13   Brand- und Explosionsschutz

Bei der Herstellung, Verarbeitung und Lagerung von Polyurethan-Produkten sind Fragen des Brand- und Explosionsschutzes zu prüfen.
Wesentliche Vorschriften zum Brand- und Explosionsschutz sind z. B. zu finden in
Unterstützung geben verschiedene Schriften der Unfallversicherungsträger.(136)

13.1   Brandgefahr und Brandgase

Polyurethan-Produkte sind, wie alle organischen Produkte, brennbar. Darüber hinaus kann es bei der Fertigung von Weichschaumblöcken in seltenen Fällen zur Selbstentzündung kommen. Dies ist insbesondere der Fall bei Überdosierung mit Wasser oder bei Erhöhung der Dicke von Schaumstoffteilen. Die Entzündung kann bis zu einigen Stunden nach dem Schäumen eintreten. Deshalb sollen frisch produzierte Blöcke bis zum deutlichen Rückgang der Reaktionstemperatur unter guter Belüftung und getrennt vom Schaumstoffblocklager aufbewahrt werden. Bei anderen Fertigungsmethoden besteht im Allgemeinen keine Selbstentzündungsgefahr. Brandgefahr besteht darüber hinaus beim Einsprühen von Formen mit Trennmitteln.
Die Schädlichkeit von Brandatmosphären wird bei allen Bränden durch eine Reihe von Faktoren bestimmt:
  • heiße Brandgase,
  • Sauerstoffmangel,
  • sichtbehindernder Rauch,
  • giftige Komponenten im Brandgas.
Bei der Verbrennung oder Verschwelung von Polyurethan-Materialien entstehen sichtbare rußartige Spaltprodukte, Wasserdampf und Kohlendioxid sowie Kohlenmonoxid und stickstoffhaltige Verbindungen, darunter Stickstoffoxide und in Spuren Cyanwasserstoff sowie unter Umständen Isocyanatdämpfe. Enthalten Polyurethane halogen- oder phosphorhaltige Flammschutzmittel, so können auch in den Brandgasen Halogen- oder Phosphorverbindungen enthalten sein. (154)

13.1.1   Maßnahmen zum Schutz vor Bränden

  • In feuergefährdeten Bereichen ist die Brandlast so niedrig wie möglich zu halten, z. B. auch durch regelmäßiges Beseitigen von Staubablagerungen.
  • Vermeidung von Zündquellen (z. B. offenes Feuer, Rauchverbot).
  • Für den Brandfall ist ein Alarmplan aufzustellen.
  • Feuerarbeiten (z. B. Schweißen, Schneiden, Löten) nur mit schriftlicher Erlaubnis ausführen.

13.1.2   Brandbekämpfung

Zum Löschen von Bränden sind Feuerlöscheinrichtungen (18) entsprechend der Art und Größe des Betriebes bereitzustellen und gebrauchsfertig zu halten. Geeignet sind im Allgemeinen:
  • Wasser im Sprühstrahl,
  • Pulver- und Schaumlöscher,
  • für kleinere Brände CO2-Löscher.
Die Installation stationärer Löschanlagen ist im Einzelfall zu prüfen. Beim Einsatz von CO2-Löschanlagen sind besondere Vorkehrungen zu treffen.(138)
Von Hand zu betätigende Feuerlöscheinrichtungen müssen jederzeit schnell und leicht zu erreichen sein.
Die Stellen, an denen sich Feuerlöscheinrichtungen befinden, sind deutlich und dauerhaft zu kennzeichnen, soweit die Feuerlöscheinrichtungen nicht automatisch oder zentral von Hand betätigt werden.(16)
Selbsttätige ortsfeste Feuerlöscheinrichtungen, bei deren Einsatz Gefahren für die Beschäftigten auftreten können, müssen mit selbsttätig wirkenden Warneinrichtungen ausgerüstet sein.
Eine ausreichende Zahl von Beschäftigten ist mit der Handhabung der Feuerlöscheinrichtungen vertraut zu machen. (75) (123) (137)
Im Brandfall ist der Brandherd stets in Windrichtung zu bekämpfen, benachbarte Behälter bzw. Gebinde sind sofort mit Sprühwasser zu kühlen, wenn möglich aus der Gefahrenzone zu bringen.
Bei der Bekämpfung von Bränden sind in der Regel geeignete persönliche Schutzausrüstungen zu benutzen, z. B. von der Umgebungsatmosphäre unabhängig wirkende Atemschutzgeräte. Dies trifft insbesondere wegen der generell gegebenen Vergiftungsgefahr bei der Brandbekämpfung in geschlossenen Räumen zu.

13.2   Explosionsgefährdung(28) (45)(50) (131)

Bei der Beurteilung der Explosionsgefährdung und der zu ergreifenden Maßnahmen wird vom bestimmungsgemäßen Betrieb der Anlage ausgegangen. Der Bruch einer Leitung z. B. fällt somit nicht unter dieses Kriterium.
Dämpfe von Isocyanaten sind zwar brennbar, bei Raumtemperatur können sich aber keine explosionsfähigen Gemische bilden, weil die Flammpunkte über 100 °C liegen. Dies gilt nicht für Aerosole.
Explosionsgefahr kann bestehen bei der Herstellung, Verwendung und Lagerung von Roh- und Hilfsstoffen sowie Polyurethan-Produkten, insbesondere durch
  • die Verwendung leichtflüchtiger brennbarer Treib-, Spül- und Lösemittel oder Amine (96) (98),
  • die Verwendung lösemittelhaltiger PU-Klebstoff- und PU-Lackkomponenten,
  • die Verwendung von Trennmitteln (Lösungen oder Dispersionen von Wachsen in Wasser oder niedrig siedenden organischen Lösemitteln),
  • die Entstehung von Sprühnebeln (Aerosolen), unabhängig vom Flammpunkt und
  • PU-Feinstaubablagerungen bei der Nachbearbeitung, insbesondere von Hartschäumen.
Es ist zu ermitteln, ob explosionsfähige Gemische in gefahrdrohender Menge entstehen können. Liegen hierbei atmosphärische Bedingungen (Umgebungstemperatur von –20 °C bis +60 °C und Druck von 0,8 bar bis 1,1 bar) vor, spricht man von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären. (46)
Es hat sich bewährt, Bereiche, in denen solche gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären auftreten können, in Zonen einzuteilen.(47)
Die Beurteilung der Explosionsgefahr sowie die abgeleiteten Maßnahmen und die notwendigen Prüfungen sind im Explosionsschutzdokument nach Gefahrstoffverordnung zu dokumentieren. Hinweise zur Ermittlung der Explosionsgefahr finden sich z. B. in den Explosionsschutz-Regeln (DGUV Regel 113-001). (28) (143) (131)

13.2.1   Explosionsschutzmaßnahmen

Die Maßnahmen des Explosionsschutzes lassen sich in drei Gruppen aufteilen:
  • die Bildung von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre verhindern (z. B. Arbeiten deutlich unterhalb des Flammpunkts durchführen oder durch Inertisieren) oder (47)
  • die Entzündung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre sicher verhindern (Ausschluss sämtlicher Zündquellen, z. B. Vermeiden heißer Oberflächen, Funken und Flammen, Erdung) sowie (48) (50) (112)
  • die Auswirkungen einer Explosion durch konstruktive Maßnahmen auf ein ungefährliches Maß verringern (49).
Weitere Erläuterungen und Schutzmaßnahmen können der DGUV Regel 113-001 „Explosionsschutz-Regeln“ entnommen werden. (131)

13.2.2   Explosionsgefahr bei der Verwendung von Pentan und Lösemitteln

Bei Polyurethan-Systemen, in denen n-, iso- oder cyclo-Pentan als Treibmittel eingesetzt werden, werden die Treibmittel in der Regel separat als dritte Komponente geliefert. Nur in wenigen Anwendungen werden die jeweiligen Pentane den Polyolen vorher bis zu 10 % zugemischt. Pentan und Pentan-Polyolgemische haben häufig Flammpunkte unter 23 °C und sind somit als extrem entzündbar oder leicht entzündbar einzustufen. (2)
Bei der Verwendung von Pentan ist zu bedenken, dass Pentan-Dämpfe schwerer als Luft sind, sodass sie am Boden entlangkriechen und sich in Vertiefungen sammeln können. An kritischen Stellen sollten deshalb stationäre Gaswarnsysteme (bestehend aus einem Messwertgeber (Transmitter) und einer Auswerteeinheit (Gasmesscomputer)) angebracht sein, die bei Erreichen einer Pentankonzentration von 10 %, der unteren Explosionsgrenze (UEG), Alarm geben und bei höheren Konzentrationen (maximal 40 % der UEG) die Pentandosierung automatisch abschalten. Vorratsbehälter für Pentan oder pentanhaltige Gemische können, z. B. auch mit Stickstoff, inertisiert werden. (108) (109)
Abbildung 16: Pentan-Dosierstation
Abbildung 16: Pentan-Dosierstation
Untersuchungen an Hartschaumanlagen haben gezeigt, dass in der Regel nicht mehr als 5 % des eingesetzten Pentans bei der Produktion freigesetzt werden.
Bei halbharten PU-Integralschäumen diffundiert das Pentan beim Lagern langsam aus den Schäumen heraus. Dabei ist die Emissionsrate in den ersten 48 Stunden am größten. Eine Lagerung oder Verpackung dieser Teile in verschlossenen, nicht belüfteten Behältnissen oder in engen Räumen muss vermieden werden. In Lagern ist auf eine gute Be- und Entlüftung zu achten, gegebenenfalls ist das Lager an eine zentrale Absaugung anzuschließen.
Die hinsichtlich des Pentans gemachten Aussagen treffen im gleichen Maße auch auf die Verwendung leichtflüchtiger niedrig siedender Lösemittel in Spül- und Trennmitteln sowie in Klebstoffen und Lacken zu.
Generell ist davon auszugehen, dass bei Einhaltung der Arbeitsplatzgrenzwerte sowie der dazugehörigen Kurzzeitwerte für die beschriebenen Komponenten zu keinem Zeitpunkt die untere Explosionsgrenze eines Gas-Luftgemisches erreicht werden kann. Unbeschadet hiervon müssen Akkumulationen von Lösemitteldämpfen, z. B. in Bodenbereichen mit Vertiefungen, toten Ecken o. Ä., ausgeschlossen werden, da diese bei der Grenzwertüberprüfung meist nicht berücksichtigt werden.
Explosionsgefahren bestehen bei der Verwendung in engen und schlecht gelüfteten Räumen und bei der Verwendung mehrerer PU-Schaumdosen. In gut gelüfteten Räumen entsteht keine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre.

13.2.3   Staubexplosionsgefahr

Bei Tätigkeiten mit Pulverlacken und bei der Nachbearbeitung von Polyurethan- Kunststoffen, insbesondere beim Sägen oder Schleifen von Hartschaum, entsteht Staub. Da nicht für alle Kunststoffstäube sicherheitstechnische Kennzahlen vorliegen, ist stets eine individuelle Untersuchung und Bewertung einer Kunststoffstaubprobe, z. B. beim Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA), vornehmen zu lassen. Die Datenbank „GESTIS-Staub-Ex“ des IFA bietet eine umfassende Sammlung sicherheitstechnischer Kenngrößen diverser Staubproben, die dort in der Vergangenheit untersucht wurden. Diese Datenbank kann zur ersten Einschätzung der Staubprobe zugrunde gelegt werden. (62) (165)
Grundsätzlich geht man davon aus, dass bei Korngrößen < 0,5 mm immer Staubexplosionsgefahr besteht. (46) (159)
Hat der Staub aus der Nachbearbeitung von Polyurethan-Kunststoffen eine Mindestzündenergie < 10 mJ reicht die Erdung aller Anlagenteile zur sicheren Vermeidung von Entzündungen durch elektrostatische Entladungen nicht aus. (159) (50) (112)
Die Einhaltung des allgemeinen Staubgrenzwertes der alveolengängigen Staubfraktion von 1,25 mg/m3 gibt erste Hinweise hinsichtlich der Vermeidung einer Gefährdung durch Staubexplosionen, jedoch ist für die Beurteilung von staubexplosionsfähigen Gemischen die Angabe einer mittleren Konzentration innerhalb einer Anlage nicht aussagekräftig, da von einer inhomogenen Staubverteilung innerhalb der Anlage ausgegangen werden muss. Entsprechend kann, z. B. auch bei Einhaltung des allgemeinen Staubgrenzwertes, lokal die Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre möglich sein. Außerhalb von Anlagen besteht die Gefahr einer lokalen Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre vor allem aufgrund der möglichen Aufwirbelung abgelagerter Stäube. Daher müssen Ablagerungen vermieden werden. Hierfür sind die Arbeitsräume sauber zu halten und Staubablagerungen auf Böden, Apparateteilen usw. zu vermeiden und regelmäßig zu entfernen. Bereits Ablagerungen auf dem Boden mit einer Schichtdicke von 0,5–1 mm reichen aus, um einen Raum vollständig mit gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre zu füllen. (46)
Abblasen mit Druckluft ist verboten.
Als Zündquellen kommen bei Staubexplosionen vor allem elektrostatische Entladungen, mechanisch erzeugte Funken, Glimmnester und heiße Oberflächen in Betracht. (50) (112)