DE1671131C

DE1671131C - Verfahren zum Herstellen einer feuerhemmenden Akustikplatte

Info

Publication number: DE1671131C
Authority: DE
Inventors: Felix G. Kankakee IH. Janssen (V.StA.)
Original assignee: U.S. Acoustics Corp. a Florida Corp., La Grange, 111. (V.StA.)
Publication date: 1972-06-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hitzebesländigen Akustikplatte durch inniges Vermischen eines leichten Zuschlagstoffes mit AIuminiumsilicat und Natriumsilicat-Bindemittel und Verformen der erhaltenen Mischung.

Durch die USA.-Patentschrift 3 103 254 ist es bekannt, feuerhemmende Akustikplalten aus einer Mischung von Vermiculite, Perlit, Asbestfasern und einem wasser- und feuerbeständigen Bindemittel herzustellen. Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, derartige Platten hinsichtlich ihrer Hitzebeständigkeit, Entflammbarkeit und Handhabungssicherheit zu verbessern.

Es ist ein Verfahren zum Herstellen von hitzefesten Bausteinen bekannt, bei dem eine Mischung aus Kunststoff, der Vermiculite enthält, und Schamotte mit einem Bindemittel, z. B. Natriumsilicat, zu Bausteinen verformt wird. Es ist weiter bekannt, Vermiculite so zu behandeln, daß es wasserabstoßend ist und keine Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnimmt. Diese bekannten Maßnahmen sind nicht zur Herstellung von feuerhemmenden Akustikplatten geeignet.

Mit zunehmenden Anforderungen an die feuerfesten Eigenschaften von Akustikplatten, wie sie von Versicherungsgesellschaften und anderen Behörden infolge von schweren Bränden in Hotels, Schulen und anderen Gebäuden in den letzten Jahren gefordert werden, ist es notwendig geworden, die sogenannte feuerdämmende Wirkung von Akustikplatten zu verbessern, bei gleichzeitiger Beibehaltung der akustischen Eigenschäften und anderen Eigenschaften solcher Platten.

Die Erfindung bezweckt deshalb ein Verfahren zum Herstellen von Akustikplatten mit hohen feuerdämmenden Eigenschaften.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß man eine Mischung aus 2,36 bis 30 Gewichtsprozent Schamotte, 40 bis 60 Gewichtsprozent Natriumsilicat-Bindemittel, bezogen auf die nasse Menge, die einen Feststoffgehalt von etwa 37,5 Gewichtsprozent hat, und 30 bis 38 Gewichtsprozent expandiertem Perlit herstellt und daß man die geformte Platte trocknet.

Perlit ist eine Form von glasigem Gestein ähnlich Obsidian und enthält gewöhnlich 65 bis 75°/₀ SiO₂, 10 bis 20°/o AI₂O₃, 2 bis 5°/₀ H₂O und kleinere Anteile an Soda, Pottasche und Kalk. Wenn Perlit auf den Erweichungspunkt erhitzt wird, dehnt es sich aus und bildet ein leichtes, geblähtes Material.

Gemäß der Erfindung wird die Schamotte, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Akustikplatte verwendet wird, in einer ganz bestimmten kritischen Menge der für die Herstellung der Platte verwendeten Zusammensetzung zugesetzt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Akustikplatte ist ganz frei von organischen brennbaren Materialien. Wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt wird, die zur Bestimmung des Feuerdämmwertes angewandt werden, ergibt sich nach den Richtlinien, die von Versicherungsgesellschaften für den sogenannten »Feuertest« ausgearbeitet wurden, auf den sich die nachfolgenden Ausführungen beziehen, ein Feuerdämmwert von über 2 Stunden, ohne eine Minderung durch Schrumpfung oder Zerstörung aufzuweisen. Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Platte der Wert der Schalldämpfung gegenüber bekannten Platten verdoppelt und eine gute Handhabungssicherheit erzielt.

In einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Akustikplatte dient die Schamotte-Komponente nicht nur, um die Feuerfestigkeit der Platte zu vergrößern, sondern auch als Farbzusatz, mi eine attraktive gleichförmige Färbung der fertigen Akustikplatte zu erhalten und dadurch die Notwendigkeit des Bemalens der äußeren Fläche der Platte mit Farben zu vermeiden, deren Grundstoffe brennbare organische Kunstharze, brennbare Trägerstoffe und Lösungsmittel für diese sind und wie sie bisher für Akustikplatten nach dem Stande der Technik verwendet wurden. Dadurch wird eine zusätzliche Feuergefahr eliminiert, die aus der Verwendung von diesen bekannten Akustikplatten resultiert.

An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung beispielsweise erläutert werden.

F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine typische Akustikplatte, die nach dem Verfahren nach dieser Erfindung hergestellt wurde;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1.

Eine typische Ausführungsform einer Akustikplatte nach dieser Erfindung ist in den F i g. 1 und 2 der Zeichnungen dargestellt, wobei die Platte allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wird. Die Platte besteht aus einem Grundköiper 11 von geeigneter Größe, Form und Stärke, der eine abgeschrägte Kante 12 haben kann. Die Akustikplatte 10 nach dieser Erfindung kann an der Decke oder der Wand eines Raumes befestigt werden oder von der Decke oder der Wand herabhängen, wenn der Schallpegel herabgedi ückt werden soll.

In der Praxis kann die erfindungsgemäße Akustikplatte nach den Verfahrensmaßnahmen gemäß USA,-Patent 3 103 254, jedoch unter Verwendung der besonderen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, hergestellt werden. Diese Zusammensetzungen werden in den nachfolgenden Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Eine Akustikplatte mit 30,48 · 30,48 cm und einer Stärke von 22,22 mm sowie mit einem durchschnittlichen Gewicht von etwa 737 g wird r.ach den erfindungsgemäßen Maßnahmen hergestellt.

45	Gramm	Gewichts prozent
Perlit (expandiert) Schamotte oder Feuerton ⁵⁰ (Aluminiumsilicat) .... Natriumsilicat (Binde mittel) (nasse Basis etwa 37,5 °/₀, Feststoffe etwa 265,63 g ⁵⁵ Trockengewicht)	453,48 28,35 708,73	38,11 2,36 59,53
100,00

Der expandierte Perlit kann irgendeine Sorte von expandiertem Perlit sein. Als sehr günstig hat sich herausgestellt ein auf ein Gewicht von etwa 0,0769 bis 0,0881 g pro Kubikzentimeter expandierter Perlit.

Das Natriumsilicat-Bindemittel kann ein im Handel erhältliches Natriumsilicat sein, und es wurde festgestellt, daß ein Material mit einem spezifischen Gewicht von 40,00 bis 41,5 Be mit einem durchschnittlichen Feststoffgehalt von etwa 37,5%. bezogen auf das Trockengewicht, sehr geeignet ist.

Das Verfahren setzt sich aus folgenden Schritten zusammen: Der expandierte Perlit und Schamotte werden innig miteinander in trockenem Zustand vermischt. Dann wird diese Mischung aus expandiertem Perlit und Schamotte mit einer Sprühpistole od. dgl. mit einem feinen Sprühstrahl aus einer feuerfesten, wasserabstoßenden Überzugmasse besprüht, wie z, B. einem organischen, wasserlöslichen sogenannten Siliconharz. Es wurde gefunden, daß für diesen Zweck sogenannte organische, wasserlösliche Siliconharze vorteilhaft sind, die eine Wasserlösung von Natriumsalzen von Organosilanolen und Organosiloxanolen darstellen.

Nachdem die oben aufgeführte Mischung hergestellt wurde, wird sie mit Infrarotlampen etwa 1 Minute lang getrocknet. Danach wird Siliconharz auf die Mischung aus Perlit und Schamotte aufgesprüht und danach unter den Infrarotlampen etwa weitere 10 Minuten getrocknet.

Eine Mischung von etwa 20 g einer wäßrigen Lösung von Harnstoff und Magnesiumsilicofiuorid, die durch Lösen von 56,7 g Harnstoff und 6,7 g Magnesiumsilicofiuorid in einer hinreichenden Menge Wasser hergestellt wird, um 907 g der resultierenden wäßrigen Lösung zu bilden, wird zugesetzt und innig mit dem Natriumsilicat-Bindemittel vermischt.

Die Mischung aus expandiertem Perlit und Schamotte, die mit dem feuerfesten, wasserabstoßenden Siliconharz überzogen ist, und die Mischung aus Natriumsilicat-Bindemittel, Harnstoff und Magnesiumsilicofluorid werden dann innerhalb 1 bis IV₂ Minuten innig vermischt, wonach die auf diese Weise behandelte Mischung zu einem Förderer transportiert und geformt wird. Die geformten Rohlinge werden dann in einem Trockenofen gehärtet, wie in dem USA.-Patent 3 103 254 ausgeführt wird.

Die Feuerfestigkeit, Schallabsorption und Schallschwächung einer Akustikplatte, die gemäß Beispiel 1 und nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt ist, sind gegenüber bekannten und vergleichbaren Akustikplatten, wie bereits erwähnt wurde, wesentlich verbessert.

Die Zusammensetzung nach Beispiel 1 gibt etwa die untere Grenze des brauchbaren Bereiches wieder, innerhalb dessen die Schamottekomponente für die Herstellung der erfindungsgemäßen Akustikplatte angewandt werden kann, ohne daß die gewünschten akustischen Eigenschaften der Akustikplatte wesentlich gemindert oder beeinflußt werden, während gleichzeitig die gewünschte Feuerfestigkeit der Platte relativ zu bekannten, vergleichbaren Akustikplatten vergrößert wird.

In der Praxis gemäß dieser Erfindung wird die im Beispiel 1 aufgeführte Zusammensetzung in einer Menge hergestellt, die hinreicht, um etwa 45 Platten mit den im Beispiel 1 genannten Abmessungen herzustellen, indem 2 Säcke von expandiertem Perlit mit etwa 0,227 m³ Inhalt mit etwa 1,28 kg Schamotte innig gemischt und eine Pinte Siliconharz in diese Mischung durch Sprühen, wie beschrieben, eingebracht sowie hierauf die Mischung unter den Infrarotlampen getrocknet wird. Zu der auf diese Weise hergestellten und behandelten Mischung wird etwa 30 kg Natriumsilicat-Bindemittel zugesetzt und innig vermischt, das auf nasser Basis abgemessen wird und einen Feststoffgehalt von etwa 37,5% hat und dem Harnstoff und Magnesiumsilicofiuorid, wie oben beschrieben wurde, zugegeben worden ist.

Beispiel 2

Es wird dasselbe Verfahren wie im Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß bei diesem Beispiel nur ein Bruchteil Schamotte, beispielsweise etwa die Hälfte, mit dem expandierten Perlit in trockenem Zustand vermischt wird. Der Rest Schamotte wird mit dem expandierten Perlit vermischt, und das Natriiimsilicat-Bindemittel wird der Mischung zugesetzt.

Beispiel 3

Es wird wie im Beispiel 1 verfahren, mit der Ausnahme, daß in diesem Fall die gesamte Schamottekomponente mit dem expandierten Perlit und dem Natriumsilicat in feuchtem Zustand vermischt wird.

Typische Zusammensetzungen, die zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Akustikplatte verwendet werden können und bei denen die Schamottekomponente in Mengen, die dem mittleren Bereich des gesamten brauchbaren Mengenbereichs zugeordnet sind, verwendet wird, werden in den Beispielen 4 und 5 nachfolgend aufgeführt.

B e 1 s ρ	iel 4	Gewichts prozent
	Gramm	30,00 15,00 55,00
Perlit (expandiert) Schamotte (Aluminiumsili- cat) Natriumsilicat (Bindemit tel) (Anteile an Trocken stoffen wie im Beispiel 1)	240,2 170,1 623,7	100,00

B e i s ρ	iel 5	Gewichts prozent
	Gramm	30,95 9,52 59,53
Perlit (expandiert) Schamotte (Aluminiumsili- cat) Natriumsilicat (Bindemit tel) (Anteile an Trocken stoffen wie im Beispiel 1)	368,5 113,4 608,7	100,00

Die Zusammensetzungen nach den Beispielen 4 und 5' mit Mengen an Schamotte im mittleren Bereich des brauchbaren Arbeitsbereiches nach dieser Erfindung ergeben Akustikplatten mit den besten Feuerwiderstandswerten und Schallschwächungswerten, ohne daß gleichzeitig die Geräuschabsorptionseigenschaften gemindert werden. Die Platte ist vom Standpunkt des Kosten- und Materialaufwandes relativ wirtschaftlich herzustellen. Es hat sich deshalb herausgestellt, daß die nach Beispiel 5 hergestellte Platte für die Produktion in industriellem Maßstab die beste ist.

In dem nachfolgenden Beispiel wird eine Zusammensetzung für eine Akustikplatte nach dieser Erfindung beschrieben, bei der die Schamottekomponente im oberen Bereich des brauchbaren Arbeitsbereiches angewandt wird.

Beisp	iel 6	Gewichts prozent
	Gramm	30,00 30,00 40,00
Perlit (expandiert) Schamotte (Aluminiumsili- cat) Natriumsilicat (Bindemit tel) (Anteile an Trocken stoffen wie im Beispiel 1)	340,2 340,2 453,6	100,00

Die erfindungsgemäße Akustikplatte aus einer Zusammensetzung nach Beispie! 6 zeigt ein merkliches Ansteigen des Schmelzpunktes oder der Erweichung des Natriumsilicat-Bindemittels, so daß die Feuerfestigkeit dieser Platte entsprechend erhöht wird. Außerdem zeigt die Platte eine wesentliche Erhöhung des akustischen Werts, d. h. der Schallschwächung, und stellt etwa die obere Grenze des brauchbaren Mengenbereiches für die Schamottekomponente dar. Aus den vorstehenden Beispielen kann ersehen werden, daß die Tonkomponente in den Zusammen-Setzungen für die erfindungsgemäße Akustikplatte in einem Bereich von nicht wesentlich weniger als 2,36 Gewichtsprozent nach Beispiel 1 bis zu nicht wesentlich mehr als 30 Gewichtsprozent nach Beispiel 6 angewandt werden kann, wobei das Gewicht auf die Gesamtmengen an trockenem Perlit und trockener Schamotte sowie feuchtem Natriumsilicat-Bindemittel, das einen Feststoff gehalt von etwa 37,5% hat. bezogen ist.

Es wurde gefunden, daß die Schallschwächungseigenschaften oder der Schallschwächungsfaktor und die Feuerfestigkeit oder der Feuerdämmwert der Akustikplatte nach dieser Erfindung mit Zunahme der Menge an Schamotte und Natriumsilicat-Bindemittel in der Zusammensetzung ebenfalls zunimmt. Die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Akustikplatte nehmen ebenfalls mit zunehmender Menge oder zunehmendem relativem Prozentsatz an Schamotte zu. Wenn jedoch der Prozentsatz an Schamotte in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wesentlich über die obere Grenze gemäß Beispiel 6 zunimmt, hat die daraus geformte Akustikplatte zwar einen hohen Feuerdämmwert, jedoch einen sehr niedrigen akustischen Wert, d. h. einen sehr niederen Schallabsorptionswert oder Schallabsorptionsfaktor, wohingegen bei einem Mengenanteil an Schamotte wesentlich unterhalb der unteren Grenze gemäß Beispiel 1 (2.36%), d.h. also wesentlich unterhalb 2,36%, die daraus hergestellte Akustikplatte zwar einen hohen Schallabsorptionsfaktor und einen hohen Schall-Schwächungsfaktor hat. jedoch eine schlechte und ungenügende Feuerfestigkeit damit verbunden ist. Gewisse Abweichungen von dem angegebenen Bereich sind jedoch zulässig. Der brauchbare Anteilsbereich in Schamotte in einer erfindungsgemäßen Zusammenidzung ist ziemlich kritisch.

Es wird ebenfalls hervorgehoben, daß der Prozentatz an expandiertem Perlit für eine erfindungsgemäße Akustikplatte von nicht wesentlich mehr als 38.11% lach Ik-ispicl I bis zu nicht wesentlich weniger als 0"/„. liLVojieii auf das Gewicht, gemäß Beispiel 6 ariicrl und daß der Anteil an Natriumsilicat-Umdciittcl \on nicht wesentlich mehr als 60% (59.53%) gemäß Beispiel 1 bis zu nicht wesentlich weniger al: 40% gemäß Beispiel 6 variiert, wobei der Gewichts anteil auf das feuchte Bindemittel bezogen ist, da; einen Feststoffgehalt von etwa 37,5% ^nat·

Zusätzlich zu der Verbesserung der feuerfesten Eigenschaften einer Akustikplatte nach dieser Erfindung hat die Beimengung von Schamotte noch den Vorteil, daß sie als innerer Farbzusatz dient und der Akustikplatte nach dieser Erfindung eine im wesentlichen gleichförmige und attraktive Färbung verleiht, wodurch die Notwendigkeit des AnStreichens der Außenfläche der Platte mit brennbaren organischen Anstrichen, wie z. B. mit Kunstharzanstrichen, vermieden werden kann. Außerdem kommt zu der Herstellung der Platte nicht noch der Aufwand des Anstreichens und die damit verbundene Feuergefahr hinzu. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Akustikplatte im Zustand des geformten und getrockneten Produkts aus einer Zusammensetzung nach den Beispielen 1 bis 6 eine Keramikplatte, die ganz aus anorganischen, nicht brennbaren Materialien besteht und deshalb für die Verwendung in Hotels, Schulen, Krankenhäusern, Büroräumen usw. brauchbar ist. in denen sowohl die Hitzebeständigkeit als auch die akustischen Eigenschaften wesentlich sind.

Die verbesserte Feuerfestigkeit der Akustikplatte nach dieser Erfindung wurde durch den »Feuertest« gemäß den ASTM-Eifordernissen geprüft und die Zeit und Temperaturkurven für einen 2 Stunden andauernden Feuertest gemessen. Es wurde gefunden, daß die Akustikplatte nach dieser Erfindung keine Verbrcnnungsmale und keine physikalischen Zerstöiungszeichen aufweist, wenn sie über2 Stunden hintereinander bei allmählich ansteigenden Temperaturen bis zu 1010'C erhitzt wird, wobei die Platte von einer nicht brennbaren Decke herabhängt und mit nicht brennbaren Befestigungseinrichtungcn an dieser Decke befestigt ist. Die gleichen Versuche ergeben, daß die Akustikplatte nach dieser Erfindung keine Feuerausbreitung, keine Brennstoffbildung und keine Rauchentwicklung zeigte.

Die vorstehenden Ergebnisse beweisen die Vorteile der erfindiingsgemäßen Akustikplatte gegenüber denen nach dem Stande der Technik, die ohne Schamotte hergestellt werden. Eine Probe einer vergleichbaren bekannten Akustikplatte, die aus denselben Materialien gemäß den Beispielen 1 bis 6 hergestellt wurde, wobei jedoch der Schamotteanteil nach diesen Beispielen 1 bis 6 weggelassen wurde, zeigen unter den gleichen Versuchsbedingungen, wobei das Feuer nur über 1 Stunde auf diese Platten einwirkt, sowohl eine Flammenausbreitung als auch eine Brennstoffbildung.

Die Definitionen der oben aufgeführten akustischen Begriffe sind folgende:

Schallabsorption
Senkung des Geräuschpegels innerhalb des Raumes.

Schallschwächung

Schallfortleitung von Raum zu Raum durch die Deckenfläche und Verminderung des Geräuschpegels von einem Raum zum anderen.

Von einem unabhängigen Institut wurde die Schallleitung der erfindungsgemäßen Akustikplatte durch eine Decke im Vergleich zu einer bekannten vergleichbaren Akustikplatte gemessen, die mit Ausnahme der Schamotte, die weggelassen wurde, aus dcnsulhcn

Materialien, wie sie in den Beispielen 1 bis 6 aufgeführt werden, bestand. Die erfindungsgemäße Akustikplatte zeigte eine vergrößerte Schallschwächung, die, ausgedrückt in Dezibel, von 39 auf 44,4 db zunimmt, das entspricht einer Zunahme von etwa 150%> da eine Zunahme von 3,6 db äquivalent einer Zunahme von 100% ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer hitzebeständigen Akustikplatte durch inniges Vermischen eines leichten Zuschlagstoffes mit Aluminiumsilicat und Natriumsilicat-Bindemittel und Verformen der erhaltenen Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus 2,36 bis 30 Gewichtsprozent Schamotte, 40 bis 60 Gewichtsprozent Natriumsilicat-Bindemittel, bezogen

auf die nasse Menge, die einen Feststoffgehalt von etwa 37,5 Gewichtsprozent hat, und 30 bis 38,11 Gewichtsprozent expandiertem Perlit herstellt und daß man die geformte Platte trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schamotte und der expandierte Perlit innig miteinander vermischt und die auf diese Weise erhaltene Mischung mit einem feuerfesten, wasserabstoßenden Überzug aus einem organischen, wasserlöslichen Siliconharz überzieht, die Mischung gleichzeitig trocknet und die erhaltene Mischung mit dem Natriumsilicat-Bindemittel innig vermischt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nur einen Teil der Schamotte mit dem expandierten Perlit vermischt und den Rest der Schamotte zu der Mischung gleichzeitig mit dem Natriumsilicat-Bindemittel zusetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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