DE4140966A1

DE4140966A1 - Dichtungsmaterialien mit hoher temperaturbestaendigkeit

Info

Publication number: DE4140966A1
Application number: DE19914140966
Authority: DE
Inventors: Wulf Von Dipl Chem Dr Bonin; Ulrich Von Dipl Chem D Gizycki
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1993-06-17

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gegen hohe Temperaturen beständige Dichtungsmaterialien, ein Ab dichtverfahren, ein Verfahren zur Herstellung von Dich tungsmaterialien und deren Verwendung.

Bisher werden gegen hohe Temperaturen beständige Dichtungen bewerkstelligt, indem man Dichtungsbänder einsetzt, die aus Asbest oder Mineralfasern aufgebaut sind. Solche Fasern werden jetzt aber vor allem aus arbeitshygienischen Gründen abgelehnt. Ein Übergang auf organische Fasern, Metallfasern oder Glasfasern ist mit ähnlichen Risiken verbunden und/oder führt zu vermin derten Temperaturbeständigkeiten.

Erfindungsgemäße Dichtungsmaterialien enthalten ein saugfähiges Substrat, das mit Salzen getränkt ist, deren Säurekomponente saure Phosphate von zwei- und/oder drei wertigen Metallen darstellen und deren basische Kompo nente Alkalimetalle und/oder Amine sind. Diese Salze können vollständig oder teilweise neutralisierte Pro dukte darstellen.

Vorzugsweise ist das saugfähige Substrat mit wäßrigen Lösungen von Salzen getränkt, deren saure Komponente saure Aluminiumphosphate, z. B. Umsetzungsprodukte von 1 Mol Aluminiumhydroxid mit 1,5 bis 3,0 Mol Orthophos phorsäure darstellen, deren basische Komponente Alkanol amine sind und deren pH-Wert in wäßriger Lösung zwischen 3 und 9, insbesondere zwischen 5 und 7,5 liegt.

Die saugfähigen Substrate haben vorzugsweise flexiblen Charakter und enthalten vorzugsweise ein faseriges Grundmaterial. Die daraus nach der Tränkung und gegebe nenfalls anschließender Trocknung in anwendungsgerechter Form herstellbaren erfindungsgemäßen Dichtungsmateri alien können die Salze in Mengen von beispielsweise 10 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 85 Gew.-% enthalten.

Das faserige Grundmaterial des saugfähigen Substrats kann bis zu 50 Gew.-% Glas- oder Mineralfasern enthal ten. Vorzugsweise enthält es keine Glas- oder Mineral fasern, sondern Fasern anderer Provenienz, z. B. Kohlen stoffasern, Metallfasern oder Fasern aus organischen Polymeren. Besonders bevorzugt sind Fasern auf der Basis natürlicher, synthetischer oder halbsynthetischer orga nischer Polymeren, beispielsweise auf der Basis von Cellulose, Polyestern, Polyamiden, Polyimiden, Poly acrylnitrilen und/oder Polyolefinen. Die Fasern können auch thermoplastisch sein. Das saugfähige Substrat kann auch ein Substrat auf der Basis von Papier oder Pappe sein.

Der Vorteil erfindungsgemäßer Dichtungsmaterialien be steht darin, daß man mit ihnen bei hervorragender Hoch temperatur-Beständigkeit den Umgang mit Glas- und Mineralfasern und deren Risiken und Unbequemlichkeiten bei der Herstellung und Anwendung vermeiden kann. Darüber hinaus sind sie aus gut zugänglichen Ausgangs materialien mit einfachen Tränkungsmethoden besonders leicht herstellbar. Da die vorzugsweise einzusetzenden Salze wenig oder nicht zum Kristallisieren neigen, be halten die eingesetzten, vorzugsweise flexiblen Sub strate auch nach der Tränkung weitgehend ihren flexiblen Charakter und sind somit bei der Anwendung besonders leicht handhabbar.

Erfindungsgemäße Dichtungsmaterialien sind bis zu Tempe raturen von über 1000°C anwendbar, z. B. beim Einbau von Brandschutzelementen, wie Fenstern, Feuerfeststeinen, Wandelementen, Deckenelementen, Kabeln, Kabeldurch führungen und Maschinenteilen. Sie können auch im Be hälterbau oder als Brandschutzpapiere und -pappen ange wendet werden, sowie als Brandschutzbarrieren.

Die saugfähigen Substrate können z. B. den Charakter von Vliesen, Geweben, Gewirken oder Zwischenformen davon oder von Schaumstoffen besitzen.

Als saure Komponente der erfindungsgemäß einzusetzenden Salze kommen außer den sauren Phosphaten des Aluminiums auch saure Phosphate von Eisen, Bor, Zink, Calcium und/oder Magnesium in Betracht. Als saure Phosphate kommen vorzugsweise Salze der Orthophosphorsäure in Betracht, aber auch Salze von Kondensationsprodukten der Orthophosphorsäure, etwa Salze der Pyrophosphorsäure und/oder höher kondensierter Phosphorsäuren, sowie saure Salze sonstiger Säuren des Phosphors, etwa der Phosphon säuren oder Phosphinsäuren, gegebenenfalls in Kombina tion mit Borsäuren.

Zur Salzbildung mit den sauren Phosphaten, die gegebe nenfalls als Gemische vorliegen können, können Alkali metalle, etwa Lithium, Natrium und/oder Kalium, bei spielsweise in Form der Hydroxide, auch in Kombination mit Aminen, vorzugsweise jedoch Ammoniak und/oder Amine verwendet werden.

Von den Aminen sind vor allem Alkanolamine wie Mono-, Di- oder Triethanolamin und deren Gemische von Interesse. Es kommen aber auch andere Alkanolamine in Betracht, wie Propanolamine und/oder Anlagerungsprodukte von beliebigen Alkylenoxiden, wie Ethylenoxid und/oder Propylenoxid an beliebige Amine wie Ammoniak, Ethylen diamin oder Propylendiamin und/oder sonstige Poly alkylenpolyamine und/oder andere Amine. Solche Amin anlagerungsprodukte können gegebenenfalls Ether- oder Polyethergruppierungen enthalten. Andere Amine können z. B. sein: primäre, sekundäre und/oder tertiäre Alkyl amine, Fettamine, Polyamidamine, aromatische Amine und/oder Amingemische der verschiedensten Art.

Die Herstellung der erfindungsgemäß einzusetzenden Salze kann gemäß dem Stand der Technik erfolgen, vorzugsweise durch Umsetzung der sauren Phosphate mit Alkalimetall hydroxiden und/oder mit den Aminen in wäßrigem Medium. Dabei können z. B. 20 bis 90 gew.-%ige wäßrige Lösungen erhalten und zum Tränken verwendet werden.

Die Tränkung der saugfähigen Substrate kann bei Tempera turen von beispielsweise 0 bis 120°C erfolgen. Der Tränkvorgang kann gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden. Nach der Tränkung kann eine Trocknung erfolgen, sofern das erforderlich erscheint.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsmaterialien können in Form von Flächengebilden, Streifen oder Rollen zum Ein satz kommen. Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird getränktes, feuchtes oder trockenes, faseriges Material wie Watte in Fugen eingedrückt oder flächig verteilt.

Erfindungsgemäße, zumeist flächige Dichtungsmaterialien können gegebenenfalls geformt und/oder gepreßt worden sein und z. B. als Halbschalen oder als Innen- und/oder Deckschichten von Sandwichkonstruktionen zum Einsatz ge langen. Verformungen können z. B. thermoplastisch, vor oder nach der Tränkung des saugfähigen Substrats vorge nommen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abdichten von Fugen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Fugen mit einem Substrat versieht, das mit Salzen getränkt ist, deren Säurekomponente saure Phosphate von 2- und/oder 3-wertigen Metallen darstellen und deren basische Komponente Alkalimetalle und/oder Amine sind. Die Substrate und Tränkmaterialien für dieses Verfahren sind vorstehend beschrieben.

Die erfindungsgemäßen Dichtungsmaterialien und das er findungsgemäße Verfahren zum Abdichten von Fugen haben den Vorteil, daß sie Abdichtungen mit flexiblen, tex tilen Dichtungsbändern ermöglichen, die auch bei hohen Temperaturen nicht aus dem Dichtungsbereich wegschmel zen, sondern dort funktionsfähig bleiben.

Beispiele Beispiel 1

Eine wäßrige Lösung des Umsetzungsproduktes aus 1 Mol Aluminiumhydroxid und 3 Molen Orthophosphorsäure (ca. 60 gew.-%ig) wurde mit Ethanolamin auf einen pH-Wert von 6 gebracht und auf 70 Gew.-% Feststoffgehalt einge stellt. Man erhielt eine klare, dünnflüssige Lösung. Mit dieser Lösung wurde eine handelsübliche Löschpapier ähnliche saugfähige Platte aus Baumwoll-Linters-Material mit einem Flächengewicht von 400 g/m² satt getränkt und dann bei 80°C getrocknet. Man erhielt ein flexibles, nicht klebendes Dichtungsmaterial, das 65 Gew.-% Tränk salz und 35 Gew.-% faseriges Grundmaterial des Substrats enthielt.

Beispiel 2

Ein in wäßriger Lösung hergestelltes Umsetzungsprodukt aus 1 Mol Aluminiumhydroxid und 2 Mol Orthophosphorsäure wurde in 60 gew.-%iger Konzentration mit einem Gemisch aus gleichen Gewichtsteilen Mono-, Di- und Triethanol amin auf einen pH-Wert von 6,5 eingestellt. Die erhal tene Lösung wurde auf 60 Gew.-% Feststoffgehalt einge stellt. Als saugfähiges Substrat wurde eine Platte aus Nadelholzzellstoff mit einem Flächengewicht von 500 g/m² verwendet. Diese Platte wurde zweimal mit der Lösung ge tränkt und anschließend getrocknet. Das resultierende Dichtungsmaterial wurde zu Streifen geschnitten. Es ent hielt 70 Gew.-% Tränksalz und ließ sich flexibel auf rollen.

Beispiel 3

Aus 1 Mol Zinkoxid und 2 Mol Aluminiumhydroxid wurden in 50-gew.-%iger wäßriger Suspension durch Zusatz von 8 Mol Orthophosphorsäure ein Gemisch saurer Phosphate hergestellt. Dieses wurde mit dem auch in Beispiel 2 verwendeten Amingemisch auf einen pH-Wert von 6 und die resultierende wäßrige Lösung anschließend auf einen Feststoffgehalt von 70 Gew.-% eingestellt. Mit der dünn flüssigen, trüben Lösung wurden in separaten Ansätzen ein 60 Gew.-% Baumwolle enthaltendes Baumwoll-Polyester- Mischgewebe, ein Kaolinwollvlies mit einem Flächenge wicht von 600 g/m², ein Polyaramid-Kohlenstoffaser- Mischgewebe, ein Polyacrylnitril-Polyamid-Mischgewebe und eine Polyurethanschaumstoffolie mit einem Flächen gewicht von 350 g/m² satt getränkt, getrocknet, nochmals getränkt und nochmals getrocknet. Dann wurden die ausgerüsteten flexiblen Materialien, die ca. 75 Gew.-% Tränksalz enthielten, in Streifen geschnitten und auf gerollt.

Beispiel 4

In 50gew.-%iger wäßriger Lösung wurde das Salz aus 1 Mol Aluminiumhydroxid und 3 Mol Methylphosphonsäure hergestellt. Dann wurde 1 Mol Natriumhydroxid in Form einer 40 gew.-%igen wäßrigen Lösung hinzugesetzt und dann mit einem Gemisch aus gleichen Teilen Mono- und Diethanolamin unter intensivem Rühren auf einen pH-Wert von 6 eingestellt. Die resultierende Lösung wurde mit weiterem Wasser auf einen Feststoffgehalt von 50 Gew.-% eingestellt.

Mit dieser Lösung wurde ein handelsübliches Löschpapier aus Cellulosefasermaterial mit einem Flächengewicht von 400 g/m² dreimal satt getränkt und dann bei 80°C ge trocknet. Das resultierende Dichtungsmaterial hatte nun mehr einen Trinksalzanteil von 71 Gew.-%. Es wurde an schließend in Streifen geschnitten und in Polyethylen folie verpackt.

Beispiel 5 Belastungsversuch

In einen Mauerstein aus Schaumbeton wurden mit einer Säge durchgehende Schnitte von 3 mm Breite eingesägt, so daß der Stein eine Art Kammstruktur erhielt. In die Schnitte wurden bündig die gemäß den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Dichtungsmaterialien eingebracht, so daß die Schnittfugen locker ausgefüllt waren. Dann wurde der so präparierte Stein in einen in Anlehnung an DIN 4102 arbeitenden Kleinbrandofen eingestellt, so daß er von der Brennerflamme voll umfaßt wurde und über 3 Stunden nach der ETK-(Einheits-Temperaturkurve)-Temperatur führung beheizt. Nach dem Abkühlen wurde der Prüfkörper entnommen und begutachtet.

ln allen Fällen waren die Fugen, die Temperaturen um 1000°C ausgesetzt waren, noch mit einem weißen, kerami sierten Material gefüllt. Es war nichts herausgeblasen oder herausgeschmolzen. Die ursprüngliche Struktur der eingelegten Dichtungsstreifen war voll erhalten geblieben.

Dem Versuch ist also zu entnehmen, daß erfindungsge mäße Dichtungsmaterialien auch bei hohen Temperaturen und bei Flammenerosion an ihrem Einsatzort funktions fähig verbleiben.

Claims

1. Dichtungsmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein saugfähiges Substrat enthalten, das mit Salzen getränkt ist, deren Säurekomponente saure Phosphate von 2- und/oder 3-wertigen Metallen dar stellen und deren basische Komponente Alkalimetalle und/oder Amine sind.

2. Dichtungsmaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das saugfähige Substrat Kohlen stoffasern, Metallfasern und/oder Fasern aus orga nischen Polymeren, insbesondere aus Cellulose, ent hält.

3. Dichtungsmaterialien nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Säure komponente der Salze um saure Phosphate der Ortho phosphorsäure, um saure Kondensationsprodukte der Orthophosphorsäure, um saure Salze von Phosphin säuren, um saure Salze von Phosphonsäuren, gegebe nenfalls in Kombination mit Borsäure handelt.

4. Dichtungsmaterialien nach Ansprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß es sich bei der Säure komponente der Salze um saure Phosphate der Ortho phosphorsäure handelt.

5. Dichtungsmaterialien nach Ansprüchen 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß es sich bei der Säurekom ponente der Salze um saure Phosphate von Aluminium, Eisen, Bor, Zink, Calcium und/oder Magnesium handelt.

6. Dichtungsmaterialien nach Ansprüchen 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß es sich bei der basischen Komponente der Salze um Alkanolamine und/oder Anlagerungsprodukte von Alkylenoxiden an Amine handelt.

7. Dichtungsmaterialien nach Ansprüchen 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 95 Gew.-% der Salze enthalten.

8. Verfahren zum Abdichten von Fugen, dadurch gekenn zeichnet, daß man sie mit einem Substrat versieht, das mit Salzen getränkt ist, deren Säurekomponente saure Phosphate von 2- und/oder 3-wertigen Metallen darstellen und deren basische Komponente Alkalime talle und/oder Amine sind.

9. Verfahren zur Herstellung von Dichtungsmaterialien des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein saugfähiges Substrat bei 0 bis 120°C mit einer 20 bis 90 gew.-%igen wäßrigen Lösung eines Salzes tränkt, dessen Säurekomponente saure Phosphate von 2- und/oder 3-wertigen Metallen darstellen und deren basische Komponente Alkalimetalle und/oder Amine sind und anschließend gegebenenfalls trocknet.

10. Verwendung von Dichtungsmaterialien des Anspruchs 1 beim Einbau von Brandschutzelementen, Wand elementen, Deckenelementen, Kabeln, Kabeldurch führungen, Maschinenteilen, im Behälterbau und/oder als Brandschutzpapier oder -pappe.