DEF STAN 02-713 Bestimmung des Toxizitätsindex von Verbrennungsprodukten aus kleinen Materialproben

Die Norm „DEF STAN 02-713 Bestimmung des Toxizitätsindex von Verbrennungsprodukten aus kleinen Materialproben“, veröffentlicht unter British Defence Standards, beschreibt die Anforderungen für eine Reihe von Testmethoden zur Bestimmung der Brandeigenschaften von Materialien, auf die in DEF STAN 07-247 verwiesen wird. Dieser Test untersucht die Toxizität von Verbrennungsprodukten im Hinblick auf eine begrenzte Anzahl kleiner Moleküle, die entstehen, wenn eine kleine Materialprobe unter festgelegten Bedingungen vollständig verbrennt.

Dieser Test ist Teil des Vorauswahlverfahrens für Materialien und stellt keine Bewertung der Toxizitätsgefahren unter tatsächlichen Brandbedingungen dar. Die Prüfmethode dient der Analyse einer bestimmten Gruppe von Gasen, die häufig in den Verbrennungsprodukten von Materialien für militärische Anwendungen vorkommen und im Brandfall tödlich sein können. Diese Norm befasst sich nicht mit akuten Auswirkungen geistiger Behinderung, verzögerter oder langfristiger Toxizität oder der Toxizität von partikulären Verbrennungsprodukten. Die analysierten Gase sind nicht erschöpfend, und der Test bestimmt nicht die Gesamttoxizität aller Komponenten der Verbrennungsprodukte.

Darüber hinaus wird bei diesem Test nicht versucht, die Auswirkung der Brenngeschwindigkeit eines Materials auf seinen Beitrag zur Toxizitätsgefahr zu berücksichtigen.

Grundsätzlich werden analytische Daten bestimmter Arten von Gasen mit kleinen Molekülen, die freigesetzt werden, wenn das Material unter festgelegten Bedingungen vollständig verbrannt wird, mathematisch berechnet. Dabei wird der Expositionswert (in ppm) jedes Gases zugrunde gelegt, der innerhalb von 30 Minuten zu tödlichen Folgen führt. Daraus wird ein kombinierter Toxizitätsindex ermittelt.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• 1 m³Konzentration pro 100 g (ppm): Die unter Testbedingungen erzeugte Gaskonzentration (ppm) wird auf 100 g Material skaliert und die Verbrennungsprodukte werden als 1 m ausgedrückt³Es wird neu berechnet, als ob es über ein Volumen von verteilt wäre.
• Kritischer Faktor: Die Konzentration (ppm) eines Gases, die während einer 30-minütigen Expositionsdauer für den Menschen als tödlich gilt.
• Gemessene Konzentration: Die in der Testkammer gemessene Gaskonzentration in ppm.
• Toxizitätsindex: Die Summe der Toxizitätsfaktoren ausgewählter Gase, die bei der Verbrennung eines Materials unter den im Test angegebenen Bedingungen entstehen.
• Produktionscharge: Die Materialmenge, die in derselben Kampagne aus denselben Ausgangsmaterialien, unter denselben Prozessbedingungen und mit derselben Ausrüstung hergestellt wird.
• Produktionsmaterial: Material mit der gleichen Zusammensetzung, hergestellt aus den gleichen Rohstoffen, unter den gleichen Prozessbedingungen, mit der gleichen Ausrüstung und am gleichen Standort wie das Material, das für die Endverwendung im Rahmen des Vertrags/der Bestellung, in dem/der diese Norm festgelegt ist, geliefert werden soll.

Kleine Proben mit einer vorbestimmten Masse (üblicherweise etwa 1 Gramm) werden in einer geschlossenen Kammer mit einem Volumen von 0,7–1,0 m³ unter Verwendung eines mit Luft und Gas gespeisten Bunsenbrenners bei einer Temperatur von 1150 Grad plus/minus 25 Grad vollständig verbrannt^.

Die resultierende Kammeratmosphäre wird quantitativ auf eine bestimmte Gruppe von Gasen analysiert. Hintergrundkorrekturen werden für die vom Brenner erzeugten Mengen an Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Stickoxiden abgezogen.

Die gemessene Konzentration jedes Gases wird auf 100 g Material skaliert und so neu berechnet, als ob die Verbrennungsprodukte auf ein Volumen von genau 1 m³ verteilt wären ^. Die resultierende Konzentration wird als kritischer Faktor ausgedrückt, der der Konzentration des Gases entspricht, die nach 30 Minuten Exposition als tödlich für den Menschen gilt.

Der Toxizitätsindex des Materials wird durch Summieren der Raten aller erkannten Gase ermittelt.

Diese vom britischen Verteidigungsministerium veröffentlichte Norm legt ein Prüfverfahren zur Bewertung der potenziellen Toxizität von Rauch und Gasen fest, die bei der Verbrennung von Materialien anhand kleiner Probenmengen freigesetzt werden. Diese Norm ist von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit von Materialien im militärischen Bereich, da Brandgefahren in geschlossenen Räumen wie U-Booten, Flugzeugen oder Fahrzeugen eine ernsthafte Gefahr für das Personal darstellen können. Durch die Messung der Toxizität hilft sie bei der Auswahl risikoarmer Materialien, die die gesundheitlichen Auswirkungen bei Bränden minimieren.

Die Norm DEF STAN 02-713 entstand aus der Notwendigkeit, den Brandschutz in Hochrisikoumgebungen zu verbessern. Seit ihrer Veröffentlichung wurde die Norm überarbeitet, um Fortschritte in der Giftgasanalyse und der internationalen Harmonisierung zu berücksichtigen. Diese Aktualisierung berücksichtigt Rückmeldungen aus Verteidigungsversuchen und sich entwickelnden Sicherheitsvorschriften und verbessert die Testprotokolle, um eine genauere Messung subletaler und letaler Expositionsniveaus zu ermöglichen.

Diese Norm weist Parallelen zur zivilen Norm „ISO 13344 – Abschätzung des tödlichen Toxizitätspotenzials von Brandrückständen“ auf, ist jedoch speziell für Materialien in Militärqualität konzipiert und legt den Schwerpunkt auf die schnelle Prüfung kleiner Proben, um eine schnelle Materialprüfung zu unterstützen.

Kurz gesagt, schreibt die Norm DEF STA 02-713 einen Kleinbrandversuch zur Bestimmung des Toxizitätsindex vor , eines numerischen Wertes, der das toxische Gefahrenpotenzial des Materials angibt . Der Toxizitätsindex wird anhand der Konzentration wichtiger toxischer Gase (z. B. Kohlenmonoxid, Cyanwasserstoff und Salzsäure) berechnet, die innerhalb bestimmter Expositionszeiten zu Arbeitsunfähigkeit oder Tod führen.

Die wichtigsten Elemente dieser Norm sind:

• Probenvorbereitung: Kleine Materialproben (normalerweise 15–50 Gramm) werden konditioniert, um die Verwendung in der realen Welt zu simulieren, beispielsweise bei Verbundwerkstoffen, Textilien oder Polymeren.
• Prüfgerät: Ein kontrollierter Ofen oder eine Strahlungsplatte setzt die Probe Wärmeströmen aus, die Brandbedingungen simulieren (z. B. 25-50 kW/m²). Verbrennungsprodukte werden in einer Kammer gesammelt und mittels Gaschromatographie oder Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) analysiert.
• Expositionssimulation: Der Test modelliert zwei Szenarien, um verschiedene Brandverhaltensweisen zu erfassen: flammenlos (schwelend) und Flammenzersetzung. Die Exposition gegenüber Nagetieren (historisch verwendet) oder Computermodelle sagen die menschliche Reaktion voraus.
• Toxizitätsmaße: Die Toxizitätsreaktion wird aus dem Zeitpunkt des Einsetzens abgeleitet (z. B. über ein Modell der fraktionierten effektiven Dosis). Werte unter 1,0 weisen auf eine geringe Toxizität hin, während höhere Werte auf Materialien mit hohem Risiko hinweisen.
• Berichterstattung: Die Ergebnisse umfassen detaillierte Angaben zur Gasausbeute, zur optischen Dichte von Rauch und zu den Grenzwerten für die Einhaltung der Grenzwerte. Die Kriterien für „Bestanden/Nicht bestanden“ hängen vom Endverbraucher ab (z. B. strenger für geschlossene Räume).

Dieses Verfahren ist auf Durchsatz ausgelegt und dauert 1–2 Stunden pro Test. Es eignet sich daher für die Qualitätskontrolle in der Produktion.

Im Verteidigungssektor ist die Norm DEF STAN 02-713 unverzichtbar, um das Risiko von Rauchvergiftungen zu reduzieren, die in geschlossenen militärischen Umgebungen für bis zu 50 Prozent der Todesfälle durch Brände verantwortlich sind. Sie minimiert die Freisetzung von Reizstoffen aus Materialien in Kabelisolierungen, Fußböden oder Strukturverbundwerkstoffen und erhöht so die Überlebenschancen in Notsituationen. Beispielsweise wird DEF STAN 02-345 für Gummirohrbaugruppen herangezogen und bietet Zertifizierungsunterstützung für Marine-, Luft- und Landsysteme.

Dieser Standard ist aus mehreren Gründen von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Zusammenhang mit militärischen Anwendungen, bei denen Sicherheit, Zuverlässigkeit und Betriebseffizienz von größter Bedeutung sind.

Dieser Standard hat auch Auswirkungen auf globale Rüstungslieferanten, da die NATO-Verbündeten diesen Standard im Allgemeinen für die Interoperabilität einhalten. Fortschrittliche Prüflabore bieten akkreditierte Dienstleistungen für diesen Standard an und unterstützen Hersteller bei der Einhaltung und Reduzierung ihrer Haftung.

Unsere Organisation, die seit vielen Jahren tätig ist und die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt, führt mit einem qualifizierten Team und einer umfassenden Infrastruktur Tests, Messungen und Analysen in einer Vielzahl von Bereichen für Unternehmen aller Branchen durch. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „DEF STAN 02-713 Bestimmung des Toxizitätsindex von Verbrennungsprodukten aus kleinen Materialproben“ an.