Ein heißes Thema!

Bei der Beurteilung des Brandverhaltens von Baustoffen können je nach Produkt und Verwendung unter anderem folgende Kriterien zur Bestimmung der Klassierung dienen:

• Brandverhalten: leicht, mittel, schwer oder unbrennbar

• Rauchentwicklung: Rauchintensität, Sichttrübung

• Rauchgasentwicklung: toxische Zersetzungsprodukte

• Temperaturbeständigkeit: Erweichungspunkt, thermische Deformierung etc.

• Brandnebenfolgen: Abtropfen, Formstabilität

• Gebrauchstauglichkeit während einer bestimmten Brandzeit etc.

Aber nicht nur die Materialwahl, sondern auch die Materialbeschaffenheit hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Brandverhalten. So ist Holz nicht gleich Holz oder Stahl nicht gleich Stahl. Während massives Eichenholz mittel- bis schwerbrennbar ist und Stahl unbrennbar, sind Holzwolle und Stahlwolle leicht brennbar und als Baustoffe nicht zugelassen. Dieser Vergleich zeigt, dass nicht nur die Materialgrundstoffe, sondern auch die Beschaffenheit und die Materialkombination einen wichtigen Punkt in der Beurteilung des Brandverhaltens darstellen. Auch so genannte Hilfsstoffe wie Farben, Lacke und Klebstoffe werden mit in die Gesamtbeurteilung einbezogen.

An den Klebstoff werden oft sehr vielfältige Anforderungen gestellt: Bindefestigkeit, Wasser- und/oder Wärmefestigkeit, UV-Beständigkeit, einfache Verarbeitung usw. Die Anforderungen bezüglich Brandschutz sind immer zusätzliche Kriterien, welche die technischen Eigenschaften nicht wesentlich beeinflussen dürfen und in den meisten Fällen im Hintergrund stehen. Bei einem Brandereignis aber erlangen die brandtechnischen Eigenschaften plötzlich absolute Priorität. Diese Wechselwirkung zwischen Funktionalität und Sicherheit ist eine Herausforderung, die anspruchsvoll und zugleich interessant ist. Obwohl der Wahl des Klebstoffes eine sehr große Bedeutung zugemessen werden muss, ist folgendes festzuhalten: Der Klebstoff kann keinen Brand verhindern, aber er kann den Brandverlauf maßgeblich beeinflussen.

Konkreter heißt dies, dass der Klebstoff die Abbrandgeschwindigkeit eines Bauteiles, die Rauchentwicklung, resp. die Rauchintensität, die Rauchgasentwicklung oder die Funktionsfähigkeit des Bauteils während oder nach dem Ereignis massiv beeinflussen kann. Daher ist es wichtig zu wissen, dass je nach Anwendung ganz andere Anforderungen an den Klebstoff gestellt werden. Die Brennbarkeit eines Klebstoffes ist zwar oft ein Thema, aber in vielen Fällen reicht dies bei weitem nicht. Anhand dieses Beispiels ist die Komplexität der Problemstellung sichtbar.

Zwei nichtbrennbare Werkstoffe werden miteinander verklebt, damit ein Verbundelement einen geforderten Feuerwiderstand erreicht. Welcher Klebstoff soll nun eingesetzt werden?

Wird ein Klebstoff eingesetzt, der zwar unbrennbar ist, aber eine schlechte Wärmefestigkeit hat, wird die Prüfung kaum mit Erfolg zu bestehen sein. Der Klebstoff vermag die durch die Wärme auftretenden Spannungen nicht aufzunehmen. Die Klebstofffuge öffnet sich und die Teile fallen eventuell gar auseinander. Ein unbrennbarer und sehr harter Klebstofffilm führt dazu, dass sich die Spannungen ins Trägermaterial übertragen und dort vielleicht zum Bruch führen. Die Brennbarkeit, beziehungsweise die Unbrennbarkeit des Klebstoffes ist in diesem Falle gar nicht so relevant. Hier muss ein Klebstoff eingesetzt werden, der eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit hat und zudem eine gewisse Elastizität aufweist, um die auftretenden Spannungen aufzunehmen. Dieses Beispiel zeigt deutlich auf, dass es meist nicht reicht, einfach einen Klebstoff einzusetzen, der eine bestimmte Brennbarkeitsklasse aufweist: Es braucht immer die ganzheitliche Beurteilung.

Im Folgenden wird das unterschiedliche Verhalten von Klebstoffgruppen im Brandfall vorgestellt und welchen Einfluss Konstruktion, Anwendung und Anforderung auf die Brandtauglichkeit eines Klebstoffes haben.

Einkomponenten-PUR-Klebstoffe werden vor allem im konstruktiven Holzbau aber auch im Innenausbau eingesetzt. 1 K PUR-Klebstoffe brennen grundsätzlich bei direkter Beflammung. Jedoch im verklebten Zustand oder eben in der Fuge zeigen sie ein interessantes Brandverhalten. Wie in Abbildung 1 ersichtlich, wird der Klebstoff im Bereich des verkohlten Holzes zwar thermisch zersetzt. Die Fugen öffnen sich aber nur im Bereich, wo die Holzzellen zerstört sind. Dort, wo das Holz noch intakt ist und beispielsweise seine strukturelle Funktion wahrnehmen kann, ist die Klebstofffuge intakt. Das bedeutet: 1 K PUR-Klebstoffe stellen im Brandfall kein unberechenbares Risiko dar, sondern zeigen ein Abbrandverhalten ähnlich wie Holzwerkstoffe. So zeigt ein mit 1 K PUR-Klebstoff verleimtes Brettschichtholz das gleiche Brandverhalten wie Massivholz (Prüfbericht der schwedischen Materialprüfstelle, Kemmsies, M. (1998) Swedish Testing Institute, Report 97B2,2063–1). Sofern das Abbrandverhalten der Holzwerkstoffe bekannt ist, kann es in Berechnungen übernommen werden. Grundsätzlich ist es bei 1 K PUR-Klebstoffen egal, ob der Holzwerkstoff aus mehreren Teilen verklebt oder aus einem Einzelteil gefertigt ist.

Dispersionsklebstoffe weisen einen hohen Wasseranteil aus und sind im flüssigen Zustand nicht brennbar. Doch im Trockenzustand brennt ein Dispersionsklebstoff umso besser. Die Brennbarkeit kann je nach Anwendung eine Rolle spielen. Wichtiger aber ist die Tatsache, dass alle PVAc Klebstoffe thermoplastisch sind und im Brandfall und somit bei hohen Temperaturen massiv an Festigkeit einbüssen. Auf Abbildung 2 ist klar zu erkennen, dass sich die Fuge nicht nur im Bereich des verkohlten Holzes öffnet, sondern einige Millimeter weiter hinein ins noch intakte Holz. Mit anderen Worten: Bei einem Dispersionsklebstoff ist nicht in erster Linie die Brennbarkeit, sondern die tiefe Temperaturbeständigkeit im Brandfall ausschlaggebend. Aufgrund dieser Erkenntnis kann der Schluss gezogen werden, dass Dispersionsklebstoffe dann flammgeschützt werden sollten, wenn sie das Abbrennen von Materialien beeinflussen. Dies ist beim Verkleben von dekorativen Elementen wie Furnier etc. zu beachten. Bei tragenden Verklebungen, bei dichten Fugen oder wo der Klebstoff nicht direkt mit dem Feuer in Kontakt kommt, wird der geforderte Feuerwiderstand auch mit einem sehr gut flammgeschützten oder schwerbrennbaren Dispersionsklebstoff nicht erreicht. Denn nicht die Brennbarkeit, sondern die Wärmefestigkeit ist entscheidend.

Silanterminierte Klebesysteme gewinnen dank ihrer hervorragenden Eigenschaften für sehr viele Anwendungen an Bedeutung. Umso verständlicher ist die Forderung vieler Anwender, diese Klebstoffe auch im Brandschutz einzusetzen. Wie die Abbildung 3 zeigt, brennen diese Klebstoffe gut bis sehr gut und müssen flammgeschützt werden. In Abbildung 4 wird bei gleichen Versuchsbedingungen der Unterschied zwischen einem flammgeschützten Silan-Klebstoff (BKZ 5.3) und einem nicht flammgeschützten (Abb. 3) sehr deutlich.

Silikatklebstoffe (Wasserglas) sind anorganische Klebstoffe (Abbildung 5) und absolut unbrennbar, setzen keine Rauchgase frei und haben eine Temperaturbeständigkeit von >1000 °C. Aufgrund dieser Eigenschaften ist man geneigt zu sagen, dass Silikatklebstoffe absolut ideal für den Einsatz im Brandschutzbereich sind. Dies ist jedoch ein Trugschluss! In Abbildung 6 wurden eine Foamglasplatte und eine Mineralfaserplatte mit einem Silikatklebstoff verklebt. Alle drei Materialien sind völlig unbrennbar. Wie die Abbildung 6 zeigt, versagt dieser Verbundstoff aber bereits nach ca. 2 Minuten Beflammung. Der extrem harte und spröde Silikatkleber vermag die ungleichen thermisch bedingten Spannungen der beiden verklebten Materialien nicht aufzunehmen. Es kommt zu einem Bruch im Material, wodurch die Funktionsfähigkeit des Bauteils stark gestört wird. Kommt es nicht zum Bruch in einem der Materialien, so werden die Spannungen durch den sehr harten Klebstoff von einem Material auf das andere übertragen. Das Bauteil verformt sich – wird unbrauchbar.

Für gewisse Anwendungen wird seit langem vorgeschrieben, dass Baustoffe bei einem Brand nicht schmelzen und brennend abtropfen dürfen. Diese Vorschrift leuchtet ein, wenn man sich die Folgen von brennend abtropfenden Klebstoffen vor Augen führt: Höchste Verletzungsgefahr für flüchtende Personen und Rettungskräfte. Feuersprung von oben nach unten, was im Normalfall physikalisch unlogisch ist und zu einer raschen Ausbreitung des Brandereignisses führen kann. Anwendungen wie Deckenverkleidungen müssen deshalb sorgfältig geplant und das Brandverhalten der eingesetzten Materialien abgeklärt werden.

Bei einem Verbrennungsprozess werden Rauchgase freigesetzt. Die Problematik liegt darin, dass sich je nach Verbrennungstemperatur die Intensität und die Rauchgaszusammensetzung massiv verändern können. Als Faustregel gilt: Hohe Temperaturen sind einer „sauberen Verbrennung“ förderlich und umgekehrt. Wichtig zu wissen ist, dass die Brennbarkeit als solches nicht zwingend etwas über die Rauchentwicklung aussagt. So qualmt ein leichtbrennbarer Knäuel Holzwolle beim Abbrennen kaum, während eine schwerbrennbare Gummimatte extrem viel Rauch freisetzt. Das ist ein Grund, weshalb bei vielen Brandprüfungen nicht nur die Brennbarkeit, sondern auch der Qualmgrad ermittelt wird.

Die Abbildung 7 zeigt einen schwerbrennbaren Klebstoff, der bei genügend großer Zündenergie brennt und stark qualmt. ■

Collano AG

CH-6203 Sempach-Station