NO323489B1 - Skummet materiale for brannsikring og/eller isolering - Google Patents

Abstract

Et skummet materiale for brannsikrings- og/eller isoleringsformål her beskrevet, bestående av 30 til 90. vektdeler av en løsning som inneholder 20 til 70 vekt-% Al(HP0)og 30 til 80 vektdeler vann, av 5 til 55 vektdeler av en blanding som inneholder 10 til 70 vekt-% MgO, 0 til 70 vekt-% glimmer, 0 til 70 vekt-% aluminiumhydroksyd og 1 til 20 vekt-% Mn0såvel som av 1 til 30 vektdeler av en skumdanner som inneholder 3 til 33 vekt-% H0og 67 til 97 vekt-% vann. Dette skummede materialet er derigjennom kjennetegnet ved at blandingen i tillegg inneholder minst 1 til 60 vekt-% av et uorganisk fyllstoff og/eller minst 1 til 60 vekt-% av et organisk bearbeidingshjelpemiddel.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår et skummet materiale for brannsikrings- og/eller isoleringsformål, der begrepet isoleringsformål er å forstå som tilsetning av skummet materiale ifølge oppfinnelsen for varme- og lydisolering.

Fra DE-OS 27 56 198 er det kjent et uorganisk skummet materiale på basis av metall-salter av fosforsyre hvor forholdet mellom totalsummen av de saltdannende metall-atomene og totalsummen av fosforatomene beløper seg til 2:3 til 2:1 og hvor de saltdannende metallene omfatter minst et flerverdig metall, hvorved ekvivalensforholdet mellom totalvalensen av metallene og totalvalensen av fosfationene beløper seg til 0,65 til 0,95. Det kjente skummede materialet består av diskrete celler med en midlere diameter på 3 mm eller mindre og har en spesifikk vekt mindre enn 0,15. Det flere-verdige metallet til det skummede materialet er minst et toverdig og/eller treverdig metall, hvorved som flerverdig metall er foretrukket anvendt magnesium, sink og/eller aluminium. I tillegg inneholder det skummede materialet et alkalimetall. Det skummede materialet inneholder tilleggsstoffer, forsterkningsmaterialer og fyllstoffer. I tillegg kan det skummede materialet inneholde hydrofobe grupper som kan være kjemisk bundet til metallfosfatet og det handler da om organiske nitrogen- eller fosforforbindelser. Det kjente skummede materialet egner seg for varmeisolering. Det skummede materialet fremstilles fra et metallfosfat med minst et flerverdig metall, et karbonat av et flerverdig metall og vann, hvorved blandingen skummer og ved normaltemperatur herder ut.

Fra EP-PS 0 136 378 er det kjent et tokomponentsystem for dannelse av en uorganisk harpiks som kan anvendes som råvare for brannsikring og varmeisolering. Tokomponentsystemet består av en flytende komponent A som inneholder en vandig løsning av aluminiumdihydrogenfosfat og/eller magnesiumhydrogenfosfat og en flytende komponent B som inneholder en vandig suspensjon av en fosfatreaktiv bestanddel som er "Wollastonit", Ca3(Si3C>3) og/eller magnesiumoksyd, hvorved viskositeten av hver komponent blir valgt således at de to komponentene kan danne en oppslemming ved rask og grundig sammenblanding, som reagerer eksotermt under dannelsen av den uorganiske harpiksen. Ved det kjente tokomponentsystemet ser man for seg at komponenten B i tillegg omfatter et ikke-reaktivt fosfatdispergeringsmiddel og at begge komponentene til enhver tid har en viskositet fra 700 til 10.000 Centipoises ved 25°C. I EP-PS 0 136 378 blir det videre foreslått at komponent A blir innesluttet i et inert fyllmiddel i en mengde inntil 50 vekt-% av totalvekten av komponentene A og B, hvorved det som fyllmiddel fortrinnsvis anvendes S1O2 og hvorved fyllmidlet er et forformet celleaktig materiale. Begge komponentene av det kjente tokomponentsystemet kan inneholde et vannavstøtende overflateaktivt middel i en totalmengde fra 0,2 til 5 vekt-% av totalvekten av komponentene A og B, hvorved midlet består av hydrofobt SiCh, et titanat, et silikon, en voks eller et stearat. Komponenten A har en faststoff-mengde fra 20 til 70 vekt-%. For fremstilling av en harpiks med en celleaktig opp-bygning ble det kjente tokomponentsystemet modifisert på den måten at begge komponentene A og B inneholder et vannavstøtende overflateaktivt stoff, at komponentene B inneholder et esemiddel, som kan frigjøre en gass gjennom reaksjon, spalting eller for-damping i oppslemmingen og at dispergeirngsmidlet ikke øker pH-verdien i oppslemmingen til over 10. Som esemiddel anvendes fortrinnsvis CaC03 i en mengde på 0,2 til 15 vekt-% av totalvekten av komponentene A og B.

EP-PS 0 147 390 åpenbarer et stoff som kan anvendes for brannsikrings- og isoleringsformål og som består av MgO, AI2O3, aluminiumdihydrogenfosfat og vann. Dette stoffet fåes i en ikke-ammoniakkalkalisk, formbar blanding av MgO, AI2O3, et aggregat og en sur løsning av vandig aluminiumdihydrogenfosfat. Som aggregat anvendes fortrinnsvis glassperler, perlitt, stener eller ildfaste materialer. Materialet kan eksempelvis inneholde 10 vekt-% MgO, 30 vekt-% A1203, 30 vekt-% aggregat og 30 vekt-% sur løsning. Med de kjente materialene fra EP-PS 0 147 390 ble det lagt et panellag.

Oppgaven ifølge foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe et bedre egnet skummet materiale for brannsikring.

Således angår foreliggende oppfinnelse et skummet materiale for brannsikrings- og/eller isoleringsformål kjennetegnet ved at det består av 30 til 90 vektdeler av en løsning som inneholder 20 til 70 vekt-% A1(H2P04)3 og 30 til 80 vekt-% vann, av 5 til 55 vektdeler av en blanding som inneholder 10 til 70 vekt-% MgO, 0 til 70 vekt-% glimmer, 0 til 70 vekt-% aluminiumhydroksyd og 1 til 20 vekt-% Mn02, såvel som av 1 til 30 vektdeler av en skumdanner som inneholder 3 til 33 vekt-% H2O2 og 67 til 97 vekt-% vann, og blandingen i tillegg inneholder 1 til 60 vekt-% av minst et uorganisk fyllstoff og/eller 1 til 60 vekt-% av minst et organisk bearbeidingshjelpemiddel.

Ifølge oppfinn-elsen er det videre sett for seg at som uorganisk fyllstoff anvendes bauxitt, borsyre, boraks, kordieritt, feltspatt, gips, kaolin, lepidolitt, litiumsalter, magnesiumhydroksyd, mullitt, perlitt, sjamott, silisiumkarbid, spodumen, leire, vermikult, zeolitt og/eller stoffer med et Si02-innhold > 70 vekt-% og at som organiske forarbeidingshjelpemidler anvendes polyakrylsyreester, polyuretan, polyvinylalkohol, polyetylen, latekser, stivelse, cellulose, dekstrin, melasse og/eller ligninsulfonsyrer. Skummingsfaktoren til det skummende materialet ifølge oppfinnelsenligger fra ca. 2 til ca. 10, dvs. at volumet av de skummede materialene er ca. 2 til 10 ganger høyere enn volumet av utgangsstoffene. Det skummede materialet ifølge oppfinnelsen har en relativt høy mekanisk fasthet av-hengig av volumvekten og en volumvekt på ca. 100 til 800 kg/ m<3>. Det egner seg svært godt for varme- og lydisolering; sin varmeledningsevne er svært liten. Når det skumm-ende materialet ifølge oppfinnelsen inneholder lite eller ingen mengde organisk for-arbeidingshjelpemiddel, er det ikke brennbart og derfor egner seg særlig for brannsik-irngsformål. Ved hjelp av de uorganiske fyllstoffene borsyre, boraks og aluminiumsalter blir sprekkdannelsen i det skummende materialet undertrykt, når det ved sin anvendelse for brannsikirngsformål blir utsatt for høye temperaturer, fordi borsyre, boraks og litiumsalter ved høye temperaturer virker som sinterhjelpemiddel og derigjennom undertrykker sprekkdannelse i det skummende materialet. De uorganiske fyllstoffene bauxitt, gips, magnesiumhydroksyd og zeolitt som foretrekker å binde seg til vann, som ved aluminiumdihydrogenfosfatløsningen og H202-løsningen blir innbrakt i det skumm-ende materialet. Ved bindingen til vann blir det oppnådd en kjøleeffekt. De uorganiske fyllstoffene kordieritt, feltspat, lepidolitt, mullitt, sjamott, silisiumkarbid, spodumen og stoffer med et Si02-innhold større enn 70 vekt-% forminsker på en fordelaktig måte den termiske utvidelsen av skummematerialet ifølge oppfinnelsen, som virker positivt på formholdbarheten og den mekaniske fastheten av det skummende materialet, som blir utsatt for høyere temperaturer eller vekslende temperaturer. Ved de uorganiske fyll-stoffene kaolin og leire blir plastisiteten av det skummende materialet ifølge oppfinn-elsen forhøyet og porestrukturen finere. De skummede materialene modifisert med leire og/eller kaolin har spesielt ved deres innsats ved lydisolering fasthetsegenskaper etter-som dets struktur blir heller ikke forandret ved lydbølger med lav frekvens. De uorgan-iske fyllstoffene perlitt og vermikulitt nedsetter den spesifikke vekten og høyner den varmeisolerende virkningen av skummematerialene ifølge oppfinnelsen på fordelaktig måte slik at disse fyllstoffene særlig blir anvendt når skummematerialet anvendes for brannsikirngsformål eller til varmeisolering.

Bauxitt er AI2O3 forurenset med jernoksyd som dessuten inneholder vann og mindre mengder Si02. Kordieritt er et magnesium-aluminium-silikat med formelen Mg2SL}Si50i8. Feltspat er komplekse silikater til aluminium som har to omtrent lodd-rette spalteben liggende inntil hverandre. Til feltspat hører f.eks. mineralene albitt og anortitt. Kaolin blir betegnet som hydrolserte alumosilikater. Lepidolitt er et kalium-litium-alumosilikat som foreligger i form av små skjell. Som litiumsalter anvendes fortrinnsvis LiF og LiCl. Mullitt er et rombeformet krystallisert alumosilikat med sammensetningen 3A1203 x Si02 til 2A1203 x Si02. For perlitt handler det om svært lett pimpsteinlignende stenskum som blir fremstilt fra bestemte vulkanske stener ved oppvarming. Med sjamott handler det om sterkt brent, oppdelt, ildfast leire. Spdumen er et litium-aluminium-silikat og har sammensetningen LiAl(Si20s). Leire er aluminium-silikater med poly-silikat-struktur og forskjellige vanninnhold. Vermikulitt er et magnesium-aluminium-silikat med vekslende innhold av treverdig jern. Zeolott er krystallinsk, vannholdig alkali- henholdsvis jordalkali-alumosilikat som har avgitt vannet ved kontinuerlig oppvarming og uten endring av krystallstrukturen. Som uorganiske fyllstoffer er også stoffer som har et Si02-innhold større enn 70 vekt-% som f.eks. flyaske, glass eller glassfritte egnet.

Det organiske bearbeidingshjelpemidlet forhøyer for det første råvare fastheten til det skummende materialet ifølge oppfinnelsen, dvs. det øker formstabiliteten og den mekaniske fastheten til det skummende materialet i løpet av utherdingen. En slik virkning har særlig melasse, stivelse og dekstrin. Bearbeidingshjelpemidlet har også en dispergerende virkning på det uorganiske faste stoffet, hvorved særlig polyvinylalkohol og lignin-sulfonsyrene virker som dispergeringsmiddel. En plastifisering av det skummende materialet ifølge oppfinnelsen oppnåes særlig når polyakrylsyreester, polyuretan, polyetylen, latekser, polyvinylalkohol, stivelse, dekstrin og cellulose anvendes som bearbeidingshjelpemiddel, hvorved cellulosen kan anvendes i form av pulver eller fiber. Det organiske bearbeidingshjelpemidlet ble tilsatt ekstra til faststoffblandingen ved fremstillingen av det skummede materialet.

Ved videre utforming av oppfinnelsen blir det sett for seg at blandingen av uorganisk fyllstoff inneholder 1 til 50 vekt-% borsyre, 1 til 60 vekt-% leire, 1 til 60 vekt-% sjamotte og/eller 1 til 50 vekt-% perlitt. Ved videre utforming av oppfinnelsen blir det videre sett for seg at blandingen som organisk bearbeidingshjelpemiddel inneholder 1 til 40 vekt-% stivelse, cellulose og/eller dekstrin. De således modifiserte skummende materialene har særlig en god temperaturvariasjonsbestandighet, dvs. at det skummende materialet også ved hyppig vekslende temperaturer bevarer sin mekaniske fasthet.

På overraskende måte har det vist seg at skummende materiale som inneholder Mn02 helt eller delvis kan erstattes med Fe203 og/eller Cr203, fordi begge disse oksydene katalyserer nedbrytningen av H2O2 under dannelsen av oksygen og også med en slik fart at det er mulig med en kontrollert skumdannelse. Oksydene av jern og krom som anvendes i stedet for Mn02 inneholder som forurensninger f.eks. kalsiumoksyd, magnesiumoksyd, bariumoksyd og/eller kobberoksyd. Substitusjonen av Mn02 med Fe2C>3 og/eller Cr203 virker fordelaktig på prisvurderingen av det skummede materialet ifølge oppfinnelsen.

Ifølge oppfinnelsen har det i enkelte tilfeller vist seg hensiktsmessig at blandingen inneholder 10 til 70 vekt-% aluminiumhydroksyd og/eller at blandingen inneholder 10 til 70 vekt-% glimmer. Aluminiumhydroksydet påvirker fortrinnsvis fasthetsegen-skapene til det skummede materialet på en positiv måte, mens glimmeret påvirker særlig plastisiteten av det skummede materialet på en positiv måte. På en overraskende måte har det vist seg at glimmeret helt eller delvis kan erstattes med talkum. Herigjennom blir egenskapene til det skummede materialet ikke påvirket negativt, men det oppnåes gjennom anvendelse av talkum rimeligere produkter.

Glimmer kommer fra flate spaltbare leirejordsilikater som har en lys farge (Muskovit) eller en mørk farge (Biotit, Phlogopit). Hardheten til glimmer ligger mellom 2 og 3 og tettheten utgjør 2,7 til 3,1. Glimmeret foreligger som inntil 0,1 u,m tynne, bøyelige små plater. Talkum er et magnesiumsilikat og danner glimmeraktige aggregater. Det anvendte aluminiumhydroksyd ifølge oppfinnelsen har et Al(OH)3-innhold større enn 98%.

Det skummende materialet ifølge oppfinnelsen har et svært bredt anvendelsesspektrum. Det kan f.eks. anvendes i jern- og stålindustrien, i ovnsbygg, i skorsteinsbygg, i ferdig-husbygg og i skipsbygg fordelaktig for brannsikringen og varmeisoleringen. Også kjeler, rør, oljetanker, stålbjelker og kjemikaliebeholdere når formålet er varmeisolering, blir mantlet med det skummede materialet. Til slutt kan det skummede materialet anvendes ved bilbygging såvel som i dører, vinduer og dør til lyd- og/eller varmeisolering.

Det skummede materialet ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved at først ble den vandige A1(H2P04)3 -løsningen dispergert under røring og ved romtemperatur i en blanding som inneholder MgO og Mn02 så vel som eventuelt glimmer, aluminiumhydroksyd, minst et uorganisk fyllstoff og/eller minst et organisk bearbeidingshjelpemiddel, og deretter blir skumdanneren tilsatt dispersjonen under røring, deretter blir blandingen til slutt fylt i hulrom, hvorved skummetiden beløper seg til 0,5 til 10 minutter og til slutt hvorved avkjølingen av det skummede materialet til romtemperatur inntrer. Skumdannelsen inntrer ved hjelp av oksygen som oppstår på grunn av spalting av H202.1 løpet av skummetiden inntrer gjennom den eksoterme reaksjonen mellom A1(H2P04)3 med MgO henholdsvis glimmeret henholdsvis aluminiumhydroksydet en oppvarming og på samme tid finner det sted ved skumdannelsen en volumforstørring med en faktor fra 2 til 10. Utherdingen av det dannede skummet kan bli variert mellom 1 minutt og 24 timer. Frem-stillingsfremgangsmåten muliggjør korte blandetider for de enkelte komponenter av det skummede materialet så vel som en langsom og likartet skumdannelse og utherding av skummet. Videre tillater fremgangsmåten en uavhengig innstilling av skummetiden og dets skummefaktorer ved på den ene siden variasjon av H2O2- og brunsteinsmengden og på den annen side utherdingstiden av skummet ved variasjon av MgO-mengden. Det dannede skummet er finporet og derfor særlig stabilt; det er derfor spesielt egnet til å skumme store volumer. Det skummede materialet har en høy fasthet så vel som en god plastisitet; disse egenskapene kan særlig påvirkes positivt ved uorganiske fyllstoff og det organiske bearbeidingshjelpemidlet. Blandingen av bestanddelene i det skummede materialet følger på en fordelaktig måte utelukkende i et blandingsaggregat.

Formålet med oppfinnelsen blir nærmere forklart ved hjelp av de etterfølgende to utføringseksempler.

I tabellene 1 og 2 blir to mulige sammensetninger av det skummede materialet ifølge oppfinnelsen angitt. Begge sammensetningene inneholder til enhver tid et uorganisk

fyllstoff som består av flere substanser. Sammensetningen i tabell 2 inneholder dessuten et organisk bearbeidingshjelpemiddel. Sammensetningene blir bearbeidet til skummede materialer på en måte hvor den vandige Al(H2PC>4)3-løsningen først foreligger i et røre-kar og deretter blir blandingen tilsatt denne løsningen under intensiv røring ved romtemperatur. Ca. 1 minutt etter tilsetningen av blandingen til løsningen blir skumdanneren tilført under intensiv røring. Etter en blandetid på ca. 10 sekunder inntrer i løpet av 90 sekunder skumdannelsen hvorved det opprinnelige volumet til stoffbland-ingen øker med ca. 400 til 500%. Skummet blir etter 15 minutter tatt ut av rørekaret; rørekaret blir også benyttet som form. Inntil uttaket av det skummede materialet fra rørekaret følger riktignok også klart en herding, men dog ikke noen endelig stabilisering. Etter 1 til 3 dager blir blokken av det skummede materialet tatt ut av rørekaret og fordelt enkeltvis i prøvelegemer, som for å bli fullstendig festet blir lagret enda noen dager i luft. Etter 14 dager blir prøvestykkene undersøkt. Det skummede materialet som blir målt, tabell 1, har etter 14 dager en romvekt på 0,18 g/cm<3> og en bøyningsfasthet på 4,5 N/m<2>. Det målte skummede materialet, tabell 2, har etter 14 dager en romvekt på 0,22 g/cm<3> og en bøyefasthet på 13 N/cm<2>. Ved anvendelse av stivelse som organisk bear-beidingsmiddel stiger bøyefastheten målt på det skummede materialet, tabell 1, altså med ca. 200%. Sammensetningene i tabell 1 og 2 kan selvfølgelig også bli foredlet i mindre andelsmessige mengder til et skummende materiale.

Det anvendte MgO hadde en renhet på > 95% og Al(OH)3 hadde en renhet > 98% . Partikkelstørrelsen av brunsteinen lå under 100 um. Partikkelstørrelsen av glimmeret beløp seg til ca. 60 mesh. Partikkelstørrelsen av sjamotte beløp seg til 97% < 63 um. Partikkelstørrelsen av leiren beløp seg til 95% < 63 um. Den anvendte stivelsen hadde en løsvekt mellom 0,3 og 0,5 kg/dm<3>.

Claims (9)

1. Skummet materiale for brannsikrings- og/eller isoleringsformål, karakterisert ved at det består av 30 til 90 vektdeler av en løsning som inneholder 20 til 70 vekt-% A1(H2P04)3 og 30 til 80 vekt-% vann, av 5 til 55 vektdeler av en blanding som inneholder 10 til 70 vekt-% MgO, 0 til 70 vekt-% glimmer, 0 til 70 vekt-%) aluminiumhydroksyd og 1 til 20 vekt-% Mn02, såvel som av 1 til 30 vektdeler av en skumdanner som inneholder 3 til 33 vekt-% H202 og 67 til 97 vekt-% vann, og blandingen i tillegg inneholder 1 til 60 vekt-% av minst et uorganisk fyllstoff og/eller 1 til 60 vekt-% av minst et organisk bearbeidingshjelpemiddel.

2. Skummet materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at det uorganiske fyllstoffet er bauxitt, borsyre, boraks, kordieritt, feltspat, gips, kaolin, lepidolitt, litiumsalter, magnesiumhydroksyd, mullitt, perlitt, sjamotte, silisiumkarbid, spodumen, leire, vermikulitt, zeolitt og/eller stoffer med et Si02-innhold > 70 vekt-%.

3. Skummet materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at det organiske bearbeidingshjelpemidlet er polyakrylsyreester, polyuretan, polyvinylalkohol, polyetylen, latekser, stivelse, cellulose, dekstrin, melasse og/eller ligninsulfonsyrer.

4. Skummet materiale ifølge kravene log2, karakterisert v e d at blandingen som uorganisk fyllstoff inneholder 1 til 50 vekt-% borsyre, 1 til 60 vekt-% leire, 1 til 60 vekt-% sjamotte og/eller 1 til 50 vekt-% perlitt.

5. Skummet materiale ifølge kravene log3, karakterisert v e d at blandingen som organisk bearbeidingshjelpemiddel inneholder 1 til 40 vekt-% stivelse, cellulose og/eller dekstrin.

6. Skummet materiale ifølge kravene 1 til 5, karakterisert ved at Mn02 helt eller delvis blir erstattet med Fe203 og/eller Cr203.

7. Skummet materiale ifølge kravene 1 til 6, karakterisert v e d at blandingen inneholder 10 til 70 vekt-% aluminiumhydroksyd.

8. Skummet materiale ifølge kravene 1 til T, karakterisert ved at blandingen inneholder 10 til 70 vekt-% glimmer.

9. Skummet materiale ifølge kravene 1 til 8, karakterisert v e d at glimmeret helt eller delvis erstattes med talkum.