DE10261515B4

DE10261515B4 - Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen

Info

Publication number: DE10261515B4
Application number: DE2002161515
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Prinz
Original assignee: Remmers Baustofftechnik GmbH
Current assignee: Remmers Baustofftechnik GmbH
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: DE10261515A1

Abstract

Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen, mit einer Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht, wobei die Deckschicht eine Epoxidharzbeschichtung ist, die mindestens eine faserförmige Leitfähigkeitskomponente und eine feste Leitfähigkeitskomponente aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Epoxidharzbeschichtung eine flüssige Leitfähigkeitskomponente aufweist, und
daß die flüssige Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht eine quartäre Anmmoniumverbindung ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen, mit einer Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht. 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 vielen 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 × 10 Ω⁷ 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.
Der nächstkommende Stand der Technik ist in der DE 299 20 803 U1 beschrieben. Dieses Bodenbeschichtungssystem weist eine zweikomponentige Epoxidharzschicht auf. In der Epoxidschicht sind senkrecht verlaufende Kohlefasern angeordnet. Der neue Aspekt dieser Bodenbeschichtung soll darin bestehen, dass rutschfeste Teilflächen darauf aufgebracht sind. In dieser Druckschrift ist auch beschrieben, dass in ableitfähige Fußbodenbeläge eine feste Leitfähigkeitskomponente, nämlich elektrisch leitfähiges Granulat, z. B. Silicium-Karbid eingeworfen wird.
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.
Die US 4,596,668 A beschreibt eine flüssige Oberflächenbeschichtung, die auf Böden aufgebracht wird, um elektrostatische Aufladungen zu verhindern. Weitere Boden beschichtungssysteme sind aus der DE 41 35 572 A1 , der DE 36 39 816 C2 und der DE 15 09 879 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 Epoxidharzbeschichtung ist, die mindestens eine flüssige Leitfähigkeitskomponente, eine faserförmige Leitfähigkeitskomponente und eine feste Leitfähigkeitskomponente aufweist. Mit einer derart ausgebildeten Deckschicht ist eine zuverlässige Kontaktierung zu den darauf befindlichen oder gehenden Personen im gewünschten Widerstandsbereich sichergestellt, die ESD-Anforderungen erfüllt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Grundbeschichtung aufgebracht, auf die Grundbeschichtung wird eine im wesentlichen horizontal leitfähige Leitschicht aufgebracht und auf die Leitschicht wird eine Deckschicht aufgebracht, der mindestens eine flüssige Leitfähigkeitskomponente, eine faserförmige Leitfähigkeitskomponente und eine feste Leitfähigkeitskomponente zugemischt werden.
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 0,8 mm bis 3 mm hat. Weiterhin ist es bei einer bestimmten Aufbringung der Deckschicht rutschhemmend. Der Deckbelag ist bevorzugt ein Fließbelag.
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 cycloaliphatisches Polyamin 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 Epoxid 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 die Deckschicht aufgebracht. Die Deckschicht weist eine flüssige Leitfähigkeitskomponente, eine faserförmige Leitfähigkeitskomponente und bevorzugt zwei verschiedene feste Leitfähigkeitskomponenten auf. Die flüssige Leitfähigkeitskomponente wird von einer flüssig vorliegenden quartären Ammoniumverbindung, nämlich insbesondere Tetraalkylammoniumethylsulfat, gebildet, die mit einer Zusatzmenge von 3% bis 9%, insbesondere 5% bis 6%, besonders bevorzugt 5,3%, der Harzkomponente eines zweikomponentigen Epoxidharzes zugegeben wird. Bei der faserförmigen Leitfähigkeitskomponente handelt es sich bevorzugt um eine geschnittene und carbonisierte Kohlestoffaser, wobei die Kohlestoffasern günstigerweise Durchmesser von etwa 13 μm und eine mittlere Faserlänge von etwa 3 mm aufweisen. Diese werden bevorzugt mit einem Zusatz von 0,1% bis 0,5%, bevorzugt 0,2% bis 0,25%, insbesondere mit 0,22%, der Deckschicht, insbesondere der Harzkomponente einer zweikomponentigen Epoxidharzverbindung, zugesetzt. Die erste feste Leitfähigkeitskomponente wird bevorzugt von Siliciumcarbid mit einer Kornverteilung von 0 mm bis 0,5 mm gebildet, die mit 25% bis 50%-Anteil, bevorzugt mit etwa 30%, der Deckschicht, insbesondere der Epoxidharzkomponente eines zweikomponentigen Epoxidharzes zugesetzt wird. Die zweite feste Leitfähigkeitskomponente wird von einem makrokristallinen Naturgraphit gebildet, das mit 2% bis 10%, insbesondere mit 7% bis 8%, insbesondere mit 7,5%, der Deckschicht, insbesondere der Harzkomponente eines zweikomponentigen Epoxidharzes, zugesetzt wird. Bei den an gegebenen Anteilen handelt es sich um prozentuale Angaben von Zusatzmengen bezogen auf das verwendete Epoxidharz.
Die Deckschicht des erfindungsgemäßen Bodenbeschichtungssystems wird bevorzugt in zwei verschiedenen Varianten mit unterschiedlichen Zusätzen aufgetragen, so daß im Aussehen etwas unterschiedliche Bodenbelege entstehen, die jedoch beide die erfindungsgemäßen ESD-Eigenschaften aufweisen und gleichzeitig die Vorteile einer Epoxidharzbeschichtung bieten. Bei der Erstellung eines sehr glatten, sogenannten Fließbelages wird die Deckschicht in Abhängigkeit von der gewünschten herzustellenden Dicke der Deckschicht im Bereich von 1 mm bis 3 mm, d. h. mit einem Materialverbrauch von etwa 2 bis 5 kg/m² aufgetragen. Bevorzugt wird das Material mit einer Zahnkelle gleichmäßig aufgetragen und anschließend mit einer Stachelwalze im Kreuzgang durchgearbeitet, um Ungleichmäßigkeiten auszuarbeiten. Bevorzugt wird hierauf noch einmal ein leitfähiges Streumittel, insbesondere Siliciumcarbid mit einer Kornverteilung von 0 mm bis 0,5 mm, in die noch frische Schicht des Fließbelages mit einer Deckung von < 10% und einem Materialverbrauch von < 0,3 kg/m² eingestreut, um ein eventuelles Aufschwimmen nicht leitender Bestandteile der Deckschicht auszugleichen.
Zur Herstellung eines sehr dünnen leitfähigen Strukturbelages, der auch rutschhemmend ist, wird die Deckschicht mit einem Verbrauch von etwa 1 kg/m² aufgetragen, so daß eine Deckschicht mit einer Stärke von etwa 0,8 mm entsteht. Die Deckschicht wird mittels einer Glättkelle gleichmäßig aufgetragen und anschließend mit einer Erbsenlochwalze im Kreuzgang durchgearbeitet, so daß einerseits Ungleichmäßigkeiten ausgearbeitet werden und die Struktur erzielt wird. Hierzu wird der Deckschicht bevorzugt 1% bis 2% pyrogene Kieselsäure zugesetzt, um das Material etwas zu verfestigen und die Strukturbildung bei Durcharbeitung mit der Erbsenlochwalze zu ermöglichen.
Im Gegensatz zu den Deckbeschichtungen des Standes der Technik, bei denen die Leitfähigkeit ausschließlich auf eingebundene Fasern beruht, weist die erfindungsgemäße Deckschicht eine homogene Leitfähigkeit auf, so daß auch bei unterschiedlichen Schichtdicken die ESD-Anforderungen erfüllt sind.

Claims

Bodenbeschichtungssystem, insbesondere für ESD-Anforderungen, mit einer Grundbeschichtung, einer insbesondere horizontal leitfähigen Leitschicht und einer Deckschicht, wobei die Deckschicht eine Epoxidharzbeschichtung ist, die mindestens eine faserförmige Leitfähigkeitskomponente und eine feste Leitfähigkeitskomponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidharzbeschichtung eine flüssige Leitfähigkeitskomponente aufweist, und daß die flüssige Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht eine quartäre Anmmoniumverbindung ist.
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 flüssige Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht mit einem Anteil von 3% bis 9%, insbesondere 5% bis 6%, zugemischt ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die faserförmige Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht von carbonisierten Kohlenstoffasern aufweist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die faserförmige Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht mit einem Anteil von 0,1% bis 0,5%, insbesondere 0,2% bis 0,25%, zugemischt ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht Siliciumcarbid ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Leitfähigkeitskomponente, insbesondere das Siliciumcarbid der Deckschicht, mit einem Anteil von 25% bis 50%, insbesondere 30%, zugemischt ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Leitfähigkeitskomponente der Deckschicht ein makrokristallines Naturgraphit ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Leitfähigkeitskomponente, insbesondere das makrokristalline Naturgraphit, der Deckschicht mit einem Anteil von 2% bis 10%, insbesondere 7% bis 8%, zugemischt ist.
Bodenbeschichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckschicht pyrogene Kieselsäure zugesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bodenbeschichtungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine Grundbeschichtung aufgebracht wird, eine im wesentlichen horizontal leitfähige Leitschicht aufgebracht wird, daß auf die Leitschicht eine Deckschicht aufgebracht wird, der mindestens eine flüssige Leitfähigkeitskomponente, eine faserförmige Leitfähigkeitskomponente und eine feste Leitfähigkeitskomponente zugemischt werden.
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 Deckschicht mit etwa 2,5 bis 5 kg/m² aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht mit einer Stachelwalze im Kreuzgang durchgearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in die noch frische Deckschicht Siliciumcarbid mit einer Kornverteilung von 0 mm bis 0,5 mm eingestreut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht mit etwa 1 kg/m² aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht mit einer Erbsenlochwalze im Kreuzgang durchgearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckschicht 1% bis 2% pyrogener Kieselsäure zugesetzt werden.