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Die Erfindung betrifft Intumeszenzmassen mit Glasfäden oder Glasfasermatten oder -geweben.
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Im Bereich des baulichen passiven Brandschutzes, in Gebäuden, kommen vorwiegend Intumeszenzmassen zum Einsatz.
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Als Intumeszenzmassen sind solche gemeint die bei Einwirkung von Feuer und/oder Hitze aufschäumen und dabei einen isolierenden, feuerabweisenden Carbonschaum ausbilden, der vom Feuer rückwärtigen Bezirke von der Feuereinwirkung schützt.
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Als Trägermassen kommt eine Vielzahl von Verbindungen zum Einsatz, wie Kunststoffe die in den Bereich der Thermoplaste, Duromere und Elastomere fallen, beispielshalber werden hier genannt Polyurethane, Polysiloxane, Harze auf Epoxidbasis oder Melaminbasis, Beschichtungen wie Lacke und Kautschuke.
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Ein häufig auftretendes Problem bei der Verwendung von Intumeszenzmassen ist die Stabilisierung und Verfestigung des sich unter der Einwirkung von Feuer und/oder Hitze bildenden Carbonschaums. Im nachfolgenden sollen die daraus resultierenden Probleme sowie eine Lösung des Problems erläutert werden.
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Die Ausbildung einer Carbonschicht im Brandfall bedarf einem Zusammenspiel mehrer chemischer Komponenten, die exakt aufeinander abgestimmt seinen müssen. Einen großen Teil der Intumeszenz steuert der in den meisten Fällen enthaltene Blähgraphit bei. Bei dieser Verbindung handelt es sich um einen speziell behandelten Graphit der bei Temperaturen von beispielsweise 100 bis 350°C unter Aufblähen sein Volumen vergrößert und somit eine Barriere zwischen Feuer und Feuer rückwärtigen Bezirken aufbaut.
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Ziel ist es, einen möglichst langen Schutz der Feuer rückwärtigen Bezirke zu gewährleisten und ein Übergreifen des Feuers auf diese zu verhindern. Dies gelingt nur bei einem ausreichend stabilen Carbonschaum. Bei nicht ausreichender Stabilität kommt es zu einem Verlust des Schaums durch Ablösen vom Rest der Intumeszenzmasse. Daraus resultiert die Bildung einer neuen Carbonschicht die die Alte ersetzen muss. Kommt es nun zu einem wiederholten oder mehrfachen Ablösen der Carbonschicht muss stetig eine Erneuerung stattfinden. Bei dem beschrieben Verhalten handelt es sich um einen endlichen Prozess, da die Intumeszenzmasse vom Feuer aufgebraucht wird und die Bildung einer neuen Carbonschicht nicht mehr möglich ist. Dies hat zur Folge, dass die Feuer rückwärtigen Bezirke nicht mehr ausreichend geschützt sind und sich das Feuer ungehindert ausbreiten kann.
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Das beschriebene Verhalten erschwert das Erreichen einer Zulassung und das Bestehen einer Brandprüfung für Brandschutzsysteme die im baulichen passiven Brandschutz eingesetzt werden. Vor allem in den Ländern, in denen ein so genannter Wasserstrahltest Bestandteil des Zulassungsverfahren ist.
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Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Intumeszenzmasse zur Verfügung zu stellen, die unter Einwirkung von Feuer eine stabile Carbonschicht ausbildet.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist eine Intumeszenzmasse, umfassend Glasfäden und/oder wenigstens eine Glasfasermatte oder -gewebe. Es können somit eine oder auch mehrere Galsfasermatten/-gewebe anwesend sein.
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1 und 2 zeigen einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Block mit darin angeordneten Glasfäden
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Block mit darin angeordneter Glasfasermatte oder -gewebe
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4 und 5 zeigen einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Block mit darin angeordneter Glasfasermatte oder -gewebe
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Bei Versuchen zur Verbesserung der Krustenstabilität konnte überraschenderweise durch die Zugabe von Glasfäden, in die Intumeszenzmasse, die Anhaftung und die Stabilität der Carbonschicht an die unverbrannte Intumeszenzmasse erheblich verbessert werden. Um eine homogene Verteilung zu sichern, werden die Glasfäden mittels einer speziellen Vorrichtung in die Intumeszenzmasse hineingespritzt und vermischen sich so mit dem Gemisch.
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Bei den durchgeführten Versuchen besaßen die Glasfäden wenigstens eine Länge von etwa 0,05 cm, insbesondere bevorzugt haben die Glasfäden eine Länge von wenigstens etwa 0,5 cm bis etwa 10 cm, besonders bevorzugt von wenigstens etwa 3 cm bis etwa 6 cm und die Glasfasermatten/-gewebe eine Maschenweite von wenigstens etwa 0,01 × 0,01 cm, insbesondere bevorzugt eine Maschenweite von wenigstens etwa 0,1 × 0,1 bis etwa 4 × 4 cm, besonders bevorzugt etwa 0,4 × 0,4 bis 1 × 1 cm. Die Kantenlänge der Maschenweite kann selbstverständlich unabhängig voneinander gewählt werden und ist nicht auf Maschenweiten mit der gleichen Kantenlänge beschränkt.
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Bevorzugt sind wenigstens etwa 0,01 g bis etwa 100 g, bevorzugter 0,1 g bis etwa 50 g, insbesondere etwa 0,2 g bis etwa 3 g Glasfäden und/oder Glasgewebe, bezogen auf 100 g Gesamtgewicht des Trägers, d. h. das Gewicht des Materials aus dem der Träger gebildet ist und der intumeszierenden Komponente und ggf. weiterer Bestandteile.
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Als Träger in den Intumeszenzmassen können Thermoplasten, Duromeren und Elastomeren eingesetzt werden, insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanen, Polysiloxanen, Phenolharzen, Polystyrolen, Polyolefinen, Harze auf Epoxidbasis oder Melaminbasis, Melaminharzschäumen, synthetischem oder natürlichem Kautschuk, Latex-, Acrylatdispersionen, Cellulose, Bitumen, Silikon, Elastomeren und Gemischen davon. Besonders bevorzugt wird Polyurethan verwendet. Die Träger, insbesondere ein Polyurethan, wird mit wenigstens einer intumeszenzfähigen Komponente ausgerüstet. Die intumeszierende Komponente umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
- a. wenigstens einem Gasbildner, wie einem Cyanursäurederivat
- b. wenigstens einem Kohlenstofflieferant, wie Zuckerpolyol
- c. wenigstens einer Phosphorsäure oder Derivat davon, wie einem Ammoniumpolyphosphat
- d. wenigstens einen Blähgraphit
- e. wenigstens einer wasserabspaltenden Verbindung, wie Aluminiumhydroxid (Al(OH)3 und/oder AlO(OH)) und
- f. Gemischen davon.
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Besonders bevorzugt wird Blähgraphit eingesetzt.
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Die Länge der Glasfäden und die Maschenweite der Glasfasermatten/-gewebe wird so ausgewählt, dass die Fäden von der Intumeszenzmasse bis in den Carbonschaum hineinreichen und somit die Anhaftung erheblich verbesserten. Überraschenderweise spielte dabei die Orientierung der Glasfäden, der Glasfasermatten/-gewebe innerhalb der Intumeszenzmasse auch eine wesentliche Rolle. 1, 2 und 3 zeigen einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Block (1), bei dem die Glasfäden (2) oder Glasfasermatten/-gewebe (3) im Wesentlichen Richtungsgleich oder im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind. Demgemäß sind die Glasfäden (2) oder Glasfasermatten/-gewebe (3) bevorzugt im Wesentlichen in der gleichen Richtung oder parallel ausgerichtet. Die Intumeszenzmasse soll somit bevorzugt immer so verbaut werden, dass die Glasfäden (2) oder Glasfasermatte/-gewebe (3) eine Verbindung zwischen Intumeszenzmasse und Carbonschaum herstellen können.
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Ein weiterer positiver Einfluss auf die Verbesserung der Carbonschaumstabilität ist das Einbringen von Glasfasermatten/Glasgeweben in die Intumeszenzmassen, dies konnte überraschenderweise durch Versuche nachgewiesen werden. Die Glasfasermatte/das Glasgewebe wird in den Herstellungsprozess mit eingebracht, dazu wird das Gewebe eingeschäumt, eingegossen, beschichtet oder benetzt. Es entsteht eine Verbundwerkstoff. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Block (1) mit darin angeordneter Glasfasermatte (3) der sich zwischen zwei Mauern (4) befindet.
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Alternativ können die Glasfasermatten/Glasgewebe während der Montage der Intumeszenzmasse, lageweise verbaut werden. 5 zeigt die Einbausituation, wiederum zwischen zwei Mauern (4) mit einer Glasfasermatte (3).
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Aus den erfindungsgemäßen Intumeszenzmassen können Brandschutzelemente, bevorzugt in Form von Blöcken, Zylindern, Stopfen, Platten, Konstruktionselementen, Quadern, Pyramiden, Halbschalen, Hohlkörpern, Manschetten, Verschlusselementen, Verkleidungen, Beschichtungen, Ummantelungen, Dichtungsprofilen, Ortsschäumen, Wickeln, Bandagen und/oder Rohrisolationsschläuchen hergestellt werden. Insbesondere bevorzugt bestehen die Brandschutzelemente aus den erfindungsgemäßen Intumeszenzmassen.
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Zur Beurteilung der Stabilitätsverbesserung wurden die neuen Produkte einem Brandversuch nach der ETK (
DIN 4102ff,
DIN EN 1366ff,
ASTM 814, UL 1479) unterzogen. Die Produkte sollten einen Raumabschluss für mindestens 2 h gewährleisten. In der nachfolgenden Tabelle sind Ergebnisse zusammengefasst. Tabelle 1
| Kriterium | Intumeszenzmasse ohne Glasfäden oder Matte | Intumeszenzmasse mit Glasfäden | Intumeszenzmasse mit aufgeschäumter Matte | Intumeszenzmasse mit Glasfaserlagen |
| Brandzeit | 2 h | 2 h | 2 h | 2 h |
| Carbonkruste | Locker | Fest | Fest | Fest |
| Durchbrand | Nach 65 Minuten | Nach 2 h kein Durchbrand | Nach 2 h kein Durchbrand | Nach 2 h kein Durchbrand |
| Wasserstrahltest | Nicht bestanden | Bestanden | Bestanden | Bestanden |
| Anzahl gefallener Lagen | ≥ 8 | ≤ 2 | ≤ 2 | ≤ 2 |
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Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Zugabe von Glasfäden oder Glasfasermatten, durch eine verbesserte stabilere Anhaftung der Carbonschicht, die Brandeigenschaften verbessern.
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Durch die Zugabe von Glasfäden oder Glasfasermatten/-geweben konnte, wie bereits erwähnt, die Anhaftung der Carbonschicht deutlich optimiert werden. Eine Erklärung des Verhaltens liefert die Betrachtung des Aufbaus einer reagierenden Intumeszenzmasse. Die Intumeszenzmasse kann in drei Bereiche unterteilt werden:
- • Restbauteil, dieser Teil ist der Normalzustand der Masse, d. h. hier hat noch keine Intumeszenz stattgefunden. In diesem Bereich herrschen die niedrigsten Temperaturen.
- • Übergangsphase, zwischen Restbauteil und Carbonschaum. In diesem Bereich hat bereits eine leichte Intumeszenz eingesetzt, diese ist aber auf Grund der geringen Wärme noch nicht voll ausgeprägt.
- • Carbonschaum, Intumeszenz hat sich voll entfaltet und ein Großteil des Trägermaterials ist verbrannt. Der Carbonschaum ist nur sehr schwach mit der Übergangsphase und dem Restbauteil verknüpft.
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Durch das Einbringen der Glasfäden, der Glasfasermatten/-gewebes wird die Haftung der Carbonschicht an das Restbauteil sowie der Übergangsphase verstärkt, ein Abfallen der Carbonschicht kann somit unterbunden oder begrenzt werden. Grund für die verbesserte Haftung der Carbonschicht ist die bereits erwähnte Länge der eingebrachten Glasfäden bzw. die Maschenweite der Glasfasermatten/-gewebes in der Intumeszenzmasse, diese verbinden das Restbauteil mit der entstanden Carbonschicht und erhöhen so die Haftung.
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Als weiterer positiver Effekt kann sich die Carbonschicht durch die Glasfäden/Glasgewebe stark verdichten wodurch eine sehr harte und feste Struktur entsteht, diese ist besonders gut geeignet den Wasserstrahltest zu bestehen. Das Resultat daraus ist eine längere Brandzeit sowie deutlich höhere Standfestigkeit der Intumeszenzmasse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 4102ff [0023]
- DIN EN 1366ff [0023]
- ASTM 814 [0023]
