DE2755871C3

DE2755871C3 - Brandschützendes Anstrichsystem

Info

Publication number: DE2755871C3
Application number: DE2755871A
Authority: DE
Inventors: Franz Ing. Gallneukirchen Jilek; Alfred Dipl.-Ing. Dr. Linz-Puchenau Pelz
Original assignee: Lentia Chem U Pharm Erzeugnisse - Industriebedarf 8000 Muenchen De GmbH
Current assignee: Lentia Chem U Pharm Erzeugnisse - Industriebedarf 8000 Muenchen De GmbH
Priority date: 1977-12-15
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1981-09-17
Also published as: SE7812647L; FR2411868B1; LU80651A1; NL7812143A; IT7869847A0; GB2012296B; NO784214L; GB2012296A; SE430987B; DE2755871B2; DE2755871A1; DK532378A; BE872818A; FR2411868A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neues, verbessertes, brandschützendes Anstrichsystem, mit dem ein Schutz von tragenden Bauelementen in erster Linie aus Metall im Brandfall von mehr als 60 Minuten Dauer erzielt werden kann.

fcls ist bekannt, daß Bauteile aus Metall, Beton oder dergleichen im Brandfall durch Schutzanstriche oder wärmeisolierende Beschichtungen für eine gewisse Zeit vor der Feuer- oder Hitzeeinwirkung geschützt werden können. Dabei werden u. a. solche Anstriche verwendet, die im Brandfall durch die Hitzeeinwirkung aufschäumen und so eine relativ dicke, schlecht wärmeleitende, jedoch auf der Metallunterlage gut haftende Schaumschicht ausbilden, die einen guten Schutz vermittelt.

Aus der AT-PS 3 30 320 bzw. DE-OS 24 21 332 ist bekanntgeworden, daß sich brandschützende Anstrichbzw. Beschichtungssysteme, die infolge der Hitzeentwicklung im Brandfall aufschäumen, vorteilhafterweke auf Basis von blähfähigem Graphit herstellen lassen, wobei dieser blähfähige Graphit, der sich auf das 10-40fache seines ursprünglichen Volumens auzublähen vermag, durch Zusatz eines halogenhaltigen Elastomeren und eines Phenol-Aldehyd-Harzes, das durch die Hitzeeinwirkung ein poröses, jedoch festes Koksperüst bildet, gebunden ist.

Dieses bekannte Brandschutzanstrichsystem baut sich aus 3 Schichten auf, wobei die blähgraphithaltige Komponente die Mittelschicht darstellt, die auf einer der an sich bekannnten Korrosionsschutzschichten (Grundanstrich) aufgetragen wird und die durch eine selbsthärtende Silikatschicht abgedeckt wird.

Diese selbsthärtende Silikatdeckschicht wird aus einer Mischung von Kieselsäureverbindungen, wie Wasserglas, reaktiven Metallpulvern, Metalloxyden oder Metallhydroxyden erhalten, die mit dem Wasserglas eine wasserunempfindliche Schicht ausbilden. Um eine möglichst hohe Wasserresistenz der Silikatschicht zu gewährleisten, wird hierbei empfohlen, möglichst älkaliäfrhe Alkälisilikäle zu verwenden.

Diese Deckschicht hat die Aufgabe, das gesamte Brandschutzanstrichsystem auch nach dem Aufblähen im Brandfall und ein Abbröckeln der aufgebläten Dämmschicht zu verhindern. Mit diesem Anstrichsystern konnte bei der Prüfung nach DlN 4102 in der Praxis im Kleinbrandversuch (gemäß DIN 18082) die Feuerwiderstandsklasse F 30 mit großer Sicherheit erreicht werden. Tatsächlich betrug bei den Tests die Feuerwiderstandszeit etwa 40—45 Minuten. Ein Schutz

ία über 60 Minuten hinaus, der der Feuerwiderstandsklasse F 60 entsprechen würde, konnte dagegen nicht erreicht werden, da die Schutzwirkung der Wirkschicht dazu nicht völlig ausreichte und überdies in der Deckschicht besonders bei Beschichtung von Profilen an Ecken und Kanten Risse auftraten, die einen Hitzeangriff unter Luftzutritt auf die gut isolierende, jedoch bei höherer Temperatur doch oxidationsempfindliche Mittelschicht ermöglichte, wodurch die Schutzwirkung Wich vermindert wurde.

Es konnte nun gefunden werden, daß diese Nachteile beseitigt werden können und auf Basis von blähfähigem Graphit eine SehüUbeschichiung erhalten werden kann, mit der der Feuerwiderstandsklasse F 60 auch bei einer Beschichtung über Kanten und Ecken sicher erreicht wird, wenn für die Bindung des Blähgraphits in der Wirkschicht ein spezielles Phenolharz verwendet wird und außerdem dem Wirkschichtgemisch als weitere Komponente Aluminiumhydroxyd zugesetzt wird, das durch den bei Hitzeeinwirkung einsetzenden endothermen Entwässerungsprozeß und den dabei entstehenden Wasserdampf eine zusätzliche Schutzwirkung ausübt und wenn die Deckschicht nicht auf Basis von durch Reaktion mit Metallen oder Metalloxyden wasserunempfindlich gewordenen Metallsilikaten aufgebaut ist, sondern eine Deckschicht von mindest teilweise festem Alkalisilikat verwendet wird.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein brandschützendes Anstrichsystem, bestehend aus einem korrosionshemmenden Grundanstrich, einen Blähgraphit enthaltenden Zwischenanstrich auf der Basis eines halogenhaltigen Elastomeren und eines Phenolharzes und einem Deckanstrrch auf Basis von Alkalisilikat, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenanstrich auf 100 Teile Blähgraphit 30-80 Teile Aluminiumhydroxyd enthält und in einer Menge von mindestens 4 kg/m^; zugegen ist und der Deckanstrich durch Auftragen einer Mischung erhalten worden ist, die auf 100 Teile Kaliwasserglas 30-130 Teile Natrionwassergias, 0,5-10 Teile PbjO4. Wasser und gegebenenfalls Mineralfasern und/oder Alkalihydrr;yd enthält. Das Mittel für den Zwischenanstrich enthält vorzugsweise au^r 100 Teile Blähgraphit 15-30 Teile gegebenenfalls mastifiziertes Polychlorbutadien, 5-25 Teile t-Butyl· phenolformaldehydharz, 5-20 Teile Mineralfaser, das Mittel für den Deckanstrich enthält bevorzugt auf 100 Teile Kaliwasserglas 0,5 - 7 Teile Pb₁O₄.

Die Verwendung dieser erfindungsgemäßen Binde mittelkombination ist wesentlich, da nur dann der Blähgraphit, der ja im Brandfall sehr stark aufbläht, noch in ausreichendem Maße zusammengehalten wird, so daß er nicht abbröckelt oder an den Ecken und Konturen Risse entstehen, die den freien Zutritt des Feuers zum Bauteil gestatten würden. Hierbei wirkt das Polychlorbutadien als in der Hitze thermoplastisches Bindemittel, das Phenolharz hingegen als Koksbildner, der die Schicht verfestigt. Eine zusätzliche Verfestigung im aufgeblähten Zustand kann noch erzielt werden, Wenn der Wifkschicht mineralische Faserstoffe wie

Asbest oder Steinwolle z. B, einer Faserlänge von 0,5 — 10 mm zugemischt werden. Der Anteil dieser Fasern pro 100 Teilen Blähgraphit kann, wie bereits oben erwähnt, zweckmäßig 5-20 Teile betragen. Naturgemäß können dem Bindemittelgemisch die üblichen stabilisierenden Zusätze gegen Alterung zugesetzt werden. Es sind dies z. B. sterisch gehinderte Phenole oder Oxyde von Magnesium oder zink (Säureacceptoren).

Wesentlich für die störungsfreie Funktion der Wirkschicht ist auch die Deckschicht, die einerseits die Wirkschicht schützen und im Aufblähungsfalle zusammenhalten soll, andererseits aber die Wirkschicht beim Aufblähen nicht behindern darf und auch genügend gasdurchlässig sein muß, um sich entwickelnde Gase π ungehindert durchtreten zu lassen. Alles dies wird erreicht, wenn man im Gegensatz zum Stand der Technik eine Deckschicht verwendet, die keinen glatten, fast porenfreien Oberzug bildet, sondern vielmehr eine Schicht, die beim Abtrocknen Poren ausbildet, so daß ungehinderter Gasdurchgang gewährleistet ist. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Deckschicht auf Bäbis von Kali- und Natron-Wassergläsern, vorzugsweise solchen mit einem Modul von <3,5 erreicht, die Pb3Ü4 als Flußmittel enthält Die Menge an PbjO* kann relativ niedrig gehalten werden, sie beträgt pro 100 Teile Kaliwasserglas bevorzugt 0,5-7 Teilo.

Wie bereits erwähnt, wird im Decklack eine gewisse Menge an fester Natronwasserglaskomponente eingebracht, was sich vorteilhaft auf die Dehnbarkeit des Deckanstriches in der Hitze auswirkt. Es ist auch möglich, den Alke gehalt der Deckanstrichmasse vor dem Auftragen durch Zusatz von A'kalilauge, vorzugsweise Natronlauge zu erhöhen, da sich dadurch eine gute Haltbarkeit der Masse vor uer A jftragung ergibt. Im allgemeinen soll das Gewichtsvernältnis von KjO und N'a2O im Deckanstrich zu S1O2 im Deckanstrich etwa im Verhältnis 25-35:70 liegen, wobei das Gewichtsverhältnis; von K2O : NajO etwa 2 : 1 beträgt.

Die Anbringung des erfindungsgemäßen, brandschüi· 40 zenden Anstrichsystems beruht auf einem aufeinanderfolgenden Auftragen aller drei Schichten. Die an sich bekannte, korrosionshemmende Grundschicht wird in üblicher Weise als unterste Schicht aufgetragen. Als korrosionschützende Grundanstriche haben sich beson- 45 ders Anstriche auf Alkyldharzbasis bewährt. Andere Systeme, wie z. B. Epoxydharzlack sind ebenfalls brauchbar. Darauf erfolgt nach Abtrocknen die Auftragung der Wirkschicht. Die Bestandteile der Wirkschicht werden hierzu mit organischen Lösungs- 50 mitteln wie aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Xylol) oder mit Mischungen derselben mit Ketonen, vorzugsweise Aceton oder Methylethylketon und Benzinkohlenwasserstoffen so weit verdünnt, daß eine streich- bzw. spritzfähige Masse entsteht. Die 55 Menge des Lösungsmittels beträgt hierbei in der Regel etwa 100-200 Teile pro 100 Teile Blähgraphit. Diese Masse kann entweder mil der Spritzpistole oder durch Spachtelung aufgetragen werden, was bei der Menge an zuzufügendem Lösungsmittel zu berücksichtigen ist. 60 Eine ausreichende Schuuwirkung, d.h. die sichere Erzielung der Feuerwiderstandsklasse F 60 wird nur darin erhallen, wenn dei Wirkschichtäüflrag, bezogen auf trockenen Anstrich, mindestens 4 kg/m² beträgt. Zweckmäßig werden zwischen 4 und 5 kg/m² aufgetra* 65 gen, was in ein* oder mehrmaligen Auftragungsgängen 100 Gew.-Teile möglich ist.

Natürlich kann auch eine höhere Auftragungsmenge gewählt werden, doch spielen bei Auftragungsmengen von über 5 kg/m² auch wirtschaftliche Überlegungen sowie die für den Bauteil tolerierbare Schichtdicke des Anstriches eine Rolle.

Nach Abtrocknen der Wirkschicht wird diese dann mit der Deckschicht überzogen, die in wäßriger Phase aufgetragen wird und bei der Wasser als Verdünnungsmittel dient. Das Kaliwasserglas wird bei der Bereitung der auftragungsfähigen Mischung zweckmäßig in Form der wäßrigen Lösung, beispielsweise einer Konzentration von 30-45 Gew.-%, eingesetzt, der dann das Natronwasserglas in fester Form zugesetzt werden kann. Auch die übrigen Bestandteile wie Pb₃O₄ und wenn vorhanden Asbestfasern und Alkalihydroxyd v;erden fest zugemischt, worauf das Gemisch mit W asser auf die nötige Konsistenz verdünnt wird.

In den meisten Fällen wird man, wenn man von etwa 40%igen wäßrigen K-Wasserglaslösungen ausgeht, noch zusätzlich 30-100 Teile Wasser pro 100 Feilen K-Wasserglas benötigen, um eine streichfähige Masse zu erhalten. Der Anteil an Asbestfasern kann bis zu 30 Teile, jener an festem Aikaiihydroxyd z. B. etwa i0 Teile betragen.

Die Deckschicht besitzt nach dem Auftragen im Gegensatz zu jener gemäß AT-PS 3 30 320 keine starre Struktur, es wird vielmehr eine poröse Struktur ausgebildet, die in der Hitze eine elastLche Flexible Schicht zum Schutz der darunterliegenden aufgeschäumten Wirkschichi ergibt.

Die Prüfung des erfindungsgemäßen Brandschutzanstriches erfolgte gemäß DIN 4102/B1.2 bzw. ÖNORM B 3800/Teil 2. Hierbei darf 60 Minuten lang bei Brandeinwirkung in einem mit dem erfindungsgemäßen Anstrich versehenen Profilträger aus Stahl (Type IPB 180) im Inneren des Trägers während 60 Minuten die Temperatur im Mittel nicht über 400°C ansteigen bzw. darf sie an keiner Stelle 500⁰C überschreiten.

Die Erfindung soll durch die folgenden Beispiele näher erläutert, jedoch in ihrem Umfang nicht beschränkt werden.

Beispiel 1
Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung:

100 Gew. 24 Gew. 20 Gew 10 Gew. 48 Gew. 2 Gew.

-Teile -Teile -Teile -Teile Teile -Teile BIa, graphit.

Polychlorbutadien, mastiziert
t-Butylphenol-Formaldehydharz,
Asbestfasern,
Aluminiumhydroxyd,
Stabilisator (sterisch gehindertes Phenol, Magnesiumoxyd)
165 Gew.-Teile Toluol als Lösungsmittel

wird entsprechend der DIN 4102 (bzw. ÖNORM B 3800) auf 2 durch Sandstrahlen und Grundieren mittels Zinkchromat-Alkydharzlack korrosionsfest ausgerüsteten IPB-Trägern 180 von je 3 m Länge, in einer Schichtdicke von etwa 5 mm (Trockendicke) = 4,5 kg/m² Trockenauftragsmenge in 2 Gängen aufgespritzt. Nach Trocknung wurde die Deckschicht nach folgender Zusammensetzung (homogen gemischt) in einer Stärke von etwa 0,3 mm mit dem Pinsel aufgetragen;

Kaliwasserglas fest

(GewichtS'Modul 1,85,

als 40%ige Wäßrige Lösung)

S3 Gew.-Teile

Natronwasserglas fest (Gewichts-Modu! 3,3 feinpulvrig gemahlen)

11 Gew.-Teile Ätznatron

2,7 Gew.-Teile Mennige (PbjO^

21 Gew.-Teile Asbestfasern
61 Gew.-Teile Wasser

Ein von der Brandschutzbehörde durchgeführter Brandschutz*cst nach DIN 4102 bzw. ÖNORM B 3800 ergab eine Brandwiderstandsklasse von F 60.

Beispiel 2 Die Wirkschicht folgender Zusammensetzung:

100 Gew.-Teile Blähgraphit
24 Gew.-Teile Polychlorbutadien 10 Gew.-Teile t-Butylphenol-Formaldehydharz 10 Gew.-Teile Asbestrasern
55 Gew.-Teile Aluminiumhydroxyd 2 Gew.-Teile Stabilisator (sterisch gehinderter Phenol, Magne.'riiumoxyd)

150 Gew.-Teile Lösungsmitlei(80%Toluol, 10% Aceton, 10% Benzin)

wurde auf eine sandgestraihlte und zum Korrosionsschutz mit Zinkchromat-Alkydharzlack grundierte Stahlplatte (500 χ 500 χ 4 mm) in einer Trorkenschichtdicke von etwa 5 mm aufgespritzt, was einer Trockenauftragungsmenge von 5,0 kg/m² entspricht. Nach Trocknung wurde der Deckanstrich gleicher Zusammensetzung und Auftragstärke wie im Beispiel 1 aufgespritzt, die Platte war auf der Rückseite mit einer ca. 30 mm starken Steinwollmatte gegen Wärmeab-Strahlung zusätzlich abgedämmt.

Bei einem Brandversuch im Normkleinbrand-Versuchsofen (DIN 18 082) wurde eine Feuerwiderstandsklasse (DIN 4102) von F 60 erreicht,

Beispiel 3 Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung:

100 Gew.-Teile Blähgraphit
24 Gew.-Teile Polychlorbutadien 20 Gew.-Teile t-Butylphenol-Formaldehydharz 10 Gew.-Teile Asbestfasern
80 Gew.-Teile Aluminiumhydroxyd 2 Gew.-Teile Stabilisator (wie in Beispiel 2) 170 Gew.-Teile Lösungsmittel (wie in Beispiel 2) , 5 (Trockenauftragsmenge 5,2 kg/m²)

wurde wie in Beispiel 2 mit demselben Deckanstrich versehen auf einer Stahlplatte in einem Kleinbrand-Versuchsofen auf ihr Brandschutzverhaiten untersucht Auch hier konnte die Feuerwiderstandsklasse F 60 erreicht werden.

Beispiel 4 Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung:

100 Gew.-Teile Blähgraphit
24 Gew.-Teile Polychlorbutadien 20 Gew.-Teile t-Butylphenol-Formaldehydharz 7 Gew.-Teile Asbestfasern
32 Gew.-Teile Aluminiumhydroxyd 2 Gew.-Teile Stabilisator (wie in Beispiel 2) 155 Gew.-Teile Lösungsmittel wie Beispiel 1

(Trockenauftragungsmenge 4,6 kg/m²)

wurde wie in Beispiel 2 mit demselben Deckanstrich auf einer Stahlplatte in einem Kleinbrand-Versuchsofen auf ihr Brandschutzverhaltan getestet Auch hier konnte die Feuerwiderstandsklasse F 60 erreicht werden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Brandschützendes Anstrichsystem, bestehend aus einem korrosionshemmenden Grundanstrich, einem Blähgraphit enthaltenden Zwischenanstrich auf der Basis eines halogenhaltigen Elastomeren und eines Phenolharzes und einem Deckanstrich auf der Basis von Alkalisilikat, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenanstrich auf 100 Teile Blähgraphit 30 — 80 Teile Aluminiumhydroxyd enthält und in einer Menge von mindestens 4 kg/m² zugegen ist und der Deckanstrich durch Auftragen einer Mischung erhalten worden ist, die auf 100 Teile Kaliwasserglas 30 — 130 Teile Hatronwasserglas, 0,5-10 Teile PbaO«, Wasser und gegebenenfalls Mineralfasern und/oder Alkalihydroxyd enthält.

2. Brandschützendes Anstrichsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel für den Zwischenanstrich auf 100 Teile Blähgraphit 15 — 30 Teile gegebenenfalls mastifiziertes PoIych'orbütäuien, 5 — 25 Teile iertButyiphenulformaldehydharz, 5-20 Teile Mineralfaser und das Mittel für den Deckinstrich auf 100 Teile Kaliwasserglds 0,5 - 7 Teile Pb₃O₄ enthält.