NO144352B - Brannbeskyttede bygningselementer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår brannbeskyttede bygningselementer av metall eller tre.

Det er kjent å avskjerme brannutsatte bygningselementer ved en- eller også fler-sjiktsmalingssystemer mot brannskader i branntilfelle, i det minste for et visst tidsrom. Ved fler-sjiktsbrannbeskyttelsesmalingssystemer har hvert av sjik-tene, en helt bestemt og absolutt nødvendig funksjon, og disse

-sikrer sammen systemets beskyttelsesvirkning.

Således er det allerede foreslått å anvende tre-sjiktsmalingssystemer hvorved det underste sjikt er et korrosj-onshem-mende sjikt, det .mellomliggende sjikt det egentlige virksomme sjikt som i branntilfelle gir beskyttelse ved oppskumming, og dekk-sjiktet er en overtrekkslakk som skal beskytte det virksomme sjikt. Det tidsrom man således kan oppnå med brannbeskyttelse skal tjene til å kunne gripe til andre forholdsregler som enten forhindrer opptreden av større brannskader eller i det minste reduserer disse betydelig.

Et slikt skumsjiktdannende flammebeskyttelsessystem er f .eks', en kombinasjon av dicyandiamid med en høyere fast alkohol og et ammoniumfosfat, hvorved en trikloretylfosfatholdig homopolymer polyvinylacetatdispersjon tjener som bindemiddel.

Denne brannbeskyttelsesmaling må selv påføres i flere sjikt for å oppnå den nødvendige sjikttykkelse uten at det opptrer avdrypping. Dette betyr imidlertid en relativt høy arbeids-innsats .

Disse kjente systemer for bygningselementer er ikke helt ut tilfredsstillende med henblikk på sin brannbeskyttelses-virkning.

Fra US-patent nr. 3-57^.644 er det videre kjent at kunststoffer slik som polyester, epoksyder eller polyolefiner kan gjøres mer flammesikre ved tilsetning av blæredyktig grafitt. Skjer denne tilsetning "til vanlige malinger eller overtrekksmas-ser, så kan disse anvendes til belegning av brennbare materialer slik som tre, eller også ikke-brennbare bygningselementer, f.eks. av metall, for isolasjonsformål.

Malingen blir for dette formål påført og oppvarmet i kort tid slik at det ved oppblæring av grafitten oppnås et relativt tykt, isolerende beskyttelsessjikt.

Denne beskyttelsesform har den mangel at belegget på den ene side krever relativt mye plass og på den andre side imidlertid har en relativt lav mekanisk fasthet, slik at en beskadi-gelse av belegget må fryktes allerede ved svake påkjenninger.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er å frembringe bygningselementer som i branntilfelle er beskyttet av et malings-system på basis av blæregrafitt og som på samme måte som de kjente systemer, første utvikler sin isolasjonsvirkning ved oppblæring i branntilfelle, men som også da har en slik mekanisk fasthet at malingen under påvirkning av flammesuget eller andre mekaniske belastninger ikke skaller av og således ikke lenger beskytter bygningselementet. Dette kan ifølge foreliggende oppfinnelse oppnås ved tilsetning av et spesielt bindemiddelsystem av to komponenter hvorved det ene gir en klebrig binding og den andre i branntilfelle og på grunn av temperaturavhengig spalt-ning, danner et koksskjelett som gir feste for den oppblærede grafitt.

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er i henhold til dette brannbeskyttede bygningselementer, særlig av metall eller tre, som som brannbeskyttelse er påført et 3-sjikts-belegg som omfatter:

a) et korrosjons- eller råtehindrende grunnsjikt,

b) et mellomsjikt som inneholder en slik mengde svellbart

stoff at det i tilfelle av brann vil svelle opp til 10-40 ganger den opprinnelige tykkelse, og

c) et tynt dekksjikt, og oppfinnelsen karakteriseres ved at bindemidlet i mellomsjiktet utgjøres av en blanding av

bl) et ved mekanisk påvirkning delvis nedbrutt, klebrig polykloropren, en klorkautsjuk og/eller et klorert polyolefin,. og. b2) en eller flere fenolharpikser av den type som forblir termoplastisk opp til minst 200°C,

idet dette mellomsjikt som svellbart stoff inneholder svellbar

grafitt, som i og for seg kjent bestanddel i brannbeskyttelses-malinger,

idet mengdeforholdene er slik at det pr. 100 vektdeler grafitt foreligger 10-50 vektdeler av hver av komponentene b.l) og b2), og at dekksjiktet c) er et vannbestandig silikatsjikt, dannet av et organisk polysilikat eller vannglass, tilsatt relativt metallpulver, metalloksyd- og/eller -hydroksyd og/eller basisk metallkarbonat, -borat og/eller -fosfat.

Grunnsjiktet på bygningselementet som skal belegges er uunnværlig og består hva angår stålbygningsdeler av kjente passiverende og rustbeskyttende midler. Viktig ved dette grunnsjikt er at det ikke inneholder vannømfindtlige bestanddeler, at det hefter godt til grunnlaget og at det er godt forenelig med det brannbeskyttende virksomme sjikt som skal påføres over, dvs. at det gir et godt feste for dette også i branntilfelle.

Mellomsjiktet utgjør det egentlige brannbeskyttende virksomme sjikt. Den deri foreliggende blæredyktige grafitt (komponent a) blærer sterkt opp ved oppvarming under avspalting av noe vanndamp og spor av nitrøse gasser. Den vanlige volum-forstørrelse utgjør derved 10-40 ganger, fortrinnsvis 15-20 ganger, det opprinnelige volum.

Oppblæringen begynner allerede ved omtrent 150°C eller knapt under denne temperatur, forløper til å begynne med nesten stormende og deretter langsommere, og er ferdig senest ved en temperatur på 600°C. Det blir tilbake et løst moselig-nende sjikt av pølselignende oppsvellede grafittlameller som oppviser en utmerket isolasjonsvirkning mot varmegjennomgang.

Hva angår "oppblærbar grafitt", fremstilling av denne og dennes egenskaper, skal det henvises til følgende literatursteder:

1. Hofmann & Prenzel: ibid. 63 (1930), s. 1249

2. Thiele: Zeitschr. f.anorg.u.allgem. Chemie 67 (1932), s. 340 3. US-PS 3.333-941.

I teknikken fremstilles denne blæredannende grafitt praktisk talt utelukkende ved korttidsinnvirkning av høykon-sentrert salpetersyre på grovkornet naturgrafitt. Deretter vaskes det hele nøytralt og tørkes omhyggelig ved lav temperatur (= 80°C).

For å måle volumveksten ved oppblæringen av

grafitten anvendes følgende laboratoriemetoder:

5 - 10 g grafitt veies nøyaktig opp i en nikkelskål med et volum på 450 - 500 ml. Prøven settes 30 minutter i en glødeovn ved 500°C. Denne glødede prøve fylles i en målesylin-der og sylinderen med prøven støtes så lenge mot et fast underlag at det ikke inntrer noen volumendring. Denne samme volummåling gjennomføres med grafitten før oppvarming.

Volumøkning = ml/ g rystet volum oppblæret grafitt

ml/g rystet volum ikke oppblæret grafitt

Som komponent b) som skal gi en klebrig elastisk binding anvendes: 1. polykloropren (så langt nedbygget ved mastikasjon at' klebrigheten opptrer og viskositeten i ikke-vandige oppløsninger ikke er for stor)

2. klorkautsjuk eller

3. klorerte polyolefinkunststoffer slik som f.eks. klorert polyetylen eller polypropylen, hvorved også blandinger av disse stoffer kan anvendes.

Disse komponenter etterlater imidlertid i branntilf elle ingen koks.'

Denne oppgave oppfyller den som komponent c) anvendte fenolharpiks, hvorved følgende fenolharpikser er spesielt egnet:

•1. naturharpiks-modifiserte fenolharpikser,

2. hydrokarbon-modifiserte fenolharpikser, f.eks.

a) fenolterpen-harpikser

b) fenol-acetylen-kondensater

c) fenolkondensater med hydrokarbon-formaldetiydharpikser,

3. med linolje henholdsvis treolje ved koking modifiserte fenolharpikser, 4. novolakklignende produkter slik de fremgår fra den alkaliske katalyserte reaksjon mellom furfural og fenoler (fortrinnsvis høyere alkylfenoler),

5. fenyl-allyleter-resoler,

6. kondensater av fenoler med benzylklorid.

Alle disse fenolharpikser har det til felles at de ved temperaturer opp til 200°C forholder seg rent termoplas-tiske, d.v.s. at de ikke kan hindre oppblæring av blæregra-fitten. Ved høyere temperaturer går de nevnte harpikser enten over i koks uten forutgående utherdihg eller de går gjennom en delvis utherding som dog ikke på noen måte fører til stive og høyfornettede duroplaster, slik disse oppstår ved fenol-formaldehyd-resoler. Dette gjelder også for hver av de ovenfor angitte harpikstyper som oppviser en ren formell resolkarakter.

Oppbygningen av bindemidlet ifølge oppfinnelsen

for den blærbare grafitt gjennomføres fortrinnsvis som følger: Man oppløser 25 til 75 vektdeler av minst en av de nevnte elastomerlignende og halogenholdige polymerisater og 75 til 25 vektdeler av minst et av de nevnte fenolharpikser i egnede oppløsningsmidler henholdsvis oppløsningsmiddelblandin-ger. Som slike kommer fortrinnsvis hydrokarboner (f.eks. toluen, solvent nafta, prøvebensin) henholdsvis ketoner og estere i betraktning. Naturligvis vil man prøve å oppløse mest mulig i denne blanding, dog settes det her grenser på grunn av stoffenes oppløselighet samt på grunn av viskositeten i den oppnådde oppløsning. Hva angår optimal viskositet for binde-middeloppløsningen er det å anbefale med en utløpstid for denne mellom 30 og 60 sekunder, målt ved hjelp av et Ford-beger med dyse nr. 8 ved 22°C. I henhold til dette vil faststoff konsentrasjonen i oppløsningen vanligvis utgjøre mellom 20 og 30 %.

Til fremstilling av brannbeskyttelsesmassen for bygningselementer, en fremstilling man helst gjennomfører kort før bruk, rører man ut blærbar men ennu ikke oppblæret grafitt med så mye bindemiddeloppløsning at det pr. 100 vektdeler kommer 10 - 50 vektdeler bindemiddel (beregnet som oppløs-ningsmiddelfritt faststoff). Man oppnår en pastalignende masse som kan påføres på bygningselementer som skal beskyttes og som allerede er utstyrt med et grunnsjikt ved sparkling eller fortrinnsvis ved hjelp av spesialsprøytepistoler. Ved denne påføring er det også uten videre mulig på loddrette flater da den pastalignende konsistens for massen som i tillegg på

grunn av den i massen foreliggende grovlamellede grafitt er meget thixotrop forhindrer en renning. Av denne grunn kan også den ønskede sjikttykkelse oppnås med en gang, d.v.s. man behøver ikke å foreta flere påstrykninger med mellomliggende tørkepauser. Den optimale sjikttykkelse for brannbeskyttelses-systernet er fortrinnsvis 2 + 1 mm (i tørket tilstand).

Dekklakksjiktet som kun må påføres på på forhånd fullstendig gjennomtørket skumdannende påføringsmasse har følgende to formål: a) beskyttelse av det derunder liggende sjikt mot påvirkning av vann (f.eks. regn) og andre atmosfæriske forekomster samt i tillegg eventuelt mot korrosiv innflytelse av en hvilken som helst type. b) En mest mulig vidtgående beskyttelse mot skader på grunn av mekaniske påkjenninger. c) Grunnlag.for eventuelt ønskede dekorative formål når brannbeskyttelsesmassen er påført på. synlige flater, og til

slutt

d) i branntilf elle dannelse av et..vedhef tende stivt dekksjikt som ubetinget, må være mikroporøst for å tillate gjennomgang av

pyrolysegasser og -damper som unnviker fra de derunder liggende sjikt av det brannbeskyttende påføringssys/tem. Skorpedannelse er absolutt nødvendig, slik at det løse varmeisolerende, blære-: grafittsjikt ikke blåses vekk av trekk fra branngassene (kaminv-irkning).

Por å oppfylle de ovenfor angitte fordringer i størst mulig grad velger man fortrinnsvis svakt reaktive (selvherdende) uorganiske- eller, organisk-silikatisk bundede lakksystemer, hvilke riktignok i det vesentlige i og for seg allerede er kjent, men som for foreliggende spesialanvendelse oppbyr fordeler ved en ny modifisering.

Dekkmalinger på basis av vannglass gjelder som fullstendig forvitringsbestandige etter avbinding og er i de fleste tilfeller tilstrekkelige selv om de inneholder små mengder alkalikarbonat. Som basis for slike malinger tjener handelsvanlige høykonsentrerte oppløsninger (ca. 25 - 30 % faststoffinnhold) av alkalisilikater (vannglass). Derved gis anvendelsen av kalivannglass forrang. Da de oppstående alkalikarbonater er oppløselige i vann, foretrekker man derfor mest mulig alkalifattige kalivannglass, fremfor alt slike med et forhold Si02 : K20 = 3,5 til 4,0. Hvis imidlertid en fullstendig alkalifrihet i spesielle tilfelle- er nødvendig, må man velge estere av polykieselsyrer som dekkmålingsbasis.

Mest anbefalelsesverdig er metyl- henholdsvis ety1-polysili-kater som kan oppnås ved selektiv partiell forsåpning av

tetraalkyl-orto-kieselsyreestere.

Dekkmalingen (enten denne foreligger på basis av vannglass eller kieselsyreester) tilsettes reaktive metall-pulvere, oksyder henholdsvis hydroksyder, (basiske) karbonater, borater og eventuelt fosfater, som etter ikke alt for lang "avbindingstid" (omtrent 1-6 timer) danner vannuømfindtlige silikatsjikt som i branntilfelle sintrer sammen til en fast men mikroporøs (og dermed.gasspermeabel) skorpe.

Som reaktive tilsetninger til silikatiske bindemid-ler skal fremfor alt nevnes: fint oppdelt sinkstøv (fargesink-støv), sinkoksyd, sinkborat, magnesiumoksyd, magnesiumhydrok-syd, basisk magnesiumkarbonat, aluminiumhydroksyd, blyoksyd (såkalt blyglans og også mønje), blyhvitt (= basisk karbonat) og andre.

Videre kan man i det tilfelle' det ønskes et farge-rikt dekorativt virkende dekksjikt, benytte mediumbestandige, fortrinnsvis uorganiske pigmenter. Som eksempler på disse skal nevnes sot, ultramarin, kromgult, kromoksydgrønt, oker,' jernoksydpigmenter av forskjelligé fargenyanser, osv.

Videre er det meget fordelaktig til dekksjiktet ifølge oppfinnelsen ved siden av de nevnte "reaktive" tilsetninger å tilsette "poredannere". Disse har til oppgave å frigi et stort antall mikroporer i det silikatiske dekksjikt allerede ved temperaturer fra 100 - 150°C (d.v.s. under det temperaturområde i hvilket det skjer en uttreden av gasser og damper fra grafittsjiktet som begynner å danne blærer). Disse skulle tillate en tilstrekkelig gassuttreden og således for-hindre en oppriving og/eller avskalling av dekksjiktet fra blæregrafitt-varmeisolasjonssjiktet. Som "poredannere" egner seg finpulveriserte stoffer (kornstørrelser under 250 u5 fortrinnsvis under 100 y), som ikke kan reagere med bindemidlet til dekksjiktet (vannglass eller polykieselsyreester) og som ikke kan oppløse seg i disse. Videre må poredannerne enten smelte ut ved temperaturer fra 100 - 150°C, fortrinnsvis omkring 120°C, eller danne et tilsvarende mikroporesystem i dekksjiktet på grunn av krymping eller spalting. Som eksempler på egnede poredannere skal, uten krav på fullstendighet, nevnes polyvinylklorid, polyetylen, etylen-vinylacetat-kopoly-merisater, fenol-formaldehyd-kondensater av novolak-t.ypen, naturharpikser, kortfibret asbest (maksimal fiberlengde 2 mm) osv.

Også regulære drivmidler, som f.eks. benzolsulfon-syrehydrazid kan finne anvendelse. Man må imidlertid dosere meget forsiktig i disse tilfeller og anvende spesielt finopp-delte preparater da disse og lignende "drivmidler" på grunn av en hurtig spalting innenfor et smalt temperaturområde danner et betydelig gassvolum, som kan ha en oppsprengende og meget uønsket virkning på dekksjiktet.

Prøving av slike brannbeskyttelsessystemer på stålbygningsdeler skjer ifølge DIN 410 2, blad 2, avsnitt 5, hvorved det for å oppnå en offisiell bekreftelse på en bestemt flammemotstandsdyktighetsklasse ved brannforsøk må oppfylles betingelser slik som i nevnte norm, blad 2, avsnitt 3, 1, 1, 2.

Oppbygningen og den praktiske -anvendelse av et brannbeskyttende system ifølge oppfinnelsen fremgår av de følgende illustrerende eksempler.

Eksempel 1

En stålplate med størrelse 500 x 500 mm og en tykkelse på 4 mm blir omhyggelig renset for vedheftende rust og andre forurensninger og deretter på i og for seg kjent måte rugjort på overflaten ved hjelp av sand. I de fleste tilfeller vil en rensing av overflaten være overflødig på grunn av den alltid nødvendige behandling med sand. Deretter behandles platen øyeblikkelig med korrosjonsbeskyttende grunningsmaling.

Etter 12 timer og etter at grunnsjiktet er godt gjennomtørket skjer påføring av brannbeskyttelsessjiktet som består av like vektdeler.blærbar grafitt og lakkbindemiddel. Hva angår de enkelte komponenter av denne masse skal følgende bemerkes: 1. Den blærbare grafitt må være fullstendig nøytral og tørr. Partikkelstørrelsen for grafittlamellene var overveiende i området 1,5 til 3 mm. Den anvendte grafitt hadde en opp-ta læringsevne på 18 ganger utgangsvolumet.

2. Bindemidlet ble fremstilt som følger:

a) først ble ikke-vulkanisert polyklorbutadien ("Neopren") så langt nedbygget ved mastikasjon til en 25. %ig oppløsning

i toluen oppviste en viskositet som tilsvarte en utløpstid på 45 + 5 sekunder fra et Pord-beger med dyse nr. 8 ved

22°C. 10 vektdeler av dette nedbrutte polyklorbutadien omrøres sammen med 5 vektdeler av et b) termoplastisk fenol-terpen-kondensasjonsharpiks i 40 vektdeler toluen under god omrøring. Det nevnte fenol-terpenharpiks kan velges blant handelsvanlige produkter f.eks. kjent under navnene "Durez", "Alresen" og andre. c) Til slutt oppløser man 5 vektdeler av et novolak-lignende kondensat av 2 mol isononyl-fenol og 1 mol furfural, hvilket ble fremstilt under påvirkning av alkaliske katalysatorer (se Houben-Weyl: "Methoden der organischen Chemie", bind 14/2 (Makromolekulare Stoffe II) på side 281, eksempel 28), i 10 vektdeler butylacetat i varm tilstand og fortynner med 10 vektdeler toluen. ■ d) Man forener deretter oppløsningen som består av de ovenfor under a) og b) beskrevne komponenter med oppløs- • •

ningen ifølge c) og fortynner med 2.0 vektdeler bensin med

kokegrnnser 80 - 120°C. Bensinen må tilblandes langsomt under god omrøring for å oppnå en .homogen stabil.oppløs-ning.

Tilsammen består det således fremstilte bindemiddel.. av:

Viskositeten for dette bindemiddel tilsvarer en utløpstid på 41 sekunder, målt ved hjelp av et Ford-beger med dyse nr. 8 ved 22°C.

3. Brannbeskyttelsessjiktet

Kort før bruk blandes like vektdeler av blærbar grafitt og bindemiddel grundig med hverandre. Det oppstår en pastøs thixotrop masse som påføres på den godt gjennomtørkede grunnmaling. Ved hjelp av en sprøytepistol med 3 mm dyse-åpning ble sjiktet påført i en arbeidsgang og for å oppnå en homogenisering av sjikttykkelsen ble det etterglattet ved hjelp av en valse. Sjikttykkelsen utgjorde etter tørking gjennomsnittlig 2,0 mm.

4. Dekkmalingen

Man blander følgende komponenter:

a) 60 vektdeler kalivannglass (molforhold Si02 : K20 = 3,8, konsentrasjon ca. 25 % faststoff) med 5 vektdeler

fint slipestøv av tre (poredanner) mest mulig homogent.

b) 5 vektdeler sinkoksyd blandes med 10 vektdeler aluminiumhydroksyd, 20 vektdeler finpulverisert kritt og noe

vann, meget grundig til en homogen pasta.

De to delkomponenter a) og b) blandes umiddelbart før bruk i like vektdeler. Påføring av denne dekkbeskyttelses-lakk skjer likeledes med en sprøytepistol.

Prøving av den belagte plate etter DIN 4102, blad 2 "småbrannforsøk". Middelverdien av 9 temperaturmålesteder på siden som vender bort fra flammen må ikke overstige 400°C, henholdsvis må ingen enkeltverdi overstige 500°C. Alt etter tiden som går med for å oppnå denne grenseverdi gis flamme-motstandsklassen. Ved to parallellforsøk ble grenseverdien oppnådd en gang etter . 90 minutter og en gang etter 100 minutter.

Eksempel 2

En stålbygningsdel slik som beskrevet i eksempel 1 ble grunnet med sinkkromat som korrosjonsbeskyttelse og deretter påført et brannbeskyttelsessjikt med følgende sammen-setning :

40 vektdeler blærbar grafitt (som i eksempel 1)

60 vektdeler av en handelsvanlig kunstharpiksblanding bestående av polyklorofen, fenolharpiks, terpenfenol-harpiks oppløst i toluen-bensin-etylacetat.

Etter 36 timer var brannbeskyttelsessjiktet godt gjennomtørket, hvoretter dekklakksjiktet ble påført. Dette ble fremstilt av:

Komponent A

60 vektdeler etylpolysilikat "DYNASIL A 40" 30 vektdeler krystallvannholdig sinkborat (sinkborat 2335)

10 vektdeler aluminiumhydroksyd

1 vektdel polyvinylkloridpulver,

Komponent B

30 vektdeler 90 58ig teknisk alkohol hvori det var oppløst

1 vektdel vannfri sinkklorid og

1 vektdel mannit.

De to komponenter A og B ble rørt sammen før bruk og påført med sprøytepistol.

Claims (4)

1. Brannbeskyttede bygningselementer, særlig av metall eller tre, som som brannbeskyttelse er påført et 3-sjikts-belegg som omfatter: a) et korrosjons- eller råtehindrende grunnsjikt, b) et mellomsjikt som inneholder en slik mengde svellbart stoff at det i tilfelle av brann vil svelle opp til 10-40 ganger den opprinnelige tykkelse, og c) et tynt dekksjikt, karakterisert ved at mellomsjiktets bindemiddel utgjøres av en blanding av bl) et ved mekanisk påvirkning delvis nedbrutt, klebrig polykloropren, en klorkautsjuk og/eller et klorert polyolefin, og b2) en eller flere fenolharpikser av den type som forblir termoplastisk opp til minst 200°C, idet dette mellomsjikt som svellbart stoff inneholder svellbar grafitt, som i og for seg kjent bestanddel i brannbeskyttelses-malinger, idet mengdeforholdene er slike at det pr. 100 vektdeler grafitt foreligger 10-50 vektdeler av hver av komponentene bl) og b2), og at dekksjiktet c) er et vannbestandig silikatsjikt, dannet av et organisk polysilikat eller vannglass, tilsatt reaktivt metallpulver, metalloksyd og/eller -hydroksyd og/eller basisk metallkarbonat, -borat og/eller -fosfat.

2. Brannbeskyttede bygningselementer ifølge krav 1, karakterisert ved at mellomsjiktets tykkelse er 1-3 mm.

3. Brannbeskyttede bygningselementer ifølge kravene 1 og 2,karakterisert ved at alkalisilikat i dekk-sjiktet er kaliumvannglass med et forhold SiC^K^O på 3,5:4,0.

4. Brannbeskyttede bygningselementer ifølge krav 3, karakterisert ved at dekksjiktet inneholder en poredanner med en kornstørrelse under 0,25 mm, bestående av en under 150°C smeltende termoplast, en fenolharpiks av novolacktypen, en naturharpiks eller treslipestøv.