DE10015889B4

DE10015889B4 - Brandschutzbeschichtung

Info

Publication number: DE10015889B4
Application number: DE10015889A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Thewes; Wolf-Dieter Pirig
Original assignee: Clariant GmbH
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: DE50109918D1; ATE328040T1; EP1142964A2; EP1142964A3; JP2001329219A; EP1142964B1; KR20010095168A; ES2265369T3; TW577911B; US6642284B2; DE10015889A1; US20010027226A1

Abstract

Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung auf Basis von im Brandfall schaumschichtbildenden und kohlenstoffbildenden Substanzen, filmbildenden Bindemitteln, Treibmitteln und üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie
5 bis 30 Gewichtsteile filmbildendes Bindemittel,
5 bis 25 Gewichtsteile einer kohlenstoffbildenden Substanz,
30 bis 70 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat und
10 bis 50 Gewichtsteile an üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen
enthält, wobei als Treibmittel und als schaumschichtbildende Substanz Melaminpolyphosphat, aber kein Ammoniumpolyphosphat, enthalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung auf Basis von im Brandfall schaumschichtbildenden und kohlenstoffbildenden Substanzen, filmbildenden Bindemitteln, Treibmitteln und üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtungen, auch Intumeszenzbeschichtungen genannt, zeichnen sich dadurch aus, daß sie im Brandfall unter entsprechender Temperatureinwirkung aufschäumen und durch dieses Aufschäumen der vorgenannten Brandschutzbeschichtung der Wärmedurchtritt auf Stahlkonstruktionen, Decken, Wände, Kabel, Rohre und dergleichen verhindert oder zumindest behindert wird.
Die US 4,965,296 A1 beschreibt ein flammhemmendes Material, das sich aus einem flammhemmenden Beschichtungsmaterial und einem elektrisch leitfähigen Material zusammensetzt. Das flammhemmende Beschichtungsmaterial besteht dabei aus schaum- und kohlenstoffbildenden Substanzen, einer gaserzeugenden Verbindung, einem filmbildenden Bindemittel und entsprechenden Lösemitteln. Fakultativ können übliche, weitere Inhaltsstoffe anwesend sein.
In der US 4,879,320 wird eine ähnliche flammhemmende Zusammensetzung beschrieben, der jedoch anstelle eines leitfähigen Materials ein keramisches Fasermaterial zugesetzt ist.
Die US 5,225,464 beschreibt eine wäßrige Intumeszenz-Formulierung auf Basis eines Reaktionsproduktes aus Phosphorsäure, Melamin und Monoammoniumphosphat, welche mit Pentaerythritol, chlorierten Kohelnwasserstoffen und weiteren Verbindungen, insbesondere Polyvinylacetat, ein verbessertes Intumeszenz-Beschichtungsmaterial liefern soll.
Die DE 42 18 184 A1 beschreibt ein wäßriges Bindemittelgemisch, bestehend aus einer wäßrigen Lösung und/oder Dispersion einer Kombination aus a) mindestens einem in Ge genwart der Komponente b) in Wasser löslichen und/oder dispergierbaren, Urethangruppen aufweisenden NCO-Vorpolymer mit blockierten Isocyanatgruppen und b) einer Polyamin-Komponente, bestehend aus mindestens einem (cyclo)aliphatischen Polyamin mit mindestens zwei primären und/oder sekundären Aminogruppen.
Die DE 199 09 387 A1 beschreibt eine dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung, welche schaumschichtbildende und kohlenstoffbildende Substanzen, filmbildende Bindemittel, Treibmittel, übliche Hilfs- und Zusatzstoffe sowie Melaminpolyphosphat enthält. Die Anwesenheit einer schaumschichtbildenden Subsatnz, hier Ammoniumpolyphosphat, ist zwingend notwendig.
Auch in der DE 198 35 463 A1 ist eine Brandschutzbeschichtung beschrieben, die schaumschichtbildende und kohlenstoffbildende Substanzen, filmbildende Bindemittel, Treibmittel, übliche Hilfs- und Zusatzstoffe sowie als Treibmittel ein Melaminsalz und/oder Guanidinsalze und/oder mikroverkapseltes Melamin enthält.
Die DE 43 43 668 schließlich beschreibt aufblähbare, flammhemmende Überzugsmassen, bestehend mindestens aus
4 bis 25 Gewichts-% eines filmbildenden Bindemittels,
10 bis 4 Gewichts-% Ammoniumpolyphosphat,
8 bis 40 Gewichts-% mindestens einer bei Hitzeeinwirkung carbonisierenden Substanz,
6 bis 25 Gewichts-% eines Treibmittels,
0 bis 5 Gewichts-% Dispergiermittel,
0 bis 25 Gewichts-% Füllstoffe.
Nachteilig bei den vorgenannten Brandschutzbeschichtungen ist insgesamt, daß sie halogenhaltig sind und/oder nach Trocknung keine ausreichende Wasserfestigkeit aufweisen.
Insbesondere ist die Verwendung von Melamin als Treibmittel nachteilig zu bewerten, da es in wässerigen Aufschlämmungen basisch reagiert. Somit steht es jeder in wässeriger Lösung sauer reagierenden Komponente einer dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung als Reaktionspartner zur Verfügung. Bekanntermaßen reagieren Melamin und Ammoniumpolyphosphat in wässeriger Lösung unter Freisetzung von Ammoniak (NH₃). Diese Reaktion kann auch in einer getrockneten dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtung in Gegenwart von erhöhter Temperatur und erhöhter Luftfeuchtigkeit stattfinden und somit die brandschutztechnischen Eigenschaften der Beschichtung reduzieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtungen zur Verfügung zu stellen, die ohne Verwendung von Melamin bzw. Ammoniumpolyphosphat nach Trocknung wasserfest sind und auch bei erhöhter Luftfeuchtigkeit und erhöhter Temperatur nur extrem geringe Mengen an NH₃ freisetzen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung der eingang beschriebenen Art, dadurch gekennzeichnet, daß sie
5 bis 30 Gewichtsteile filmbildendes Bindemittel,
5 bis 25 Gewichtsteile einer kohlenstoffbildenden Substanz,
30 bis 70 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat und
10 bis 50 Gewichtsteile an üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen
enthält, wobei als Treibmittel und als schaumschichtbildende Substanz Melaminpolyphosphat, aber kein Ammoniumpolyphosphat, enthalten ist.
Bevorzugt entspricht das Melaminpolyphosphat der Formel (HMPO₃)_n , in der M für Melamin steht und n ≥ 2, insbesondere 2 bis 10.000 ist.
Bei Melaminpolyphosphat handelt es sich um ein Polymer aus Melamin- und Phosphateinheiten, die zu kürzeren und längeren Ketten verknüpft sind. Die Verteilung der Melamin- und Phosphateinheiten kann regelmäßig oder unregelmäßig sein, sie können gegebenenfalls auch in sich selber polymerisiert sein. Es können auch Derivate des Melamins, wie Melem, Melam und andere enthalten sein.
Entsprechend seiner unterschiedlichen Kettenlänge und der Verteilung bzw. Häufung der Melamin- und Phosphateinheiten kann das Melaminpolyphosphat in seinen Eigenschaften innerhalb gewisser Grenzen variieren.
Melaminpolyphosphat ist beispielsweise in der PCT/WO 98/45364 näher beschrieben, es wird dort auch als Melaminsalz der Polyphosphorigen Säure bezeichnet, wobei die polymere Kette aus (HMPO₃)-Einheiten [M steht für Melamin] besteht und n ≥ 2, insbesondere 5 bis 10.000 ist.
Melaminpolyphosphat wird üblicherweise durch Erhitzen von Melaminpyrophosphat unter Stickstoffatmosphäre bei Temperaturen von 290 °C und mehr bis zur Gewichtskonstanz erhalten (PCT/WO 98/08898).
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung frei von Melamin und/oder Dicyandiamiden.
Besonders bevorzugt enthält die dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung
10 bis 20 Gewichtsteile filmbildendes Bindemittel,
7 bis 15 Gewichtsteile einer kohlenstoffbildenden Substanz,
40 bis 60 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat und
20 bis 40 Gewichtsteile an üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen.
Bevorzugt enthält die dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung als filmbildende Bindemittel
Homopolymerisate auf Basis Vinylacetat,
Copolymerisate auf Basis Vinylacetat, Ethylen und Vinylchlorid,
Copolymerisate auf Basis Vinylacetat und dem Vinylester einer langkettigen, verzweigten Carbonsäure,
Copolymerisate auf Basis Vinylacetat und Maleinsäure-di-n-Butylester,
Copolymerisate auf Basis Vinylacetat und Acrylsäureester,
Copolymerisate auf Basis Styrol und Acrylsäureester und/oder
Copolymerisate auf Basis Acrylsäureester,
Vinyltoluol/Acrylat-Copolymer,
Styrol/Acrylat-Copolymer,
Vinyl/Acrylat-Copolymer,
Selbstvernetzende Polyurethan-Dispersionen.
Bevorzugt enthält die dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung als kohlenstoffbildende Substanzen Kohlenhydrate.
Bevorzugt werden als Kohlenhydrate Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Tripentaerythrit und/oder Polykondensate des Pentaerythrits eingesetzt.
Bevorzugt enthält die dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung als Hilfs- und Zusatzstoffe Glasfasern, Mineralfasern, Kaolin, Talkum, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Fällungskieselsäuren, Silikate und/oder pulverisierte Cellulosen.
Bevorzugt ist die dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung gemäß der Erfindung halogenfrei.
Die erfindungsgemäße dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung setzt bei Lagerung unter erhöhter (Luft)feuchtigkeit (bis zu 100 % rel. Feuchte) und erhöhter Temperatur (ca. 75 °C) weniger als 100 ppm NH₃ frei.
Die erfindungsgemäße Brandschutzbeschichtung (Intumeszenzbeschichtung) gelangt in Form eines streich-, spritz- oder rollfähigen Anstrichmittels zum Schutz von unterschiedlichsten Untergründen, vorzugsweise von Stahl, Holz, Elektrokabeln und Rohren, zum Einsatz.
In den folgenden Beispielen wurden Intumeszenzbeschichtungen hergestellt, auf Normstahlplatten aufgetragen und ihre Wirksamkeit ermittelt. Die Prüfung der Isolierfähigkeit erfolgte nach DIN 4102, Teil 8 (1986). Die Wasserfestigkeit wurde geprüft, indem die beschichteten Normstahlplatten vor der Prüfung der Isolierfähigkeit im Klimaschrank bei 40 °C und 95 % iger Luftfeuchtigkeit über 4 Wochen gelagert wurden.
Zur Feststellung der NH₃-Freisetzung werden die getrockneten Probenplatten in ein geschlossenes Glassystem gegeben. Dieses besteht aus einer 500 ml-Glasflasche und einem Glasdeckel mit 2 Hähnen. Zur Simulation der Luftfeuchtigkeit (ca. 100 % rel. Feuchte) befindet sich in dem Glassystem eine Glaswanne mit 10 ml Leitungswasser. Das Glassystem wird mit einem geschlossenen Hahn bei 75 °C in einen Umlufttrockenschrank gestellt. Der zweite Hahn wird nach 10 Minuten im Trockenschrank ebenfalls geschlossen. Die Verweildauer der Flasche im Trockenschrank beträgt von da ab 120 Minuten. Danach wird die Flasche aus dem Trockenschrank genommen und ein Hahn mittels eines Zwischenstückes mit einem Dräger- Röhrchen versehen. An den zweiten Hahn wird Stickstoff in einer Geschwindigkeit von 51 pro Stunde angelegt. Die Flasche wird 30 Minuten aus geblasen und die freigesetzten Ammoniak-Mengen werden direkt am Dräger-Röhrchen abgelesen.
In den Beispielen wurden folgende Produkte eingesetzt:

^®Pliolite (Solid) (Goodyear/Frankreich) Es handelt sich um ein newtonisches, thermoplastisches Harz auf Basis von Vinyltoluol/Acrylat-Copolymere.
^®Exolit AP 462 (Clariant GmbH, Frankfurt am Main) Es handelt sich um ein mikroverkapseltes Ammoniumpolyphosphat auf Basis ^®Exolit AP 422, das nach dem Verfahren der EP-B-0 180 795 hergestellt wurde und etwa 10 Masse% Kapselmaterial, bestehend aus einem gehärteten Melamin/Formaldehyd-Harz, enthält.

Bei ^®Exolit AP 422 (Clariant GmbH, Frankfurt am Main) handelt es sich um ein freifliessendes, pulverförmiges, in Wasser schwer lösliches Ammoniumpolyphosphat der Formel (NH₄PO₃) mit n = 20 bis 1000, insbesondere 500 bis 1000. Der Anteil der Teilchen mit einer Teilchengröße kleiner 45 μm beträgt mehr als 99 %.
Beispiel 1 (Vergleich)
Es wurden die folgenden Substanzen nacheinander vermischt und anschließend entsprechend auf die zu prüfende Platte aufgetragen:
38 Gewichtsteile ^®Hostaflam AP 462
10 Gewichtsteile ^®Pliolite (Solid)
8 Gewichtsteile Melamin
8 Gewichtsteile Dipentaerythrit
8 Gewichtsteile Titandioxid
ad 100 Gewichtsteile Verdicker, Weichmacher, Lösungsmittel.
Die Brandprüfung der beschichteten Platte gemäß DIN 4102 ergab die Brandklasse F 30. Nach der Lagerung im Klimaschrank ergab die Brandklasse ebenfalls F 30.
Die Messung der NH₃ – Freisetzung ergab 4625 ppm NH₃.
Beispiel 2 (Erfindung)
Es wurden die folgenden Substanzen nacheinander vermischt und anschließend entsprechend auf die zu prüfende Platte aufgetragen:
9 Gewichtsteile ^®Pliolite (Solid)
52 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat
7 Gewichtsteile Dipentaerythrit
7 Gewichtsteile Titandioxid
ad 100 Gewichtsteile Verdicker, Weichmacher, Lösungsmittel.
Die Brandprüfung der beschichteten Platte gemäß DIN 4102 ergab die Brandklasse F 30. Nach der Lagerung im Klimaschrank ergab die Brandklasse ebenfalls F 30.
Die Messung der NH₃ – Freisetzung ergab 35 ppm NH₃.
Beispiel 3 (Vergleich)
Es wurden die folgenden Substanzen nacheinander vermischt und anschließend entsprechend auf die zu prüfende Platte aufgetragen:
30 Gewichtsteile ^®Hostaflam AP 422
22 Gewichtsteile Polyvinylacetat-Copolymer (50%ig)
19 Gewichtsteile Melamin
13 Gewichtsteile Pentaerythrit
5 Gewichtsteile Titandioxid
ad 100 Gewichtsteile Verdicker, Füllstoffe, Wasser, Dispergiermittel, Konservierungsmittel
Die Brandprüfung der beschichteten Platte gemäß DIN 4102 ergab die Brandklasse F 30. Nach der Lagerung im Klimaschrank wurde die Brandklasse F 30 nicht mehr erreicht. Die Messung der NH₃ – Freisetzung ergab 5200 ppm NH₃.
Beispiel 4 (Erfindung)
Es wurden die folgenden Substanzen nacheinander vermischt und anschließend entsprechend auf die zu prüfende Platte aufgetragen:
20 Gewichtsteile Polyvinylacetat-Copolymer (50%ig)
55 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat
11 Gewichtsteile Pentaerythrit
4 Gewichtsteile Titandioxid
ad 100 Gewichtsteile Verdicker, Füllstoffe, Wasser, Dispergiermittel, Konservierungsmittel
Die Brandprüfung der beschichteten Platte gemäß DIN 4102 ergab die Brandklasse F 30. Nach der Lagerung im Klimaschrank ergab die Brandklasse F 30.
Die Messung der NH₃ – Freisetzung ergab 50 ppm NH₃.
Beispiel 5 (Vergleich)
Es wurden die folgenden Substanzen nacheinander vermischt und anschließend entsprechend auf die zu prüfende Platte aufgetragen:
30 Gewichtsteile ^®Exolit AP 422
22 Gewichtsteile aliphatische Urethan-Acryl-Hybrid Dispersion (30%ig)
17 Gewichtsteile Melamin
12 Gewichtsteile Di-Pentaerythrit
5 Gewichtsteile Titandioxid
ad 100 Gewichtsteile Verdicker, Füllstoffe, Wasser, Dispergiermittel, Konservierungsmittel.
Die Brandprüfung der beschichteten Platte gemäß DIN 4102 ergab die Brandklasse F 60. Nach der Lagerung im Klimaschrank die Brandklasse noch F 30.
Die Messung der NH₃ – Freisetzung ergab 4850 ppm NH₃.
Beispiel 6 (Erfindung)
Es wurden die folgenden Substanzen nacheinander vermischt und anschließend entsprechend auf die zu prüfende Platte aufgetragen:
19 Gewichtsteile aliphatische Urethan-Acryl-Hybrid Dispersion (30%ig)
53 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat
10 Gewichtsteile Di-Pentaerythrit
4 Gewichtsteile Titandioxid
ad 100 Gewichtsteile Verdicker, Füllstoffe, Wasser, Dispergiermittel, Konservierungsmittel
Die Brandprüfung der beschichteten Platte gemäß DIN 4102 ergab die Brandklasse F 60. Nach der Lagerung im Klimaschrank ergab die Brandklasse F 60.
Die Messung der NH₃ – Freisetzung ergab 40 ppm NH₃.
Wie aus den Beispielen hervorgeht, kann durch den Einsatz von Melaminpolyphosphat die NH₃-Freisetzung um einen Faktor von mindestens 100 gegenüber Melamin verringert werden.

Claims

Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung auf Basis von im Brandfall schaumschichtbildenden und kohlenstoffbildenden Substanzen, filmbildenden Bindemitteln, Treibmitteln und üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 30 Gewichtsteile filmbildendes Bindemittel, 5 bis 25 Gewichtsteile einer kohlenstoffbildenden Substanz, 30 bis 70 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat und 10 bis 50 Gewichtsteile an üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen enthält, wobei als Treibmittel und als schaumschichtbildende Substanz Melaminpolyphosphat, aber kein Ammoniumpolyphosphat, enthalten ist.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Melaminpolyphosphat der Formel (HMPO₃)_n, in der M für Melamin steht und n ≥ 2, insbesondere 2 bis 10.000 ist, entspricht.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie kein Melamin und/oder Dicyandiamide enthält.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 20 Gewichtsteile filmbildendes Bindemittel, 7 bis 15 Gewichtsteile einer kohlenstoffbildenden Substanz, 40 bis 60 Gewichtsteile Melaminpolyphosphat und 20 bis 40 Gewichtsteile an üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen enthält.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als filmbildende Bindemittel Homopolymerisate auf Basis Vinylacetat, Copolymerisate auf Basis Vinylacetat, Ethylen und Vinylchlorid, Copolymerisate auf Basis Vinylacetat und dem Vinylester einer langkettigen, verzweigten Carbonsäure; Copolymerisate auf Basis Vinylacetat und Maleinsäure-di-n-Butylester, Copolymerisate auf Basis Vinylacetat und Acrylsäureester, Copolymerisate auf Basis Styrol und Acrylsäureester und/oder Copolymerisate auf Basis Acrylsäureester, Vinyltoluol/Acrylol-Copolymer, Styrol/Acrylat-Polymere, Vinyl/Acrylat-Copolymere, Selbstvernetzende Polyurethan – Dispersionen enthalten sind.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß als kohlenstoffbildende Substanzen Kohlenhydrate enthalten sind.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenhydrate Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Tripentaerythrit und/oder Polykondensate des Pentaerythrits eingesetzt werden.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfs- und Zusatzstoffe Glasfasern, Mineralfasern, Kaolin, Talkum, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Fällungskieselsäuren, Silikate und/oder pulverische Cellulosen enthalten sind.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie halogenfrei ist.
Dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Lagerung unter erhöhter Feuchtigkeit bis zu 100 rel. Feuchte und erhöhter Temperatur (ca. 75 °C) weniger als 100 ppm NH₃ freisetzt.