DE3024738C2 - - Google Patents
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Description
Hitze- und Feuerschutzmaterialien dienen dazu, brennbare
und explosive Materialien sowie auch Gebäude und
andere Einheiten vor der Einwirkung hoher Temperaturen
und offener Flamme (z. B. im Falle eines Brandes) zu
schützen. Die grundsätzliche Aufgabe derartiger
Materialien liegt darin, das Eindringen intensiver
Hitze während einer maximalen Zeitdauer zu verhindern
bzw. zu blockieren.
Brennbare, explosive und andere Materialien, Gebäude
und Konstruktionen, die Schutz vor der Einwirkung
hoher Temperaturen und offener Flammen erfordern,
können entweder mit einer Schicht aus einem Hitze-
und Feuerschutzmaterial überzogen sein, oder es können
die brennbaren, explosiven und anderen Materialien
in Räumen, Behältern, Kisten und Verpackungen, die aus
dem Schutzmaterial bestehen oder mit ihm beschichtet
sind, gelagert werden. Dieses schützt die in Rede
stehenden Materialien davor, Feuer zu fangen oder im
Falle eines Feuerausbruchs zu explodieren.
Das obengenannte Hitze- und Feuerschutzmaterial kann
benutzt werden, um stationäre Behälter, die Brennstoffe
und verbrennbare Substanzen (z. B. Rohöl, Benzin,
Paraffin, Gasöl usw.) enthalten, zu überziehen.
Gleichermaßen läßt es sich jedoch auch zum Beschichten
von Brennstoffbehältern von Transportmitteln verwenden,
wie von Flugzeugen, Hubschraubern, Automobilen, Panzern,
Barkassen und Schiffen und dgl. Auch kann es zum
Schutz stationärer Speicher von Explosivstoffen und
Munition wie auch zum Schutz von Munition herangezogen
werden, die von Flugzeugen, Hubschraubern, Schiffen,
Barkassen, Panzern usw. transportiert wird. Daneben
dient es auch zur Herstellung von Safes, Schließfächern,
Lagerhäusern, Magazinen, für Museumsausstellungen,
Sammlungen usw.
Es kann auch bei feuerbeständigen Trennwänden,
Abtrennungen, Wänden, Türen usw. verschiedener Gebäude
wie auch von Schiffen und Flugzeugen verwendet werden.
Daneben kann das Hitze- und Feuerschutzmaterial auch
zum Schutz lasttragender Bauteile von verschiedenen
Gebäuden herangezogen werden, bei denen es wahrscheinlich
ist, daß sie im Falle von Feuer aufgrund des
Verlustes an Festigkeit zerstört werden, was z. B.
für Stahlbauteile von hochaufsteigenden Gebäuden,
Aluminiumbauteilen usw. gilt.
Die oben aufgezeigten Beispiele erschöpfen selbstverständlich
keineswegs die denkbaren Anwendungsbereiche
eines Hitze- und Feuerschutzmaterials.
Die grundsätzlichen Mängel bekannter Hitzeschutzmaterialien
werden nachfolgend angegeben:
- a) Die Schutzzeit ist kurz. Dabei wird die Hitzeschutzzeit wie folgt gemessen: eine Seite einer Probe wird auf 700°C bis 800°C erhitzt. Die Zeit, die erforderlich ist, um die andere Seite auf 150°C bis 200°C zu erhitzen, wird gemessen. Hieraus ergibt sich die Hitzeisolation auf dieser Seite. Die derzeit bekannten besten Materialen haben eine Schutzeit von nicht mehr als 30 bis 45 Minuten bei einer Schicht einer Stärke von 10 mm. Die Schutzzeit ist eine grundsätzliche Eigenschaft eines derartigen Materials.
- b) Jedes Material hat eine begrenzte Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Es kann entweder als Bedeckung oder lediglich als eine Anstrichbeschichtung oder lediglich als Dichtungsmasse verwendet werden. Eine sehr begrenzte Anzahl von Materialien ist lediglich für mehrere der oben angegebenen Zwecke geeignet.
- c) Sehr wenige Materialien können für strukturelle Zwecke verwendet werden, da sie keine ausreichende Festigkeit haben, um z. B. daraus Bauelemente oder hierfür vorgesehene Teile herzustellen. Wenige von ihnen sind leicht maschinell bearbeitbar.
- d) Die Mehrzahl der bekannten Hitzeschutzmaterialien gibt beim Brennen toxischer Stoffe, Rauch, Gase und Dämpfe ab.
Ausgehend von dem oben geschilderten Stand der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten
Nachteile zu beheben, insbesondere ein Hitze-
und Feuerschutzmaterial vorzuschlagen, das längeren
Hitzeschutz gewährleistet. Des weiteren soll die Erfindung
ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung
eines derartigen Hitze- und Feuerschutzmaterials
vorschlagen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Material zum Schutz
gegen Feuer und Hitze, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß es ein Bindemittel und einen Füllstoff aus einem
hydratisierten Aluminiumsulfat der allgemeinen Formel
Al₂(SO₄)₃ · n H₂O,
worin n=14 bis 18 ist, in einer Menge von mehr als
50 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, enthält.
Das erfindungsgemäße Hitze- und Feuerschutzmaterial
hat eine außergewöhnliche lange Hitzeschutzzeit, die
mehr als zweimal so lang ist wie der der besten
derzeit verfügbaren Materialien. Diese Hitzeschutzzeit
beträgt 90 bis 100 Minuten anstelle von 30 bis 45
Minuten bei den besten derzeitigen Materialien.
Das Material kann als eine Art Kunststoff hergestellt
werden, der für Bauzwecke geeignet ist. Verschiedene
Gegenstände, Struktureinheiten, Abtrennungen, Behälter,
Kisten und dgl. können ohne weiteres daraus hergestellt
werden.
Das erfindungsgemäße Hitze- und Feuerschutzmaterial
läßt sich demzufolge einem breiten Spektrum von
Anwendungsgebieten zuführen. Es kann zu einer harten
oder zu einer weichen Abdeckung bzw. Auflage,
Isolierung, Farbe, Dichtungsmasse oder zu einem hochfesten
Baumaterial verarbeitet werden. Dabei können
ohne weiteres beliebige Materialien zur Verstärkung
herangezogen werden.
Das unterscheidende Merkmal des erfindugnsgemäßen
Hitze- und Feuerschutzmaterials besteht im Vergleich
zu anderen Materiaien, die für den gleichen Zweck
vorgesehen sind, darin, daß es eine gewisse Art von polymeren
Bindemitteln zusammen mit hydratisiertem Aluminiumsulfat,
das als Füllstoff eingearbeitet wird, enthält.
Dieses Salz absorbiert bei der Zersetzung eine große
Wärmemenge und bildet einen harten, leichten Rückstand
in Form eines Schaums. Dieser Rückstand führt zu einem
Schutz der Zersetzungszone gegen das Eindringen von
Hitze in das Innere der Zone. Dieses Salz kombiniert
praktisch alle Arten von Kunststoffen und Gummis bzw.
Kautschukmaterialien. Daher können in Abhängigkeit von
dem Kunststoff und seiner Behandlung bzw. Herstellung
verschiedene Produkte, wie harte Tafeln, Bänder, Filme
Dichtungsmassen, Anstrichfarben bzw. allgemein Farben
usw. hergestellt werden. In sämtlichen angegebenen
Fällen wirkt das Hitzeschutzsalz als ein Füllstoff des
polymeren Bindemittels und wird vor dem Härten mit
ihm vermischt.
Grundsätzlich ist die Verwendung von Aluminiumsulfat
zur Herstellung von Feuerschutzmaterialien zusammen
mit stark basischen Verbindungen, z. B. NaHCO₃ und
Salzen starker Säuren, bekannt. Es muß jedoch auf die
Tatsache hingewiesen werden, daß dabei gerade
Al₂(SO₄)₃, d. h. übliches Aluminiumsulfat, vorgeschlagen
wurde, während die Erfindung die Verwendung
eines speziellen hydratisierten Aluminiumsulfats der
Formel Al₂(SO₄)₃(14-18)H₂O verlangt. So wurden
Mischungen aus Al₂(SO₄) und NaHCO₃ erprobt. Dabei
wurde gefunden, daß die Hitzeschutzzeit lediglich
17 Minuten beträgt. Hydratisiertes Aluminiumsulfat und
Aluminiumsulfat sind, was die nachfolgende Tabelle 1
zeigt, absolut unterschiedlich zu bewerten. Somit
liefert die Verwendung von herkömmlichem Al₂(SO₄)₃
nicht die gleichen Ergebnisse wie hydratisiertes
Aluminiumsulfat. Der genaue Mechanismus, der diesen
Unterschied begründen könnte, ist bisher noch nicht
geklärt worden.
Die in dem erfindungsgemäßen Hitze- und Feuerschutzmaterial
bevorzugt enthaltene Menge an hydratisiertem
Aluminiumsulfat, die den Hitze- und Feuerschutzeffekt
liefert, liegt zwischen 50 und 75% oder sogar mehr.
Es wurde gefunden, daß kein Hitze- und Feuerschutz
erreicht wird, wenn die Menge an in das Material eingeführtem
hydratisiertem Aluminiumsulfat unterhalb
30% liegt. Dieses ist deutlich aus dem Beispiel 9
ersichtlich. Es wurde bisher noch keine theoretische
Erklärung dafür gefunden, weshalb ein Anheben des
Gehalts an hydratisiertem Aluminiumsulfat
über 50% grundsätzliche Veränderungen
der Merkmale des Materials hervorruft, insbesondere
die neue Eigenschaft eines außergewöhnlich
wirksamen Hitze- und Feuerschutzes.
Das Wesen der Erfindung läßt sich wie folgt beschreiben:
- 1) Ein Hitze- und Feuerschutzmaterial auf der Grundlage organischer natürlicher und synthetischer Verbindungen (Polymerisate, Kautschuk- und Gummimaterialien, Oligomerisate und Harze) und anorganische Verbindungen (Zement, Gips, Natrium- und Kaliumsilikate) als Bindemittel sowie mit einem Gehalt an hydratisiertem Aluminiumsulfat hat das unterscheidende Kennzeichen, daß zur Schaffung der Hitze- und Feuerschutzeigenschaften ein hydratisiertes Aluminiumsulfat in einer Menge von mehr als 50 Gew.-% der Mischung einverleibt wird.
- 2) Das hydratisierte Aluminiumsulfat hat die allgemeine Formel Al₂(SO₄)₃ · n H₂O (vgl. hierzu jegliche Publikation, die sich mit diesem Material befaßt), worin n=14 bis 18 ist. Diese Formel gilt für die chemisch reine Form des hydratisierten Aluminiumsulfats (vgl. z. B. den Merck Index, Ausgabe 1976), wohingegen das technische Produkt einen n-Wert von 14 bis 16, (d. h. 17 bis 18% Al₂O₃, vgl. z. B. die Publikation von Rhone Progil Co.) hat. Offensichtlich ist die Verwendung chemisch reiner Produkte bei der Erfindung unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht gerechtfertigt, was auf den hohen Preis derartiger Produkte zurückgeht. Dies gilt insbesondere deswegen, weil die Hitzeschutzzeit im Falle chemisch reiner und technisch reiner bzw. industrieller Produkte gleich ist. Aus diesem Grunde wird das hydratisierte Aluminiumsulfat der Formel Al₂(SO₄)₃ · 16 H₂O erfindungsgemäß bevorzugt.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich also mit Hitze-
und Feuerschutzmaterialien
auf der Grundlage organischer
und anorganischer Bindemittel, die ein
hydratisiertes Aluminiumsulfat enthalten, wobei die
Tatsache, daß zur starken Herabsetzung der Kosten
Materialien verwendet werden, die technisches Aluminiumsulfat
enthalten, ein unterscheidendes Kennzeichen ist.
Ein weiteres unterscheidendes Kennzeichen der Erfindung
liegt darin, daß eine breite Anzahl von
Materialien, ungesättigte Polyester, Epoxyharze,
natürliche und synthetische Kautschuke und Gutta-Percha
usw., als Bindemittel verwendet werden
In der US-PS 21 32 969 wird ein Verfahren zur Herstellung
einer Oberfläche mit einer wärmeundurchlässigen,
isolierenden Schicht aus einer zellenartigen Substanz
auf der Grundlage von Asphaltmaterialien, Bitumenmaterialien,
Phenol/Formaldehyd-Harzen (Bakelit) und
natürlichen Harzen (Kolophonium) als Bindemittel
in einem verdampfbaren Lösungsmittel beschrieben.
Es werden verschiedene hydratisierte Materialien,
Harnstoff und Ammoniumcarbonat als Reaktionsmittel
vorgeschlagen, die die Eigenschaft haben, zu treiben
bzw. Gas freizusetzen. Hydratisiertes Aluminiumsulfat
wird ebenfalls in Tabelle II dieser Patentschrift als
Schaumbildner in Mengen von 5 bis 20% angegeben
Wie es das nachfolgende Beispiel 9 zeigt, läßt sich
das bekannte Verfahren zur Erzielung eines Hitze-
und Feuerschutzeffektes, wie er erfindungsgemäß
angestrebt wird, nicht erfolgreich heranziehen.
Die Erfindung betrifft weiterhin neben dem beschriebenen
Hitze- und Feuerschutzmaterial ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Materials. Entsprechend
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden sämtliche Bestandteile, einschließlich
des Polymerisats, des Harzes oder irgendeines
anderen Bindemittels, des Härters und des hydratisierten
Aluminiumsulfats, so lange miteinander vermischt,
bis eine homogene Masse erhalten worden ist.
Bei der hergestellten Masse ist das Aluminiumsulfat
in der Matrix des Bindemittels eingebettet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist
es möglich, zunächst das Harz in seiner polymerisierten
Form zu bilden und danach das hydratisierte Aluminiumsulfat
in dem erforderlichen Mengenverhältnis zuzugeben,
Das erfindungsgemäße Hitze- und Feuerschutzmaterial
kann des weiteren dadurch verfestigt werden, indem
Glasfasern, Asbestfasern oder irgendein textiles
Gewebe oder sogar Metalldrähte eingearbeitet werden.
Natürlich kann es auch ins Auge gefaßt werden, Verbundmaterialien
aus zwei oder mehreren Schichten in Form
einer Sandwichstruktur herzustellen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist
es möglich, eine Lösung des Aluminiumsulfats zu
verwenden, so daß das hydratisierte Salz in der
erforderlichen Form durch einen geregelten Erhitzungsschritt
gebildet und in der Matrix des Bindemittels
eingebettet wird. Bei einem anderen Vorschlag wird
Aluminiumsulfat in-situ durch die Reaktion von zwei
oder mehreren Reaktionsmitteln hergestellt, die die
erforderliche Hydratform entstehen lassen. Es ist ohne
weiteres ersichtlich, daß der Fachmann die obigen
Maßnahmen bzw. Merkmale auch vielfältigen Modifikationen
unterziehen kann, ohne sich von dem Wesen der Erfindung
zu lösen.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung noch
näher erläutern. Die darin genannten Mengenangaben
beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes
gesagt wird. Die Beispiele 2 (Beschreibung eines
Doppelsalzes), 3 (unterschiedliches Kation), 4 (unterschiedliches
Anion) und 9 (Menge an Aluminiumsulfat
niedriger als erfindungsgemäß vorgeschlagen) sind nicht
der Erfindung zuzuordnen und dienen lediglich Vergleichzwecken.
Es werden 100 Teile Al₂(SO₄)₃ · 16 H₂O als Salz, 30 Teile
ungesättigtes Polyesterharz, 1 Teil Härter für das
Polyesterharz in Form von Methyläthylketonperoxid und
0,1 Teil Kobaltnaphthalat als Härtungsbeschleuniger
verwendet. Das Salz wird zu einem feinen Pulver zerstoßen
und mit dem Polyesterharz sorgfältig gemischt.
Das Härtungsmittel und der Beschleuniger werden zu
der Mischung unter Rühren gegeben. Die Mischung wird
in die Form einer 10 mm dicken Tafel gegossen und nach
dem Härten (30 Minuten) bezüglich der Hitzeschutzeigenschaften
geprüft. Zu dem Prüfzweck wird die Tafel als
Dach auf einem Muffelofen installiert und auf 750°C
erhitzt. Ein Thermoelement und eine Asbestschicht
werden auf der entgegengesetzten Seite der Tafel angeordnet.
Die Zeit, die zu dem Temperaturanstieg von Raumtemperatur
auf 170°C erforderlich ist und die durch das Thermoelement
angegeben wird, wird festgestellt. Hierbei
handelt es sich um die Hitzeschutzzeit. Die Zeit, die
zum Erhitzen der entgegengesetzten Seite des Materials
während dieses Versuchs erforderlich ist, beträgt
97 Minuten.
AlNH₄(SO₄)₂ · 24 H₂O wird als Satz verwendet. Alle
anderen Bestandteile (Polyesterharz, Härter, Beschleuniger)
und Versuchsbedingungen (Stärke der Tafel -
10 mm, Ofentemperatur - 750°C) sind wie im Beispel 1.
Die Hitzeschutzzeit beträgt 30 Minuten.
Unter sonst gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1
wird als Salz AlCl₃ · 6 H₂O verwendet.
Die Hitzeschutzzeit beträgt 20 Minuten.
Unter sonst gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1
wird lediglich als Salz (NH₄)₂SO₄ · 12 H₂O verwendet.
Die Hitzeschutzzeit beträgt 16 Minuten.
Somit werden die besten Ergebnisse durch Kombinieren
eines Aluminiumkations mit einem Anion SO₄ (Beispiel 1)
mit einer Hitzeschutzzeit von 97 Minuten erzielt.
Wenn das Chloranion durch das Sulfatanion ersetzt
wird, wird die Hitzeschutzzeit von 97 Minuten auf
16 Minuten (Beispiel 4) herabgesetzt. Wenn ein Ammoniumkation
für das Aluminiumkation
gesetzt wird, erniedrigt
sich die Hitzeschutzzeit von 97 Minuten auf
20 Minuten (Beispiel 3). Selbst wenn eine partielle
Substitution des Aluminiumkations durch das Ammoniumkation
vorgenommen wird, erniedrigt sich die Hitzeschutzzeit
von 97 Minuten auf 30 Minuten (Beispiel 2).
Es werden 100 Teile Al(SO₄)₃ · 16 H₂O als Salz, 30 Teile
ungesättigtes Polyesterharz, 10 Teile Aceton, 0,2 Teile
Methyläthylketonperoxid (Härter) und 0,03 Teile
Härtungsbeschleuniger in Form von Kobaltnaphthenat
verwendet. Die oben angegebene halb-flüssige Mischung
kann als Hitzeschutzfarbstoff oder -überzug verwendet
werden. Sie härtet nach dem Auftragen. Eine 10 mm
starke Schicht eines derartigen Überzugs zeigt eine
Hitzeschutzzeit von 90 Minuten.
Die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1 wird
eingesetzt. Vor dem Formen wird die Mischung auf beiden
Seiten mit einem Glasgewebe einer Stärke von 0,25 mm
verstärkt. Es wird ein festes Baumaterial erhalten.
Die Hitzeschutzzeit einer 10 mm starken Schicht beträgt
92 Minuten.
Es werden 100 Teile pulverisiertes Al₂(SO₄)₃ · 16 H₂O-
Salz und 25 Teile Gummi verwendet. Die Mischung wird
auf einer Feinwalzmühle (sheet mill) geformt und in
die Form flexibler Tafeln, Bänder, starker Filme usw.
überführt. Die Hitzeschutzzeit einer 10 mm starken
Schicht beträgt 105 Minuten.
100 Teile pulverisiertes Salz in Form von Al₂(SO₄)₃ · 16 H₂O,
28 Teile Furfural/Aceton-Harz, 0,05 Teile
Benzoylperoxid (Härter) und 5 Teile Aceton werden
verwendet. Die Mischung bildet eine Dichtungsmasse
die zu einem gegen starke Säuren und Alkalien beständigen
Kunststoff hoher mechanischer Festigkeit härtet. Die
Hitzeschutzzeit einer 10 mm starken Schicht beträgt
95 Minuten. Entsprechende Ergebnisse werden ebenfalls
erhalten, wenn wäßrige Lösungen von Natriumsilikat,
Harnstoff- und Phenol/Formaldehyd-Harze und andere
polymere und oligomere Verbindungen verwendet werden.
Der im Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde unter
den gleichen Bedingungen unter Verwendung des gleichen
ungesättigten Polyesterharzes wiederholt, wobei jedoch
die Menge an Al₂(SO₄)₃ · 16 H₂O in diesem Fall lediglich
12 Teile betrug. Die erhaltene Mischung wurde zu einer
10 mm starken Tafel, wie im Beispiel 1, gegossen. Die
Hitzeschutzzeit beträgt lediglich 20 Minuten.
Claims (7)
1. Hitze- und Feuerschutzmaterial mit einem Gehalt an
einem Bindemittel sowie einem Füllstoff in Form eines
hydratisierten Aluminiumsulfats, dadurch gekennzeichnet,
daß es ein hydratisiertes Aluminiumsulfat
der allgemeinen Formel Al₂(SO₄)₃ · n H₂O, worin
n=14 bis 18 ist, in einer Menge von mehr als 50 Gew.-%,
bezogen auf die Mischung, sowie als Bindemittel eine
oder mehrere der folgenden Materialien enthält: natürliche
und synthetische Polymerisate, Kautschuk, Gummi
und Gutta-Percha, natürliche und synthetische Harze,
natürliche und synthetische Asphalt- und Bitumenmaterialien,
einschließlich Latexlösungen der obigen Substanzen,
und anorganische Materialien in Form von Zement,
Beton, Gips und/oder Silikaten.
2. Hitze- und Feuerschutzmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es in Form von harten Tafeln,
Bändern, Filmen, Dichtungsmassen oder Farben bzw. Anstrichfarben
hergestellt worden ist.
3. Hitze- und Feuerschutzmaterial nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als hydratisiertes
Aluminiumsulfat Al₂(SO₄)₃ · 16 H₂O in technischer Qualität
enthält.
4. Verwendung des Hitze- und Feuerschutzmaterials
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Verbindung mit Glasgewebe,
Asbestgewebe, Textilgewebe oder Metalldraht als
Vestärkung.
5. Verwendung des Hitze- und Feuerschutzmaterials
nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form eines Verbundmaterials
aus zwei oder mehreren Schichten.
6. Verfahren zur Herstellung eines Hitze- und Feuerschutzmaterials
nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bindemittel
und das hydratisierte Aluminiumsulfat homogen
miteinander in solchen Mengenverhältnissen vermischt
werden, daß mehr als 50 Gew.-% hydratisiertes Aluminiumsulfat
in der Mischung enthalten sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemittel zunächst zu seiner endgültigen Form
verarbeitet und nachfolgend das hydratisierte Aluminiumsulfat
eingearbeitet wird.
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DE3024738A1 DE3024738A1 (de) | 1982-10-21 |
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