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Intumeszenzmassen mit kontrollierter Intumeszenzwirkung
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Die Erfindung betrifft die Kontrolle der Intumeszenz von Intumeszenzbrandschutzmassen
durch Zusätze von schmelzbaren Polymerpulvern.
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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.
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Dieses Verhaltn 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 Dämpfen bilden.
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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.
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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.
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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 4000C, vorzugsweise unter
3000C, gege-
benenfalls unter Zersetzung eine Schmelze bilden sollen.
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Die die Intumeszenz stoppende Wirkung dieser Zusätze ist im allgemeinen
bei Zusatzmengen im Bereich von 0,1 bis 1 Gew.-% bzw. auf Gesamtgewicht, der Zusatzmenge
annähernd proportional.
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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 4000C entfalten.
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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 4000C gegebenenfalls unter Zersetzung schmelzen.
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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.
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Die zur Verwendung kommenden Polymeren können Polykondensations-,
Polyadditions-, Polycyclisierungs- oder Doppelbindungspolymere sein. Der Vorzug
wird solchen Polymeren gegeben, die kein Halogen enthalten.
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Beispiele solcher Polymeren sind Olefin- und Polyolefin-
Polymere,
Vinyl- und Allyl-Prolymere, 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.
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Beispielhaft seien folgende Polymertypen genannt: Adipinsäurepolyamide,
Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisate und deren Verseifungsprodukte, Polyethylen, Polypropylen,
Polystyrol und (Cc-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, Novolack- bzw. Phenolharz-Vorkondensate, Epxoydharze, Alkydharze,
Collophoniumharze, hydrierte oder halogenierte Polymere.
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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.
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Die Wirkung tritt vorzugsweise bei Zusatzmengen unter 10 Gew.-%, bezogen
auf Gesamtgewicht der Intumeszenzmasse, auf.
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Der Einsatz der erfindungsgemäßen 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.
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Beispiele Die angegebenen Teile und Prozente beziehen sich auf das
Gewicht, sofern nicht anders vermerkt ist.
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Es wurden folgenden Intumeszenzmischungen verwendet: Intum-zenzmischung
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.
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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 R, BAYER AG).
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Intumeszenzmischung 11: Wie Intumeszenzmischung 10, jedoch unter Zusatz
von 7,5 Teilen eines auf Korngrößen unter 0,1 mm vermahlenen Copolymerisates aus
oC-Methylstyrol und 31 % Acrylnitril.
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In den folgenden Intumeszenzmischungen wurde anstelle des unter 3000C
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, 13: Polyvinylchlorid, 14: Chlorierter
Naturkautschuk, 15: äquimolares Copolymerisat aus Maleinanhydrid und Styrol, 16:
äquimolares Copolymerisat aus Maleinanhydrid und Vinylacetat, 17: äquimolares Copolymerisat
aus Maleinanhydrid und Diisobutylen, 18: Copolymerisat aus Styrol und 30 Teilen
Ethylacrylat,
Intumeszenzmischung 19: Cellulose Acetobutyrat, 20:
Polyethylen, 21: Polypropylen, 22: Thermoplastisches Polyurethan (Dsmopan , BAYER
AG), 23: Polybutylentherephthalat, 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 6000C Heißluftgebläse beaufschlagte. Anschließend wurde die Volumenvergrößerung
abgeschätzt: Volumenvergrö ßerung Benotung Vol.-% 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 Beispiel Nr. 1 Intumasse Nr. 1 Intumeszenzbenotung 1 2 2 3 3 10 1 4 11 5
5 12 4 6 13 5 7 14 5 8 15 4 9 16 4 10 17 5 11 18 4 12 19 3 13 20 4 14 21 4 15 22
3 16 23 3 17 24 4
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, vewertbare Effekte liefern: Die Beispiele werden
tabellarisch aufgeführt.
Intumeszenzverminderung bei verschiedenen
Zusatzmengen analog Beispiel 10 Beipiel Nr. Zusatzmenge Intumeszenzbenotung Polymerpulver
(Teile) 18 7,5 5 19 5 5 20 4 4 21 3 4 22 2 4 23 1 3 24 0,5 2 25 0 1
Beispiel
26 In eine Schaumbetonplatte von 50 x 50 cm bei einer Dicke von 10 cm wird zweimal
eine 30 cm lange, senkrecht stehende durchgehende Fuge mit 2 cm Breite geschnitten.
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Die eine Fuge wird einmal mit Intumeszenzmasse 17 ausgegossen und
zum Vergleich die andere mit Intumeszenzmasse 10 ausgegossen, bei der keine Intumeszenzregulierung
erfolgt.
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Dann wird die Schaumbetonplatte in eine Kleinbrandkammer eingebaut,
die nach der Einheitstemperaturkurve gemäß DIN 4102 befeuert werden kann, und 90
Min. der Befeuchtung ausgesetzt.
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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.
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Die mit Intumeszenzmasse 10 gefüllte Fuge enthielt noch ca. 4 cm tief
unverändertes Material, dann folgten ca.
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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.
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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.
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Dieser Versuch macht deutlich, daß die Begrenzung der Intumeszenz
gegebenenfalls von Vorteil sein kann, z.B.
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dann, wenn der Einfluß der Flammerosion vermindert werden soll.