DE3882070T2 - Feuerhemmende Zusammensetzungen. - Google Patents
Feuerhemmende Zusammensetzungen.Info
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf feuerhemmende Zusammensetzungen und ein Verfahren zur Bereitstellung oder Verbesserung feuerhemmender Eigenschaften von Materialien und Zusammensetzungen.
- Wenn Aluminiumhydrat als ein feuerheinmendes Mittel als Zusatzstoff zu Kunststoffen benutzt wird, ergeben sich mehrere Schwierigkeiten. Aluminiumhydrat bildet bei Temperaturen von 200 Grad C Wasser, und zwar bis zu 30% seines Gewichts. Dieses Wasser geht in Dampf über und erstickt die Brennwirkung. Es folgt daher, daß Aluminiumhydrat nicht in Kunststoffen benutzt werden kann, die bei Temperaturen über 185 Grad C verarbeitet werden (um eine Sicherheitsmarge zu lassen). Zu derartigen Kunststoffen zählen Polypropylen und Polyethylen.
- Zweitens, um wirksam zu sein, wurde Aluminiumhydrat in Hohe von 60 Gewichtsprozent und selbst 64 Gewichtsprozent in Urethanmethakrylat und Polyestern benutzt. Derartig hohe Mengen eines Füllstoffes machen es schwer, das Harz zu verarbeiten.
- Drittens, Aluminiumhydrat wird in verschiedenen Gütegraden geliefert, deren Preis sich nach ihrer Mikrometergröße richtet. Der billigste Gütegrad besitzt eine Partikelgröße von 25 um, der teuerste von ungefähr 10 um. Die größeren Partikel liegen in Plattenform vor, wodurch sie sich in hohen Konzentrationen nur schwer dispergieren lassen. Dies kann auch eine unerwünschte Wirkung auf das Oberflächenfinish haben. Die kleineren Partikel werden während der Verarbeitung abgerundet und lassen sich leichter dispergieren, aber sind im Vergleich zu den größeren Partikeln um den Faktor drei teurer.
- Ein anderer beliebter feuerhemmender Zusatzstoff ist Antimonoxid. Antimonoxid wirkt, indem es sich mit freiem Halogen verbindet, ist aber nur teilweise wirksam, indem es bereits bestehende feuerhemmende Eigenschaften verbessert, anstatt zu bewirken, daß Materialien strikten Prüfungen Genüge leisten. Antimonoxid wird im allgemeinen in Hohe von 3 Gewichtsprozent benutzt, obwohl in einigen Materialien größere Mengen eingesetzt werden können.
- In der gleichzeitig anhängigen europäischen Anmeldung Nr. 88301024 (bekanntgemacht unter Nr. O.278.711A) werden feuerhemmende Formteile beschrieben, die als Füllstoff in einer vorgeformten Außenhaut bestimmte Zusammensetzungen besitzen, die zwei oder mehr Fritten umfassen, die bei ansteigender Temperatur unter Feuerbedingungen fortschreitend schmelzen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine feuerhemmende Zusammensetzung bereitgestellt, die ein Polymer oder Natriumsilikat umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ferner zwei oder mehr Fritten umfaßt, die bei ansteigender Temperatur unter Feuerbedingungen fortschreitend schmelzen können, vorausgesetzt, daß diese Fritten, wenn diese Zusammensetzung ein Harz oder Natriumsilikat zusammen mit Keramikfasern bzw. -pulver umfaßt, bei Temperaturen von mindestens 450 Grad C schmelzen.
- Unter Feuerbedingungen schmelzen die Fritten fortschreitend zur Bereitstellung einer verschmolzenen Schutzschicht. Eine bevorzugte Frittenkombination umfaßt eine relativ niedrigschmelzende Fritte, die z.B. bei ungefahr 450 Grad C zu schmelzen beginnt, und eine relativ hochschmelzende Fritte, die bei ungefähr 700 Grad C zu schmelzen beginnt. Das bevorzugte Gewichtsverhältnis der niedrigschmelzenden Fritte zur hochschmelzenden Fritte liegt im Bereich zwischen 1:9 und 1:1, besonders aber 3:7. Eine typische Auswahl von Fritten kann unter denen erfolgen, die bei oder um die folgenden Temperaturen herum schmelzen: 450 Grad C, 650 Grad C, 850 Grad C und 1000 Grad C. Die benutzten Fritten werden bevorzugt vor Aufnahme in die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen im Ofen getrocknet, mit Wasser gewaschen und zermahlen.
- In der gleichzeitig anhängigen europäischen Anmeldung Nr. 90121158, einer Ausscheidungsanmeldung der vorliegenden Anmeldung, sind feuerheinmende Zusammensetzungen beschrieben, die zwei oder mehr Fritten umfassen, die bei ansteigender Temperatur unter Feuerbedingungen fortschreitend schmelzen, und bei denen eine dieser Fritten eine relativ hochschmelzende Fritte ist, bei der es sich um eine entglasende Fritte handelt.
- Die Einbeziehung von keramischen Werkstoff in Faser- bzw. Pulverform kann zum Binden der schmelzenden Fritten benutzt werden und auch, um bei Temperaturen über 1000 Grad C keine Veränderung herbeizuführen. Basaltfasern bzw. geschnittene Basaltfasern bzw. Basaltpulver können anstelle von oder zusätzlich zum keramischen Werkstoff auch benutzt werden.
- Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch einen oder mehrere andere feuerhemmende Zusatzstoffe enthalten. Es können zum Beispiel ein intumeszierender Stoff bzw. intumeszierende Stoffe in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten sein, wie zum Beispiel Aluminiumhydrat, welches das meiste seines chemisch gebundenen Wassers zwischen 200 und 330 Grad C zum Ersticken eines Brandes und zur Reduktion der Rauchemission freisetzt, oder hydratisiertes Magnesiumcalciumcarbonat, das ab 230 Grad C und darüber sein chemisch gebundenes Wasser und Kohlendioxid abgibt. Für einige Zwecke kann hydratisiertes Magnesiumcalciumcarbonat gegenüber Aluminiumhydrat bevorzugt sein, weil es bei der Beschaffung in sehr fein aufgeteilter Form, etwa mit einer Partikelgröße in der Größenordnung von etwa 2 bis 3 um, nicht so teuer ist. Eine bevorzugte Zusammensetzung aus Fritten und intumeszierendem Stoff bzw. intumeszierenden Stoffen umfaßt Fritten zwischen 15 und 50 Gewichtsprozent, besonders 20 - 30 Gewichtsprozent, und intumeszierenden Stoff (intumeszierende Stoffe) zwischen 85 und 50 Gewichtsprozent, besonders 80 - 70 Gewichtsprozent. Als anderes Beispiel feuerhemmender Zusatzstoffe kann Antimonoxid dienen, das im allgemeinen in Verbindung mit Halogenkohlenwasserstoff benutzt wird, wodurch halogenfreie Radikale gebildet werden, die den Brand unterdrücken.
- Der Anteil von Fritten zu keramischem Werkstoff bzw. Basalt in einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt ungefähr bei 7:3.
- Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können einer Vielzahl von Materialien, wie zum Beispiel Polymeren, Farben und Natriumsilikat zugesetzt werden. Zu geeigneten Polymeren zählen Polyester, Phenolharze, Polyurethane und andere härtbare Harze und Thermoplaste. Wenn jedoch Aluminiumhydrat in die Zusatzstoffzusammensetzung einbezogen werden soll, kann die Zusammensetzung nicht mit Materialien benutzt werden, die bei 200 Grad C oder darüber verarbeitet werden (und vorzugsweise nicht mit Materialien, die bei 185 Grad C oder darüber verarbeitet werden).
- In einem Phenolharz kann zum Beispiel der Fritten und keramischen Werkstoff bzw. Basalt umfassende Anteil einer erfindungsgemäßen Zusatzstoffzusammensetzung zu Harz zwischen 3:7 und 1:4 liegen.
- Der Frittenzusatzstoff mit intumeszierendem Stoff, wie beispielsweise hydratisiertem Magnesiumcalciumcarbonat oder Aluminiumhydrat oder einem Gemisch davon, kann teigförmigen Preßmassen, wie zum Beispiel der Phenol- oder Polyesterart, beigefügt werden, zur Benutzung mit Glasfaserverstärkung. Das Verhältnis von Fritten zu intumeszierendem Stoff liegt bevorzugt bei ungefähr 1:4.
- Als Zusatzstoff zu Phenolharz kann ein Gemischverhältnis von Fritten/intumeszierendem Stoff im Bereich zwischen 7:3 und 5:5 benutzt werden, wobei das bevorzugte Verhältnis dieses Gemisches zum Phenolharz im Bereich von 3:7 bis 4:6 liegt.
- Die Einwirkung von Hitze auf ein Harz, das eine erfindungsgemäße Zusatzstoffzusammensetzung enthält, hat den folgenden Effekt. Das Harz bzw. der Kunststoff brennt, und die Fritte im ersten Temperaturbereich schmilzt und verbindet sich mit dem verkohlten Material. Dann schmilzt die zweite Fritte und so weiter. Die Unterlage und das brennende Material werden durch die geschmolzenen Fritten eingeschlossen, und folglich wird dem Feuer kein Sauerstoff mehr zugeführt. Der keramische Werkstoff bzw. der Basalt bzw. beides, soweit vorliegend, isolieren und versteifen die geschmolzene Masse zur Verhinderung übermäßigen Laufens. Sie tragen auch sehr weitgehend zur Stabilität bei hohen Temperaturen bei.
- Da die Partikelgröße der Fritten und des keramischen Werkstoffes kontrolliert werden können, sind sie zum Gebrauch mit Aluminiumhydrat in seiner groben Form geeignet. Die Partikel füllen die Lücken zwischen den Aluminiumhydrat- Platten zur Bereitstellung eines besseren Finish aus. Die Platten aus Aluminiumhydrat wirken als Suspensionsmittel für die Fritten/das keramische Gemisch.
- Die Zugabe von Gemischen zu Natriumsilikat hat eine vorteilhafte Wirkung, dergestalt, daß die Fritten dazu neigen, das Natriumsilikat unter Bedingungen zunehmender Temperaturen zu plastifizieren; dies wirkt der Versprödung und Pulverisierung des Natriumsilikats entgegen, die normalerweise unter diesen Bedingungen vorliegen. Die Einbeziehung von Fritten in eine intumeszierende Dichtungs- oder Farbenformel würde eine Verbesserung darstellen.
- Es wird der Gebrauch eines Gemisches aus Fritten und intumeszierendem Stoff bevorzugt, wie zum Beispiel von hydratisiertem Magnesiumcalciumcarbonat oder Aluminiumhydrat oder einem Gemisch davon, etwa im Verhältnis von 3:7 bis 1:1, vorzugsweise 4:6, mit Natriumsilikat, und durch Variation des Verhältnisses von Frittengemisch zu Natriumsilikat können Materialien erzielt werden, die für verschiedene Anwendungszwecke geeignet sind. Bei einem Verhältnis von ungefähr 1:1 besitzt das resultierende Gemisch eine Farbenkonsistenz, bei einem Verhältnis von ungefähr 7:13 weist das Gemisch Klebeeigenschaften auf, und bei einem Verhältnis von ungefähr 1:4 liegt das Gemisch in Gelform vor.
- Die erfindungsgemäße Frittenzusammensetzung kann zur Herstellung einer Dichtungsmasse zum Einsatz etwa um Brandschutztüren oder Fenster herum benutzt werden. Die bevorzugte Dichtungsmasse quillt bei Erhitzen auf und füllt alle Lücken rings um zum Beispiel Türen und Fenster.
- Als Dichtpaste kann eine Frittenkombination, die intumeszierenden Stoff mit Natriumsilikat etwa in einem Gewichtsverhältnis von 3:7 bis 4:6, bevorzugt 7:13, enthält, als Grundlage benutzt werden, der ein Verkohlungsmittel, wie beispielsweise Glimmer, Ammoniumpolyphosphat und ein anorganisches Geliermittel zugesetzt wird. Bei der resultierenden Paste handelt es sich um eine, die in situ hart wird.
- Durch Gebrauch von Polyvinylacetat anstelle von Natriumsilikat kann eine elastische Dichtungsmasse hergestellt werden, die bei Erhitzung guillt und hart wird.
- Ein anderer moglicher Gebrauch der erfindungsgemäßen Zusatzstoffzusammensetzung ergibt sich bei der Herstellung von Tafeln oder Platten, die durch Kompression von Holzspänen mit einem Bindemittel gefertigt werden. So kann das Bindemittel eine Zusammensetzung sein, die Phenolharz oder Natriumsilikatlösung mit keramischen Werkstoffen, wie zum Beispiel CARBORUNDUM (eingetragenes Warenzeichen) und erfindungsgemäße Fritten, bevorzugt drei Fritten mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen, umfaßt.
- Die erfindungsgemäße Zusatzstoffzusammensetzung kann darüber hinaus auch als ein Klebemittel benutzt werden. Das bevorzugte Klebemittel basiert auf Natriumsilikatlösung mit einem Katalysator oder Phenolharz und der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Ein derartiges Klebemittel kann unter Bedingungen eingesetzt werden, unter denen Feuerwiderstandsfähigkeit wichtig ist.
- Das Klebemittel kann beispielsweise zum Bondieren von Decklagen, wie zum Beispiel Melamin, an ein Grundmaterial, wie beispielsweise Spanplatten, benutzt werden. Unter Feuerbedingungen kann das Klebemittel dann eine schützende Abschirmung für das Grundmaterial bereitstellen, selbst wenn die Decklage weggebrannt ist.
- Ein anderer besonderer Gebrauch ist als ein Klebemittel zur Befestigung eines Bremsbelages an seinem Träger gegeben. Bremsbeläge können sogar aus der gleichen Zusammensetzung hergestellt werden, wobei der keramische Werkstoff bevorzugt aus Schlackenfaser und Schrot besteht, wie er als Abfall von Kraftwerken erzeugt wird. Das Bremsbelagmaterial kann zusätzliche Verstärkungsbestandteile, wie zum Beispiel Kohlenstoffaser oder Thermoplaste, wie zum Beispiel KEVLAR (eingetragenes Warenzeichen), enthalten.
- Ein anderes Beispiel zum Gebrauch von Fritten ist bei Konstruktion eines Laminats gegeben, das eine durch Hitze und Druck gebildete Außenhaut umfaßt, indem ein Glasgewebe mit einem flüssigen härtbaren Harz, wie zum Beispiel Phenolharz, das eine erfindungsgemäße Frittenzusammensetzung zusammen mit einer bindenden wärmestabilen Faser, wie beispielsweise keramischer Mullitfaser, und wahlweise Aluminiumhydrat enthält, imprägniert wurde. Die Häute des imprägnierten Gewebes werden auf beide Seiten eines Keramikpapiers, Kombinationsbasalts, Keramik- und Glasfaserpapiers, mit Vermikulit behandelten Glasgewebes oder eigentlich eines beliebigen wärmebeständigen Sperrmaterials aufgebracht. Wenn dieses Laminat unter Hitzeeinwirkung und mit einer beliebigen Anzahl von Trennbögen gepreßt wird, wandert das härtbare Harz in das Sperrmaterial, um einen festen Bogen zu bilden.
- Wenn eine Flamme auf das Laminat gebracht wird, dann brennt das härtbare Harz zum Schutz der Unterlage, wobei das Sperrmaterial Stabilität bereitstellt.
- Die Oberfläche des Laminats kann mit einem einfachen oder gemusterten Melaminbogen oder mit echtem Holzfurnier belegt werden. Wenn eine Flamme aufgebracht wird, helfen die Fritten/keramischen Werkstoffe bei der Bildung verkohlten Materials und verhindern, daß sich die Flamme ausbreitet. Dieses flache oder dreidimensionale geformte Laminat kann dann unter Verwendung von Natriumsilikat mit den gleichen Fritten, keramischen Fasern und wahlweise Aluminiumhydrat wie zuvor erwähnt zur Herstellung eines Klebemittels mit guter Leistung bei großer Hitze auf eine Unterlage, wie beispielsweise eine Tür, geklebt werden.
- Bei der Unterlage kann es sich um einen versteiften Bogen aus Keramikfaser handeln, der seinerseits mit dem beschriebenen Klebemittel auf einen hitzebeständigen, schalldämpfenden, etwa aus Basaltfaser oder Steinwolle, versteift oder unversteift, gefertigten Kern geklebt wird. Die Konstruktion kann um die Mittellinie herum wiederholt werden.
- Für eine dreißigminütige Leistungsbewertung ist das gepreßte Laminat, das auf einen Basalt- oder Steinwollkern geklebt und/oder mechanisch darauf befestigt wird, ausreichend. Für eine sechzigminütige Leistungsbewertung kann die versteifte Keramikplatte eingeführt werden, und für längere Zeiten kann die Dicke der Keramikplatte erhöht werden, und es kann anstelle des Steinwoll-/Basaltkerns auch eine nichtversteifte keramische Decke benutzt werden. Für Leichtkonstruktionen kann ein Phenolschaumkern oder ein aus dem erwähnten Klebemittel gefertigter Schaum verwendet werden.
- In dem Klebemittel kann zur Herstellung eines leichten, hochisolierenden Kerns ein geschäumter Vermikulitton enthalten sein. Als andere Möglichkeit kann ein Kern unter Verwendung von Holzspänen als ein Füllstoff für das Klebemittel hergestellt werden, um einen gegen starke Hitze beständigen Spanplattenkern für eine Tür, eine Bauplatte oder eine Trennwand zu fertigen.
- Diese Erfindung wird nun mittels der folgenden Beispiele weiter beschrieben.
- Ein Gemisch mit Antimonoxid in Hohe von 3 Gewichtsprozent, einer Fritte mit einem Schmelzbereich bei niedriger Temperatur in Hohe von 10 Gewichtsprozent, einer Fritte mit einem Schmelzbereich bei hoher Temperatur (von ungefähr 1100 Grad C) in Höhe von 60 Gewichtsprozent und keramischem Werkstoff in Höhe von 27 Gewichtsprozent bildete ein Verguß- oder Spritzgußmaterial, das zum Gebrauch sowohl mit einem Phenol- oder Natriumsilikatbindemittel als auch anderen Materialien einschließlich Duroplasten und Thermoplasten geeignet war.
- Ein Gemisch mit Antimonoxid in Höhe von 3 Gewichtsprozent, einer Fritte mit einem Schmelzbereich bei einer niedrigen Temperatur in Hohe von 7 Gewichtsprozent, einer Fritte mit einem Schmelzbereich bei einer hohen Temperatur (von ungefähr 1100 Grad C) in Höhe von 45 Gewichtsprozent und Aluminiumhydrat in Höhe von 45 Gewichtsprozent bildete eine Mischung, die für Polyester und andere Materialien einschließlich härtbarer Harze geeignet ist, deren Verarbeitung nicht über 185 Grad C durchgeführt wird.
- Es wurden teigförmige Preßmassen zum Gebrauch mit Glasfaserverstärkung zubereitet, die auf Phenolharz und Polyesterharz basierten. In beiden Fällen wurde dem Harz eine Pulvermischung aus 20 Gewichtsprozent Fritten (niedrig- und hochschmelzend in einem Verhältnis von 3:7) und 80 Gewichtsprozent hydratisiertem Magnesiumcalciumcarbonat zugesetzt.
Claims (16)
1. Feuerhemmende Zusammensetzung, die ein Polymer oder
Natriumsilikat umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zusammensetzung ferner zwei oder mehrere Fritten umfaßt, die
bei ansteigender Temperatur unter Feuerbedingungen
fortschreitend schmelzen können, vorausgesetzt, daß diese
Fritten, wenn diese Zusammensetzung ein Harz oder
Natriumsilikat zusammen mit Keramikfasern bzw. -pulver umfaßt,
bei Temperaturen von mindestens 450 Grad C schmelzen.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fritten innerhalb des Bereichs zwischen ungefähr 450
Grad C und ungefähr 1100 Grad C schmelzen.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusammensetzung (i) eine relativ niedrigschmelzende
Fritte, die bei ungefähr 450 Grad C zu schmelzen beginnt, und
(ii) eine relativ hochschmelzende Fritte, die bei ungefähr 700
Grad C zu schmelzen beginnt, umfaßt.
4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen
niedrig- und hochschmelzender Fritte im Bereich zwischen 1:9
und 1:1 liegt.
5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ferner einen
intumeszierenden Stoff umfaßt.
6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der intumeszierende Stoff Aluminiumhydrat oder
hydratisiertes Magnesium-calciumcarbonat ist.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Frittenanteil zwischen 15 und 50
Gewichtsprozent des Gesamtgewichts von Fritten und
intumeszierendem Stoff beträgt.
8. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ferner
Keramikfasern bzw. pulver umfaßt.
9. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ferner
Basaltfasern bzw. -pulver umfaßt.
10. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Phenol- bzw.
Polyesterharz ist.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer Polyvinylacetat ist.
12. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
in Form einer Farbenzusammensetzung.
13. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in Form
einer Dichtungsmassenzusammensetzung.
14. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in Form
einer Klebemittelzusammensetzung.
15. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in Form
einer Formmasse.
16. Verfahren zur Bereitstellung oder Verbesserung der
feuerhemmenden Eigenschaften eines Materials bzw. einer
Zusammensetzung, gekennzeichnet durch die Beimengung hierzu
von zwei oder mehreren Fritten, die bei ansteigender
Temperatur unter Feuerbedingungen fortschreitend schmelzen
können, vorausgesetzt, daß diese Fritten, wenn die
Zusammensetzung ein Harz oder Natriumsilikat zusammen mit
Keramikfasern bzw. -pulver umfaßt, bei Temperaturen von
mindestens 450 Grad C schmelzen.
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