar.
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Demgemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, ein dämmschichtbildendes Anstrichmittel der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, das eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung, d. h. ihrer brandschutztechnischen Eigenschaften am beschichteten Objekt, ermöglicht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein dämmschichtbildendes Anstrichmittel mit den Merkmalen des 1. Schutzanspruches gelöst. Die Schutzansprüche 2 bis 9 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen dämmschichtbildenden Anstrichmittels.
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Das erfindungsgemäße dämmschichtbildende Anstrichmittel enthält neben dem filmbildenden Bindemittel mindestens eine bei Hitzeeinwirkung säurebildende Substanz, eine bei Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Substanz sowie ein bei Hitzeeinwirkung mit Säure reagierendes Treibmittel zur Schaumbildung und ist dadurch gekennzeichnet, dass es neben den vorgenannten Substanzen zwischen 0,1 bis 2 Gew% einer Substanz enthält, deren Farbe oder Lumineszenz als Fluoreszenz oder Phosphoreszenz eine Funktion des pH-Wertes im Bereich zwischen pH-Wert 9 bis pH-Wert 2 ist.
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Bevorzugt wird als Substanz, deren Farbe oder Lumineszenz als Fluoreszenz oder Phosphoreszenz eine Funktion des pH-Wertes im Bereich zwischen pH-Wert 9 bis pH-Wert 2 ist, Leuchtphosphor, auch UV-Phosphor genannt, als fluoreszierendes bzw. phosphoreszierendes Farbmittel, verwendet.
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Eine bevorzugte Ausbildung des dämmschichtbildenden Anstrichmittels enthält 5 bis 30 Gew% filmbildendes Bindemittel, 20 bis 50 Gew% Lösungsmittel, 18 bis 75 Gew% Intumeszenzadditive und 0,1 bis 2 Gew% einer Substanz deren Farbe oder Lumineszenz als Fluoreszenz oder Phosphoreszenz eine Funktion des pH-Wertes im Bereich zwischen pH-Wert 9 bis pH-Wert 2 ist, wobei es als Intumeszenzadditive mindestens 4 bis 10 Gew% Phosphatverbindungen als bei Hitzeeinwirkung säurebildende Substanz, 8 bis 40 Gew% polyhydroxygruppenhaltiges Alkohol als bei Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Substanz und 6 bis 25 Gew% Melamin oder Melaminpolyphosphat als bei Hitzeeinwirkung mit Säure reagierendes Treibmittel zur Schaumbildung enthält.
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Als filmbildendes Bindemittel wird bevorzugt Polyvinylazetat, als bei Hitzeeinwirkung säurebildende Substanz besonders bevorzugt Ammoniumpolyphosphat und als bei Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzende Substanz besonders bevorzugt Pentaerythrit verwendet.
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Das dämmschichtbildende Anstrichmittel kann zusätzlich ein anorganisches Pigment, bevorzugt Titandioxid, und/oder amorphe pyrogene Kieselsäure als Schaumstabilisator enthalten.
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Das dämmschichtbildende Anstrichmittel kann darüber hinaus anstrichstoffspezifische Additive, wie Dispergiermittel, Netzmittel, Entschäumer, Filmbildner und/oder Verdicker, in einer Menge zwischen 0 bis 3,5 Gew% enthalten.
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Das dämmschichtbildende Anstrichmittel wird als geschlossene Brandschutzbeschichtung auf die Oberfläche des vor Hitzeeinwirkung zu schützenden Stahlteiles aufgetragen. Erfährt die Beschichtung eine Wärmeeinwirkung, so beginnt ab einer Temperatur von ca. 180°C eine Zersetzung der bei Hitzeeinwirkung säurebildenden Substanz. Die freiwerdende Säure reagiert ab einer Temperatur von ca. 220°C mit der bei Hitzeeinwirkung Kohlenstoff freisetzenden Substanz. Ab einer Temperatur von 250°C erfolgt eine weitere chemische Reaktion, bei der das Treibmittel mit Säure unter heftiger Freisetzung eines nicht brennbaren Gases reagiert und so eine Schaumbildung bewirkt, was zu einem Anschwellen der Beschichtung und zur Ausbildung einer das zu schützende Stahlteil einhüllenden, hitzeisolierenden und schwer entflammbaren Schutzschicht führt.
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Es wurde gefunden, dass eine mittels eines dämmschichtbildenden Anstrichmittels der im Anspruch 1 genannten Art hergestellte geschlossene Brandschutzbeschichtung bei Alterung eine Veränderung ihres pH-Wertes erfährt. Das dämmschichtbildende Anstrichmittel ist als Applikation in wässriger Lösung basisch und weist einen pH-Wert von etwa 9 auf. Ein pH-Wert in dieser Größenordnung wurde auch nach dem Auftrag des Anstrichmittels auf das zu schützende Stahlteil im Trockenschichtfilm der geschlossenen Brandschutzbeschichtung gemessen. Im Verlaufe des Alterungsprozesses der Brandschutzbeschichtung verändert diese ihren pH-Wert in Richtung sauer. Mit der Veränderung des pH-Wertes in Richtung sauer ist eine Verschlechterung der brandschutztechnischen Eigenschaften der Brandschutzbeschichtung verbunden. Je saurer die Brandschutzbeschichtung wird, je schwächer werden die bei Hitzeeinwirkung einsetzenden chemischen Reaktionen und je schwächer wird das Anschwellen bzw. Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung und ihre Schaumdichte und damit die Ausbildung einer hitzeisolierenden und schwer entflammbaren Schutzschicht im Bedarfsfall, Mit zunehmend saurem pH-Wert verliert die Brandschutzbeschichtung ihre brandschutztechnischen Eigenschaften. Bei einem pH-Wert von 3 sind die brandschutztechnischen Eigenschaften der Brandschutzbeschichtung praktisch nicht mehr vorhanden.
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Experimentell wurde nachfolgender Zusammenhang ermittelt. Dazu wurden Stahlplatten mit einer 600 μm dicken, dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung der eingangs genannten Art versehen, durch unterschiedlich lange Lagerung unterschiedlich gealtert und einer Brandprüfung im Kleinbrandversuch gemäß DIN 4102 unterzogen.
Platte 1 | 0 Wochen gelagert, pH-Wert 8,2 | Feuerwiderstand 30 Minuten |
Platte 2 | 1 Woche gelagert, pH-Wert 7,2 | Feuerwiderstand 20 Minuten |
Platte 3 | 2 Wochen gelagert, pH-Wert 6,2 | Feuerwiderstand 10 Minuten |
Platte 4 | 3 Wochen gelagert, pH-Wert 5,2 | Feuerwiderstand 5 Minuten |
Platte 5 | 4 Wochen gelagert, pH-Wert 4,2 | Feuerwiderstand 0 Minuten |
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Bei einer Reihe fluoreszierender bzw. phosphoreszierender Farbmittel ist die Lumineszenz des Indikators bei einer Bestrahlung mit UV-Schwarzlicht eine Funktion des pH-Wertes der Umgebung. Für Inorganic UV-Phosphor UVCC-BG, eine kristallin strukturierte Ba-Beta-Tonerde der Formel BaMgAl
11O
17, anregbar mit einer UV-B-Strahlung von 250 nm bis 320 nm, wurde nachfolgender Zusammenhang zwischen dem pH-Wert der Umgebung und der Fluoreszenz nach einer Bestrahlung von 10 s mit UV-B-Schwarzlicht aus einer Lichtquelle vom Typ Osram Supratec UV-Hochdruckstrahler 165 W ermittelt:
pH-Wert 10 | Fluoreszenz brillant |
pH-Wert 7 | Fluoreszenz brillant, kein Unterschied zu pH 10 |
pH-Wert 4 | Fluoreszenz schwach, kaum noch erkennbar. |
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Bei einer Reihe fluoreszierender bzw. phosphoreszierender Farbmittel ist die Dauer der Phosphoreszenz – Nachleuchtdauer – nach einer Bestrahlung mit UV-Schwarzlicht eine Funktion de pH-Wertes der Umgebung. Für Lumicrystal-Typ SRAL-YG-2C-W, ein Strontiumaluminat, wurde nachfolgender Zusammenhang zwischen dem pH-Wert der Umgebung und der Nachleuchtdauer nach einer Bestrahlung im Abstand von 10 mm und einer Belichtungszeit von 20 s mit UV-A-Schwarzlicht einer Stärke von 30 cd ermittelt:
pH-Wert 10 | Nachleuchtdauer 2:12 min |
pH-Wert 7 | Nachleuchtdauer 1:10 min |
pH-Wert 4 | Nachleuchtdauer 30 s |
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Bei einer mittels eines erfindungsgemäßen dämmschichtbildenden Anstrichmittels hergestellten Brandschutzbeschichtung können somit die brandschutztechnischen Eigenschaften der dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung und damit deren Schutzwirkung quantitativ anhand der Farbe oder Lumineszenz als Fluoreszenz oder der Dauer der Phosphoreszenz der in der dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung enthaltenen Substanz, deren Farbe oder Lumineszenz als Fluoreszenz oder Phosphoreszenz eine Funktion des pH-Wertes im Bereich zwischen pH-Wert 9 bis pH-Wert 2 ist, bestimmt werden. Durch Bestrahlung mit UV-Schwarzlicht und Feststellung der Farbe oder Lumineszenz als Fluoreszenz oder der Dauer der Phosphoreszenz der dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung kann auf einfache Weise jederzeit ohne Beschädigung der Brandschutzbeschichtung festgestellt werden, über welche brandschutztechnischen Eigenschaften die auf einem Stahlteil, beispielsweise eine metallische Tragkonstruktion, befindliche dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung noch verfügt, d. h. welche Schutzwirkung sie im Brandfall entfaltet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von 2 Ausführungsbeispielen weiter erläutert.
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Beispiel 1
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Zur Herstellung eines dämmschichtbildenden Anstrichmittels wurden folgende Substanzen nacheinander vermischt:
25 Gew% | Polyvinylacetat bekannt und im Handel erhältlich unter dem Markennamen Mowilith® DM 230 (Celanese Emulsions GmbH, Frankfurt/Main) |
25 Gew% | Wasser |
22 Gew% | Ammoniumpolyphosphat bekannt und im Handel erhältlich unter dem Markennamen Exolit® APP 422 (Clariant GmbH, Frankfurt/Main) |
9 Gew% | Pentaerythrit bekannt und im Handel erhältlich unter dem Markennamen Charmor® PM15 (Perstorp AB, Schweden) |
7,5 Gew% | Melamin bekannt und im Handel erhältlich unter dem Namen Melafine (Eurochemicals S.p.A., Italien) |
1 Gew% | Lösung eines hochmolekularen Block-Copolymers mit pigmentaffinen Gruppen als Netz- und Dispergieradditiv im Handel erhältlich unter dem Markennamen Disperbyk® 190 (Byk-Chemie, Wesel) |
6 Gew% | Titandioxid im Handel erhältlich unter dem Markennamen Kronos® 2063 (Kronos GmbH, Leverkusen) |
1 Gew% | Kieselsäure im Handel erhältlich unter dem Markennamen Aerosil® 200 (Degussa) |
1 Gew% | Ba-Beta-Tonerde im Handel erhältlich unter dem Markennamen Inorganic UV-Phosphor UVCC-BG (Dynasty Color Chemicals Co., Ltd., Ningbo, China) |
2,5 Gew% | Dispergiermittel, Netzmittel, Entschäumer und Verdicker. |
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Das dämmschichtbildende Anstrichmittel wurde auf Stahlplatten aufgetragen und bildete nach der Trocknung eine 600 μm dicke, dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung. Die einzelnen Stahlplatten wurden unterschiedlich gealtert. Die Alterung erfolgte durch eine beschleunigte Klimabeanspruchung analog Punkt 7.3.2.1. der Zulassungsgrundsätze für reaktive Brandschutzsysteme auf Stahlbauteilen (Deutsches Institut für Bautechnik, Berlin 1997) in einer täglichen Abfolge von 4 Stunden bei –20°C, 4 Stunden bei +20°C und 80% rel. Feuchte und 16 Stunden bei +40°C und 50% rel. Feuchte. Die anschließende Brandprüfung erfolgte im Kleinbrandversuch gemäß DIN 4102. Unmittelbar vor der Brandprüfung wurden jeweils der pH-Wert der Beschichtung und die Nachleuchtdauer nach 10 s Bestrahlung mit UV-B-Schwarzlicht aus einer Lichtquelle vom Typ Osram Supratec UV-Hochdruckstrahler 165 W gemessen.
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Nachfolgende Werte wurden ermittelt:
Platte 1 | 0 Wochen gelagert, | pH-Wert 8,2 | Feuerwiderstand 30 Minuten, Fluoreszenz brillant |
Platte 2 | 1 Woche gelagert, | pH-Wert 7,0 | Feuerwiderstand 25 Minuten, Fluoreszenz brillant, kein Unterschied zu pH-Wert 8,2 |
Platte 3 | 2 Wochen gelagert, | pH-Wert 6,0 | Feuerwiderstand 20 Minuten, Fluoreszenz schwach |
Platte 4 | 3 Wochen gelagert, | pH-Wert 5,0 | Feuerwiderstand 10 Minuten, Fluoreszenz erkennbar |
Platte 5 | 4 Wochen gelagert, | pH-Wert 4,0 | Feuerwiderstand 5 Minuten, Fluoreszenz kaum noch erkennbar. |
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Beispiel 2
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Zur Herstellung eines dämmschichtbildenden Anstrichmittels wurden folgende Substanzen nacheinander vermischt:
25 Gew% | Polyvinylacetat bekannt und im Handel erhältlich unter dem Markennamen Mowilith® DM 230 (Celanese Emulsions GmbH, Frankfurt/Main) |
25 Gew% | Wasser |
22 Gew% | Ammoniumpolyphosphat bekannt und im Handel erhältlich unter dem Markennamen Exolit® APP 422 (Clariant GmbH, Frankfurt/Main) |
9 Gew% | Pentaerythrit bekannt und im Handel erhältlich unter dem Markennamen Charmor® PM15 (Perstorp AB, Schweden) |
7,5 Gew% | Melamin bekannt und im Handel erhältlich unter dem Namen Melafine (Eurochemicals S.p.A., Italien) |
1 Gew% | Lösung eines hochmolekularen Block-Copolymers mit pigmentaffinen Gruppen als Netz- und Dispergieradditiv im Handel erhältlich unter dem Markennamen Disperbyk® 190 (Byk-Chemie, Wesel) |
6 Gew% | Titandioxid im Handel erhältlich unter dem Markennamen Kronos® 2063 (Kronos GmbH, Leverkusen) |
1 Gew% | Kieselsäure im Handel erhältlich unter dem Markennamen Aerosil® 200 (Degussa) |
1 Gew% | Strontiumaluminat im Handel erhältlich unter dem Namen Lumicrystal-Typ SRAL-YG-2C-W (Crystal Growing, Wadern) |
2,5 Gew% | Dispergiermittel, Netzmittel, Entschäumer und Verdicker. |
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Das dämmschichtbildende Anstrichmittel wurde auf Stahlplatten aufgetragen und bildete nach der Trocknung eine 600 μm dicke, dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung. Die einzelnen Stahlplatten wurden wie in Beispiel 1 beschrieben unterschiedlich gealtert. Die anschließende Brandprüfung erfolgte im Kleinbrandversuch gemäß DIN 4102. Unmittelbar vor der Brandprüfung wurden jeweils der pH-Wert der Beschichtung und die Nachleuchtdauer nach einer Bestrahlung im Abstand von 10 mm und einer Belichtungszeit von 20 s mit UV-A-Schwarzlicht einer Stärke von 30 cd gemessen.
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Nachfolgende Werte wurden ermittelt:
Platte 1 | 0 Wochen gelagert, | pH-Wert 8,2 | Feuerwiderstand 30 Minuten, Nachleuchtdauer 2:12 min |
Platte 2 | 1 Woche gelagert, | pH-Wert 7,0 | Feuerwiderstand 25 Minuten, Nachleuchtdauer 1:10 min |
Platte 3 | 2 Wochen gelagert, | pH-Wert 6,0 | Feuerwiderstand 20 Minuten, Nachleuchtdauer 50 s |
Platte 4 | 3 Wochen gelagert, | pH-Wert 5,0 | Feuerwiderstand 10 Minuten, Nachleuchtdauer 40 s |
Platte 5 | 4 Wochen gelagert, | pH-Wert 4,0 | Feuerwiderstand 5 Minuten, Nachleuchtdauer 30 s. |