DE3421863C2

DE3421863C2 -

Info

Publication number: DE3421863C2
Application number: DE19843421863
Authority: DE
Inventors: Wulf Von Dipl.-Chem. Dr. 5090 Leverkusen De Bonin
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1984-06-13
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1991-02-14
Also published as: DE3421863A1

Description

Die Erfindung betrifft die Kontrolle der Intumeszenz von Intumeszenzbrandschutzmassen durch Zusätze von schmelzbaren Polymerpulvern.

Die Funktionsweise der meisten Intumeszenzmassen beruht auf dem Ineinandergreifen folgender Prozesse bei Beflammung:

1. Unter Zersetzung bildet der Gerüstbildner (Carbonific) eine mehr oder weniger zähe und schäumfähige Schmelze, hierbei wirkt zumeist ein azider Katalysator mit;
2. unter Aufblähen der Schmelze beginnt die zumeist durch eine gleichzeitig anwesende, vielfach stickstoffhaltige bzw. NH₃ abspaltende Treibmittelkomponente bestimmte weitere Zersetzungsreaktion;
3. unter weiterer Zersetzung bzw. Carbonisierung und weiterem Aufblähen erstarrt die gebildete Schmelze zu einem feuerwiderstandfähigen Intumeszenzschaum.

Dieses Verhalten bei Flammeinwirkung bzw. Hitzewirkung befähigt derartige Intumeszenzmassen zum Sichern von Fugen und Hohlräumen gegen den Durchtritt von Feuer und Brandgasen. Deshalb nehmen Intumeszenzmassen einen zunehmend wichtigeren Platz im Gebiet des vorbeugenden Brandschutzes ein, insbesondere dann, wenn sie selber quasi nicht brennen und z. B. keine sauren Dämpfe bilden.

Oftmals ist die Intumeszenzwirkung von Intumeszenz-Brandschutzmassen so intensiv, daß der gebildete feuerwiderstandsfähige Schaum sehr leicht und mechanisch labil ist und der Flammenerosion wenig Widerstand bieten kann. Bisweilen ist ein geringeres Aufschäumen der Intumeszenzmasse in Kauf zu nehmen, wenn dafür aber der gebildete Intumeszenzschaum entsprechend stabiler ist. Es wäre wünschenswert, die Intumeszenzeigenschaften einer gegebenen Intumeszenzmasse durch einen Zusatzstoff hinsichtlich der Intensität der Intumeszenzschaumbildung steuern zu können, ohne die gesamte Rezepturierung wesentlich ändern zu müssen.

Es wurde nun gefunden, daß kontrollierte Intumeszenzwirkung erhalten wird, wenn man den Intumeszenzmassen Polymerpulver als zusätzliche Komponente beifügt, wobei diese Polymerpulver, deren Korngrößen unter 3-5 mm Durchmesser, vorzugsweise unter 0,5 mm Durchmesser, liegen, bei Temperaturen unter 400°C, vorzugsweise unter 300°C, gegebenenfalls unter Zersetzung eine Schmelze bilden sollen.

Die die Intumeszenz stoppende Wirkung dieser Zusätze ist im allgemeinen bei Zusatzmengen im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgewicht, der Zusatzmenge annähernd proportional.

Diese Wirkung der Zusätze von schmelzbaren Polymerpulvern tritt sowohl bei anorganischen wie auch bei organisch basierten Intumeszenzmassen ein, die ihre Intumeszenzwirkung im Bereich von 200 bis 400°C entfalten.

Gegenstand der Erfindung sind daher Intumeszenzmassen mit kontrollierter Intumeszenzwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß man den in ihrer Intumeszenz zu kontrollierenden Intumeszenzmassen Polymere zusetzt, die bei Temperaturen von ca. 50 bis 400°C gegebenenfalls unter Zersetzung schmelzen.

Bezogen auf das Gesamtgewicht der Intumeszenzmasse soll das Polymer in Mengen von 0,05 bis 5, vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-%, in der erfindungsgemäßen Intumeszenzmasse enthalten sein.

Die zur Verwendung kommenden Polymeren können Polykondensations-, Polyadditions-, Polycyclisierungs- oder Doppelbindungspolymere sein. Der Vorzug wird solchen Polymeren gegeben, die kein Halogen enthalten.

Beispiele solcher Polymeren sind Olefin- und Polyolefin- Polymere, Vinyl- und Allyl-Polymere, Polyurethane, Polyamide, Polyester, Polyacetale, Polycarbonate, Polyether, Polyimide, und deren Mischungen. Die Molgewichte können von ca. 2000 bis zu vielen Millionen, vorzugsweise von ca. 6000 bis zu ca. 1 Mio., reichen.

Beispielhaft seien folgende Polymertypen genannt:
Adipinsäurepolyamide, Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisate und deren Verseifungsprodukte, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und (α-Methyl)-Styrol-Copolymerisate mit z. B. Acrylnitril, Copolymerisate von Maleinanhydrid mit Ethylen, Propylen, Styrol, Vinylacetat, Vinylether, Isobutylen, Diisobutylen, ABS-Polymerisate, Polycaprolactam, Polycaprolacton, Polyester der Benzoldicarbonsäuren, Novolak- bzw. Phenolharz-Vorkondensate, Epoxydharze, Alkydharze, Collophoniumharze, hydrierte oder halogenierte Polymere.

Die Intumeszenz-dämpfende Wirkung ist im allgemeinen unspezifisch und kann auch bei Harzen beobachtet werden, die ihrerseits gegebenenfalls als Matrix von intumeszierenden Zubereitungen in Betracht kommen können.

Die Wirkung tritt vorzugsweise bei Zusatzmengen unter 10 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgewicht der Intumeszenzmasse, auf.

Der Einsatz der erfindungsgemäß verwendeten Zusätze zur Kontrolle der Intumeszenzwirkung ist immer dann technisch vorteilhaft, wenn eine an und für sich stark blähfähige Intumeszenzzubereitung zugunsten der Ausbildung eines festeren Schaumes in der Intumeszenz gebremst werden soll, oder dann, wenn eine schwer entflammbare Intumeszenzmasse auch im Brandfall nicht oder nur wenig aufschäumen soll, um gegebenenfalls einen mechanisch besonders stabilen Verschluß im Brandfalle zu erhalten.

Beispiele

Die angegebenen Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anderes vermerkt ist.

Es wurden folgende Intumeszenzmischungen verwendet:

Intumeszenzmischung 1

Beispielhaft konventionelle Intumeszenzmischung aus

1 Teil Kartoffelstärke
1 Teil Pentaerythrit
1 Teil Diammoniumphosphat
1 Teil Dicyandiamid

Intumeszenzmischung 2

Entspricht Intumeszenzmischung 1 unter Zusatz von 0,2 Teilen eines auf Korngrößen unter 0,1 mm ⌀ vermahlenen äquimolaren Copolymerisates aus Isobutylen und Maleinanhydrid.

Intumeszenzmischung 10

Nicht konventionelles Intumeszenzmaterial:
Umsetzungsprodukt einer Mischung aus

100 Teile (C₂H₅O-)₂ PO-CH₂-N (-C₂H₄OH)₂
50 Teile Dicyandiamid
10 Teile Aluminium-Oxyd-hydrat und
100 Teile technischem Polyisocyanat, erhalten über die Phosgenierung von Anilin-Formaldehyd-Kondensaten (Desmodur 44 V 40®, BAYER AG).

Intumeszenzmischung 11

Wie Intumeszenzmischung 10, jedoch unter Zusatz von 7,5 Teilen eines auf Korngrößen unter 0,1 mm ⌀ vermahlenen Copolymerisates aus α-Methylstyrol und 31% Acrylnitril.

In den folgenden Intumeszenzmischungen wurde anstelle des unter 300°C schmelzbaren Copolymerisates in gleicher Menge und Körnung das folgende, die Intumeszenz erfindungsgemäß vermindernde Material verwendet:

Intumeszenzmischung 12: verseiftes Copolymerisat aus Ethylen und ca. 40% Vinylacetat,
Intumeszenzmischung 13: Polyvinylchlorid,
Intumeszenzmischung 14: Chlorierter Naturkautschuk,
Intumeszenzmischung 15: äquimolares Copolymerisat aus Maleinanhydrid und Styrol,
Intumeszenzmischung 16: äquimolares Copolymerisat aus Maleinanhydrid und Vinylacetat,
Intumeszenzmischung 17: äquimolares Copolymerisat aus Maleinanhydrid und Diisobutylen,
Intumeszenzmischung 18: Copolymerisat aus Styrol und 30 Teilen Ethylacrylat,
Intumeszenzmischung 19: Cellulose Acetobutyrat,
Intumeszenzmischung 20: Polyethylen,
Intumeszenzmischung 21: Polypropylen,
Intumeszenzmischung 22: Thermoplastisches Polyurethan (Dsmopan®, BAYER AG),
Intumeszenzmischung 23: Polybutylentherephthalat,
Intumeszenzmischung 24: Polyamid (Perlon®).

Die Intumeszenzprüfung erfolgte dadurch, daß man aus den Intumeszenzmassen kreisrunde Plättchen von 3 mm Dicke schnitt bzw. formte (bei Intumeszenzmasse 1 und 2 durch Anfeuchten und nachheriges Trocknen) und diese Testplättchen auf einem Drahtsieb liegend von der Oberfläche her 10 Minuten mit einem 600°C Heißluftgebläse beaufschlagte. Anschließend wurde die Volumenvergrößerung abgeschätzt:

Volumenvergrößerung Vol.-%
Benotung
mehr als 300
1
300-200	2
200-100	3
100-50	4
weniger als 50	5

Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Intumeszenzverminderung durch verschiedene Zusätze

In den folgenden Beispielen wird mittels der Intumeszenzmasse 10 die Wirkung verschiedener Zusatzmengen des Copolymerisatpulvers (analog Beispiel 10) aufgezeigt. Es wird deutlich, daß schon Zusatzmengen unter 1%, bezogen auf den Gesamtansatz, verwertbare Effekte liefern:
Die Beispiele werden tabellarisch aufgeführt.

Intumeszenzverminderung bei verschiedenen Zusatzmengen analog Beispiel 10

Beispiel 26

In eine Schaumbetonplatte von 50×50 cm bei einer Dicke von 10 cm wird zweimal eine 30 cm lange, senkrecht stehende durchgehende Fuge mit 2 cm Breite geschnitten.

Die eine Fuge wird einmal mit Intumeszenzmasse 17 ausgegossen und zum Vergleich die andere mit Intumeszenzmasse 10 ausgegossen, bei der keine Intumeszenzregulierung erfolgt.

Dann wird die Schaumbetonplatte in eine Kleinbrandkammer eingebaut, die nach der Einheitstemperaturkurve gemäß DIN 4102 befeuert werden kann, und 90 Min. der Befeuchtung ausgesetzt.

Anschließend wird die Platte ausgebaut und die Fuge beurteilt: Nach 90 Min. war auf der der Flamme abgewandten Seite der Fugenoberfläche die Temperatur in beiden Fällen etwa bei 105°C.

Die mit Intumeszenzmasse 10 gefüllte Fuge enthielt noch ca. 4 cm tief unverändertes Material, dann folgten ca. 2 cm gut aufgeschäumtes Material, dann ca. 1 cm sehr lockeres, z. T. aboxydiertes geschäumtes Material, der Rest der Fuge war durch die Flammerosion von geschäumtem Material freigeblasen worden, ca. 3 cm.

Die mit Intumeszenzmasse 17 gefüllte Fuge enthielt noch ca. 5,5 cm unverändertes Material, dann folgten ca. 4 cm gut carbonisiertes poröses Material, die Fuge selbst war nur ca. 0,5 cm tief frei erodiert worden.

Dieser Versuch macht deutlich, daß die Begrenzung der Intumeszenz gegebenenfalls von Vorteil sein kann, z. B. dann, wenn der Einfluß der Flammerosion vermindert werden soll.

Claims

1. Intumeszenzmassen mit kontrollierter Intumeszenzwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß sie gegebenenfalls unter Zersetzung bei Temperaturen zwischen 50 und 400°C schmelzende Polymerpulver, deren Korngrößen unter 5 mm Durchmesser liegen, beigefügt enthalten.

2. Intumeszenzmassen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Carbonisierungsschäume bildende Intumeszenzmassen zwischen 50 und 400°C schmelzende Polymerpulver beigefügt enthalten.

3. Intumeszenzmassen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß isocyanatvernetzte Intumeszenzmassen zwischen 50 und 400°C schmelzende Polymerpulver beigefügt enthalten.

4. Intumeszenzmassen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen 50 und 400°C schmelzenden Polymerpulver in Mengen unter 10 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgewicht, enthalten sind.

5. Verwendung der Intumeszenzmassen gemäß Anspruch 1 in Konstruktionselementen für Bau- und Formteile mit Funktionen für den vorbeugenden Brandschutz.