DE202015103555U1

DE202015103555U1 - Vorläuferprodukt zur Herstellung eines Brandschutzmaterials

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Publication number: DE202015103555U1
Application number: DE202015103555.1U
Authority: DE
Original assignee: Pilkington Group Ltd
Current assignee: Pilkington Group Ltd
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: WO2016189292A1; PL3298106T3; EP3298106A1; DE102015108202A1; EP3298106B1

Abstract

Vorläuferprodukt mit zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) zur Herstellung eines Brandschutzmaterials (10, 10'), wobei das Brandschutzmaterial (10, 10') durch Mischen wenigstens der zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) und anschließendes Aushärten herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass i. wenigstens eine der Vorläuferkomponenten (A, B) ein Kühlmittel und/oder ein Isoliermittel enthält; ii. eine erste der zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) wenigstens ein Wasserglas enthält; und iii. eine zweite der zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) wenigstens einen Wasserglashärter enthält.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Vorläuferprodukt zur Herstellung eines Brandschutzmaterials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise mit einem Bandschutzmaterial gefüllten Bauteils, insbesondere eines zumindest teilweise mit einem Brandschutzmaterial gefüllten Fenster- oder Türprofils, oder eines Halbzeugs.
Technischer Hintergrund
Es ist bekannt, Brandschutzmaterialien in Hohlräume von Rahmen von Brandschutzverglasungen einzufüllen. Derartige Brandschutzmaterialien können zur Verbesserung der Brandschutzeigenschaften isolierend bzw. kühlend wirken, letzteres mit Hilfe von endothermen Reaktionen, die durch die im Brandfall einwirkende Hitze ausgelöst werden. Ferner können Brandschutzmaterialien auch intumeszente Eigenschaften haben.
Dabei ist es bekannt, derartige Brandschutzmaterialien als vorgeformte Bausteine, beispielsweise als Einschieblinge, bereitzustellen, oder aber als flüssige, pumpbare Einfüllmassen, die dann am Einsatzort aushärten können.
Die DE 10 2012 220 176 A1 offenbart eine Brandschutzzusammensetzung mit wenigstens zwei verschiedenen Wassergläsern und einer organischen Substanz als CO₂-Spender zur Verbesserung des intumeszenten Verhaltens.
Die US 2014/0145104 A1 offenbart ein Brandschutzmaterial mit leichten, isolierenden Filmmaterialien und Wasser absorbierenden Füllstoffen sowie Fasern und/oder Thixotropiermittel.
Ein Brandschutzmaterial auf Wasserglasbasis ist aus der PL 402 681 A1 bekannt.
Wegen der vergleichsweise kurzen Aushärtzeiten müssen Brandschutzmaterialien auf Wasserglasbasis zum Einfüllen in Fenster- oder Türrahmen, Trockenbau-Wandteile, Fußböden, Platten oder Füllbalken bislang unmittelbar vor dem Einbringen des Brandschutzmaterials angemischt werden. Dazu müssen in Fabriken für Baumaterialien oder auf Baustellen komplexe Mischanlagen bereitgestellt werden, was aufwendig und kostenintensiv ist.
Es wurde bereits vorgeschlagen, vorgefertigte und bereits ausgehärtete Formbausteine oder Einschieblinge an den Einsatzort zu transportieren. Diese Lösung stößt jedoch bei komplexeren Geometrien der zur verfüllenden Hohlräume und dann, wenn eine Füllung ohne verbleibende Luftspalte gewünscht wird, schnell an ihre Grenzen.
Aus der EP 276 726 ist eine Formmasse auf der Basis von Polyisocyanatoisocyanuraten und Flammschutz- oder Brandschutzmitteln bekannt, die als Zweikomponenten-Formmasse vorliegt. Diese Formmasse ist jedoch für viele Zwecke nicht hinreichend feuchtigkeitsbeständig.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorläuferprodukt mit zumindest zwei Vorläuferkomponenten zur Herstellung eines Brandschutzmaterials bereitzustellen. Das Vorläuferprodukt soll die Herstellung des Brandschutzmaterials am Einsatzort in flexibler Weise ohne aufwendige Mischanlagen ermöglichen, einfach zu transportieren sein und sich zur Herstellung eines Brandschutzmaterials mit hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit eignen.
Die Erfindung schlägt deshalb ein Vorläuferprodukt mit zumindest zwei Vorläuferkomponenten zur Herstellung eines Brandschutzmaterials mit einer Matrix aus Wasserglas vor, wobei das Brandschutzmaterial durch Mischen wenigstens der zumindest zwei Vorläuferkomponenten und anschließendes Aushärten herstellbar ist. Wenigstens eine der Vorläuferkomponenten enthält zumindest ein Kühlmittel und/oder ein Isoliermittel, eine erste der zumindest zwei Vorläuferkomponenten enthält wenigstens ein Wasserglas und eine zweite der zumindest zwei Vorläuferkomponenten enthält zumindest eine chemische Verbindung, die mit dem Wasserglas zu einer wasserstabilen Verbindung reagiert. Diese chemische Verbindung wird im Folgenden als ein Wasserglashärter bezeichnet.
Als wasserstabile Verbindung soll in diesem Zusammenhang eine Verbindung bzw. ein Material bezeichnet werden, die bzw. das bei Kontakt mit Feuchtigkeit und selbst, wenn sie in Wasser eingetaucht ist, ihre Form und ihr Volumen nicht wesentlich verändert.
Als Wasserglas werden feste, wasserlösliche Alkalisilikate und ihre wässrigen Lösungen oder Suspensionen verstanden.
Die Wasserglasmatrix des fertigen Brandschutzmaterials enthält Kühlmittel und/oder Isoliermittel sowie optional weitere Komponenten, die im Folgenden im Einzelnen besprochen werden. Diese können vom Fachmann abhängig von dessen Bedürfnissen jeweils einer der beiden Vorläuferkomponenten beigegeben werden oder auf diese verteilt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Vorläuferprodukt Teil eines Baukastensystems mit mehreren paarweise kombinierbaren Vorläuferkomponenten, die zur Herstellung eines Brandschutzmaterials mit gewünschten Eigenschaften flexibel ausgewählt werden können. Beispielsweise kann eine Basis-Vorläuferkomponente mit einer Vorläuferkomponente mit hohem Gehalt an Isoliermitteln zu einem Vorläuferprodukt für Brandschutzmaterialien mit guten Isolationseigenschaften kombiniert werden. Alternativ dazu kann eine Basis-Vorläuferkomponente mit einer Vorläuferkomponente mit hohem Gehalt an Kühlmitteln zu einem Vorläuferprodukt für Brandschutzmaterialien mit guten Kühleigenschaften kombiniert werden. Weitere Auswahlmöglichkeiten können die Viskosität der nicht ausgehärteten Mischung der Vorläuferkomponenten oder die Formstabilität des Endprodukts betreffen.
Werden mehr als zwei Vorläuferkomponenten verwendet, können diese entweder alle gleichzeitig in einem Mischvorgang miteinander vermischt werden, um daraus das aushärtende Brandschutzmaterial herzustellen, oder der Mischvorgang kann in einzelne Schritte unterteilt werden, z. B., um die reaktivste Vorläuferkomponente zum spätestmöglichen Zeitpunkt zu vorgemischten weiteren Vorläuferkomponenten hinzuzufügen.
In dem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts hergestellten Brandschutzmaterial wirkt die Wasserglasmatrix wie ein chemisch stabiler Klebstoff, wenn sie die verschiedenen Bestandteile des Materials noch bei hohen Temperaturen miteinander verbindet.
Zwar kann eine bei Raum- oder leicht erhöhten Temperaturen stabile Matrix auch durch die Verwendung von Polymeren erreicht werden, jedoch ist diese Matrix bei Temperaturen im Brandfall nicht beständig und verliert ihre strukturelle Integrität. Um das zu verhindern, ist ein Zusatz von Wasserglas notwendig, das im Brandfall die strukturelle Integrität gewährleistet. Brandschutzmaterialien, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts hergestellt werden, erlauben es, Feuerprüfnormen wie EI30 und darüber zu erfüllen.
Wasserglas/Erste Vorläuferkomponente
Als Wasserglas kann Natriumwasserglas (Natronwasserglas), Kaliumwasserglas (Kaliwasserglas), Lithiumwasserglas oder eine Mischung aus diesen Materialien verwendet werden. Dabei führt die Verwendung von Kaliumwasserglas im Vergleich zu dem kostengünstigeren Natriumwasserglas zu einer besseren Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit des Brandschutzmaterials sowie von Verbundmaterialien, die ein solches Brandschutzmaterial enthalten. Kaliwasserglas kommt daher bevorzugt bei Anwendungen zum Einsatz, die stärkeren mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, wohingegen sonst auf das preiswerte Natriumwasserglas oder Mischungen aus verschiedenen Alkaliwassergläsern zurückgegriffen werden kann.
Die Wassergläser können in flüssiger und/oder fester Form eingesetzt werden. Zur Auswahl des Wasserglases oder der Wassergläser bzw. der Alkalimetallsilikate und ihrer Mengenanteile in der ersten Vorläuferkomponente wird auf die PCT/GB2014/053568 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.
In der ersten Vorläuferkomponente können feste oder flüssige Silicate der Elemente der Gruppe 1 des Periodensystems enthalten sein, die dann beim Aushärten des Brandschutzmaterials mit dem Wasserglashärter reagieren können. Soweit im fertigen Brandschutzmaterial nicht ausgehärtete Alkalimetallsilikate verbleiben, können diese als zusätzliches Kühlmittel wirken.
Durch Fremdionenzusatz wie Lithiumsalze oder Ammoniumsalze können de Eigenschaften der Matrix ebenfalls den Bedürfnissen angepasst werden.
Weitere mögliche Bestandteile der ersten Vorläuferkomponente sind Polyole, bevorzugt Glycerin, Ethylenglykol, Polyethylenglykol und/oder Zucker und deren Verbindungen, sowie Tenside, Wollastonit, Kieselsäuren und deren Derivate, wie Kieselgel, Zeolithe oder Silica-Gel, sowie Disilikat oder Trisilikate. Als weitere Bestandteile können Füllmaterialien hinzugefügt werden, um die nötige Viskosität/Plastizität einzustellen.
Wasserglashärter/Zweite Vorläuferkomponente
Zu der Auswahl, dem Molverhältnis und den Mengenverhältnissen des Wasserglashärters in der zweiten Vorläuferkomponente wird auf die PCT/GB2014/053568 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.
Als Wasserglashärter können vorzugsweise Verbindungen der Gruppen 2 und 13 des Periodensystems verwendet werden, vorzugsweise Phosphate, Oxide, Carbonate und/oder Organoverbindungen, insbesondere Aluminiumorthophosphat AlPO₄, Aluminiummetaphosphat (Al(PO₃)₃), Aluminiumpolyphosphat, CaO und/oder Ca(OH)₂. Ferner kommen Zinkverbindungen, wie Zinkoxid oder Zinkborate, Carbonsäuren, Carbonsäureester vorzugsweise Triacetin und/oder Ethylenglykoldiacetat, Aminosäuren und Polyaminosäuren und deren Gemische, vorzugsweise Casein, sowie Silica-Sole in Betracht. In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung können auch mehrere Wasserglashärter zusammen verwendet werden, beispielsweise Ca(OH)₂ und Al(PO₃)₃ oder CaO und Aluminiumphosphat oder Triacetin, Silica-Sol und Aluminiumphosphat oder Casein und Ca(OH)₂.
Der Wasserglashärter kann flüssig oder fest vorliegen. Wenn er ein Feststoff ist, hat der Wasserglashärter in der zweiten Vorläuferkomponente vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße auf Volumenbasis (wobei die Größe eines gegebenen Partikels dem Durchmesser der Kugel entspricht, die das gleiche Volumen wie das gegebene Partikel hat) von weniger als 5 mm, bevorzugter weniger als 2 mm, noch bevorzugter weniger als 1 mm, noch bevorzugter weniger als 0,5 mm, am bevorzugten weniger als 0,25 mm. Diese bevorzugten Bereiche sind vorteilhaft, weil eine kleinere Partikelgröße zu einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit mit Alkalimetallsilicaten führt. Die Partikelgröße kann unter Verwendung eines Malvern Mastersizers (RTM) gemessen werden.
Die zweite Vorläuferkomponente enthält optional neben den oben genannten Wasserglashärtern Metalloxide der zweiten Hauptgruppe, Halogenide, Carbonate, Hydrogencarbonate und/oder Sulfate der ersten beiden Hauptgruppen.
Reaktion von Wasserglas mit Wasserglashärter
Durch die Reaktion des Wasserglases mit dem Wasserglashärter beim Aushärten können ein oder mehrere Silicate der Elemente der Gruppe 1, 2, 12, 13 und/oder 14 des Periodensystems entstehen, wie dies in der PCT/GB2014/053568 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. Die Mengenverhältnisse kann der Fachmann nach den in der PCT/GB2014/053568 genannten Kriterien so wählen, dass beim Aushärten eine form- und wasserstabile und chemisch stabile Matrix entsteht, die noch genügend Raum für Isolier- oder Kühlmittel lässt.
Beispielsweise können beim Aushärten die oben genannten Wasserglashärter mit flüssigem Wasserglas umgesetzt werden, um ein stabiles Silicat, vorzugsweise ein Aluminiumsilicat und/oder ein Calciumsilicat, zu bilden, des die Matrix härtet und gewährleistet, dass sie wasserstabil im oben beschriebenen Sinne ist.
Die Festigkeit des aus den beiden Komponenten erhaltenen Brandschutzmaterials kann durch eine geeignete Wahl des Massenverhältnisses des Wasserglases oder der Wassergläser zum dem oder den Wasserglashärter(n) eingestellt werden. Zur Erreichung einer ausreichenden Festigkeit liegt das Massenverhältnis der Masse aller in dem Reaktionsgemisch enthaltenen Wassergläser zu der Masse aller in dem Reaktionsgemisch enthaltenen Wasserglashärter vorzugsweise im Bereich von 1000:1 bis 1:500, noch bevorzugter im Bereich von 100:1 bis 1:50 und am bevorzugtesten im Bereich von 20:1 bis 1:30.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden sowohl die Wassergläser als auch die Wasserglashärter in fester Form verwendet. Da die beiden Komponenten in fester Form nicht miteinander reagieren, können sie als pulverförmiges Gemisch vorbereitet werden, in dem es zu keiner Härtungsreaktion kommt. Erst durch die Zugabe einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge oder den Zutritt von Feuchtigkeit setzt die Aushärtung und Bildung des Brandschutzmaterials ein.
Bei dieser Vorgehensweise sollen die Ausgangsmaterialien möglichst homogen verteilt sein und soll eine Verklumpung verhindert werden. Für die möglichst hohe Homogenität liegt das Stoffmengenverhältnis (Stoffmenge inertes Material/Stoffmenge reaktives Material) in der Gesamtmenge der zur Herstellung des Brandschutzmaterials verwendeten Vorläuferkomponenten vorzugsweise bei ≥ 10^–6, noch bevorzugter bei ≥ 10^–3, am bevorzugtesten bei ≥ 10^–1. Dieses Stoffmengenverhältnis ist vorzugsweise kleiner als 10⁶, bevorzugter < 10³ und noch bevorzugter < 150. Diese Angaben beziehen sich auf den Fall, dass die eingesetzten festen Bestandteile einen ähnlichen Teilchendurchmesser aufweisen. Inerte Materialien im Sinne des obigen Stoffmengenverhältnisses, die als Verdünner für die reaktiven Bestandteile wirken, sind unter anderem Kühlmittel, Isoliermittel und Lösungsmittel, wie Wasser, Ethylenglykol und Glycerin. Die reaktiven Materialien im Sinne des obigen Stoffmengenverhältnisses umfassen die nicht ausgehärteten Wassergläser und die Wasserglashärter. In den einzelnen Vorläuferkomponenten können die Stoffmengenverhältnisse unterschiedlich sein.
Gegebenenfalls ist auch der Einsatz von Reinstoffen ohne Verdünner möglich. Beispielsweise kann reiner Wasserglashärter in stark verdünntem Wasserglas als Vorläuferkomponente verwendet werden. So ist der Einsatz von unverdünntem, reinem, flüssigem Triacetin als Wasserglashärter in manchen Fällen möglich. Wegen ihrer hohen Reaktivität wird diese Flüssigkeit aber erst am Ende der Vermischung aller Vorläuferkomponenten in die Mischung eingebracht. Der Einsatz unverdünnter Reinstoffe ist nur möglich, wenn die Reinstoffe über eine hinreichend geringe Reaktivität verfügen. Tritt die Reaktion langsam bzw. etwas verzögert ein oder wird sie erst durch einen Trigger (Wärme, UV-Licht, etc.) aktiviert, können Reinstoffe verwendet werden. Im Fall einer hohen Reaktivität der eingesetzten Edukte ist die Verwendung von Reinstoffen ausgeschlossen.
Als Faustregel für alle Arten von mehr oder weniger reaktiven Wassergläsern und Wasserglashärtern kann angegeben werden, dass die Wassergläser bzw. Wasserglashärter und ihr Verdünnungsgrad so ausgewählt werden, dass die Reaktionszeit der Vorläuferkomponenten zum ausgehärteten Brandschutzmaterial groß gegenüber der zum Vermischen erforderlichen Zeit ist.
Die erfindungsgemäße Zubereitungsform des finalen Brandschutzmaterials als wenigstens zwei Vorläuferkomponenten ermöglicht einen problemlosen Transport zum Einsatzort ohne die Gefahr eines vorzeitigen Aushärtens der Bestandteile. Dort kann auf einfache Weise ein leistungsfähiges Brandschutzmaterial hergestellt werden, welches aufgrund der sich beim Aushärten bildenden Wasserglasmatrix eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit (Wasserstabilität) aufweist. Durch geeignete Wahl der Kühl- und/oder Isoliermittel können die gewünschten Kühl- oder Isoliereigenschaften des Brandschutzmaterials eingestellt werden.
Je nach Anwendungsbereich und Transportbedingungen kann es vorteilhaft sein, eine oder mehrere der Bestandteile der Vorläuferkomponenten als lösliches Granulat, als pastöse Masse oder als pumpbare Flüssigkeit, vorzugsweise als eine Lösung und/oder Suspension oder Emulsion, bereitzustellen. Als Lösungsmittel kommen insbesondere Wasser, Polyole wie Ethylenglykol, Glycerin oder dergleichen in Betracht. Die Lösungsmittel können dem Gemisch aus den wenigstens zwei Vorläuferkomponenten bei der Herstellung des Brandschutzmaterials als dritte Vorläuferkomponente beigemischt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine der wenigstens zwei Vorläuferkomponenten eine Knetmasse. Bevorzugt sind beide Vorläuferkomponenten Knetmassen mit einer ähnlichen Viskosität, die vor der Verwendung miteinander verknetet und so auch als Reparaturkitt verwendet werden können.
Beim Transport sind zur Vermeidung von Flüssigkeitsverlust die als Knetmasse vorliegenden Vorläuferkomponenten vorzugsweise luftdicht verpackt, beispielsweise in Folie, Tuben oder Eimern.
Einstellung der Basizität
Die Basizität der Vorläuferkomponenten kann durch Zugabe von weiteren anorganischen und/oder organischen Basen gezielt eingestellt werden. Beispielweise kann durch Zugabe von quartären Ammoniumsalzen wie TMAH die Basizität erhöht werden, ohne das Modul zu verändern. Das ist vorteilhaft, da durch die höhere Basizität die Löslichkeit von einzelnen Mischungskomponenten wie den Aluminiumphosphaten erhöht wird und so die Reaktion schneller einsetzt.
Die Zugabe von organischen Säuren und/oder deren Salzen kann hingegen die Basizität vermindern bzw. abpuffern. Das kann vorteilhaft sein, um das Aushärten zu verzögern.
Die erste, wasserglashaltige Vorläuferkomponente bzw. das nach Mischen der beiden Komponenten entstehende Gesamtgemisch hat vorzugsweise einen pH-Wert höher als 7, noch bevorzugter höher als 9.
Wird die Löslichkeit zu gering eingestellt, können die als Wasserglashärter verwendeten Phosphate und/oder Organoverbindungen schlechter mit dem Wasserglas reagieren; eine zu hohe Löslichkeit bedeutet wiederum, dass die Bestandteile augenblicklich reagieren können (und daher aushärten), was die Handhabung des Gemischs aus den Vorläuferkomponenten erschweren kann.
Isoliermittel
Das Isoliermittel steuert den Verbrauch des Kühlmittels während eines Feuers und hilft dabei zu gewährleisten, dass das Kühlmittel nach und nach und nicht schon zu Beginn eines Feuers vollständig verbraucht wird. Durch die Beigabe des Isoliermittels werden ferner die wärmeisolierenden Eigenschaften des Materials bzw. sein Wärmedurchgangskoeffizient verbessert.
Zur Auswahl und zu den Mengenverhältnissen des Isoliermittels wird auf die PCT/GB2014/053568 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. Weitere geeignete Füllmaterialien sind Schlacken, Smektit, Perlit, Glimmer und Vermiculit.
Kühlmittel
Das Kühlmittel wirkt, indem es die Wärmeenergie eines Feuers nutzt, um eine endergonische, vorzugsweise endotherme Reaktion durchzuführen. Dabei ist zu bemerken, dass verschiedene Kühlmittel unterschiedliche Aktivierungs-Temperaturschwellen haben und dem Brandschutzmaterial je nach gewünschtem Temperaturverhalten einzeln oder in Kombination beigegeben werden können.
Wichtig für die Wahl und das Mischungsverhältnis der Kühlmittel ist, dass der Wasserdampf möglichst lange im System bleibt – also eine hohe Verweilzeit besitzt.
Es kann daher vorteilhaft sein, mehrere Kühlmittel zu kombinieren, so dass bei z. B. bei ca. 100°C eine erste Kühlung einsetzt, dann bei ca. 200°C eine zweite Kühlung und bei ca. 400°C eine dritte Kühlung. Dabei sollten die Mengenverhältnisse so gewählt werden, dass in diesen einzelnen Schritten jeweils nur so viel Wasserdampf entsteht, dass der Dampfdruck des Wasserdampfs nicht übermäßig groß wird und der Wasserdampf allenfalls langsam und kontrolliert entweicht.
Zu der Auswahl, den Mengenverhältnissen und der Partikelgröße des Kühlmittels oder der mehreren Kühlmittel wird auf die PCT/GB2014/053568 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.
Als vorteilhafte Kühlmittel mit höheren Aktivierungstemperaturen, die insbesondere als zweites Kühlmittel zusätzlich zu einem Kühlmittel mit geringerer Aktivierungstemperatur vorgesehen sein können, haben sich insbesondere Zinkborate erwiesen, die Wasser bei ca. 290–415°C freisetzen. Besonders hervorzuheben sind das unter dem Markennamen Firebrake ZB vermarktete Zinkborat 2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O (CAS-Registrierungsnummer 138265-88-0), das unter dem Markennamen Firebrake 500 vermarktete Zinkborat 2ZnO·3B₂O₃ (CAS-Registrierungsnummer 138265-88-0), das unter dem Markennamen Firebrake 415 vermarktete Zinkborat 4ZnO·B₂O₃·H₂O (CAS-Registrierungsnummer 149749-62-2), das unter dem Markennamen ZB-467 vermarktete Zinkborat 4ZnO·6B₂O₃·7H₂O (CAS-Registrierungsnummer 1332-07-6) und das unter dem Markennamen ZB-223 vermarktete Zinkborat 2ZnO·2B₂O₃·3H₂O (CAS-Registrierungsnummer 1332-07-6).
Zinkborate können durch einen Synergieeffekt mit Zinkphosphat oder Bariumborat eine Korrosionsschutzwirkung haben oder als Farbpigmente dienen. Ferner kann auch die zusätzliche Wirkung von Zinkborat als Fungizid in Baumaterialien mit dem erfindungsgemäßen Brandschutzmaterial vorteilhaft sein.
Als ein weiteres Kühlmittel, das bei höheren Temperaturen ab 650°C wirksam wird, ist Vermiculit zu nennen. Dieses Kühlmittel ist vorteilhaft, da es sich nach Abgabe des Kristallwassers unter Volumenzuwachs zu einem Isoliermittel umwandelt.
Weitere vorteilhafte Beispiele für endotherm zersetzbare Füllmaterialien, die im Brandfall als Kühlmittel wirken, sind Magnesium- und/oder Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxidhydrate oder teilhydratisierte Magnesium- und/oder Aluminiumhydroxide.
Mittel zur Regulierung des Feuchtigkeitshaushalts
Die Verwendung von Materialien wie Tonmineralien, Silicagel oder Zeolithen, die reversibel Wasser speichern können, kann für die Regelung des Wasserhaushalts im Brandfall ebenfalls hilfreich sein.
Diese Materialien besitzen – je nach Struktur und den Umgebungsbedingungen – einen Wassergehalt von ca. 20% – also weniger als Al(OH)₃ mit 33%. Der Unterschied ist jedoch, dass die Reaktion der Hydroxide irreversibel ist.
Im Fall von Silicagel wird das Wasser physikalisch in Hohlräumen und/oder durch die starke Wechselwirkung mit der Oberfläche recht fest daran gebunden. Der Belegungsgrad richtet sich nach Umgebungstemperatur und Feuchte.
In einem Beispiel würde Silicagel sein Wasser bereits bei ca. 120°C abgeben und wäre zunächst verbraucht. Wird jedoch Wasserdampf von einem anderen Kühlmittel z. B. Al(OH)₃ freigesetzt, so tritt dieser in Wechselwirkung mit dem Silicagel und im günstigsten Fall kann das Silicagel teilweise wieder belegt werden. Unabhängig davon wird die Freisetzung eines Teils des Wasserdampfs verzögert werden, so dass die Kühlwirkung länger anhält.
Je nach Dichtigkeit des Systems kann also eine Substitution der klassischen Kühlmittel durch Silicagel insgesamt vorteilhaft sein, auch wenn der Gesamt-Wassergehalt bei diesem System niedriger ist als bei einem vergleichbaren System nur mit Kühlmittel.
Andere Mittel, die die Freisetzung von Wasser beeinflussen, sind hygroskopische Verbindungen, wie Triacetin, Sorbit und/oder Magnesiumsilikate wie beispielsweise Talk, Sepiolith und/oder Bentonit.
Triacetin ist neben seiner Funktion als Wasserglashärter auch ein Beispiel für eine solche hygroskopische Verbindung.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird geblähter Vermiculit verwendet, der mit den erfindungsgemäßen Bestandteilen in Wechselwirkung tritt.
Organische Bestandteile
Durch die Zugabe von organischen Bestandteilen kann die Formstabilität des Brandschutzmaterials verbessert werden. Zu der Auswahl und der Mikrostruktur der organischen Bestandteile wird auf die Offenbarung der PCT/GB2014/053568 verwiesen, die diesbezüglich in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung aufgenommen wird.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung wird das Kühlmittel in einer organischen Matrix verpresst.
Flüssigkeiten
Die wenigstens zwei Vorläuferkomponenten umfassen insgesamt vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%, aber höchstens 75 Gew.-% an Flüssigkeiten. Diese bevorzugten Bereiche gewährleisten eine ausreichende Kühlwirkung ohne einen inakzeptablen Verlust an mechanischer Stabilität des Endprodukts und gewährleisten eine ausreichende Reaktion zwischen Wasserglas und Wasserglashärter beim Aushärten.
Wenn der Flüssigkeitsgehalt zu niedrig ist, behindert dies die Reaktion von Wasserglas und Wasserglashärter, weil die Aluminiumphosphate und/oder Organoaluminiumverbindungen nicht genügend gelöst werden. Wenn der Flüssigkeitsgehalt zu hoch ist, entstehen bei der Umsetzung nur kurzkettige Aluminiumsilicate anstelle des angestrebten dreidimensionalen Netzwerkes, so dass die Härte der Matrix aus ausgehärtetem Wasserglas im fertigen Brandschutzmaterial unzureichend sein kann.
Typischerweise handelt es sich bei der Flüssigkeit auch um wenigstens ein Lösungsmittel für mindestens einen Bestandteil des Brandschutzmaterials und/oder des Gemischs aus den Vorläuferkomponenten. Die eine oder die mehreren Flüssigkeit(en) umfasst/umfassen vorzugsweise Wasser.
Die Aufteilung des oben beschriebenen Gesamt-Flüssigkeitsgehalts auf die Vorläuferkomponenten kann mit Rücksicht auf die Transporteigenschaften gewählt werden. Alternativ kann die Flüssigkeit oder Teile davon als eine dritte Vorläuferkomponente beim Mischen der mindestens zwei Vorläuferkomponenten unmittelbar vor dem Herstellen des Brandschutzmaterials oder zum Lösen einer oder beider der mindestens zwei Vorläuferkomponenten hinzugegeben werden.
Beinflussung des Härtungsprozesses
Die Vorläuferkomponenten können zudem einen oder mehrere Verzögerer, wie D(–)-Weinsäure, L(+)-Weinsäure, Borate, wie Borax, umfassen. Polyole, wie Glycerin, und Salze, wie ZnO, CaO, MgO und/oder (NH₄)₃PO₄, sind ebenfalls verwendbar, um die Härtungszeit beim Aushärten zu beeinflussen.
Einstellung der Viskosität
Die Viskosität bzw. Knetbarkeit kann durch Zugabe eines geeigneten Thixotropiermittels wie gewünscht eingestellt werden. Alternativ oder ergänzend dazu können die Viskosität bzw. Knetbarkeit oder Plastizität der Knetmasse durch Einstellung des Füllgrads, also der Menge von Feststoffen bezogen auf die Flüssigkeiten, gezielt eingestellt werden, beispielsweise durch Zugabe eines Füllmaterials. Das gewählte Füllmaterial hat vorzugsweise neben seiner letztgenannten Funktion bei der Verarbeitung des Brandschutzmaterials auch im Brandfall eine kühlende, isolierende oder feuchtigkeitsregulierende Funktion.
Alumosilicate und/oder Erdalkalimetallsilicate können als thixotrope Mittel wirken, um zu gewährleisten, dass die Bestandteile des Gemischs aus den Vorläuferkomponenten und des Materials gleichmäßig verteilt bleiben und sich nicht voneinander trennen.
Beispiele für Thixotropiermittel sind das unter dem Handelsnamen Wollatrop SE vertriebene Thixotropiermittel, Bentonit, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid oder Siliciumdioxid. Ferner kommen Aluminiumoxid Al₂O₃, AlO(OH) oder Silica in Betracht, die im Brandfall als Kühlmittel wirken.
Die gezielte Einstellung der Viskosität ist vorteilhaft, da es dem Anwender dadurch gestattet wird, die Mischung an seine Bedürfnisse anzupassen. So muss die angerührte Mischung beispielsweise beim Ausfüllen von tiefen und filigranen Aussparungen eine geringere Viskosität besitzen, um eine nahezu vollständige Befüllung zu erreichen, als wenn nur oberflächliche Risse behandelt werden müssen.
Zusätzlich können insbesondere im Fall der Bereitstellung als Knetmasse Polymere beigefügt werden, die bei hohem pH-Wert oder an der Luft härten oder durch Temperatur polymerisieren.
Ferner können für die Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften Tenside und/oder Emulgatoren zugegeben werden.
Erfindungsgemäß kann die Wasserstabilität auch durch zugesetzte Polymere verbessert werden. Durch Verdunstung des Wassers oder durch chemische Vernetzung entsteht dabei ein fester Polymerverbund. Typische Polymere sind beispielsweise die unter den Handelsnamen DA194, Ecrylic RA 646 H, LV 305 oder Ecrothan 4075 der Ecronova Polymer GmbH vertriebenen Polymere.
Polymere können dabei helfen, die Struktur des fertigen Brandschutzmaterials zu stabilisieren, wodurch desen Formstabilität und mechanische Stabilität erhöht werden; sie können die Rheologie des Brandschutzmaterials verändern (z. B. können Polycarboxylatether als Verflüssiger wirken) und dessen Oberflächenstruktur verbessern.
In einigen Ausführungsformen können organische Verbindungen, z. B. Polymere, einen stabilen Schaum bilden, der durch die Einkapselung von Gas eine innere Porosität erzeugt, wodurch die Wärmeisoliereigenschaften verbessert werden können. Diese organischen Verbindungen sind vorzugsweise grenzflächenaktive Stoffe. Während des Mischens der beiden Vorläuferkomponenten können grenzflächenaktive Stoffe einen stabilen Schaum bilden, der mit der Zeit härtet, wodurch für eine erhöhte Wärmeisolierung gesorgt wird. Blasen- oder Schaumbildung kann bei Ausführungsformen mit pumpbaren Vorläuferkomponenten gezielt gefördert werden oder durch Entschäumungsmittel reduziert werden. Siloxane und Silicone können mit einem Alkalimetallsilicat reagieren, um ein stabiles Netzwerk zu bilden.
Zu vorteilhaften Mengenanteilen der Polymere und weiterer Zusatzstoffe wird auf die PCT/GB2014/053568 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird.
Farbstoffe
Die visuelle Überprüfung des Durchmischungsgrads beim Mischen von zwei Knetmassen kann deutlich erleichtert werden, indem zumindest einer der beiden Knetmassen zumindest eine farbige Substanz, insbesondere ein Farbpigment, beigemischt wird. In Betracht kommen mineralische, organische oder anorganische Farbpigmente. Als weiße farbige Substanz könnte beispielsweise TiO₂, SiO₂, Al(OH)₃, Al₂O₃ oder ZnO verwendet werden. Diese Substanzen haben neben der Farbgebung auch eine Zusatzwirkung als Kühlmittel. Geeignete organische Farbpigmente sind dem Fachmann bekannt.
Befüllen von Hohlräumen
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest mit einem Brandschutzmaterial der oben beschriebenen Art gefüllten Bauteils oder Halbzeugs. Es wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Vorläuferkomponenten getrennt in zumindest einem transportfähigen Behälter, vorzugsweise in zwei transportfähigen Behältern, bereitgestellt werden und unmittelbar vor dem Einfüllen der Mischung in einen Hohlraum des Bauteils gemischt werden.
Durch die Zugabe von Tensiden oder andere oberflächenaktive Substanzen kann die Grenzflächenspannung gezielt beeinflusst werden. Die Herabsetzung der Grenzflächenspannung und die Erhöhung der Benetzbarkeit sind insbesondere beim Befüllen von filigranen Hohlräumen vorteilhaft.
In diesem Zusammenhang ist es bei einem Anwendungsbeispiel vorgesehen, dass die Oberfläche des zu befüllenden Elements vor dem eigentlichen Befüllschritt mit einer flüssigen Substanz behandelt wird, vorzugsweise mit einem Primer, der die Haftung zwischen der erfindungsgemäßen Masse und dem zu befüllenden Element verbessert.
Nach einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Formbaustein aus einem ersten Brandschutzmaterial in den Hohlraum eingesetzt, und verbleibende Teile bzw. Luftspalte des Hohlraums werden anschließend mit einer Mischung von Vorläuferkomponenten gemäß der Erfindung verfüllt und härten in situ zu einem zweiten Brandschutzmaterial aus, wobei sich die beiden Brandschutzmaterialien in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden können oder weitgehend übereinstimmen. Bei der Verwendung der Vorläuferkomponenten als Ausgangsmaterialien für einen Reparaturkitt aus Brandschutzmaterial sollte dessen Zusammensetzung vorzugsweise derjenigen der zu reparierenden Struktur angepasst sein.
Ein weiterer Aspekt betrifft Bauelemente mit wenigstens einem Hohlraum, vorzugsweise Fenster- oder Türenprofile, die zumindest teilweise gemäß dem vorgenannten Verfahren mit einem Brandschutzmaterial gefüllt sind.
Schichtstruktur
Das erfindungsgemäße Brandschutzmaterial kann durch Beigabe unterschiedlicher Mengen von Kühlmitteln und/oder Isoliermitteln in Varianten mit betonter Kühlwirkung und Varianten mit betonter Isolationswirkung bereitgestellt werden.
Dabei können die mindestens zwei Vorläuferkomponenten den Kern eines modularen Baukastensystems in der Art bilden, dass wenigstens zwei gleichbleibende Basis-Vorläuferkomponenten mit einer Auswahl von verschiedenen weiteren Vorläuferkomponenten kombinierbar sind, um Brandschutzmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten. Die Auswahl einer weiteren Vorläuferkomponente mit hohem Gehalt an Kühlmitteln führt so zu einem Brandschutzmaterial mit stark kühlenden Eigenschaften, und die Auswahl einer weiteren Vorläuferkomponente mit hohem Gehalt an Isoliermitteln führt zu einem Brandschutzmaterial mit stark isolierenden Eigenschaften.
Diese unterschiedlichen Varianten können in der Anwendung zu einem Verbundmaterial mit einem alternierenden Aufbau zusammengestellt weden, in welchem eine Schicht mit isolierenden Eigenschaften sich mit einer Schicht mit kühlenden Eigenschaften abwechselt. In der Gesamtwirkung kann dieser Aufbau Vorteile gegenüber einem homogenen Gemisch mit der gleichen Gesamtzusammensetzung haben.
In komplexen Systemen, wie Rahmen, Fassaden, Fenstern, Wänden und/oder Türen, kann es vorteilhaft sein, gleichzeitig verschiedene Typen von Brandschutzmaterialien zu verwenden. Komplexe Systeme stellen häufig mehr als einen Raum für Einsatz-Formbausteine oder Füllungen zur Verfügung. Die Menge an Kühlmittel und Isoliermittel kann ortsabhängig optimiert werden.
Brandschutzmaterialien mit betonter Kühlwirkung – also einem vergleichsweise hohen Gehalt von Kühlmittel und geringerem Gehalt von Isoliermittel – werden vorzugsweise an einer dem Feuer abgewandten Seite eines komplexen Systems verbaut. Brandschutzmaterialien mit betonter Isolationswirkung – also einem vergleichsweise hohen Gehalt von Isolationsmittel und geringerem Gehalt von Kühlmittel, werden vorzugsweise an einer dem Feuer zugewandten Seite eines komplexen Systems verbaut. Sei symmetrischen Aufbauten ist es vorteilhaft, Materialien mit betonter Isolierwirkung zentral einzusetzen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung und die beigefügten Patentansprüche sowie die Figuren zeigen zahlreiche Merkmale in speziellen Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale und ihre Vorteile auch einzeln betrachten und abhängig von dem gewünschten Anwendungsgebiet zu weiteren Kombinationen und Unterkombinationen zusammenfassen, um die in den Ansprüchen definierte Erfindung an seine oder ihre Bedürfnisse anzupassen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Brandschutzmaterials mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei knetbaren Vorläuferkomponenten;
2 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Brandschutzmaterials mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer flüssigen Vorläuferkomponente und einer als Feststoff ausgebildeten Vorläuferkomponente;
3 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Brandschutzmaterials mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei als Feststoff ausgebildeten Vorläuferkomponenten;
4 zeigt ein erfindungsgemäßes, mit einem Brandschutzmaterial gefülltes Fensterprofil nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
5 zeigt ein erfindungsgemäßes, mit einem eingeschobenen Form-Baustein und einem flüssig eingefüllten und ausgehärteten Brandschutzmaterial gefülltes Fensterprofil nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung;
6 zeigt eine weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fensterprofils; und
7 zeigt eine mit einem erfindungsgemäßen Brandschutzmaterial abgedichtete Kabeldurchführung; und
8 zeigt die in den 6 erwähnten Stifte im Detail.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Brandschutzmaterials mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei knetbaren Vorläuferkomponenten.
Beide Vorläuferkomponenten werden zu jeweils einer Knetmasse verarbeitet, getrennt an den Einsatzort transportiert und dort unmittelbar vor der Verwendung verknetet, so dass der Wasserglashärter in der einen Vorläuferkomponente mit dem Wasserglas in der anderen Vorläuferkomponente reagieren kann.
Das entstehende Brandschutzmaterial kann dann in einem weiteren Verarbeitungsschritt in eine gewünschte Form gebracht werden oder als Reparaturkitt an eine abzusichernde Stelle an einem Bauelement angebracht werden und dort aushärten.
Erstes Ausführungsbeispiel

Die Erfinder haben zu Versuchszwecken verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts mit knetbaren Vorläuferkomponenten vorbereitet, die im Folgenden erläutert werden:

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Kaliwasserglas	190 g	Aluminiumphosphate	45 g
Glycerin	39 g	Glycerin	50 g
Thixotropiermittel	15 g	Wasser	36 g
Al(OH)₃ – grob	235 g	Thixotropiermittel	9 g
Al(OH)₃ – fein	170 g	Al(OH)₃ – fein	110 g

Hier wird Kaliwasserglas als Wasserglas und Aluminumphosphate als Wasserglashärter verwendet. Glycerin, Wasser und Al(OH)₃ wirken als Kühlmittel.
Unter grobem Aluminiumhydroxid ist ein Aluminiumhydroxid mit einer Partikelgröße ≥ 150 μm zu verstehen. Unter feinem Aluminiumhydroxid ist ein Aluminiumhydroxid mit einer Partikelgröße < 150 μm zu verstehen.
Zweites Ausführungsbeispiel

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden Vorläuferkomponenten mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt, wobei Ca(OH)₂ anstelle von Aluminiumphosphaten als Wasserglashärter verwendet wurde und der Vorläuferkomponente 2 ein Farbstoff beigemischt wurde:

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Kaliwasserglas	190 g	Glycerin	77 g
Glycerin	39 g	Wasser	36 g
Thixotropiermittel	15 g	Thixotropiermittel	10 g
Al(OH)₃ – grob	235 g	Al(OH)₃ – fein	110 g
Al(OH)₃ – fein	185 g	Farbstoff	9 g
		Ca(OH)₂	24 g

Durch den Farbstoff kann beim Verkneten der Vorläuferkomponenten am Einsatzort der Durchmischungsgrad visuell geprüft werden. Das Ca(OH)₂ dient nicht nur als Härter, sondern kühlt durch Wasserabspaltung bei ca. 580°C das Material zusätzlich. Anstelle von Ce(OH)₂ kann auch Calciumoxid verwendet werden. Dieses reagiert mit Wasser intermediär zu Calciumhydroxid.
Das verwendete Aluminiumhydroxid ist ein gemahlenes Aluminiumhydroxid mit kugelförmiger Partikelstruktur und kann hydratisiert sein, so dass es im Brandfall durch Wasserabgabe als Kühlmittel wirkt.
Drittes Ausführungsbeispiel

In einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden Vorläuferkomponenten mit zusätzlichem Magnesiumhydroxid in der Vorläuferkomponente 1 und mit Farbstoff in der Vorläuferkomponente 2 hergestellt.

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Kaliwasserglas	190 g	Aluminiumphosphate	50 g
Glycerin	39 g	Glycerin	50 g
Thixotropiermittel	15 g	Wasser	36 g
Al(OH)₃ – grob	150 g	Thixotropiermittel	9 g
Mg(OH)₂	185 g	Al(OH)₃ – fein	110 g
		Farbstoff	9 g

Magnesiumhydroxid ist ein weiteres Kühlmittel, das aber sein Wasser später als das Aluminiumhydroxid abgibt. Je nach Positionierung des Halbzeugs innerhalb eines komplexen Brandschutzsystems kann eine Abgabe bei höheren Temperaturen (späteres Einsetzen der Kühlwirkung während eines Brandes) vorteilhaft sein. Des ist insbesondere dann der Fall, wenn weitere Materialien die Verweilzeit des Wassers im System durch gegenseitige Wechselwirkung erhöhen.
Viertes Ausführungsbeispiel

In einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden Vorläuferkomponenten mit zusätzlichem ZnO in der Vorläuferkomponente 2 und Magnesiumhydroxid in der Vorläuferkomponente 1 bereitgestellt.

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Kaliwasserglas	190 g	Aluminiumphosphate	50 g
Glycerin 86%	39 g	Glycerin	50 g
Thixotropiermittel	15 g	Wasser	36 g
Al(OH)₃	150 g	Thixotropiermittel	9 g
Al(OH)₃	170 g	Al(OH)₃	60 g
Mg(OH)₂	85 g	Farbstoff	9 g
		ZnO	60 g

ZnO sorgt für eine hohe Formstabilität und hat antibakterielle Eigenschaften.
Fünftes Ausführungsbeispiel

In einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden Vorläuferkomponenten mit zusätzlichem Siliziumdioxid (z. B. Silicagel und/oder Kieselgel) in der Vorläuferkomponente 1 und Calciumhydroxid in der Vorläuferkomponente 2.

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Natriumwasserglas	190 g	Aluminiumphosphate	50 g
Glycerin 86%	39 g	Glycerin 86%	50 g
Thixotropiermittel	15 g	Wasser	36 g
Al(OH)₃ – grob	150 g	Thixotropiermittel	9 g
Al(OH)₃ – fein	170 g	Al(OH)₃ – fein	60 g
Mg(OH)₂	35 g	Farbstoff	9 g
SiO₂	55 g	ZnO	50 g
		Ca(OH)₂	7 g

Kieselgel ist als Kühlmittel in der Lage, Wasser zu speichern und – je nach Struktur – im Bereich zwischen 100 und 350°C wieder abzugeben. Durch den Zusatz von Kieselgel kann die Kühlwirkung bereits bei im Vergleich zu Aluminiumhydroxid niedrigeren Temperaturen einsetzen. Kieselgel tritt in starke Wechselwirkung mit Wasserdampf. Wasserarmes Kieselgel verzögert daher einen Wasserverlust im Brandfall.
Besonders in den äußeren Hohlräumen ist die Verwendung eines solchen Kühlmittels vorteilhaft, um einen Brandversuch zu bestehen.
Sechstes Ausführungsbeispiel

In einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden Vorläuferkomponenten mit zusätzlichem Silicagel/Kieselgel in der Vorläuferkomponente 1 und einem organischen Polyrmer in der Vorläuferkomponente 2 versetzt.

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Kaliwasserglas	100 g	Aluminiumphosphate	45 g
Glycerin	10 g	Glycerin	50 g
Thixotropiermittel	10 g	Wasser	36 g
Al(OH)₃ – grob	20 g	Thixotropiermittel	9 g
Al(OH)₃ fein	160 g	Al(OH)₃ fein	110 g
Disilikat	20 g	Farbstoff	9 g
SiO₂	55 g	Polymer	5 g

Das Polymer beeinflusst die Eigenschaften des Endprodukts, wie z. B. dessen Elastizität. So ist der Zusatz von Polymeren bei stärkerer mechanischer Beanspruchung des Bauteils vorteilhaft.
Als Disilikat wird in diesem Zusammenhang ein granuliertes Wasserglas mit ca. 20% Restfeuchte bezeichnet. Dieses kann in Mischungen dieser Art sowohl als Kühl- und Aufschäummittel wirken, als auch – wenn genügend Wasser hinzugegeben wird – mit dem Wasserglashärter reagieren.
Siebtes Ausführungsbeispiel

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Natriumwasserglas	190 g	Aluminiumphosphate	45 g
Glycerin	39 g	Glycerin	50 g
Thixotropiermittel	15 g	Wasser	36 g
Al(OH)₃ – grob	235 g	Thixotropiermittel	9 g
Al(OH)₃ – fein	170 g	Al(OH)₃ – fein	110 g
		NaF	< 0,05 g

Fluorid hat fungizide Eigenschaften und verhindert dadurch einen Pilzbefall.
Achtes Ausführungsbeispiel

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Natriumwasserglas (fest)	250 g	Casein	60 g
Thixotropiermittel	15 g	Al(OH)₃ – grob	100 g
Al(OH)₃ – fein	200 g	Ca(OH)₂	60 g
		Al(OH)₃ – fein	110 g
		Vermiculit (roh)	10 g

Vorläuferkomponente 3
Natriumwasserglas	200 g
Glycerin	86 g
Wasser	14 g

Das achte Ausführungsbeispiel demonstriert eine vorteilhafte Ausgestaltung mit Hilfe von drei Vorläuferkomponenten. Festes Wasserglas enthält eine bestimmte Menge Restwasser, die unter ungünstigen Bedingungen bereits mit den Wasserglashärtern reagieren kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn diese voneinander separiert werden. Die Kühlmittel Aluminiumhydroxid und Rohvermiculit dienen gleichzeitig als Trennmittel. Das ist vorteilhaft, da so eine mögliche Verklumpung beim Mischen der Vorläuferkomponenten weitestgehend verhindert werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Zusammensetzung ist, dass sie während des Brandfalls intumesziert und so in der Lage ist, kühlend und isolierend zu wirken.
Neuntes Ausführungsbeispiel

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Casein	100 g	Ca(OH)₂	9 g
Al(OH)₃ – fein	50 g	Al(OH)₃ – fein	50 g

Vorläuferkomponente 3
Wasserglas	20–50 g
Wasser

Das neunte Ausführungsbeispiel zeigt die Zusammensetzung für einen wasserbeständigen Brandschutzkleber. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass auch nach dem Trocknen von dünnen Schichten noch eine Verklebung von mehreren mit dieser Mischung bestrichenen Bauteilen unter Druck und Temperaturen von ca. 100°C möglich sind. Zwar ist auch eine Lagerung einer Mischung von Vorläuferkomponente 1 und 2 grundsätzlich möglich, jedoch hat sich herausgestellt, dass die Haltbarkeit geringer ist als bei der getrennten Lagerung der Vorläuferkomponenten 1 und 2.
Zehntes Ausführungsbeispiel

Vorläuferkomponente 1		Vorläuferkomponente 2
Natriumwasserglas	190 g	Aluminiumphosphate	45 g
Glycerin	39 g	Glycerin	50 g
Thixotropiermittel	15 g	Wasser	36 g
Glashohlkugeln	75 g	Thixotropiermittel	9 g
Al(OH)₃ – fein	170 g	Al(OH)₃ – fein	80 g
		Holzspäne	10 g

Zur Verbesserung der Isolationseigenschaften sind den Vorläuferkomponenten im zehnten Ausführungsbeispiel Glashohlkugeln und Holzspäne beigegeben worden.
Allgemein können allen Vorläuferkomponenten der oben genannten Ausführungsbeispiele Isoliermittel wie Blähton oder organische Füllmaterialien beigegeben werden. Zudem können allen Vorläuferkomponenten Treibmittel hinzugegeben werden, die im Brandfall aufschäumen oder sich aufblähen und so zusätzlich isolierend wirken. Am geeignetsten sind Treibmittel, wie Vermiculit oder testes Wasserglas, deren Treibmittel gleichzeitig ein Kühlmittel ist. Vorteilhafterweise ist das Treibmittel Wasserdampf.
Weitere kommerziell verwendete Treibmittel sind dem Fachmann bekannt.
Ferner können allen Vorläuferkomponenten festigkeitssteigernde Zusätze wie Fasern oder Gewebestreifen beigegeben werden.
Generell kann das Aushärten der fertigen Brandschutzmasse durch zeitweise Temperatur- und/oder Druckerhöhung beschleunigt werden.
2 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Brandschutzmaterials mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer flüssigen Vorläuferkomponente B und einer als Feststoff ausgebildeten Vorläuferkomponente A.
Beide Vorläuferkomponenten werden in getrennten Behältern an den Einsatzort transportiert und dort unmittelbar vor dem Einsatz zu einer Knet-, Eingieß- oder Pressmasse vermischt, wobei gegebenenfalls Wasser, Ethylenglykol und/oder Glycerin als weitere Vorläuferkomponente zugegeben werden kann, so dass der Wasserglashärter besser mit dem Wasserglas reagieren kann.
Das entstehende Brandschutzmaterial kann dann in einem weiteren Verarbeitungsschritt in eine gewünschte Form gebracht werden oder als Reparaturkitt an eine abzusichernde Stelle an einem Bauelement angebracht werden und dort aushärten.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung wird beim Mischen der Vorläuferkomponenten – ggf. unter Zugabe von Lösungsmittel – eine pumpbare Flüssigkeit hergestellt, die in eine Gussform oder einen Hohlraum eingefüllt werden kann, um dort auszuhärten.
3 zeigt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Brandschutzmaterials mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei als Feststoff ausgebildeten Vorläuferkomponenten.
Beide Vorläuferkomponenten werden in getrennten Behältern vor Feuchtigkeit geschützt an den Einsatzort transportiert und dort unmittelbar vor dem Einsatz vermischt und zu einer Knetmasse verarbeitet, wobei Wasser und/oder Polyole zugegeben werden, so dass der Wasserglashärter mit dem Wasserglas reagieren kann.
Ferner ist es auch möglich, die beiden Vorläuferkomponenten in trockener Form vor Feuchtigkeit geschützt vorgemischt an einen Einsatzort zu transportieren und dort durch Zugabe von Wasser und/oder Polyolen zu aktivieren.
Das entstehende Brandschutzmaterial kann dann in einem weiteren Verarbeitungsschritt in eine gewünschte Form gebracht werden oder als Reparaturkitt an eine abzusichernde Stelle an einem Bauelement angebracht werden und dort aushärten.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung wird beim Mischen der beiden Vorläuferkomponenten – ggf. unter Zugabe von Lösungsmittel – eine pumpbare Flüssigkeit hergestellt, die in eine Gussform oder einen Hohlraum eingefüllt werden kann, um dort auszuhärten.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes, mit einem Brandschutzmaterial 10 gefülltes Fensterprofil nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Fensterprofil umfasst zwei Hohlräume in Metallprofilen 12a, 12b, die jeweils mit einer der oben beschriebenen flüssigen Mischungen der Vorläuferkomponenten A, B ausgegossen sind, so dass das Brandschutzmaterial 10 innerhalb der Hohlräume aushärten kann. Die Metallprofile 12a, 12b sind durch Stifte 14 verbunden. Zwischen den Metallprofilen 12a, 12b ist ein mit einem anderen Brandschutzmaterial 10' gefüllter Profilstab 16 mit Bohrungen für die Stifte 14 eingesetzt.
5 zeigt ein erfindungsgemäßes, mit drei verschiedenen Brandschutzmaterialien 10, 10', 10'' gefülltes Fensterprofil nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Das Fensterprofil umfasst zwei Hohlräume in Metallprofilen 12a, 12b, in welche jeweils zunächst jeweils ein Form-Baustein 18 aus einem ersten Brandschutzmaterial 10'' eingesetzt wurde. Anschließend wurde aus Vorläuferkomponenten eines erfindungsgemäßen Vorläuferprodukts eine flüssige Mischung hergestellt, und die verbleibenden Luftspalte zwischen dem eingeschobenen Form-Baustein und den Innenflächen der Hohlräume wurden mit der flüssigen Mischung aus den Vorläuferkomponenten verfüllt, die dann zu einem zweiten Brandschutzmaterial 10 aushärtet. Das erste Brandschutzmaterial 10'' kann sich in Art und Zusammensetzung von dem zweiten Brandschutzmaterial 10 unterscheiden, es kann aber auch weitgehend damit übereinstimmen. Wie auch in dem Ausführungsbeispiel aus 4 ist zwischen den Metallprofilen 12a, 12b ein mit einem weiteren Brandschutzmaterial 10' gefüllter Profilstab 16 angeordnet.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Profils.
Das Ausführungsbeispiel in 6 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in 4 dadurch, dass die Metallprofile 12a, 12b durch Stifte 14a, 14b in unterschiedlicher Entfernung zum Rand des Fensterglases verbunden sind und dass anstelle eines einzigen mit Brandschutzmaterial 10' gefüllten Profilstabs 16 zwei mit Brandschutzmaterial 10' gefüllte Profilstäbe 16a, 16b in unterschiedlicher Entfernung zum Fensterglas angeordnet sind, die jeweils Bohrungen für die Stifte 14a, 14b ausweisen.
7 zeigt schematisch eine mit einem erfindungsgemäß hergestellten Brandschutzmaterial 10 abgedichtete Kabeldurchführung.
8a und 8b zeigen die in den 4–6 gezeigten Stifte 14a, 14b im Detail. Diese können aus einem Vollmetall bestehen oder aus Rohren bestehen, die dann vorzugsweise mit einem Brandschutzmaterial gefüllt sind. Mit Brandschutzmaterial gefüllte Rohre sind vorteilhaft, da die Wärmeleitung zwischen den Metallprofilen drastisch reduziert wird. Der Querschnitt der Stifte kann rund oder polygonal sein. So kann ein hexagonaler oder octagonaler Querschnitt den zur Verfügung stehenden Raum optimal ausnutzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220176 A1 [0004]
US 2014/0145104 A1 [0005]
PL 402681 A1 [0006]
EP 276726 [0009]
GB 2014/053568 [0020, 0024, 0028, 0028, 0044, 0048, 0061, 0077]

Claims

Vorläuferprodukt mit zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) zur Herstellung eines Brandschutzmaterials (10, 10'), wobei das Brandschutzmaterial (10, 10') durch Mischen wenigstens der zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) und anschließendes Aushärten herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass i. wenigstens eine der Vorläuferkomponenten (A, B) ein Kühlmittel und/oder ein Isoliermittel enthält; ii. eine erste der zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) wenigstens ein Wasserglas enthält; und iii. eine zweite der zumindest zwei Vorläuferkomponenten (A, B) wenigstens einen Wasserglashärter enthält.
Vorläuferprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Vorläuferkomponenten (A, B) mindestens ein Füllmaterial enthält.
Vorläuferprodukt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Füllmaterial im Brandfall als Kühlmittel und/oder Isoliermittel wirkt.
Vorläuferprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Vorläuferkomponenten (A, B) zumindest ein Kühlmittel und/oder Isoliermittel enthält.
Vorläuferprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wenigstes zwei Vorläuferkomponenten (A, B) eine Flüssigkeit, vorzugsweise eine flüssige Lösung, eine Dispersion, vorzugsweise eine Emulsion oder Suspension ist.
Vorläuferprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wenigstes zwei Vorläuferkomponenten (A, B) eine Knetmasse ist.
Vorläuferprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wenigstes zwei Vorläuferkomponenten (A, B) Mittel zur Regulierung des Feuchtigkeitshaushalts enthält.
Vorläuferprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der wenigstes zwei Vorläuferkomponenten (A, B) organische Bestandteile enthält.
Vorläuferprodukt nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der wenigstens zwei Vorläuferkomponenten (A, B) zumindest eine farbgebende Substanz, vorzugsweise wenigstens ein Farbpigment beigemischt ist.
Vorläuferprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbpigment zusätzlich als Kühlmittel wirkt.
Bauelement oder Halbzeug, vorzugsweise Fenster- oder Türenprofil, mit wenigstens einem Hohlraum, der zumindest teilweise mit zumindest einem unter Verwendung eines Vorläuferprodukts nach einem der Ansprüche 1–10 hergestellten Brandschutzmaterial (10, 10') gefüllt ist.