HALBFERTIGMATERIAL FÜR BRANDSCHUTZANWENDUNGEN , VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG UND SEINE VERWENDUNGEN
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Die Erfindung betrifft ein Halbfertigmaterial für Brand- schutzanwendungen, und zwar insbesondere ein bahn-, blatt- oder plattenartiges Halbfertigmaterial mit flammhe menden Eigenschaften, sowie Verfahren zur Herstellung eines sol- 5 chen Halbfertigmaterials sowie seine Verwendungen, insbesondere in Sandwich-Plattenmaterialien für den Brandschutz und Brandschutztüren.
Im Bauwesen, einschließlich des Innenausbaus und des 0 Messe-baus, ist es häufig erforderlich, die Brennbarkeit von Teilen von Baukonstruktionen, von Leichtbauinstallationen oder Inneneinrichtungen und Dekorationen herabzusetzen bzw. die Brennbarkeit an sich brennbarer Materialien aufzuheben oder wenigstens stark zu verringern. Ins- 5 besondere gilt das für Konstruktionen aus Holz, Holzwerkstoffen, Pressplatten usw. , die gegebenenfalls auch in Verbindung mit Kunststoffmaterialien verarbeitet sein können. Derartige Werkstoffe findet man beispielsweise in
Mansarden und Dachstühlen sowie in Magazinen, Gaststätten, Kinos, Schulen, Warenhäusern, in Ausstellungs- und Messeräumen und dergleichen. Um bei den verwendeten, an sich brennbaren Materialien eine Schwerbrennbarkeit bzw. Nicht- brennbarkeit zu erreichen, ist es bekannt, diese mit flammhemmenden und brandverhindernden Anstrichstoffen oder Holzschutzmitteln zu beschichten, die auf verschiedene Weise als Brandschutzmittel wirken können. Die Flammschutzmittel nutzen im allgemeinen eines oder mehrere von verschiedenen Prinzipien, wie die Feuerers- tikkung, die Verkohlungsförderung und die Bildung von Sperr-, Schaum- und Dämmschichten.
Die Mittel wirken dadurch, dass sie die natürliche Fähig- keit von z.B. Holz, sich durch Bildung einer unbrennbaren und wärmeisolierenden Holzkohlenschicht gegen Feuer und Hitze abzuschirmen, verstärken, wobei sie in der Regel gleichzeitig die Abspaltung brennbarer Gase aus dem brandgefährdeten Material abschwächen. Sperrschichtbildende Flammschutzmittel, die auch als Versiegelungsmittel bezeichnet werden, bilden auf der Holzoberfläche in der Hitze nur schwer entflammbare dünne Sperrschichten aus, die den Luftsauerstoff-zutritt zu dem brennbaren Holzuntergrund verwehren. Die dämmschichtbildenden Flamm- Schutzmittel, um die es in der vorliegenden Anmeldung in erster Linie geht, vereinigen die Eigenschaften von ver- kohlungsfördernden und sperrschicht-bildenden Flammschutzmitteln. Bei ihrer Verwendung wird jedoch die gut isolierende Holzkohleschicht nicht im Holz und aus Bestandteilen des Holzes gebildet, sondern auf dessen Oberfläche aus Bestandteilen aufgebrachter Anstrich-stoffe. Man verwendet hierzu Substanzen, die sich beim Heißwerden schaumig aufblähen, verkohlen, sich dabei verfestigen und ein feinpo-
riges, gut isolierendes Polster bilden. In entsprechenden Produkten werden beispielsweise Gemische aus Harnstoff, Dicyandia id, Melamin und organischen Phosphaten u.a. verwendet. Anstrichstoffe der genannten Art werden teil- weise auch als Intumeszenz-Anstrichstoffe bezeichnet. Typische Zusammensetzungen umfassen z.B. Ammoniumpolyphosphate, Melamin, Dipentaerythrit (verkohlender Bestandteil) , Chlorparaffine (die verkohlen und als Radikalfänger wirkende, flammhemmende chlorhaltige Gase liefern) sowie Pigmente, wie z.B. Ti02. Bei dämmschichtbildenden Lacken, die auch Stahlkonstruktionen und Kunststoffe schützen, werden entweder Spezialkunstharze, die sich in der Hitze aufblähen, oder Kombinationen aus nichtblähenden Bindemitteln und schaumbildenden Füllstoffen verwendet.
Wenn sich derartige Flammschutzbeschichtungen aufgrund der Einwirkung von Hitze, insbesondere aufgrund des Kontakts mit offenen Flammen, aufblähen und eine feinporige Schaumschicht bilden und ggf. weiteren Strukturveränderungen unterliegen, werden nicht nur die durch den Flammschutzanstrich bedeckten Substrate gegen Flammen und ggf . den Zutritt von Luftsauerstoff isoliert, sondern die sich bildenden Dämm- bzw. Schaumschichten weisen auch wärmeisolierende Eigenschaften auf, so dass die Erhitzung der geschützten Basismaterialien erheblich vermindert wird.
Flammschutzbeschichtungen werden in der Regel wie normale Anstrichstoffe, insbesondere als wäßrige Dispersionsfarben flüssiger oder breiartiger Konsistenz, auf die zu schüt- zenden Substrate und Konstruktionen aufgetragen, d.h. sie werden mit Pinsel, Bürste oder Rolle verstrichen oder mit Farbspritzgeräten aufgespritzt. Bei einem Auftrag als Anstrichfarbe ist es jedoch schwierig, einen über die
ganze behandelte Fläche gleichmäßigen Anstrich zu erzeugen. Ungleichmäßige Schichtdicken des erzeugten Anstrichs bergen jedoch das Risiko, dass die Brandschutzwirkung lokal vermindert ist und es an diesen Stellen zu Flammen- durchbrüchen kommen kann. Außerdem zeigen viele Flammschutzbeschichtungen, beispielsweise solche vom Typ Dispersionsfarben auf Wasserbasis, die Neigung, beim Trocknen oder im Laufe der Zeit Risse zu bilden, die insbesondere dann, wenn sie durch die gesamte Anstrichschicht hindurch- gehen, ebenfalls Schwachstellen für die Brandschutzwirkung darstellen.
Es ergibt sich ferner aus dem Charakter der Flammschutzbeschichtungen als Anstrich, dass diese in der Regel nur außen auf Oberflächen aufgetragen werden können und dass mit ihnen keine Sperrschichtwirkungen im Inneren brennbarer Konstruktionen erzielt werden können.
Es ist Aufgabe der vorliegende Erfindung, neue Mittel für Brandschutzanwendungen bereitzustellen, die sich durch eine hohe Einheitlichkeit und Homogenität auszeichnen, die neue konstruktive Ausgestaltungen von Brandschutzmaßnahmen bzw. die Schaffung neuartiger brandgeschützter Leichtbaustoffe ermöglichen, die einfach zu verarbeiten sind und insbesondere für leichte Brandschutztüren geeignet sind, die die Prüfkriterien gemäß DIN 4102 T60, T90 bzw. T120 erfüllen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch bahn- oder blattartiger Halbfertigmaterialen für Brandschutzanwendungen gemäß Anspruch 1 gelöst, die ein Trägermaterial in Form eines textilen Flächengebildes aus nicht-thermoplastischen Fasern oder Filamenten auf
Cellulose-, Glas- oder Mineralfaserbasis oder in Form eines Papiers, eines Kartons oder einer Pappe, sowie eine ein- oder beidseitige Beschichtung aus einem als wäßrige Dispersionsfarbe aufgebrachten dämmschichtbildenden und/oder intumeszierenden Anstrichstoff aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen .
Die Erfindung betrifft auch Herstellungsverfahren und insbesondere neuartige Verwendungen der erfindungsgemäßen Halbfertigmaterialien, insbesondere zur Herstellung von Sandwichkonstruktionen, die neben den erfindungsgemäßen Halbfertigmaterialien eine oder mehrere Steinwollplatten umfassen und die Erreichung von Brandschutzwerten entsprechend DIN 4102 T60, T90 oder T 120 ermöglichen.
Im Gegensatz zu üblichen Anstrichen erfolgt bei den erfindungsgemäßen Halbfertigprodukten bzw. Vorprodukten die Verbindung von Trägermaterial und Anstrichstoff im voraus, vorzugsweise unter standardisierten industriellen Herstellungsbedingungen, die eine hohe Gleichmäßigkeit und Güte der hergestellten Produkte gewährleisten. Als flächige Trägermaterialien können Bahnen oder Blätter aus geweb- ten, gewirkten oder verstrickten textilen Gewebematerialien oder textilen Vlies- oder Filzmaterialien dienen, oder Bahn- bzw. Blattmaterialien mit Papiercharakter, d.h. Papiere, Kartons oder Pappen, wobei derartige Papier- oder Pappmaterialien auch durch Behandlung mit Imprägniermit- teln als solche schwer entflammbar oder unbrennbar gemacht sein können.
Die Auswahl der Trägermaterialien erfolgt im Hinblick auf
die beabsichtigte Endverwendung, indem textile Materialien insbesondere dann verwendet werden können, wenn auch eine erhöhte Reißfestigkeit gewünscht wird, während dann, wenn geringere mechanische Beanspruchungen zu erwarten sind und/oder geringere Anforderungen an den Brandschutz gestellt werden, auch Trägermaterialien in Form von Papieren und Pappen verwendbar sind.
Die Trägermaterialien können als solche nicht- oder schwer-brennbar sein, es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Nichtbrennbarkeit der verwendeten Trägermaterialien an sich nicht zwingend erforderlich ist.
Die erfindungsgemäßen Halbfertigmaterialien weisen eine ein-oder beidseitige Beschichtung aus einem getrockneten Anstrichstoff mit Flammschutzeigenschaften auf. Während bei den herkömmlichen Anwendungen derartige Anstrichstoffe auf Substrate wie zum Beispiel Holzkonstruktionen direkt per Anstrich aufgebracht werden, werden die Anstrichstoffe im Falle der erfindungsgemäßen Halbfertigprodukte im Sinne einer Vorfertigung auf bahn- oder blattartige Trägermaterialien aufgestrichen. Die üblichen Anstrichstoffe mit Brandschutzwirkung weisen den Charakter von wäßrigen Dispersionsfarben auf, bei denen der Wassergehalt im Bereich von 50 bis 15%, beispielsweise bei 25%, liegt. Werden die genannten Trägermaterialien mit derartigen Anstrichstoffen beschichtet, können diese Anstrichstoffe in die Poren oder Maschen von textilen Flächengebilden eindringen. Nach dem Trocknen verleihen sie den Trägermaterialien eine u.U. erhebliche Steifigkeit, während die an sich höchstens mäßig festen Schichten aus den reinen getrockneten Anstrichstoffen durch die textilen Trägermaterialien im Inneren armiert sind und ohne eine Gefahr von Rissen oder
Brüchen z.B. gebogen und anderweitig gehandhabt und verarbeitet werden können.
Zur Beschichtung der Trägermaterialien können an sich beliebige übliche Anstrichtechniken verwendet werden, wobei es jedoch ein erheblicher Vorteil ist, dass das Aufbringen der Anstriche auf die Trägermaterialien maschinell unter kontrollierten industriellen Bedingungen mit hoher Gleichmäßigkeit erfolgen kann. So können die An- Strichstoffe nicht nur manuell verstrichen oder verspritzt werden, sondern sie können auch maschinell ein- oder beid- seitig mit Streichmaschinen gleichmäßig auf die flächigen Trägermaterialien aufgestrichen werden, die Trägermaterialien können durch maschinelles Spritzen oder Tauchen oder Rakeln, ggf. in Verbindung mit geeigneten Quetsch- und Kalibrierrollen, gleichmäßig mit definierten Schichtdicken eines Anstrichstoffs getränkt und beschichtet werden.
Nach dem Trocknen der mit dem Anstrichstoff mit Flamm- schutzwirkung beschichteten Trägermaterialien bilden diese steife karton- bis plattenartige Materialien, die vorzugsweise ein Flächengewicht im Bereich von etwa 800 bis 1500 g/m2 aufweisen und sich hervorragend mit anderen plattenartigen Baustoffen verarbeiten lassen. So können sie als tapetenartige Schichten ein- oder beidseitig auf die verschiedensten plattenartigen Baumaterialien aufgebracht werden. Sie können für spezielle Verwendungen z.B. auch in schmale Streifen geschnitten und in Form von Streifen, die z.B. Breiten von nur 3mm und mehr aufweisen können, ver- arbeitet werden, z.B. zu Abdichtungszwecken im Tür und Fensterbereich. Es stellt jedoch einen besonders großen Vorteil dar, dass die erfindungsgemäßen bahn- oder blattartigen Halbfertigprodukte auch sandwichartig als Zwi-
schenschichten zwischen gleichartige oder verschiedenartige plattenartige Werkstoffe eingelegt werden können und dem erhaltenen Schicht- oder Laminatmaterial eine hohe Brandsicherheit verleihen können. Ein praktisches Beispiel für eine derartige Verwendung ist eine Verwendung als Kernschicht (en) zwischen zwei Brettern oder Holzpaneelen, um eine Holzfläche, z.B. eine Türfläche, brandsicher zu machen .
Besonders gute Ergebnisse, wie sie mit keinem anderen der auf dem Markt befindlichen Brandschutzmaterialien für vergleichbare Anwendungen erhalten werden können, werden erhalten, wenn man die erfindungsgemäßen Produkte mit Steinwollplatten kombiniert, die in Brandschutz-Metall- türen einbaut werden können. So weist z.B. eine Produkt, bei dem ein Blatt des erfindungsemäßen Materials mit einem Flächengewicht von 1000 g/m2 zwischen zwei Steinwollplatten gleicher Fläche und einer Dicke von jeweils 2 cm angeordnet wird, ein Brandschutzverhalten gemäß DIN 4102 T90 oder sogar T120 auf (T90 bedeutet, dass bei einer Beflammung auf einer Seite bei Temperaturen bis 1000°C auf der der Beflammung abgekehrten Seite des Plattenmaterials nach 90 min maximal 140°C gemessen werden dürfen) . Ein solches Sandwichplattenmaterial ist hervorragend für Fla mschutz- metalltüren nach DIN 4102 T60 geeignet.
Als besonderer Vorteil wird dabei erreicht, dass erfindungsgemäß hergestellte Brandschutz-Metalltüren erheblich leichter ausgeführt werden können, als bisher möglich war. Bei herkömmlichen Brandschutz-Metalltüren muß zur Erreichung von Werten gemäß DIN 4102 T60 im Innern der Metalltüren ein Brandschutzmaterial verwendet werden, das ein Gewicht in der Größenordnung von etwa 20 bis 50 kg/m2
aufweist. Zur Gewährleistung eines Brandschutzverhaltens gemäß DIN 4102 T60 müssen die Türen eine Dicke von 6 cm aufweisen.
Verwendet man eine Kombination aus dem erfindungsgemäßen Halbfertigmaterial (beschichtetes Glasfaservlies) zwischen zwei Steinwollplatten, die z.B. eine Stärke von 2 cm aufweisen, wird nur ein Gewicht von etwa 6 kg/m2 erreicht. Die Dicke der Tür kann auf 4 cm vermindert werden, ohne dass irgendeine Verminderung der Brandschutzwirkung gegenüber den herkömmlichen Türen feststellbar ist.
Die beschriebenen Sandwichplatten können auch in Verbindung mit Bauteilen aus Aluminium, Holzverschalungen und Deckenelementen oder mit Substraten aus Holz, Gestein, Gips und anderen Baumaerialein im Innenausbau zur Anwendung kommen.
Dadurch läßt sich eine erheblich verbesserte Brandschutz- Wirkung erzielen, da bei den Schichtverbundmaterialen dem Ausbreiten eines Brandes mehrere Schichten entgegenstehen, die jeweils für sich wirksam sind und das Ausbreiten eines Brandes im Sinne einer kumulativen Wirkung über lange Zeiträume verhindern können. Da jede der aus den erfin- dungsgemäßen Halbfertigprodukten erzeugen Schichten auch eine Wärmesperre darstellt, lassen sich selbst bei Verwendung an sich brennbarer Trägermaterialien erstaunlich hohe Brandfestigkeiten erzielen.
Die erfindungsgemäßen Halbfertigprodukte können auf Baumaterialien wie Steinwoll- oder Kunststoffplatten, mineralische Platten, Schaumstoffplatten, architektonische Elemente wie Türen oder Möbel, auf Mauerwerk, in Schächten und,
aufgrund der inhärenten Biegsamkeit insbesondere von Materialien auf der Basis textiler Trägermaterialien, auch als Umhüllungen auf Rohre aufgebracht werden. Sie können so ausgelegt bzw. kombiniert werden, dass sie die Zerstörung geschützter Untergründe für Zeiträume von 30 bis 180 min und länger verhindern.
Insbesondere die unter Verwendung textiler Flächengebilde hergestellten Halbfertigprodukte können auch in flamm- hemmende Bekleidungsstücke eingenäht werden, beispielsweise als Deck-, Futter- oder Zwischenschichten, und sie können auf diese Weise ggf. andere, zum Teil sehr teure Spezialtextilien ersetzen.
Bei der Beschichtung von nichtbrennenden Hightech-Fasern läßt sich eine weitere Verstärkung der schützenden Eigenschaften von Textilien aus derartigen Fasern erreichen.
Werden die erfindungsgemäßen bahn-, blatt- oder platten- artigen Halbfertigprodukte mit anderen plattenartigen Baustoffen vereinigt, kann es erwünscht sein, durch Verkleben innerlich verfestigte Laminatstrukturen herstellen zu können. Im Hinblick darauf, dass die erhaltenen Materialien Bränden widerstehen sollen, sollten auch die verwen- deten Klebstoffe nicht nur nicht brennbar sein, sondern Temperaturen bis zu 1000°C aushalten, ohne ihre klebenden Eigenschaften ganz oder in erheblichem Ausmaße zu verlieren.
Die meisten auf dem Markt befindlichen Klebstoffe auf der Basis üblicher organischer Polymere erfüllen die genannten Anforderungen nicht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Klebstoffe auf Silicatbasis Verklebungen von ausreichender
Festigkeit und Beständigkeit liefern können. So können beispielsweise Verklebungen mit Alkalisilicatlösungen (Wasserglas; Natronwasserglas und/oder Kaliwasserglas) vorgenommen werden. Klebstoffe auf Silicatbasis stellen daher bevorzugte Klebematerialien dar. Als Klebematerialien auf Silicatbasis sind auch verwandte Materialien anzusehen, beispielsweise organomineralische Produkte aus ineinandergreifenden Silicat- und z.B. Polyurethannetzwerken, wie sie im Stand der Technik für verschiedene Anwen- düngen, beispielsweise im Bergbau, beschrieben werden. Auch stark füllstoffhaltige Kleber sind geeignet.
Beispiel
Zur Herstellung und Testung von halbfertigen Materialien auf der Grundlage textiler Bahnmaterialien wurde eine Viskosefaser (Viskosefaser FR; Hersteller: Fa. Lenzing) zu einem trikotartigen Gewebe verstrickt und unter Verwendung von Streichmaschinen ein- oder beidseitig in verschiedenen Endstärken bestrichen. Anstelle des beschriebenen Materials auf Cellulosebasis können mit Vorteil z.B. auch Glasfaservliese beschichtet werden.
Insbesondere wurden dabei als flammhemmende Anstrichstoffe die unter den Bezeichnungen "Flammstop Color" oder "Flammstop RW" (Hersteller/Lieferant: Avenarius-Agro GmbH, 3300 Amsletten, AT) vertriebenen deckenden, dämmschichtbildenden Flammschutzbeschichtungen für Innenanwendungen, die den Charakter wäßriger Dispersionsfarben (25 Gew.-% Wasser) aufweisen, verwendet.
Für das Trocknen im industriellen Maßstab sind solche Bedingungen zu wählen, dass einerseits das Wasser
schnellstmöglich verdampft, andererseits Temperaturen von 120°C nicht überschritten werden, damit eine vorzeitige Aktivierung des Anstrichs vermieden wird.
Nach dem Trocknen entstand ein plattenartiges Material erheblicher Steifigkeit mit dem Charakter eines dünnen Blechs, dem man den textilen Charakter des weichen, nicht formbeständigen Trägermaterials nicht mehr ansieht. Je nach Beschichtungsbedingungen können Schichten definierter Schichtstärke erzeugt werden, die Flächengewichten im Bereich von 800 bis 1500 g/m2 entsprechen. Die erhaltenen Flammschutzplatten können ohne spürbare Neigung zu einer Rissbildung gebogen werden und eignen sich auch zur Umwicklung oder Beschichtung gekrümmter Flächen, wie bei- spielsweise dicker Rohre und ähnlichem.
Bei ihrer Kombination mit Steinwollplatten werden vergleichsweise leichte Brandschutzplatten erhalten, die in Brandschutz-Metalltüren eingebaut werden können, die leichter und dünner sind als bekannte Brandschutztüren, die für Anforderungen gemäß DIN 4102 T60, T90 und T120 ausgelegt sind.
Aufgrund ihres geringen Gewichts bieten sich die erfin- dungsgemäßen Brandschutzplatten auch für Verwendungen im Bereich von Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen an. Eine besonders attraktive Verwendung ergibt sich bei den erfindungsgemäßen Halbfertigprodukten auf Papier- oder Pappbasis auch im Messe- und Dekorationsbau, wo die erfin- dungsgemäßen Halbfertigprodukte tapetenartig oder sandwichartig zwischen Außenplatten verarbeitet werden können und den temporäre Dekorations- und Messestandkonstruktionen die geforderte Brandfestigkeit verleihen können.