DE1646074B1

DE1646074B1 - Verfahren zur Oberflaechenbehandlung von Zellkunststoff sowie Oberflaechenbehandlungsmittel zum Durchfuehren des Verfahrens

Info

Publication number: DE1646074B1
Application number: DE19661646074
Authority: DE
Inventors: Sven Oerpes
Original assignee: Rockwool AB
Current assignee: Rockwool AB
Priority date: 1966-12-05
Filing date: 1966-12-05
Publication date: 1972-06-08
Also published as: GB1181432A; NL6616922A; BE690988A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Zellkunststoff und ähnlichen Erzeugnissen gegen eine Brandgefahr durch Aufbringen einer Schicht von flüssigem Wasserglas auf die Oberfläche sowie ein Oberflächenbehandlungsmittel zum Durchführen des Verfahrens.

Als Verpackungsmaterial und als Wärmeisolationsmaterial wird in immer größerem Umfange sogenannter Zellkunststoff, auch Schaumkunststoff genannt, benutzt, der in Form von Platten oder Körpern durch Aufschäumen od. ä. stark porös gemacht worden ist. Zu diesem Aufschäumen ist es z. B. üblich, mit Körnchen des Kunststoffs ein Treibmittel, z. B. Petroleumäther, zu vereinigen, wonach sich die Körnchen bei einer Erhitzung stark aufblähen. Sie können durch die Erhitzung auch miteinander zusammengeschweißt werden, weil der verwendete Kunststoff, z. B. ein Polystyrol-Kunststoff, in der Regel schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen schmilzt. Diese Kunststoffe sind aber leider auch brennbar und ihre Benutzung kann deshalb zu einer erhöhten Feuergefahr führen. Insbesondere kann der entflammte und schmelzende Kunststoff durch abschmelzende brennende Kunststofftropfen leicht zur weiteren Ausbreitung des Feuers führen. Auch kann der brennende und insbesondere tropfende Kunststoff die Löscharbeiten durch eine Bedrohung der feuerlöschenden Personen unter Umständen wesentlich erschweren.

Man ist heute noch in den meisten Fällen auf die Verwendung eines brennbaren Kunststoffes angewiesen, und es gibt nur wenige konstruktive Zwecke, für die ein nicht brennbarer Kunststoff geeignet ist. Den zur Herstellung von Zellkunststoff am meisten verbreiteten Kunststoff, nämlich Polystyrol, kann man zwar durch besondere Behandlungsmethoden selbsterlöschend machen; er bleibt aber trotzdem brennbar und kann, nachdem er erloschen ist, leicht wieder entflammt werden. Solcher selbstlöschender Polystyrol-Zellkunststoff ist im übrigen sehr teuer und kommt auch aus diesem Grunde für viele Zwecke der einfachen Verpackung und Wärmeisolation nicht in Frage. Auf Grund der hohen Porosität, die in dem geringen spezifischen Gewicht von etwa 10 bis

60 kg/m³ zum Ausdruck kommt, stehen die Zellkunststoffe in enger Verbindung mit Luft und damit auch mit dem Luftsauerstoff, so daß sie auch aus diesem Grunde leicht brennen und nur schwer zu löschen sind. Selbst wenn man den brennenden Zellkunststoff von der Außenluft abschließen kann, so könnte er doch auf Grund der in seinen Poren eingeschlossenen Luft praktisch vollständig weiterbrennen.

Man hat zur Vermeidung der leichten Brennbarkeit der Kunststoffe auch schon vorgeschlagen, die Zellkunststoffstücke mit Ammoniaksalzlösungen in Wasser zu benetzen, beispielsweise mit Lösungen aus Ammoniumbromiden sowie mit flüssigem Wasserglas, Mörtel oder ähnlichen mineralischen Stoffen. Sämtliche genannten Stoffe sind indessen in mehr oder weniger großem Umfange wasserlöslich, weshalb die durch die Benetzung hergestellte Außenschicht in feuchter Luft nicht mehr zusammenhängend bleibt und auch noch andere nachteilige Wirkungen eintre-

• ten können. Beispielsweise wirken die genannten Stoffe korrosionsfördernd, falls die porösen Körper in die Nähe von Eisen kommen, was oft der Fall sein kann. Es bilden sich dann Eisenverbindungen, die ebenfalls zu Löchern in der genannten Schutzschicht führen und die Feuersicherheit entsprechend verschlechtern.

Es ist ferner bekannt, daß Wasserglas ein Flammschutzmittel ist (vgl zum Beispiel A. F. Hο Hern an, Lehrbuch der Chemie, Anorganische Chemie 1945, S. 309), und aus den Ausführungen zum Stande der Technik in der deutschen Auslegeschrift 1 169 832 ist es auch bekannt, unter anderem Polystyrolschäume durch unbrennbare Überzüge, wie z. B. Alkalisilikate, schwer entflammbar zu machen. Aus Beispielen dieser Auslegeschrift geht hervor, daß wäßrige Lösungen von Natron- oder Kaliumwasserglas mit verschiedenem Feststoffgehalt mit Glasfasern versetzt werden können, die auf eine Polystyrolschaumplatte aufgebracht werden. Dabei wird jeweils nur eine einzige Art Wasserglas eingesetzt.

Darüber hinaus ist aus der deutschen Auslege- ψ schrift 1 176 546 die Herstellung von wasser- und faserhaltigen Formkörpern aus Alkalisilikaten bekannt; die Formkörper sollen unbrennbar sein und sich bei Einwirkung erhöhter Temperatur zu stabilen Schäumen aufblähen. Die Formkörper können in einem Gießverfahren mit anschließender Verfestigung hergestellt werden, indem man Fasern in eine Suspension von wasserhaltigen Alkalisilikatpartikeln in einer wäßrigen Alkalisilikatlösung einbettet. Dabei wird wiederum dasselbe Alkalisilikat in der Lösung und als Feststoffpartikel eingesetzt.

Schließlich befaßt sich die österreichische Patentschrift 170 635 mit einem Wärmeschutzstoff aus entwässertem feinporigem Alkalisilikat, dem ein Metallpulver beigegeben ist, wobei man auch wäßriges Alkalisilikat als Bindemittel verwenden kann. Die feinporige Struktur des Alkalisilikats erhält man dadurch, daß man eine Alkalisilikatlösung rasch erhitzt. Mithin wird das Alkalisilikatpulver aus derselben Lösung gewonnen, die man auch als Bindemittel verwenden kann. Eine derartige Masse ist jedoch gegen Wasserdampf nicht vollkommen beständig, und daher wird empfohlen, als Bindemittel nichtwäßriges Alkalisilikat zu verwenden, sondern wasserabweisende organische Kolloide.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mangel zu vermeiden und insbesondere das eingangs genannte Verfahren zur Oberflächenbehandlung so zu vervollkommnen, daß ein besserer Feuerschutz gewährleistet werden kann. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß dem flüssigen Wasserglas vor der Verwendung wasserfreies Wasserglas in einer Menge zwischen 10 und 150 %> der Menge des flüssigen Wasserglases zugesetzt wird.

ίο Ein solches Verfahren ermöglicht, daß die Wasserglasschicht auf dem Zellkunststoff schnell zusammenhängend erhärtet und eine gegen Wasser beständige Haut bildet, die sehr gut zusammenhalt und damit einen besonders guten Feuerschutz bietet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß man zur Erzielung einer guten feuerhemmenden Wirkung mit einer vergleichsweise dünnen Schicht auskommt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem aber auch auf ein Oberflächenbehandlungsmittel zum Durch-

ao führen des vorgenannten Verfahrens, welches flüssiges Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, aufweist. Dabei ist erfindungsgemäß vor allem vorgesehen, daß dieses Oberflächenbehandlungsmittel wasserfreies Wasserglas in einer Menge zwischen 10 und 150 % der Menge des flüssigen Wasserglases enthält. Solches wasserfreies Wasserglas bildet für das Natronwasserglas einen erwünschten Beschleuniger, durch den das Erhärten des Wasserglases je nach der mengenmäßigen Verteilung des wasserfreien Wasserglases so beschleunigt werden kann, daß der Zellkunststoff in der jeweils gewünschten Zeit erhärtet.

Das aufgebrachte und erhärtete Wasserglas bildet auf dem Zellkunststoff an sich eine nur dünne, kaum sichtbare Haut. Wird der so beschichtete Zellkunststoff, z. B. aus Polystyrol, späterhin derart stark erhitzt, daß er ohne die Beschichtung entflammen und verbrennen würde, dann tritt bei dem beschichteten Kunststoff ein Aufschäumen der Wasserglashaut ein, die dabei weiß wird, ihre Dicke vergrößert und porös und spröde wird. Die so aufgeschäumte Wasserglashaut verhindert ein etwaiges Entflammen und Verbrennen des eingeschlossenen Kunststoffs in vorzüglicher Weise.
Zur Erklärung dieser vorteilhaften Wirkung der aufgeschäumten Wasserglasschicht liegen bisher keine exakten Wirkungsnachweise vor. Es kann jedoch angenommen werden, daß die aufgeschäumte Wasserglasschicht gegenüber dem eingeschlossenen Zellkunststoff eine wirksame Wärmeisolationsschicht bildet, die ein Entzünden des Kunststoffs verhindert. Es kann weiterhin auch angenommen werden, daß der bei der Erhitzung schmelzende Zellkunststoff durch die poröse Schicht des aufgeschäumten Wasserglases aufgesaugt und dadurch der Zutritt äußerer Luft zu dem Kunststoff erschwert wird. Schließlich kann man auch davon ausgehen, daß im Wasserglas gebundenes Wasser unter dem Einfluß der Erhitzung in Dampfform frei und zu dieser Dampfbildung eine beträchtliche Wärmemenge benötigt wird, so daß weniger Wärme zur Erhitzung des eingeschlossenen Kunststoffes zur Verfügung steht. Dabei hemmt auch das Vorhandensein des Wasserdampfes eine etwaige Entflammung oder Weiterverbrennung des Kunststoffs.

Die vorgenannte vorteilhafte Entstehung von Wasserdampf kann noch vergrößert werden, wenn man in das Wasserglas ein Füllmittel mischt, welches selbst Wasser in der einen oder anderen Form gebunden

enthält. Natürlich muß das Füllmittel selbst wärmebeständig sein. Besonders geeignet hat sich hierfür Mineralwolle und Asbest.

Es ist auch von Bedeutung, daß das Wasserglas eine hohe Wasserfestigkeit besitzt, die durch Zumisehen von Bleiglätte erreicht werden kann.

Das genannte Oberflächenbehandlungsmittel wird vorzugsweise wie folgt hergestellt:

In eine Grundlösung von üblichem Natronwasserglas wird vorzugsweise zunächst ein Füllmittel hineingemischt. Diese Wasserglaslösung bleibt bekanntlich über lange Zeit beständig und kann deshalb ohne weiteres über diejenigen Zeitspannen gelagert werden, die für den hier betroffenen Zweck in Frage kommen. Unmittelbar vor der Benutzung wird das wasserfreie und damit trockene Wasserglas hineingemischt, welches in seiner Wirkungsweise mit der Wirkungsweise eines Beschleunigers und eines Härtemittels selbsthärtender Kunststoffe verglichen werden kann, wodurch die Härtung des auf einen Zellkunststoff als zusammenhängende Haut aufgetragenen Wasserglases ziemlich schnell vor sich geht. Die Härtungszeit kann dabei mit Hilfe der Menge des Zusatzes innerhalb von weiten Grenzen geregelt werden. Im Falle von Bleiglätte kann das Zusatzmittel dem wasserfreien Wasserglas im voraus zugesetzt werden.

Das beschriebene Oberflächenbehandlungsmittel kann auf den Zellkunststoff in irgendeiner Weise aufgebracht werden. Gute Ergebnisse ließen sich beispielsweise durch Aufpinseln oder aber auch durch Aufspachteln oder durch Rollen mittels eines Rollenverteilers erzielen, wie er beispielsweise zum Ausrollen gewisser Farbstoffe üblich ist.

Als Nachweis für die mit einem solchen Oberflächenbehandlungsmittel erzielte Feuerschutzwirkung an einer mit dem Mittel beschichteten Kunststoffoberfläche mag der nachstehende Bericht über einen Versuch dienen:

Aus einer Platte aus Polystyrol-Zellkunststoff wurden zwei gleichgroße quadratische Scheiben ausgeschnitten, von denen jede eine Seitenlänge von 500 mm hatte. Das spezifische Gewicht des Kunststoffs betrug 15 kg/m³. Die eine Scheibe wurde nach der vorliegenden Erfindung präpariert, während die andere Scheibe ohne eine solche Behandlung blieb.

Das Oberflächenbehandlungsmittel für die eine Scheibe bestand aus 100 g Natronwasserglas (Na₂O : SiO₂) in einer Lösungskonzentration von 1 zu 27Be, aufgemischt mit 20 g von kurzfaserigem Asbest. Unmittelbar vor dem Aufbringen wurde 40 g wasserfreies Wasserglas hinzugesetzt, und die Komponenten wurden schnell, aber gründlich miteinander vermischt und die Mischung schließlich auf die eine der beiden Scheiben aufgestrichen. Nach 10 Minuten hatte sich eine etwa 0,5 mm dicke, harte Schicht aus Wasserglas auf dieser Scheibe gebildet. Man richtete jetzt die Flamme einer Einbrennlampe (Lötlampe) gegen die Mitte dieser Scheibe. Nach einer Zeit von 30 Sekunden begann Blasenbildung in der Mitte der Scheibe, und nach 300 Sekunden hatte sich ein annäherungsweise kreisrundes Loch quer durch die Zellkunststoffscheibe hinter der Kunststoffschicht gebildet. Dieses Loch erweiterte sich langsam etwa in gleichem Maße, wie sich das unter Blasenbildung aufgeschäumte Feld der Wasserglasschicht vergrößerte. Eine Neigung zum Entzünden der Scheibe bzw. des beschichteten Zellkunststoffs konnte selbst nach langem Bestreichen der Scheibe mit der Flamme der Einbrennlampe nicht beobachtet werden.

Hierauf wurde die Flamme der Einbrennlampe gegen die Oberfläche der nicht behandelten Zellkunststoffscheibe gerichtet. Im Laufe weniger Sekunden war die Scheibe entzündet und brannte danach mit klar sichtbarer Flamme, bis sie nach etwa 30 Sekunden bis auf kleine geschmolzene Reste verbrannt war, die in Form von Tropfen oder ähnlichen herabgeflossen waren und nun weiterhin in einem dünnflüssigen Zustande verbrannten.

Eine dritte Platte wurde mit demselben üblichen Wasserglas behandelt, von dem bei dem Versuch mit der erfindungsgemäß behandelten Platte ausgegangen wurde, und zwar in derselben Konzentration und mit denselben Füllstoffen. Es wurde hier jedoch kein wasserfreies Wasserglas zugesetzt. Die rasche Reaktion bei der erfindungsgemäß behandelten Platte, die schon in 10 Minuten zu einer harten Wasserglasschicht führte, blieb hier aus, und es konnte erst nach drei Tagen eine harte Schicht beobachtet werden. Nach dieser Zeitspanne wurde dann dieselbe Flamme λ gegen die Mitte dieses Zellkunststoffstücks gerichtet, ™ und nach etwa 30 Sekunden wurde eine beginnende Bildung von Blasen in der Mitte der Platte beobachtet. Diese Blasenbildung schritt aber sehr schnell fort, wurde stärker und breitete sich aus, und der ganze Mittelteil des Wasserglasbelags befand sich innerhalb von 2 Minuten in schäumendem Zustand, der einem Kochen glich. Gleichzeitig trat ein starkes Spritzen von geschmolzenem Wasserglas auf. Nach etwa weiteren 3 Minuten entzündete sich die Zellkunststoffplatte und brannte mit klar sichtbarer Flamme, wobei gleichzeitig abkochende Teile ausgespritzt wurden und das Feuer sich in weitem Umfang von der Platte ausbreitete. Innerhalb von etwa 8 Minuten war die Platte vollkommen verbrannt.

Durch diese Versuche wurde klar und eindeutig nachgewiesen, daß eine Behandlung von Zellkunststoffscheiben in der beschriebenen Weise einen weitgehenden Schutz gegen eine Entflammung bietet. Dies gilt selbstverständlich ebenso für alle aus Zellkunststoff hergestellten Gegenstände. Es kann sogar behauptet werden, daß die beschriebene Beschich- { tung nicht nur auf Zellkunststoff, sondern auch auf irgendwelchen anderen porösen Stoffen, die an sich brennbar sind, eine vorteilhaft feuerhemmende Wirkung besitzt.

Auf Grund umfassender Versuche mit unterschiedlich zusammengesetzten und mit unterschiedlichen Zusätzen versehenen Oberflächenbehandlungsmitteln wurde gefunden, daß das kurze Zeit vor Aufbringung des Oberflächenbehandlungsmittels zugesetzte wasserfreie Wasserglas auf Natronwasserglas als Beschleuniger und Härtungsmittel wirkt und infolgedessen die für die Erhärtung notwendige Zeitdauer bestimmt. Da diese Zeitdauer bei einer industriellen Herstellung des Zellkunststoffs von Bedeutung ist, ergibt sich, daß die Menge des zugesetzten wasserfreien Wasserglases zwischen 10 und 150 °/o der Menge des flüssigen Wasserglases betragen sollte.

Auch das Füllmittel kann sowohl hinsichtlich seiner Beschaffenheit als auch hinsichtlich seiner Menge in weiten Grenzen gewählt werden. Sein Gewicht kann zwischen 5 und 80 % des Gewichtes der gesamten Wasserglasmenge liegen. Das Füllmaterial kann entweder feinkörnig oder feinfaserig sein. Als feinkörniges Füllmaterial kommt beispielsweise Quarzit

und Kieselgur gut in Frage. Als faseriges Füllmaterial wurde bereits Mineralwolle und Asbest genannt, welches ebenfalls als Asbestwolle in Frage kommt. Wenn Asbestwolle an sich auch als eine natürliche Mineralwolle betrachtet werden kann, so versteht man unter Mineralwolle im allgemeinen doch eine künstlich hergestellte Wolle. Im vorliegenden Zusammenhang kann indessen unter Mineralwolle sowohl natürliche als auch künstliche Mineralwolle verstanden werden.

Die Mineralwolle sollte vorzugsweise kurzfaserig sein. Die Menge der Bleiglätte, die nach vorstehendem zugesetzt wird, wird zweckmäßig in den Grenzen von 1 bis 30 % der gesamten Menge von Wasserglas gewählt.

Es kann schwierig sein, Wasserglas bzw. das aus diesem zubereitete Oberflächenbehandlungsmittel in einer so dicken Schicht aufzubringen, daß diese Schicht nach ihrem Trocknen die erforderliche Schichtstärke aufweist. Vorstehend wurde als eine zweckmäßige Schichtstärke nach dem Trocknen 0,5 mm angegeben, wozu aber die vorher aufzubringende Schicht etwas stärker sein muß. Besteht das Oberflächenbehandlungsmittel aber aus einer dünnfließenden Flüssigkeit, so können Schwierigkeiten entstehen, die Schicht in einer hinreichend gleichmäßigen, ausreichend dicken Stärke aufzutragen. Man kann dem Oberflächenbehandlungsmittel dann ein viskositätsvergrößerndes Mittel zugeben. Hierfür hat sich irgendein Derivat von Zellulose vorteilhaft geeignet. Man kann auch eine kleine Menge von Borax zusetzen, die vorzugsweise dem Zellulosederivat zugesetzt wird, bevor dieses dem Wasserglasgemisch hinzugesetzt wird.

209 524/387

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Zellkunststoff und ähnlichen Erzeugnissen gegen eine Brandgefahr durch Aufbringen einer Schicht von flüssigem Wasserglas auf die Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Wasserglas vor der Verwendung wasserfreies Wasserglas in einer Menge zwischen 10 und 150 % der Menge des flüssigen Wasserglases zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Wasserglas vor dem Zusatz des wasserfreien Wasserglases ein Füllmittel in Form eines feinkörnigen oder feinfaserigen Materials zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial dem flüssigen Wasserglas in einer Menge zwischen 5 und 80 % der Gesamtmenge des Wasserglases zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmittel Mineralwolle oder Asbestwolle, vorzugsweise eine solche kurz- as faserige Wolle, zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als wenigstens ein Teil des Füllmaterials ein feinverteiltes anorganisches Mineral wie Quarzit, Kieselgur od. dgl. zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserglas Bleiglätte zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiglätte dem wasserfreien Wasserglas zugesetzt wird und danach zusammen mit diesem dem flüssigen Wasserglas zugesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleiglätte in einer Menge zwischen 1 und 30 % der Gesamtmenge von Wasserglas zugesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behandlungsmittel abgemessene Mengen eines Zellulosederivats, insbesondere Monoäthylzellulose, zugesetzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behandlungsmittel Borax zugesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Borax dem Zellulosederivat zugesetzt wird, bevor dieses den hauptsächlichen Bestandteilen des Behandlungsmittels zügesetzt wird.

12. Oberflächenbehandlungsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Gehalt an flüssigem Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, dadurch gekennzeichnet, daß es wasserfreies Wasserglas in einer Menge zwischen 10 und 150% der Menge des flüssigen Wasserglases enthält.

13. Behandlungsmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm ein feinkörniges oder feinfaseriges Füllmittel in einer Menge zwischen 5 und 80 % der Gesamtmenge von Wasserglas enthalten ist.

14. Behandlungsmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel aus feinzerteiltem Quarzit oder aus Kieselgur oder aus Mineralwolle oder Asbest besteht, insbesondere aus solchem feinfaserigem oder kurzfaserigem Material.

15. Behandlungsmittel nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm Bleiglätte in einer Menge zwischen 1 und 30 % der Gesamtmenge von Wasserglas enthalten ist.

16. Behandlungsmittel nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm als viskositätsvergrößerndes Mittel ein Zellulosederivat, insbesondere Monoäthylzellulose, enthalten ist.

17. Oberflächenbehandlungsmittel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm eine kleinere Menge von Borax enthalten ist.