Feuerhemmendes Gemisch
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf feluer- hemmende Gemische aus einem oder mehreren in der Hitze anschwellenden Wirkstoffen und Bindemittel und auf deren Venwendung eines Gemisches zum Feuerfestmachen von nichttextilem Zelluloematerial.
Zahlreiche organische, in der Hitze anschwellende Gemische für die Beschichtung von Zellulosematerialien, um deren Feuer- und Hitzebeständigkeit zu verbessern, sind im Fachgebiet bekannt. Diese Gemische enthalten im allgemeinen ein organisches Bindemittel und einen oder mehrere in der Hitze anschwellende Winkstoffe zwecks Herstellung einer zellularen Aschen, welche die Ausbreitung von Feuer verzögert, wenn die Beschichtung mit Feuer in Berührung kommt.
Gemische dieser Art sind verwendet worden, um eine Vielzahl von brennbaren Zellulosematerialien zu beschichten, einschliesslich Holz, Holzfaserplatten, Karton, Papier, Pappe und Zellulosegewebe, wie Baumwolle.
Verschiedene organische Materialien, besonders Polymere, sind als Bindemittel in solchen Gemischen verwendet worden. Das Anschwellen in der Hitze wird solchen Gemischen durch den Einschluss von einem oder mehreren Wirkstoffen erteilt, beispielsweise anorganische, wie Monoammoniumphosphat, und verschiedene zersetzbare organische Verbindungen, wie Dicyan diamid und Hexamethylentetramin.
Wenn eine Beschichtung dieser Art mit Flammen in Berührung kommt, verkohlt sie, verbrennt aber nicht so leicht, und es bildet sich ein zellulares Gefüge aus einer Kombina tion von Asche und Kohle.
Die zurzeit bekannten, in der Hitze anschwellenden Gemische sind bei der Beschichtung von Hartpapiereinlagen in Pappe nicht als zufriedenstellend befunden worden. Diese Gemische bilden eine verhältnismässig dünne Schicht von Asche, wenn sie einer Flamme ausgesetzt werden, wobei die Pappe einen unerwünschten Gnad von Brennbarkeit behält.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Gemisch zu schaffen, welches den vorgenannten Nachteil nicht aufweist und eine dickere Verkohlungskruste ergibt, wenn es einer Flamme ausgesetzt wird.
Erfindungsgemäss wird dies durch ein Gemisch erreicht, in welchem Idas Bindemittel ganz oder zum grössten Teil aus Kohlenwasserstoffwachs besteht.
Das Kohlenwasserstoffwachs ist vorzugsweise mikrokristallin mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 55 bis 82 C. Zusätzlich zu dem Kohlenwasserstoffwachs Bindemittel enthalten ,dile beschriebenen Gemische in der Hitze anschwellende Wirkstoffe, beispielsweise Hexamethylentetramin und eine praktisch nicht flüchtige und hitzezersetzbare anorganische Verbindung. Die anorganische Verbindung ist vorzugsweise ein Ammoniumsalz, ein Phosphat oder ein Sulfat. Zusätzliche anschwellende Wirkstoffe können, wann gewünscht, eingebracht wird den. Die beschriebenen Gemische können zusätzliche Materialien enthalten, z. B.
Farbstoffe und Füllmittel, wie beispielsweise Ton.
Die beschriebenen Gemische können in Fonm von wässerigen Dispersionen oder in geschmolzenem Zustand aufgebracht wendeln. Die Beschichtung kann in jeder Form leicht auf die Oberfläche des Zellulosemate- rials aufgebracht werden, das feuerbeständig gemacht werden soll.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass Kohlenwasserstoffwachse trotz hoher Brennbarkeit ausgezeichnete Bindemittel für feuerhemmende Gemische ergeben. Wenn sie mit in der Hitze anschwellenden Wirkstoffen verbunden werden, ergeben die erhaltenen Gemische Beschichtungen, die eine dickere Verkohlungskruste bilden, wenn sie einer Flamme ausgesetzt werden.
Bevorzugte Kohlenwasserstoffwachse sind säurebeständige, mikrokristalline Wachse. Die Schmelzpunkte dieser Wachse liegen vorzugsweise in der Regel im Bereich von 55-75 0C, obwohl der Schmelzpunkt auch höher oder niedriger liegen kann.
Saure Emulsionen die ser Wachse sind stabil, und die Wachse fallen nicht aus, wenn Ider Dispersion Idile anderen festen Bestandteile beigefügt werden. Obwohl die bevorzugten Kohlenwasserstoffwachse mikrokristallin sind, können für die be schriebenen Gemische auch Paraffinwachse verwendet werden.
Die bevorzugten Gemische enthalten ein Kohlenwasserstoffwachs als einziges bindemittel. Es kann jedoch als Bindemittel eine Mischung verwendet werden, die einen grösseren Teil, d.h. mehr als 50% Kohlenwasserstoffwachs, enthält. Der kleinere Bestandteil in solchen Bindemitteln kann ein organisches Bindematerial enthalten, z.B. Polymere und besonders Vinyl Polymere, wie Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid.
Die Bindemittel bilden im bevorzugten Gemisch etwa 25-30 Gew.-% des gesamten Feststoffgehaltes.
Grössere oder kleinere Mengen Bindemittel können verwendet werden. Der Gehalt an Bindemittel wird jedoch gewöhnlich 40% des gesamten Feststoffgehaltes nicht übersteigen noch wirid ler 25 % des gesamten Feststoffgehaltes merklich unterschreiten. Der Ausdruck gesamter Feststoffgehalt bezieht sich auf die Gesamtsumme aller Zutaten im Gemisch.
Das Bindemittel bildet in den beschriebenen Gemischen die Hauptquelle. von Kohlenstoff. Es kann jedoch Stärke hinzugefügt werden, um zusätzlichen Kohlenstoff zu liefern. Ausserdem können die anderen kohlenstoffhaltigen Bestandteile der Gemische, wie beispielsweise Hexamethylentetramin, auch als Kohlenstoffquelle dienen.
Der in der Hitze anschwellende Wirkstoff oder Schaumbildner enthält beispielsweise Hexamethylentetramin und eine praktisch nicht flüchtige anorganische Verbindung. Die praktisch nicht flüchtige anorganische Verbindung ist in den meisten Fällen eine Verbindung, welche sich unter Bildung eines Gases bei 150-320 C zersetzt, und ist gewöhnlich ein Phosphat, Sulfat oder ein Ammoniumsalz. Hervorragende Ergebnisse sind mit Ammoniumdihydrogenphosphat erreicht worden.
Es können jedoch andere, praktisch nicht flüchtige Verbin dungen, wie Ammoniummonohydrogenphosphat, Natriumdihydrogenphosphat, Ammoniumsulfat, Ammoniumsulfamat und eine Kombination von Borax und Borsäure im (Gewichts-)Verhältnis von 50:50 verwen det werden.
Der praktisch nicht flüchtige, anorganische, in der Hitze anschwellende Wirkstoff ist der hauptanschwellende Wirkstoff. Br bildet vorzugsweise etwa 30 % des Gesamtfeststoffgehaltes der Gemische und kann im Bereich von 20-35% des Gesamtgewichtes der Feststoffe liegen. Das Verhältnis von Hexamethylentetramin zu Ammoniumdihydrogenphosphat liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 50:70 bis etwa 20:90, wobei das Verhältnis in Gewichtsteilen ausgedrückt wird.
Andere, praktisch nicht flüchtige, anorganische, in ,der Hitze an- schwellende Wirkstoffe können auf ungefähr einer entsprechenden Gewichtsbasis Ammoniumdihydrogenphosphat ersetzen.
Zusätzlich nu Hexamethylentetramin und einem praktisch nicht flüchtigen, anorganischen Material lent- halten dei beschriebenen Gemische vorzugsweise orga nische Substanzien, die beim Zersetzen IGas abgeben. Dicyandiamid ist ein Beispiel eines solchen Materials. Dieses Material ist in verhältnismässig kleinen Beträgen vorhanden, z. B. von etwa einem Drittel bis zu einem Maximum von etwa der Hälfte des Gewichtes des anorganischen, in der Hitze anschwellenden Wirkstoffes.
Das Vorhandensein von zusätzlichen schwellenden Materialien, wie Dicyandiamid, verändert nicht das Ver- hältnis von Hexamethylentetramin zu dem praktisch nicht flüchtigen Material.
Farbstoffe und Füllmittel können Iden beschriebenen Gemischen hinzugefügt werden. Z.B. wird den Gemischen häufig Ton beigemengt. Die bevorzugte Tonmenge liegt bei etwa 14-15 % des gesamten Feststoffgehaltes. Anteile von mehr als etwa 25 % über Ideen bevorzugten, d.h. mehr als etwa 18 bis 20% des gesamten Feststoffgehaltes, werden gewöhnlich vermieden, da solche grossen Anteile das Anschwellen der Gemische nachteilig beeinflussen. Ton kann ohne schädliche Wirkung vollständig weggelassen werden.
Ein Alaun, beispielsweise Kalium-Aluminium-sulfat, wird vorteilhaft beigemengt, um die bei der Verkohlung des Gemisches gebildete Asche zu verbessern. Es ist wichtig, dass diese Asche an dem zellulosehaltigen Substrat haftet, Ida eine haftende Asche die Feuer- und Wärmebeständigkeit der Beschichtung erhöht.
Die beschriebenen Gemische werden vorzugsweise in Form von wässrigen Dispersionen angewendet. Solche Dispensionen sind häufig infolge der hohen Azidität des anorganischen, in der Hitze anschwellenden Wirkstoffes ausgesprochen s'auer. Oft ist der pH-Went so niedrig wie 2. Der Prozentsatz der Feststoffe in den Dispersionen liegt gewöhnlich bei etwa 50 %, z. B. von 45-55 %. çD;er hohe Säuregehalt der Dispersionen macht, wie bereits erklärt, die Verwendung eines säurebeständigen Wachses nötig.
Es wird bevorzugt, die beschriebenen Gemische als wässrige Dispersionen anzuwenden, weil sie in dieser Form leichter auf Holzfaserplatten oder andere in !der Struktur ähnliche Teile aufgebracht werden kön- nen, die beschichtet werden sollen.
Um die verschiedenen wasserlöslichen Bestandteile in Suspension zu halten, wird vorzugsweise ein Dispergiermittel, beispielsweise Natriumcarboxymethylzellulose, verwendet. Andere geeignete Dispergiermittel sind z. B. Methylzellulose, Hydroxyäthylzellulose und Na triumalginat.
Die Dispersionen der beschriebenen Gemische können auf die zu beschichtende Oberfläche durch herkömmliche Mittel aufgebracht werden, wie Luftrakel, gegenläufige Walze oder drahtumwickelte Walze. Sie können auch mittels einer Rolle oder eines Pinsels in ähnlich'er Weise wie das Auftragen von Farben auf einer Oberfläche aufgebracht werden, obwohl im allgemeinen diese mittel weniger zufriedenstellend sind.
Das geningste Beschichtungsgewicht, das Hartpapiereinlagen für Pappe wirksame feuerhemmende Eigenschaften gibt, liegt bei !etwa 13,6 kg Feststoff pro 92,9 m2 beschichteter Oberfläche. Bei diesem Beschichtungsgewicht wird eine wirksame Feuerverzögerung erreicht, obwohl etwas grössere Beschichtungsgewichte verwendet werden können. Wesentlich grössere Beschichtungsgewichte werden im allgemeinen vermieden, weil die Papiereinlage übermässig steif wird. Verschiedene zellulosehaltige Materialien erfordern zur Erreichung des besten Resultates im allgemeinen verschiedene Beschichtungsgewichte.
Die beschriebenen Gemische verleihen brennbaren Zellulosematerialien ausgezeichnete Feuerbeständigkeit, wenn man sie mit bisher bekannten Beschichtungszusammensetzungen vergleicht. Die Feuchtebeständig keit der Beschichtungen mit den beschriebenen Gemischen ist jedoch wie bei bisher bekannten Zusammensetzungen recht niedrig. Anders ausgedrückt, Beschichtungen mit den beschriebenen Gemischen sind wasserempfindlich. Dies rührt von den grossen Mengen wasserlöslicher Verbindungen und besonders anorganischer Salze her, welche Bestandteile des in der Hitze anschwel- lenden Wirkstoffes sind.
Es wurde festgestellt, dass die Feuchtebeständigkeit ohne Verlust der Anschwellung wesentlich verbessert werden kann durch Aufbringen eines dünnen Wachs überzuges auf Beschichtungen mit den beschreibenen Gemischen nach dem Trocknen. Ausgezeichnete Resultate wurden erreicht bei einem Beschichtungsgewicht von etwa 68 g/m2, obwohl dieses Gewicht nur illustrativ und nicht entscheidend ist. Das diesen überzug bildende Wachs kann in wässriger Emulsion oder aT;s warme Schmelze aufgebracht werden, wobei die Schmelze bevorzugt wird. Der Wachsüberzugsschicht werden gewöhnlich keine Wirkstoffe beigemengt. Im Gegensatz zu dem in der Hitze anschwellenden Wirkstoff und den anderen Bestandteilen, die in das Wachs gemengt werden, um die beschriebenen Gemische zu bilden.
Die Überzugsschicht kann auf bekannte Art, wie vorstehend beschrieben, aufgebracht werden, nachdem die erste Beschichtung getrocknet ist.
Alternativ können die beschriebenen feuerhemmenden Gemische in trockener, fester Form verwendet werden. Die besten Ergebnisse bei der Herstellung trockener Gemische werden beispielsweise erreicht, wenn die in der Hitze anschwellenden Wirkstoffe, die Farbstoffe und die anderen festen Bestandteile, in trockenem Zustand zusammengemischt und dann langsam dem geschmolzenen Wachs oder den Wachsmischungen beigemengt werden. Das Verhältnis und die Grössenordnung der verschiedenen Bestandteile zueinander ist das- bzw. dieselbe, wie vorher angegeben, mit der Ausualune, dass das Verhältnis von Anschwellmittel und Farbstoff-Feststoffen zu Wachs, Wachsmischungen oder geschmolzenen Feststoffen etwas vermindert wird.
Die Anschwellmittel und Farbstoff-Feststoffe bilden etwa 50 bis 60%, vorzugsweise etwa 55%, des Gesamtgewichtes der Trockenmischung. Der Anteil an Anschwellstoff-Feststoffen im Trockengemisch soll genügen, um bei Berührung der Beschichtung mit einer Flamme die Anschwellung zu ermöglichen, bevor das Wachs schmilzt und zusammen mit den Schwellstoff-Feststoffen wegläuft. Anderseits soll die Menge der Anschwellstoff-Feststoffe niedrig genug sein, dass die Dispersion der Feststoffe im geschmolzenen Wachs nicht zu flüssig ist, um mit normalerweise verfügbaren Beschichtungsmethoden gehandhabt zu werden. Die Verwendung von Dispersionen in geschmolzenem Wachs macht es möglich, Schmelzbeschichter, wie den Vorhangbeschichter, zu verwenden, und schaltet die Trocknungsperiode aus, die bei Wasserdispersionen nötig ist.
Die Beschichtung starrer Zellulosematerialien wird durch diese letztere Art des Beschichters wesentlich erleichtert.
Die vorliegende Erfindung wird im nachstehenden anhand spezieller Ausführungsformen beispielsweise beschrieben. Jedes der folgenden Beispiele gibt die Zusammensetzung eines der beschriebenen Gemische an, wobei alle Teile in Gewichtsteilen angegeben werden. Bei der Zubereitung der Gemische werden die Bestandteile in der angegebenen Reihenfolge beigemengt.
Beispiel I
Bestandteile Gewichtsteile
Wasser 60
50/oige Wasserlösung von Natrium carboxymethylcellulose mittlerer
Viskosität 34,5
Hexamethylentetramin 30
Monoammoniumphosphat 90
Stärke 15
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75 Mobilcer X > ist eine säurebeständige wässrige Emulsion eines mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses mit einem Feststoffgehalt von ungefähr 500/0.
Beispiel 2
Bestandteile Gewichtsteile
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 30
Monoammoniumphosphat 90
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75
Beispiel 3
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 30
Monoammoniumphosphat 90
Stärke 15
Ton 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75
Beispiel 4
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 30 Mono ammoniumphosphat 90
Stärke 15
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75
Beispiel 5
Bestandteile Gewichtsteile
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 20
Monoammoniumphosphat 90
Stärke 15
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75
Beispiel 6
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,
5
Hexamethylentetramin 50
Monoammoniumphosphat 70
Stärke 15
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75
Beispiel 7
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 30 Mono ammoniumphosphat 90
Stärke 15
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 112
Beispiel 8
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 30 Mono ammoniumpho sphat 90
Stärke 15
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer Q > 75 Mobilcer Q ist eine wässrige Emulsion, die etwa 50 Gew.-% eines säurebeständigen mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses enthält, dessen Schmelzpunkt bei etwa 76 C liegt.
Beispiel 9
Bestandteile Gewichtsteile
Wasser 60
5%ige Natriumcarboxymethyl cellulose-Lösung 34,5
Hexamethylentetramin 30 Mono ammoniumphosphat 90
Stärke 15
Ton 30
Dicyandiamid 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 Mobilcer X 75 Saran Latex F 122-A20 25 Saran Latex F 122-A20 ist eine säurebeständige wässrige Emulsion von Polyvinylidenchlorid, hergestellt von der Firma Dow Chemical Co., Midland, Michigan.
Die obigen Bestandteile in jedem der Beispiele 1 bis 9 werden in der angegebenen Reihenfolge in ein Mischgefäss gebracht. Alle Bestandteile, ausgenommen das Wachs und das Latex, werden in einen mit einem Propellerrührwerk versehenen Behälter gebracht und glattgerührt. Die sich ergebende Mischung wird dann in einen Waring -Mischer überführt und etwa 5 Minuten gerührt. Die feindispergierte Mischung wird dann zurück in das Gefäss mit dem Propellerrührwerk gebracht, wonach die Wachsemulsion und das Latex, wenn verven- det, zugeführt wird.
Die wie beschrieben hergestellten Dispersionen wer den auf die Oberfläche von Zellulosematerial, beispielsweise Hartpapier, gebracht, in einer oder mehr Passagen durch eine Beschichtungsmaschine, die Beschichtung oder zusätzliche Beschichtung wird nach jedem Aufbringen oder nach jeder Passage getrocknet. Das Gesamtgewicht der Beschichtung nach dem Trocknen sollte wenigstens 147 g/m2 betragen.
Beispiel 10
Hartpapiereinlage für Pappe wird mit dem Gemisch von Beispiel 1 beschichtet und getrocknet. Dann wird eine Überzugsschicht von Mobilcer-C -Wachs in 50%iger wässriger emulsion aufgebracht, in einer Beschichtungsrate von 68 g/m2 der Papiereinlage. Mobilcer C ist eine wässrige Emulsion, die etwa 44 Gew.-% eines säureempfindlichen Paraffinwachses enthält, dessen Schmelzpunkt bei etwa 55 C liegt.
Trockengemische können in Form leiner warmen Schmelze aufgebracht werden. Beispiel 11 veranschaulicht die Zusammensetzung und Aufbringung eines solchen Trockengemisches.
Beispiel 11
Ein Trockengemisch der folgenden Bestandteile wird hergestellt:
Bestandteile Gewichtsteile
Hexamethylentetramin 30 Mono ammoniumphosphat 90
Stärke i5
Ton 30
Kaliumaluminiumsulfat 15 125 Gewichtsteile dieses Gemisches werden in 100 Ge wichtsteilen geschmolzenem Paraffinwachs dispergiert.
Diese Schmelze wird dann auf die Oberfläche einer zellulosehaltigen Platte gebracht. Diese Beschichtung wird in einem Beschichtungsgewicht von mindestens 195 g/m2 aufgebracht.
Beispiel 12
130 Gewichtsteile des Trockengemisches von Beispiel 11 wird der folgenden Wachsschmelze beigefügt.
Bestandteile Gewichtsteile Petrolwachs 50 Arochlor 2565* 50 Elvax 260** 30 * Arochlor ist ein chloriertes Diphenyl, hergestellt von Mon santo Chemical Company.
** Elvax 260 ist ein Vinylharz, hergestellt von E. I. du Pont de Nemours & Co.
Diese Beschichtung wird mit mindestens 195 g/m2 aufgebracht.
PATENTANSPRUCH I
Feuerhemmendes Gemisch aus einem oder mehreren in der Hitze anschwellenden Wirkstoffen und Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ganz oder zum grössten Teil aus Kohlenwasserstoffwachs besteht.
UNTERANSPRÜCHE
1. Gemisch nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Hitze anschwellende Mittel Hexamethylentetramin und eine nicht flüchtige und in der Hitze zersetzbare anorganische Verbindung enthält.
2. Gemisch nach Unteranspruch 1, dadurch geklenn- zeichnet, dass die anorganische Verbindung lein Ammo- niumsalz oder ein Phosphat ist.
3. Gemisch nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Verbindung Monoammoniumphosphat ist.
4. Gemisch nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffwachs mikrokristallin ist.
5. Gemisch nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Wärme schmilzt.
6. Gemisch nach Patentanspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass es in Wasser, das ein Dispergiermittel enthält, dispergierbar ist.
7. Gemisch nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass les Dicyandiamid, Ton oder Stärke enthält.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung eines Gemisches gemäss Patentanspruch I zum Feuerfestmachen von nichttextilem Zellulosematerial.
UNTERANSPRÜCHE
8. Verwendung gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, Idass das Gemisch in Form einer Dispersion auf Pappe angewendet wird.
9. Verwendung gemäss Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass anschliessend ein Uberzug aus einem Kohlenwasserstoffwachs aufgebracht wird.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.