DE102014010465B4

DE102014010465B4 - Fibre-binding paint for CFRP fire damage

Info

Publication number: DE102014010465B4
Application number: DE102014010465.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Eibl
Original assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: DE102014010465A1

Abstract

Es wird ein Faserbindelack vorgestellt,mindestens ein Bindemittel und mindestens ein Tensid aufweisend, als Trockenmischung lagerbar, durch Zufügung von Wasser in einen einsatzfähigen Zustand überführbar ist und auf thermisch beanspruchte CFK-Bauteile ausbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, das der Faserbindelack sowohl einen Farbstoff aufweist und unkritisch bezgl. toxischer Wirkung ist, als auch einfach biologisch abbaubar und wasserlöslich ist.A fiber binding varnish is presented, containing at least one binder and at least one surfactant, which can be stored as a dry mixture, can be converted into a usable state by adding water and can be applied to thermally stressed CFRP components, characterized in that the fiber binding varnish contains both a dye and is uncritical with regard to toxic effects, as well as being easily biodegradable and water-soluble.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserbindelack zur Unterdrückung der Immission von lungengängigen, luftgetragenen Kohlenstofffaserfragmenten nach Bränden. Eine Maßnahme, um eine Freisetzung von lungengängigen, luftgetragenen Fasern von thermisch belastetem CFK-Material zu unterdrücken. Lungengängige, luftgetragene Fasern stehen im Verdacht, krebserregend zu sein.The invention relates to a fiber binding lacquer for suppressing the immission of respirable, airborne carbon fiber fragments after fires. A measure to suppress the release of respirable, airborne fibers from thermally stressed CFRP material. Respirable, airborne fibers are suspected of being carcinogenic.

Aus dem Bauwesen sind Mittel bekannt, die zur Unterdrückung von Asbestfaserimmissionen genutzt werden.Means are known from the construction industry that are used to suppress asbestos fiber immissions.

So ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 38 29 328 C1 die Verwendung einer mit Alginsäure und/oder deren wasserlöslichen Salzen hergestellten Zusammensetzung für die nachträgliche Behandlung asbesthaltiger Baustoffe, wie Spritzasbest, Asbestzement oder dergleichen zur Vermeidung oder Verringerung von Asbestfaserimmissionen in der Umgebungsluft bekannt.For example, from the patent DE 38 29 328 C1 the use of a composition prepared with alginic acid and/or its water-soluble salts for the subsequent treatment of asbestos-containing building materials, such as sprayed asbestos, asbestos cement or the like, for avoiding or reducing asbestos fiber immissions in the ambient air is known.

Weiter offenbart die US-Amerikanische Offenlegungsschrift US 5 552 179 A eine Betonbehandlungszusammensetzung, die eine wässrige Lösung eines Polymerbindemittels und Wasser enthält. Die Zusammensetzung wird dem noch nicht ausgehärteten Beton während verschiedener Betonveredelungsschritte in einem Verfahren zugesetzt, um den oberen Bereich des Betons zu behandeln und den fertigen Beton vor Fleckenbildung, Abnutzung, Erosion, Beschädigung durch Chemikalien und Verwitterung zu schützen. In einer alternativen Ausführungsform wird der Zusammensetzung auch ein Benetzungsmittel zugesetzt.The US patent application further discloses U.S. 5,552,179 A a concrete treatment composition containing an aqueous solution of a polymer binder and water. The composition is added to uncured concrete during various concrete finishing steps in a process to treat the top of the concrete and protect the finished concrete from staining, wear, erosion, chemical damage and weathering. In an alternative embodiment, a wetting agent is also added to the composition.

Aus der deutschen Patentschrift DE 197 50 769 C2 ist ein Verfahren zum Überdecken von Asbestzementoberflächen bekannt, dadurch gekennzeichnet, daß auf die ungereinigte Asbestzementoberfläche eine handelsübliche algizid-fungizidwirksame Lösung aufgesprüht wird, nach Trocknung der algizid-fungizid-wirksamen Lösung eine handelsübliche penetrierende Grundierung auf die AsbestzementOberfläche zum Verharzen der auf der Oberfläche vorhandenen Pilze, Algen, Flechten, Moose oder losen Bestandteile, insbesondere Asbestfasern, aufgetragen wird, auf die so vorbehandelte Oberfläche durch Spritzen, Rollen, Rakeln, Streichen, Fluten, Gießen, Spachteln, Bürsten, Walzenauftrag oder Tauchen eine Überdeckung aus einer Mischung, die mindestens ein Bindemittel in flüssiger Form, in Lösungsmittel-, Dispersions- oder Pulverform und einen Füllstoff enthält, in mindestens 1 mm Schichtdicke aufgebracht wird und nach Aushärtung/Trocknung der Überdeckung eine farbige Endbeschichtung erfolgt.From the German patent specification DE 197 50 769 C2 a method for covering asbestos cement surfaces is known, characterized in that a commercial algicide-fungicide solution is sprayed onto the uncleaned asbestos cement surface, after drying of the algicide-fungicide solution a commercial penetrating primer on the asbestos cement surface to resinify the fungi present on the surface , algae, lichen, moss or loose components, in particular asbestos fibers, is applied to the pretreated surface by spraying, rolling, squeegeeing, brushing, flooding, pouring, spatula, brushing, roller application or dipping a covering of a mixture that contains at least one binder in liquid form, in solvent, dispersion or powder form and a filler, is applied in a layer thickness of at least 1 mm and after the covering has hardened/dried, a colored final coating takes place.

Die Patentschrift DE 41 06 066 C1 . offenbart ein Verfahren zur Behandlung von Bauteilen, die bei einer Bearbeitung gesundheitsschädliche Stoffe, vorzugsweise Asbest, freisetzen, indem man die Bauteile mit einem wässerigen Staubbindungsmittel in Kontakt bringt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Staubbindungsmittel eine wässerige polymere Dispersion einsetzt, wobei sich die polymeren Bestandteile dieser Dispersion auf dem Bauteil unter Filmbildung abscheiden und wobei die abfließende wässerige Polymerdispersion in einem Sammelbehälter unterhalb des Bauteils aufgefangen wird.The patent specification DE 41 06 066 C1 . discloses a process for the treatment of components which, during processing, release harmful substances, preferably asbestos, by bringing the components into contact with an aqueous dust-binding agent, which is characterized in that an aqueous polymeric dispersion is used as the dust-binding agent, the deposit polymeric components of this dispersion on the component with film formation and the outflowing aqueous polymer dispersion is collected in a collection container below the component.

Ein Nachteil etablierter Restfaserbindelacke ist dabei die geringe Effizienz in Bezug auf die Faserbindung von Kohlenstofffasern in abgebranntem CFK-Material. Es ist zwar nachgewiesen, dass eine Reduzierung der Faserfreisetzung erfolgt, jedoch bei mechanischer Belastung von thermisch belastetem CFK-Material nach wie vor große Mengen an Faserfragmenten freigesetzt werden. Ein weiterer Nachteil etablierter Restfaserbindelacke besteht darin, dass sie für eine dauerhafte Wirkung eingesetzt werden und bei der vorgesehenen Anwendung in die Umwelt gelangen und dort ökologische Probleme verursachen.A disadvantage of established residual fiber binding lacquers is the low efficiency in relation to the fiber binding of carbon fibers in burnt CFRP material. Although it has been proven that the release of fibers is reduced, large amounts of fiber fragments are still released when thermally stressed CFRP material is subjected to mechanical stress. A further disadvantage of established residual fiber binding varnishes is that they are used for a lasting effect and, when used as intended, get into the environment and cause ecological problems there.

Ebenfalls sind aber auch Verfahren zur Handhabung asbesthaltiger Baustoffe bekannt. Die deutsche Patentschrift DE 37 33 938 C2 stellt ein Verfahren zur Entsorgung asbesthaltiger Materialien vor, bei dem das asbesthaltige Material benetzt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) Benetzen und Umhüllen des asbesthaltigen Materials vor Ort mit einem Netzmittel, das Wasser, Propylenglykol und als weitere Komponente ein Polymer, das unter VinylacetatEthylen-Copolymeren und Acrylpolymeren ausgewählt ist, und/oder Portland-Zement enthält, wobei das Netzmittel in einer solchen Menge verwendet wird, daß es in das asbesthaltige Material eindringt, unter Erhalt eines nicht zerbröckelnden, keine Asbestfasern freisetzenden, benetzten und umhüllten Materials,

(b) Verbringen des in Schritt (a) erhaltenen, keine Asbestfasern freisetzenden Materials an einen zweiten Ort,
(c) Vermischen des in Schritt (a) erhaltenen, keine Asbestfasern freisetzenden Materials mit einem Verfestlgungs- oder Härtungsmittel, das Wasser, Propylenglykol und als weitere Komponente Portland-Zement und/oder ein VinylacetatEthylen-Copolymer enthält, zur Verfestigung des keine Asbestfasern freisetzenden Materials.

However, methods for handling asbestos-containing building materials are also known. The German patent DE 37 33 938 C2 presents a process for the disposal of asbestos-containing materials, in which the asbestos-containing material is wetted, characterized by the following steps:

(a) Wetting and covering the asbestos-containing material on site with a wetting agent containing water, propylene glycol and as a further component a polymer selected from vinyl acetate, ethylene copolymers and acrylic polymers, and/or Portland cement, the wetting agent being in such a amount is used such that it penetrates the asbestos-containing material to obtain a non-friable, non-asbestos fiber releasing, wetted and coated material,

(b) moving the non-asbestos fiber releasing material obtained in step (a) to a second location,
(c) Mixing the non-asbestos fiber releasing material obtained in step (a) with a consolidating or curing agent containing water, propylene glycol and as a further component Portland cement and/or a vinyl acetate-ethylene copolymer to solidify the non-asbestos fiber releasing material .

Weiter ist aus der Offenlegungsschrift DE 195 09 708 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines vergleichsweise umweltverträglichen Zwischenproduktes mit Hilfe von Beschichtungsmitteln zur Verhinderung von Asbestfaserimmissionen aus Asbest-Bindemittelbaustoffen im Hinblick auf eine thermisch/mechanische Stoffwandlung im Zusammenhang mit einer Verwertung dieser Faser-Bindemittel-Kombinationswerkstoffe bekannt.Next is from the disclosure document DE 195 09 708 A1 a method of manufacture of a comparatively environmentally friendly intermediate product with the aid of coating agents to prevent asbestos fiber immissions from asbestos-binder building materials with regard to a thermal/mechanical material conversion in connection with the utilization of these fiber-binder combination materials.

Nachteil dieser bekannten Lösungen ist vor allem, dass es sich um Dispersionen mit einem hohen Anteil wässriger Bestandteile handelt. Dispersionen mit einer definierten Viskosität unterliegen einer geringen Haltbarkeitsdauer von meist nicht mehr als 6 bis 12 Monaten. Gebinde mit einem ausreichenden Inhalt zur Nachbrandbehandlung von entsprechenden Brand- und Wrackteilen oder Flächen sind relativ schwer und benötigen gegenüber ihren wirksamen Bestandteilen wesentlich mehr Transport- und Lagervolumen. Darüber hinaus ist es notwendig, Formulierungen auszutauschen und zu entsorgen, sofern während deren Haltbarkeitsdauer keine Brandeinsätze erfolgen, bei denen die Faserbindelacke gebraucht werden. Insofern ist die Vorhaltung gelöster Faserbindelacke nicht nur aufwendig sondern auch teuer.The main disadvantage of these known solutions is that they are dispersions with a high proportion of aqueous components. Dispersions with a defined viscosity are subject to a short shelf life of usually no more than 6 to 12 months. Containers with sufficient content for the after-fire treatment of the corresponding fire and wreckage parts or areas are relatively heavy and require significantly more transport and storage volume compared to their active components. In addition, it is necessary to exchange and dispose of formulations if there are no fire incidents during their shelf life that use the fiber binding varnishes. In this respect, the provision of dissolved fiber binding lacquers is not only complicated but also expensive.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Faserbindelack vorzustellen, der nach einem Brand direkt auf thermisch belastete CFK-Bauteile sowie mit freigesetzten Fasern und Faserfragmenten kontaminierte Bereiche aufgebracht wird und die Immission von lungengängigen, luftgetragenen Fasern unterdrückt. Mit anderen Worten besteht die Aufgabe in einem schnell verfügbaren Schutz vor der Exposition gegenüber lungengängigen Kohlenstofffaserfragmenten für betroffene Personen an einer Unfallstelle aus den Bereichen: Rettung, Bergung, Unfalluntersuchung, Wrackteil-Entsorgung, Passanten, Anwohner usw. sowohl an Wrackteilen als auch in der Flächenanwendung.The object of the invention is to present a fiber-binding lacquer which, after a fire, is applied directly to thermally stressed CFRP components and to areas contaminated with released fibers and fiber fragments and suppresses the immission of respirable, airborne fibers. In other words, the task is to provide quickly available protection against exposure to respirable carbon fiber fragments for people affected at an accident site from the areas of: rescue, recovery, accident investigation, wreckage disposal, passers-by, residents, etc., both on wreckage and in surface application .

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst..This object is solved by the characterizing features of the main claim.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass eine leicht zu lagernde und zu transportierende Trockenmischung eines Faserbindelacks, nach einem Brandfall zur Bindung von lungengängigen CFK-Fragmenten, mit Wasser vermischbar ist. Der Faserbindelack weist mindestens ein Bindemittel, wie beispielsweise Cellulose und Derivate, Stärke und Derivate, Polymilchsäure, Polyhydroxyfettsäuren, Proteine, Chitin, Chitosan, Synthetische Polyester und deren Mischungen alle Naturstoffe wie Fette, Öle, Eiweiße und ein Tensid, wie beispielsweise quaternäre Ammoniumsalze, daneben Guanidiniumsalze, Sulfate, Sufonate, Phosphate, Carboxylate, Polyethoxylate und Kohlenhydrate mit typischerweise unpolaren Resten in Form von Kohlenwasserstoffen oder Fluorkohlenwasserstoffen,' auf. Weiter weist der erfindungsgemäße Faserbindelack einen Farbstoff auf, dessen Pigmentierung nicht dauerhaft färbt und beispielsweise aus Calciumcarbonat in Kombination mit roter oder blauer Lebensmittelfarbe (z.B. Patentblau V) besteht.The advantage of the invention consists in particular in the fact that a dry mixture of a fiber-binding lacquer, which is easy to store and transport, can be mixed with water after a fire for binding CFRP fragments that can enter the lungs. The fiber binding varnish has at least one binder, such as cellulose and derivatives, starch and derivatives, polylactic acid, polyhydroxy fatty acids, proteins, chitin, chitosan, synthetic polyesters and mixtures thereof, all natural substances such as fats, oils, proteins and a surfactant, such as quaternary ammonium salts, in addition Guanidinium salts, sulfates, sulfonates, phosphates, carboxylates, polyethoxylates and carbohydrates with typically non-polar radicals in the form of hydrocarbons or fluorocarbons,'. Furthermore, the fiber binding varnish according to the invention has a dye whose pigmentation does not color permanently and consists, for example, of calcium carbonate in combination with red or blue food coloring (e.g. Patent Blue V).

Die Ausbringung erfolgt dann mit Feuerwehrtechnik oder beispielsweise mit einer Rückentragespritze nach der Brandbekämpfung. Ebenso sind Sprühsysteme in Verbindung mit Kompressoren bis hin zu Spraydosen für die Ausbringung des erfindungsgemäßen Faserbindelacks denkbar. Durch unterschiedliche Wasserführung bei Feuerwehrtechnik ist eine gleichmäßige Verteilung des Faserbindelacks und oder eine direkte schwerpunktmäßige Eintragung auf abgebrannte Wrackteile, je nach Mischerstellung und Konzentration der Trockenmischung im Verhältnis zum Wasseranteil möglich. Der erfindungsgemäße Faserbindelack ist passiv durch das Wasserstrahlpumpenprinzip dem Löschwasser beimischbar und/oder aktiv durch Eintragung in den Löschwasserstrahl aufgrund des Ausgleichs von Überdruck eines Behälters. Für Rückentragespritzen ist der erfindungsgemäße faserbindelack zunächst in benötigter Konzentration anmischbar. The application is then carried out with fire brigade technology or, for example, with a backpack sprayer after the fire has been fought. Likewise, spray systems in connection with compressors up to spray cans are conceivable for the application of the fiber-binding lacquer according to the invention. Due to the different water flow in firefighting technology, an even distribution of the fiber binding paint and/or a direct focus on burned wreck parts is possible, depending on the mixer position and concentration of the dry mixture in relation to the water content. The fiber-binding lacquer according to the invention can be mixed passively with the fire-fighting water using the water jet pump principle and/or actively by being introduced into the fire-fighting water jet due to the compensation of overpressure in a container. For backpack sprayers, the fiber-binding lacquer according to the invention can first be mixed in the required concentration.

Die Aufbringung des im Faserbindelack enthaltenen Tensids gewährleistet die Benetzung von abgebranntem CFK-Material. Asbestfaserbindemittel ohne Tenside sind aufgrund ihrer Polarität zur Benetzung von unpolaren CFK-Wrackteilen schlecht geeignet. Mit Tensid lassen sich nicht nur oberflächennahe Bereiche von Wrackteilen behandeln. Die Wirkung erstreckt sich auch in Bereiche im Materialinneren, wo die Fasern noch vorliegen, der Kunststoff jedoch abgebrannt ist.The application of the tenside contained in the fiber binding lacquer ensures that the burnt CFRP material is wetted. Due to their polarity, asbestos fiber binders without surfactants are poorly suited for wetting non-polar CFRP wreckage. Surfactants are not only used to treat near-surface areas of wreckage. The effect also extends to areas inside the material where the fibers are still present but the plastic has burned off.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Verwendung eines Farbstoffs zur Kenntlichmachung bereits behandelter Flächen oder Teile. Die Signalwirkung des Farbstoffs weist auf die Unbedenklichkeit der behandelten Flächen bezüglich lungengängiger, luftgetragener Kohlenstofffaserfragmenten nach Bränden gegenüber nicht behandelter Flächen hin. Die Signalwirkung beruht auf einer optischen Wirkung. Vorteilhaft bei verbrannten dunklen Flächen bietet sich beispielsweise Calciumcarbonat-Pigmente an. Farbliche Abgrenzungen sind ebenso mit Patentblau V erreichbar sowie mit jeder anderen Farbe, die einen Kontrast zum Hintergrund schafft.A further advantage lies in the use of a dye to identify areas or parts that have already been treated. The signaling effect of the dye indicates that the treated surfaces are harmless with regard to respirable, airborne carbon fiber fragments after fires compared to untreated surfaces. The signal effect is based on an optical effect. Calcium carbonate pigments, for example, are advantageous for burnt dark surfaces. Color delimitations can also be achieved with patent blue V or with any other color that creates a contrast to the background.

Ein Faserbindelack zur Unterdrückung der Immission von lungengängigen Kohlenstofffaserfragmenten bei Bränden wird als Trockenmischung in einem vergleichsweise kleinvolumigen, leichten Gebinde mit Wasser nach der Brandbekämpfung derart in Verbindung gebracht, dass der Faserbindelack nach dem Einsatz zur Brandbekämpfung mit Wasser gemischt wird und in einsatzfähigem Zustand auf abgebranntes CFK-Material bzw. in mit Fasern kontaminierte Bereiche aufgetragen wird. Es handelt sich um ein wasserbasiertes System, frei von organischen Lösungsmitteln, der Bindelack ist nicht brandfördernd und enthält keine gesundheitsschädlichen Lösemittel.A fibre-binding lacquer to suppress the immission of respirable carbon fiber fragments in the event of fire is brought into contact with water as a dry mixture in a comparatively small-volume, light container after firefighting in such a way that the fibre-binding lacquer is mixed with water after use for firefighting and applied to burnt CFRP in a usable state -Material or in with Fibers contaminated areas is applied. It is a water-based system, free of organic solvents, the binding varnish is not oxidizing and contains no harmful solvents.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass zur Faserbindung von frei werdenden Kohlenstofffaserfragmenten bei Bränden ein Faserbindelack eingesetzt wird, der in einem Wasser- Faserbindelack-Verhältnis von 1 - 3 : 1, zur Verhinderung der Exposition von lungengängigen Kohlenstofffaserfragmenten an thermisch belasteten Wrackteilen , bis zu 100: 1 zur Ausbringung in der Fläche, angewandt wird.A further advantage of the invention consists in particular in the fact that a fiber binding lacquer is used to bind the fibers of carbon fiber fragments that are released in the event of fires, which has a water/fiber binding lacquer ratio of 1-3:1, up to 100:1 for area application.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird die Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Faserbindelacks beschrieben.For a better understanding of the invention, the composition of a fiber binding varnish according to the invention is described.

Die Trockenmasse eines Faserbindelacks besteht zunächst aus 60% Methylcellulose, 20% Natrium- Carboxylate natürlicher Fettsäuren, 20 % Calciumcarbonat und 0,2% Patentblau V. Diese Trockenmischung wird zur Verbringung nach der Brandbekämpfung mit Wasser mindestens im Verhältnis 1:1 in einen einsatzfähigen Zustand übergeführt. Ein weiterer Vorteil speziell dieser Mischung ist die Verwendung der Methylcellulose als Bindemittel. Es ist unkritisch bezgl. toxischer Wirkung, einfach biologisch abbaubar, wasserlöslich und hat sowohl hydrophile als auch hydrophobe Funktionalität.The dry mass of a fiber binding varnish consists initially of 60% methyl cellulose, 20% sodium carboxylates of natural fatty acids, 20% calcium carbonate and 0.2% patent blue V. This dry mixture is mixed with water at a ratio of at least 1:1 to bring it to a ready-to-use state after firefighting transferred. Another advantage of this mixture in particular is the use of methyl cellulose as a binder. It is not critical with regard to toxic effects, is easily biodegradable, water-soluble and has both hydrophilic and hydrophobic functionality.

Alle weiteren enthaltenen Komponenten sind ebenfalls so gewählt, dass sie keine toxische Wirkung aufweisen bzw. gut biologisch abbaubar sind. Ein Vorteil ist, dass man ein Einkomponentensystem- Trockenbindemittel hat, das man in variablen Mischungen mit Wasser anwenden kann. In konzentrierter Form auf konkreten Wrackteilen, in verdünnter Form in der Fläche.All other components are also chosen so that they have no toxic effect and are easily biodegradable. An advantage is that you have a one-component system dry binder that can be used in variable mixtures with water. In a concentrated form on concrete parts of the wreckage, in a diluted form in the area.

Claims

Fiber binding lacquer, containing at least one binder and at least one surfactant, can be stored as a dry mixture, can be converted into a usable state by adding water and can be applied to thermally stressed CFRP components, characterized in that the fiber binding lacquer has both a dye and is uncritical with regard to toxic effective, as well as being easily biodegradable and water soluble.

A method for using a fiber binding varnish, having at least one binder and at least one surfactant, that the fiber binding varnish is stored as a dry mixture, is converted into a usable state by adding water and is applied to thermally stressed CFRP components, characterized in that the fiber binding varnish is at least one dye is optically recognized, easily biodegraded and dissolved by water.

Use of a dry mixture of a fiber-binding lacquer, containing at least one surfactant and at least one dye, the dry mixture of the fiber-binding lacquer being converted into a usable state before use with at least 1 to 3 times the amount of water and after a fire, via the thermally stressed CFRP components, the application takes place over a large area, in a mixing ratio of up to 100:1, characterized in that the fiber-binding lacquer is optically recognized by at least one dye, is easily biodegraded and dissolved by water.