DE10259441B4

DE10259441B4 - Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen

Info

Publication number: DE10259441B4
Application number: DE2002159441
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Prinz
Original assignee: Remmers Baustofftechnik GmbH
Current assignee: Remmers Baustofftechnik GmbH
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: DE10259441A1

Abstract

Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen, mit einer Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht, wobei die Deckschicht eine Klebschicht und ein leitfähiges Streumittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumittel eine Körnung hat, die größer ist als die Dicke der Klebschicht, so daß das Streumittel offen an der Oberfläche liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen, mit einer Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht, wobei die Deckschicht eine Klebschicht und ein leitfähiges Streumittel aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bodenbeschichtungssystems.
Ableitfähige Bodenbeschichtungssysteme werden bereits seit langer Zeit hergestellt. Insbesondere werden solche ableitfähige Bodenbeschichtungssysteme in explosionsgefährdeten Räumen verwendet. Ohne einen solchen Boden könnten sich die darin befindlichen Körper, insbesondere auch Personen, durch Kontakt mit Körpern mit verschiedenen elektrischen Potentialen oder auch durch influenzierte Aufladung durch ein elektrisches Feld aufladen, wobei es bei Kontakt mit Gegenständen mit anderen elektrischen Potentialen zu Entladungen kommen kann. Um dies zu vermeiden, werden ableitfähige Fußböden eingebaut, wobei die Fußböden oder Fußbodensysteme nach der DIN EN 1081 gemessen werden und einen Widerstand von 1 × 10⁶ Ω (in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte) nicht überschreiten dürfen. Hierzu werden in der Regel Flüssigkeitskunststoff-Deckbeschichtungen verwendet, die zur Erzielung der vertikalen Ableitfähigkeit mit leitfähigen Kohlenstoffasern versetzt sind. Diese führen auftretende elektrostatische Entladungen auf eine horizontal ableitende Leitschicht, die über eine Kupferlitze an das Erdpotential herangeführt wird. Derartige Fußböden können durch Verwendung der Kohlenstoffasern in aller Regel nicht in hellen, weißen Farbtönen hergestellt werden.
Zunehmend wird jedoch mit elektronischen Bauelementen umgegangen, die immer empfindlicher gegenüber elektrostatischen Ladungsvorgängen werden. Diese Entladungsvorgänge werden auch als ESD bzw. Electronic static discharge bezeichnet. Alle aktiven elektronischen Bauelemente und Baugruppen können durch elektrostatische Entladungsvorgänge beeinflußt oder sogar zerstört werden. Neben der Zerstörung des Bauelementes selbst entstehen durch den Einbau eventuell schadhafter Bauelemente in größeren Baugruppen weitere Folgekosten. Derartige Schädigungen können schon bei Entladungen in der Größenordnung von 100 V auftreten. Der Mensch spürt Entladungen jedoch erst oberhalb von 3000 V. Es sind daher gerade für ESD-Schutzzonen verschiedene Meßverfahren entwickelt worden, die das Gesamtsystem Mensch Schuh und Boden erfassen. Diese sind in den Normen DIN IEC 1340-4-1 und DIN EN 61340-5-1 zusammengefaßt.
Daraus ergibt sich, daß die Hauptmerkmale solcher elektrostatisch ableitfähiger Bodenbelege in ESD-Schutzzonen folgende sind:

– Es dürfen nur minimale Aufladespannungen beim Gehen von Personen entstehen (HBM-Sensibilität unter 100 V; DIN 61340-5-1/IEC 61340-5-2). Grundsätzlich darf das maximale elektrostatische Potential der Person in einer ESD-Schutzzone nicht höher sein als die Empfindlichkeit des Bauteils. In Teilbereichen wird weniger als 20 V gefordert, zum Beispiel bei besonders empfindlichen Bauteilen, wie Magnetleseköpfen und Wafern.
– Es muß ein minimaler Erdungswiderstand vorhanden sein, um vorhandene Körperspannungen schnell zum Erdpotential abzuleiten. Dies sollte bevorzugt in einer Zeitspanne < 0,3 Sekunden erfolgen.

Bei Verwendung des Systems Fußboden/Schuhwerk als hauptsächliche Maßnahme zur Personenerdung, also wenn keine Erdungsarmbänder verwendet werden, sollte der Ableitwiderstand zwischen 7,5 × 10⁵ Ω und 3,5 × 10⁷ Ω liegen. Es werden also folgende Prüfungen an Bodenbelägen in ESD-Schutzzonen durchgeführt:

1. Prüfung nach DIN IEC 61340-4-1 mit einer Meßsonde mit der Masse von 5 kg und einem Durchmesser von 50 +/– 6 mm, wobei Werte von 10⁴ bis 10⁵ anzustreben sind, um die globale Grenze der Systemprüfung Mensch-Schuh-Boden von 3,5 × 10⁷ Ω zu erreichen.
2. Systemprüfung Mensch-Schuh-Boden nach DIN EN 61340-5-1 und DIN EN 61340-5-2 und ESD STM 97.1, wobei der Ableitwiderstand zwischen 7,5 × 10⁵ Ω und 3,5 × 10⁷ Ω liegen muß.
3. Messung der maximalen Ableitzeit von 1000 V auf 50 V, wobei die Ableitzeiten im Bereich von 0,1 Sekunden bis 2 Sekunden liegen sollten, idealerweise bei 0,1 Sekunden bis 0,3 Sekunden. Die Messungen sind mit positiver und negativer Polarität durchzuführen.
4. Begehtest oder „Walking-Test”, wobei die Körperspannung gemessen wird. Die Körperspannung darf Aufladungen beim Begehen von maximal 50 V oder besser 30 V nicht überschreiten.

Die bisher verwendeten Flüssigkunststoff-Beschichtungen sind hierfür nur bedingt geeignet, da Kohlenstoffasern, die zur Zeit hauptsächlich in ableitfähigen Beschichtungen verwendet werden, bestimmte definierte Länge haben, die die maximale Beschichtungshöhe vorgeben. Durch Untergrundunebenheiten und Schichtdickeschwankungen können die vorgegebenen Werte daher nicht exakt eingehalten werden. Selbst bei Verarbeitung auf absolut ebenen Untergrund besteht ein Problem darin, daß die Kontaktfläche zwischen der Sohle des speziellen ESD-Schuhs und der statistisch in der Beschichtung verteilten Kohlefasern zu gering ist, um eine zuverlässige Ladungsableitung zu ermöglichen. Es werden daher entweder Erdungsarmbänder für alle in den ESD-Zonen arbeitenden Personen benötigt oder es werden PVC-Platten verwendet, die jedoch im Fugenbereich nicht flüssigkeitsdicht sind und auch nur eine eingeschränkte mechanische Belastbarkeit haben.
In der DE 100 08 810 A1 werden diese Probleme ebenfalls dargestellt. Zur Umgehung dieser Probleme wird vorgeschlagen, einen elektrischen Widerstand elektrisch in Serie mit der Erdungsleitung und dem Bodenbelag anzuordnen. In der DE 100 62 865 A1 wird vorgeschlagen, bestimmte leitfähige anorganische Pigmente in wärme- oder UV-härtbare Lacke einzubringen. Die Verwendung eines Polymers mit einem Metallsalz wird in der DE 41 37 671 A1 vorgeschlagen, um Bodenbeläge zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen herzustellen.
Ein gattungsgemäßer Kunststoffbodenbelag ist aus der DE 1 509 879 A1 bekannt. Der Fußbodenbelag wird mit einer Epoxidharzmischung hergestellt und es werden Hartstoffkörner in die Epoxidharzschicht eingebracht, so daß der Kunststoffbelag besonders verschleiß- und korrosionsfest ist. Auf die Epoxidharzschicht werden weitere Schichten, nämlich eine Deckschicht und eine Glanzschicht aufgebracht, so daß die Kornschicht vollständig in den Fußbodenbelag eingeschlossen ist.
Die DE 299 20 803 U1 beschreibt ein Bodenbeschichtungssystem mit einer Epoxidharzbeschichtung, die aus zwei Komponenten hergestellt ist. In der Epoxidharzschicht sind senkrecht verlaufende Kohlefasern angeordnet, durch die der Fußbodenbelag ableitend ausgestattet ist. Auf diese Epoxidharzbeschichtung werden zusätzliche rutschfeste Flächen aufgebracht, die jedoch höchstens 50% der Gesamtfläche des Belages bedecken, so daß der Gesamtbelag weiterhin ableitfähig ist.
Weitere Fußbodenbeläge sind aus der DE 197 44 834 A1 , der DE 36 39 816 C2 und der CH 447 570 A bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bodenbeschichtungssystem und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bodenbeschichtungssystems zu schaffen, das auf Epoxidharzbasis hergestellt ist und zudem die ESD-Anforderungen erfüllt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Bodenbeschichtungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bodenbeschichtungssystems ist im Patentanspruch 13 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungswesentlich ist, daß das Bodenbeschichtungssystem mit der Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht derart ausgebildet ist, daß die Deckschicht eine Klebschicht und ein leitfähiges Streumittel aufweist, wobei das Streumittel eine Körnung hat, die größer ist als die Dicke der Klebschicht, so daß das Streumittel offen an der Oberfläche liegt. Mit Hilfe eines derartigen in die Klebschicht eingebrachten leitfähigen Streumittels ist eine zuverlässige Kontaktierung sichergestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Grundbeschichtung aufgebracht, auf die Grundbeschichtung wird eine im wesentlichen horizontal leitfähige Leitschicht aufgebracht, auf die Leitschicht wird eine dünne Klebschicht aufgebracht und in die noch frische Klebschicht wird ein leitfähiges Streumittel eingestreut, wobei ein Streumittel verwendet wird, dessen Körnung größer ist als die Dicke der Klebschicht.
Mit einem solchen Verfahren wird ein Bodenbeschichtungssystem und insgesamt ein Bodenbelag hergestellt, der die positiven Eigenschaften des Epoxidharzes oder PU-Harzes aufweist, nämlich flüssigkeitsdicht, chemikalienbeständig, fugenlos, mechanisch belastbar, abriebfest, befahrbar, elektrisch leitfähig, schwer entflammbar und oder überarbeitbar ist und zudem auch noch die oben beschriebenen Prüfungen für ESD-Schutzzonen erfüllt. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Bodenbeschichtungssystems liegt darin, daß es dünnschichtig ist, d. h. eine Gesamtstärke von etwa 0,5 mm hat. Weiterhin ist es wasserdampfdiffusionsfähig und durch die Verwendung des Streumittels in der Deckschicht auch rutschhemmend.
Bevorzugt wird als Grundbeschichtung eine Epoxidharz-Beschichtung verwendet, wobei es sich um eine wasserverdünnbare Fußbodengrundierung auf Epoxidharzbasis mit einem Molekulargewicht < 700 g/mol mit einer Kombination aus Additiven und Füllstoffen handelt. Bevorzugt wird eine zweikomponentige Epoxidharz-Beschichtung mit einer Harzkomponente und einer Härterkomponente verwendet, wobei die Härterkomponente ein Polyaminoamid enthält. Die Grundbeschichtung wird bevorzugt mit einer Epoxirolle mit ca. 0,3 kg/m² aufgerollt.
Auf der Grundbeschichtung ist bevorzugt eine Kupferlitze zum Anschluß an ein Erdungselement vorgesehen. Dabei handelt es sich bevorzugt um selbstklebendes Kupferleitband mit einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,09 mm. Die Kupferbänder werden mit einem gewissen Abstand voneinander eingelegt und miteinander verbunden und an die Gebäudeerdung bzw. ein eigenes Erdungselement angeschlossen. Bevorzugt wird eine selbstklebende Kupferlitze im Rastermaß von 5 × 5 m aufgeklebt und mit Hilfe eines Massebandes an ein Erdungselement herangeführt und angeschlossen. Dies wird bevorzugt nach dem Erhärten der Grundbeschichtung, jedoch bevorzugt innerhalb von 24 Stunden nach dem Aufbringen der Grundbeschichtung, durchgeführt.
Bevorzugt wird auf die Grundbeschichtung mit der Kupferlitze die insbesondere horizontal leitfähige Leitschicht aufgebracht, wobei diese Leitschicht von einer Epoxidharz-Beschichtung mit einer Rußdispersion gebildet ist. Hierbei handelt es sich um eine wasseremulgierbare, zweikomponentige Epoxidharz-Beschichtung, die durch die in der Aminkomponente vorgesehene Rußdispersion ein schwarzes Aussehen hat und durch die Rußdispersion auch leitfähig ist. Es wird ein Epoxidharz mit einem Molekulargewicht < 700 g/mol verwendet. Das Epoxidharz wird mit einer Epoxirolle mit ca. 0,2 kg/m² gleichmäßig aufgebracht.
Im nächsten Arbeitsgang, zwischen 12 und 24 Stunden später, wird ein Teil der Deckschicht, nämlich die Klebschicht, aufgebracht, die bevorzugt eine Dicke von etwa 0,15 mm aufweist. Die Klebschicht wird bevorzugt von einer Epoxidharz-Beschichtung mit faserförmigen, leitfähigen Füllstoffen gebildet, wobei auch diese bevorzugt eine wasseremulgierbare, ableitfähige zweikomponentige Epoxidharz-Klebschicht ist, bei der ebenfalls ein Epoxidharz mit einem Molekulargewicht von < 700 g/mol verwendet wird. Die Klebschicht wird mit einer Epoxirolle mit 0,3 kg/m² aufgerollt. Durch die Verwendung der faserförmigen, leitfähigen Füllstoffe, bevorzugt Carbon- bzw. Kohlestoffasern, wird sichergestellt, daß eine leitende Verbindung zur darunter liegenden Leitschicht gegeben ist.
Unmittelbar nach dem Auftragen der Klebschicht wird bevorzugt ein Streumittel, günstigerweise Siliciumcarbid, in die Klebschicht eingestreut, wobei das Streumittel bevorzugt eine Kornverteilung von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist. Besonders günstig ist es, daß das Streumittel Körner enthält, deren Durchmesser mindestens der doppelten Dicke der Klebschicht entspricht. Das Streumittel wird bevorzugt mit ca. 0,3 bis 1,0 kg/m², insbesondere mit 0,6 bis 0,8 kg/m², bevorzugt 0,7 kg/m², eingestreut. Das Siliciumcarbid ist leitend und ragt aus der Klebschicht heraus und bildet auf diese Weise eine körnige rutschfeste Oberfläche, die einen zuverlässig elektrisch leitenden Kontakt im gewünschten Widerstandsbereich bereitstellt.
In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung weist die Deckschicht Farbflocken auf. Dadurch kann eine farbig ansprechende Oberflächengestaltung erreicht werden, die unabhängig von der Farbe des Siliciumcarbids bzw. eines anderen geeigneten Streumittels ist. Es können dadurch beispielsweise moderne Designfarbtöne, wie weiß, kieselgrau, hellgrau, dunkelgrau, blau und gelb hergestellt werden. Die Farbflocken weisen bevorzugt Polyvinylacetat, ein Copolymer als Bindemittel, Füllstoffe, Pigmente und Additive auf. Die Farbflocken werden bevorzugt unmittelbar nach dem Einstreuen des Streumittels, also in die noch frische Klebschicht, vollsatt eingestreut, d. h. mit einem Auftrag von ca. 1,0 bis 1,2 kg/m². Frühestens 12 Stunden nach Erhärten der Klebschicht wird der Überschuß des eingestreuten Streumittels und der Farbflocken abgefegt oder auf andere Weise entfernt.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung wird auf die Deckschicht eine Siegelschicht aufgebracht, die von einem transparenten, lösemittelfreien Epoxidharz gebildet wird und mittels eine Gummischiebers gleichmäßig mit 0,3 kg/m² aufgebracht und mit einer trockenen Epoxirolle nachgearbeitet wird. Das in der Siegelschicht verwendete Epoxidharz wird vergleichsweise flüssig eingestellt, so daß es von den Spitzen des eingestreuten Streumittels, insbesondere des Siliciumcarbids, abläuft, so daß dieses offen an der Oberfläche liegt und die gewünschte Kontaktierung sichergestellt ist.

Claims

Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen, mit einer Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht, wobei die Deckschicht eine Klebschicht und ein leitfähiges Streumittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumittel eine Körnung hat, die größer ist als die Dicke der Klebschicht, so daß das Streumittel offen an der Oberfläche liegt.
Bodenbeschichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundbeschichtung eine Epoxidharzbeschichtung ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundbeschichtung eine Kupferlitze zum Anschluß an ein Erdungselement vorgesehen ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht eine Epoxidharzbeschichtung mit einer Rußdispersion ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebschicht eine Dicke von etwa 0,15 mm aufweist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebschicht eine Epoxidharzbeschichtung mit faserförmigen, leitfähigen Füllstoffen ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumittel Siliciumcarbid ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumittel eine Kornverteilung von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Streumittel Körner enthält, deren Durchmesser mindestens der doppelten Dicke der Klebschicht entspricht.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht Farbflocken aufweist.
Bodenbeschichtungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbflocken Polyvinylacetat, ein Copolymer als Bindemittel und Pigmente aufweisen.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Deckschicht eine Siegelschicht aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bodenbeschichtungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem eine Grundbeschichtung aufgebracht wird, eine im wesentlichen horizontal leitfähige Leitschicht aufgebracht wird, auf die Leitschicht eine dünne Klebschicht aufgebracht wird, in die noch frische Klebschicht ein leitfähiges Streumittel eingestreut wird, wobei ein Streumittel verwendet wird, dessen Körnung größer ist als die Dicke der Klebschicht, so daß das Streumittel offen an der Oberfläche liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundbeschichtung mit mindestens 0,2 kg/m² aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Grundbeschichtung selbstklebende Kupferlitze aufgeklebt und an ein Erdungselement angeschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Grundbeschichtung mit den aufgeklebten Kupferlitzen die horizontal leitfähige Leitschicht mit etwa 0,2 kg/m² aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebschicht zwischen 12 und 24 Stunden nach Aufbringen der Leitschicht mit etwa 0,3 kg/m² aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Auftragen der Klebschicht diese mit dem Streumittel mit ca. 0,6 bis 0,8 kg/m², insbesondere 0,7 kg/m², eingestreut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebschicht unmittelbar nach dem Auftragen mit Farbflocken vollsatt eingestreut, d. h. mit ca. 1,0 bis 1,2 kg/m², eingestreut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß nach frühestens 12 Stunden eine Siegelschicht mit etwa 0,3 kg/m² auf die Deckschicht aufgebracht wird.