DE2755871B2

DE2755871B2 - Brandschützendes Anstrichsystem

Info

Publication number: DE2755871B2
Application number: DE2755871A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. Linz Czepel; Franz Ing. Gallneukirchen Jilek; Alfred Dipl.-Ing. Dr. Linz-Puchenau Pelz; Heinz Linz Zoechbauer
Original assignee: Lentia Chem U Pharm Erzeugnisse-Industriebedarf 8000 Muenchen GmbH
Current assignee: Lentia Chem U Pharm Erzeugnisse-Industriebedarf 8000 Muenchen GmbH
Priority date: 1977-12-15
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1980-10-02
Also published as: BE872818A; GB2012296A; NL7812143A; GB2012296B; FR2411868B1; NO784214L; DE2755871A1; DE2755871C3; SE430987B; SE7812647L; DK532378A; LU80651A1; FR2411868A1; IT7869847A0

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 Dauc; erzielt werden kann.

Es 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, vorteilhafterweise 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 Koksgerüst 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 V iisserglas. reaktiven Metallpulvern, Metalloxyden «.der Metallhydroxyden erhallen, die mit dem Wasserglas eine wasserunempfindliche Schicht ausbilden. Um eine mögliehst hohe Wasserresisten/. der Silikatschicht /u gewährleisten, wird hierbei empfohlen, möglichst alkaliarme Alkalisilikatc /u 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 Anstriehsystern konnte bei der Prüfung nach DIN 4102 in der Praxis im Kleinbrandversueh (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

to 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 raser vermindert wurde.

Es konnte nun gefunden werden, daß diese Nachteile beseitigt werden können und auf Basis von blähfähigem Graphit eine Schutzbeschichtung erhalten werden kann, mit der der Feuerwiderstandsklasse F 60 auch bei einer Beschichtung über Kanten und Ecken sicher erreicht

r> 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 endother-

K) men 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 ' rfindung ist demnach ein brandschützendes Anstnchsystem, bestehend aus einem korrosionshemmenden Grundanstrich, einen Blähgra-

■ti) phit enthaltenden Zwischenanstrich auf der Basis eines halogenhaltigen Elastomeren und eines Phenolharzes und einem Deckanstrich auf Basis von Alkalisilikat, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenanstrich auf 100 Teile Blähgraphit 30-80TeMe Aluminiumhydroxyd

■»i 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 Nalrionwasserglas, 0,5-10 Teile PbjO₄, Wasser und gegebenenfalls

w Mineralfasern und/oder Alkalihydroxid enthält. Das Mittel für den Zwischenanstrich enthält vorzugsweise auf 100 Teile Blähgraphit 15-30 Teile gegebenenfalls mastifiziertes Po'ychlorbutadien, 5-25 Teile t-Butylphenolformaldehydharz, 5-20 Teile Mineralfaser, das

^r>^r< Mitlei für den Deckanstrich enthält bevorzugt auf 100 Teile Kaliwasserglas 0,5 - 7 Teile Pb₁O₄.

Die Verwendung dieser erfindungsgemäßen Bindcmittelkombination ist wesentlich, da nur dann der Blähgraphit, der ja im Brandfall sehr stark aufbläht,

M) 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

^h"> Bindemittel, das Phenolharz hingegen als Koksbildner, der die Schicht verfestigt. Eine zusätzliche Verfestigung im aufgeblähten Zustand kann noch erzielt werden, wenn der Wirksehicht mineralische Faserstoffe wie

Asbest oder Steinwolle ζ,Β, 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 ungehindert durchtreten zu lassen. Alles dies wird erreicht, wenn man im Gegensatz zum Stand der Technik eine Deckschicht verwendet, die keinen glatten, fast porenfreien Überzug bildet, sondern vielmehr eine Schicht, die beim Abtrocknen Poren ausbildet, so daß ungehinderter Gasdurchgang gewährleistet ist. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Deckschicht auf Basis von Kali- und Natron-Wassergläsern, vorzugsweise solchen mit einem Modul von < 3,5 erreicht, die PbjO4 als Flußmittel enthält Die Menge an PbjO₄ kann relativ niedrig gehalten werden, sie beträgt pro 100 Teile Kaliwasserglas bevorzugt 0,5 — 7 Teile.

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 Alkaligdiall der Deckanstrichmasse vor dem Auftragen durch Zusatz von Alk?^l;.lauge, vorzugsweise Natronlauge zu erhöhen, da sich dadurch eine gute Haltbarkeit der Masse vor der Aui^gung ergibt, Im allgemeinen soll das Gewichtsverhärtnis von K2O und Na2O im Deckanstrich zu S1O2 im Deckanstrich etwa im Verhältnis 25 — 35:70 liegen, wobei das Gewichtsverhältnis; von K2O :Na2Oetwa2 : 1 beträgt.

Die Anbringung des erfindungsgemäßen, brandschützenden Anstrichsystems beruht auf einem aufeinanderfolgenden Auftragen aller drei Schichten. Die an sich bekannte, korrosionshemmende Grundschichi wird in üblicher Weise als unterste Schicht aufgetragen. Als korrosionschützende Grundanstriche haben sich besonders 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 Lösungsmitteln wie aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Xylol) oder mit Mischungen derselben mit Ketonen, vorzugsweise Aceton oder Methyläthylkelon und Benzinkohlenwasserstoffen so weit verdünnt, daß eine streich- bzw. spritzfähige Masse entsteht. Die Menge des Lösungsmittels beträgt hierbei in der Regel etwa 100-200 Teile pro 100 Teile Blähgraphit. Diese Masse kann entweder mit der Spritzpistole oder durch Spachtelung aufgetragen werden, was bei der Menge an zuzufügendem Lösungsmittel zu berücksichtigen ist. Eine ausreichende Schutzwirkung, d. h. die sichere Erzielung der Feucrwiderstandsklasse F 60 wird nur dann erhalten, wenn der Wirkschichtauftrag, bezogen auf trockenen Anstrich, mindestens 4 kg/m² beträgt. Zweckmäßig werden zwischen 4 und 5 kg/m² aufgetragen, was in ein- oder mehrmaligen Auftragungsgängen 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.

■i 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

in der wäßrigen Lösung, beispielsweise einer Konzentration von 30-45 Gew.-°/o, eingesetzt, der dann das Natronwasserglas in fester Form zugesetzt werden kann. Auch die übrigen Bestandteile wie PbaO« und wenn vorhanden Asbestfasorn und Alkalihydroxyd

H werden fest zugemischt, worauf das Gemisch mit Wasser 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 Teilen K-Wasserglas benötigen, um eine streichfähige Masse zu erhalten. Der Anteil an Asbestfasern kann bis zu 30 Teile, jener an festem Aikaühydroxyd z. B. etwa lOTeiie 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 elastische flexible Schicht zum Schutz der darunterliegenden aufgeschäumten W-rkschicht ergibt.

in Die Prüfung des erfindungsgemäßen Brandschutzanstriches erfolgte gemäß DIN 4102/BI. 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

Γ» 180) im Inneren des Trägers während 60 Minuten die Temperatur im Mittel nicht über 400⁰C ansteigen bzw. darf sie an keiner Stelle 500°C überschreiten.

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

•in beschränkt werden.

Beispiel 1

Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung:

lOOGew.-Teile Blähgraphit,
24 Gew.-Teile Polychlorbutadicn, mastiziert
20 Gew.-Teile t-Butylphenol-Formaldehydharz,
10 Gew.-Teile Asbestfasern,
-₀ 48 Gew.-Teile Aluminiumhydroxyd,

2 Gew.-Teile 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 aufge- «> spritzt. Nach Trocknung wurde die Deckschicht nach folgender Zusammensetzung (homogen gemisch!) in einer Stärke von etwa 0,3 mm mit dem Pinsel aufgetragen:

lOOGew.-Teile

Kaliwasserglas fest

(Gewichts-Modul 1,85,

als 40%ige wäßrige Lösung)

83 Gew.-Teile

Natronwasserglas fest
(Gewichts-Modul 3,3
feinpulvrig gemahlen)

11 Gew.-Teile Ätznatron
2,7 Gew.-Teile Mennige (Pb₃O₄)
21 Gew.-Teile Asbestfasern
61 Gew.-Teile Wasser

Ein von der Brandschutzbehörde durchgeführter Brandschutztest 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 Asbestfasern
55 Gew.-Teile Aluminiumhydroxyd
2 Gew.-Teile Stabilisator (sterisch gehindertes Phenol, Magnesiumoxyd)

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

wurde auf eine sandgestrahlte und zum Korrosionsschutz mit Zinkchromat-Alkydharzlack grundierte Stahlplatte (500 χ 500 χ 4 mm) in einer Trockenschichtdicke 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 Wärmeabstrahlung zusätzlich abgedämmt.

Bei einem Brandversuch im Normkleinbrand-Versuchsofen (DIN 18 082) wurde eine Feuerwiderstandsklasse (Dl N 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)

(Trockenauftragsmenge 5,2 kg/m²)

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

Beispie! 4 Die Wirkschicht der folgenden Zusammensetzung:

100 Gew.-Teile Blähgraphit
24 Gew.-Teile Polychlorbutadien 20 uew.-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 Brandschutzverhalten getestet. Auch hier konnte die Feuerwiderstandsklasse F 60 erreicht werden.

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 Natronwasserglas, 0,5-10 Teile PbA, 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 PoIychlorbutadien, 5 — 25 Teile tertButylphenolformaldehydharz, 5 — 20 Teile Mineralfaser und das Mittel für den Deckanstrich auf 100 Teile Kaliwasserglas 0.5-7 Teile Pb jO₄ enthält