AT511015A1

AT511015A1 - Zusammensetzung zur herstellung flammhemmender oberflächen oder gegenstände

Info

Publication number: AT511015A1
Application number: ATA79/2011A
Authority: AT
Original assignee: Austria Wirtschaftsservice Gmbh; Kiss Johann
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-15
Also published as: EP2665781A1; AT511015B1; WO2012097395A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung flammhemmender Oberflächen oder Gegenstände, die Folgendes umfasst:a) tierisches Protein undb) Base, ausgewählt aus Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxiden, -hydrogencarbonaten und -carbonaten;sowie daraus hergestellte flammhemmende Oberflächen und Gegenstände.

Description

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Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen zur Herstellung flammhemmender Oberflächen, vorzugsweise Zusammensetzungen aus natürlichen Rohstoffkomponenten.

STAND DER TECHNIK

Flammschutz hat immer dort besondere Bedeutung, wo in Lebensräumen oder bestimmten Anwendungen Möglichkeiten der Überhitzung oder offener Flammeinwirkung gegeben sind und durch selbständige Verbrennung Gefährdungspotentiale für Mensch und Umwelt entstehen. Bestimmte Produkte müssen daher vor ihrer Anwendung flammhemmend oder flammgeschützt ausgerüstet werden.

Flammhemmende oder flammschützende Wirkung wird über chemisch wirkende Substanzen oder/und physikalisch wirkende Eigenschaften gesteuert. Die gängigen Flammschutz-Techniken sind in 5 Hauptgruppen unterteilt, die sich jeweils auf unterschiedliche Wirkungsmechanismen stützen.

Flammschutzmittel, die aufgrund ihrer Reaktionsfähigkeit die in der Hitze frei werdenden Spaltprodukte (Radikale) oder den Sauerstoff binden, um die Reaktionen mit Sauerstoff zu verhindern (z.B. Halogenide, Phosphat- und Schwefelverbindungen).

Flammschutzmittel, die in der Hitze durch endotherme Reaktionen und/oder Bildung von H20 Wärmeenergie entziehen, um den thermischen Spalt- und Abbauprozess unter Hitzeeinwirkung zu behindern oder zu beenden (Kühleffekt, Energieabsorber).

Flammschutzmittel, die durch unvollständige Verbrennung an den Oberflächen eine schützende Isolierschicht mit Ruß bilden, um den Zugang von Sauerstoff und Wärmeenergie zu verhindern (Kapselung und Wärmeisolierung).

Flammschutzmittel, die durch ihre eigene Unbrennbarkeit das Verhältnis zwischen brennbarer Masse und unbrennbarer Masse verschieben und so einen "Ver-dünnungseffekt” ausüben.

Physikalisch wirkende Flammschutzwirkung wird auch dadurch erreicht, dass durch Hitzeeinwirkung ein Schrumpf- oder Schmelzprozess ausgelöst wird, um die Kontakt- -1 -

Oberflächen bzw. die Wärmeaustauschflächen zu reduzieren und durch Rückzug aus der Hitzequelle den thermischen Abbau zu unterbrechen oder durch entsprechenden Abstand die Temperatureinwirkung zu minimieren.

Alle Systeme erfüllen dann ihren Zweck, wenn bei thermischer Spaltung in organischen Stoffen der Energieeintrag (die Hitzeeinwirkung) und die Bildung reaktionsfreudiger Spaltprodukte und/oder Reaktionen mit Sauerstoff verringert oder verhindert werden.

Der weltweite Einsatz von Flammschutzmitteln setzt sich (laut Danish Environmental Protection Agency) wie folgt zusammen (Prozentsätze gerundet): 50 % anorganische, 25 % halogenierte, 20 % auf Stickstoff basierende und 5 % Organophosphor-Flammschutzmittel. Jede Gruppe von Flammschutzmitteln besitzt neben den ihr eigenen Vorzügen auch eine Reihe von Nachteilen.

Anorganische Flammschutzmittel haben zwar Vorteile auf dem Umwelt- und Kostensektor, müssen aber in hoher Konzentration eingesetzt werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, Unerwünschte Begleiteigenschaften wie erhöhte Masse, Verlust der Elastizität oder/und erhöhte Sprödigkeit bis hin zu produktspezifischen Qualitätsverlusten (z.B. Wärmeisolierung, elektrischer Leitwiderstand etc.) begrenzen oft ihre Anwendungsmöglichkeiten.

Halogenierte Flammschutzmittel werden bevorzugt in Form von modernen Kohlenwasserstoffverbindungen (Kunststoffe) eingesetzt, wo charakteristische Eigenschaften erhalten bleiben müssen und eine geringe Thermostabilität der Molekülketten im Falle thermisch ausgelöster Spaltungen (Cracken) wirkungsvoll von Oxidationsprozessen mit Sauerstoff blockiert werden. Diese Stoffe sind bereits bei der Entstehung von brennbaren Pyrolysegasen höchst wirksam, aber in Zusammenhang mit ihren gasförmigen Reaktionsprodukten bedenklich und umstritten. Zudem verhindern halogenierte Flammschutzmittel die Wiederverwertung und die einfache Entsorgung entsprechend ausgerüsteter Produkte nach ihrer Verwendung. - 2 -

Phosphor- und Schwefelverbindungen werden sowohl in organisch-synthetischer als auch in natürlicher Form eingesetzt. Die Kombinationsmöglichkeiten sind aufgrund ihres chemischen Verhaltens und ihrer Reaktionsfähigkeit mit anderen Werkstoffen zum Teil eingeschränkt. In technischen Merkblättern von Markenprodukten findet sich häufig der Hinweis, dass mit phosphor- oder schwefelhältigen Verbindungen nachträglich ausgerüstete oder oberflächenbehandelte Produkte reaktionsfreudig bleiben und durch Umwelt-, Alterungs- und Witterungsprozesse die Wirksamkeit mit der Zeit verlieren können. Zu bemerken ist auch, dass auch hier, ähnlich wie bei halogenierten Produkten, die im Brandfall frei werdenden gasförmigen Reaktionsprodukte nicht unbedenklich sind.

Auf Stickstoff basierende Flammschutzmittel bestehen weitgehend aus organisch-synthetischen Produkten (z.B. auf Basis von Harnstoff oder Melamin), deren Wirkungsweise darauf ausgerichtet ist, eine möglichst hohe Stickstoff-Konzentration in Form von aliphatischen oder aromatischen organischen Verbindungen zu erzeugen, die dann unter thermischer Belastung wiederum in Radikale gespalten werden und so den Sauerstoff als NOx-Verbindungen binden und H20 als Spaltprodukt freisetzen {Sauerstoffblocker und Energieabsorber). Abgesehen davon, dass die hierfür eingesetzten Stickstoffverbindungen, ähnlich wie halogenierte und auf Phosphor oder Schwefel basierende Verbindungen, mit der Zeit aus den entsprechend ausgerüsteten Produkten herausdiffundieren können, lassen sie sich auch nur sehr eingeschränkt mit modernen Kunststoffen oder Materialmischungen kombinieren.

Viele Flammschutzmittel sind somit gesundheitlich und/oder ökologisch bedenklich. So lassen sich etwa seit Jahren stetig steigende Konzentrationen einiger Flammschutzmittel im Hausstaub, im Blutserum und in der Muttermilch nachweisen.

Ziel der Erfindung war vor diesem Hintergrund, eine gesundheitlich und umwelttechnisch möglichst unbedenkliche, insbesondere eine weitestgehend biologisch aufgebaute, hochwirksame Flammschutzzusammensetzung bereitzustellen, die die vielfältigen Brandschutzanforderungen in Kombination mit beliebigen Werkstoffen und Materialien erfüllt und die auf wirtschaftliche Weise herstell- und einsetzbar ist. - 3 -

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch Bereitstellung einer Zusammensetzung zur Herstellung flammhemmender Oberflächen, die Folgendes umfasst: a) tierisches Protein und b) Base, ausgewählt aus Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxiden, -hydrogencarbonaten und -carbonaten.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung des Erfinders, dass aus einer Kombination aus tierischem Protein und einer oder mehreren geeigneten Basen bei entsprechendem Aufschluss und Vernetzung der Komponenten eine Zusammensetzung erzeugbar ist, die auch ohne jeglichen Zusatz sonstiger Komponenten ein hochwirksames Flammschutzmittel darstellt. Die als Komponente a) eingesetzten tierischen Proteine sind durchwegs natürliche oder naturidente Stoffe, weswegen eine Entsorgung ohne jegliche Bedenken bezüglich Umwelt oder Gesundheit möglich ist, wenngleich, je nach Auswahl weiterer, optionaler Komponenten, auch Wiederverwertung und Recycling in den meisten Fällen problemlos möglich sind - und das sogar zumeist ohne Qualitätsminderung der Recyclingprodukte.

Da tierische Proteine zwar eine ganze Bandbreite von unterschiedlichen oder zumindest unterschiedlich nuancierten Eigenschaften aufweisen können, als zu vernetzende Komponente in einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung jedoch in den allermeisten Fällen bewirken, dass die daraus erzeugten flammhemmenden Oberflächen relativ hart, fest und starr sind, enthält die Zusammensetzung vorzugsweise eine zusätzliche Komponente c), nämlich einen Anteil an pflanzlichen Polymeren, insbesondere pflanzlichen Proteinen, die, neben sonstigen inhärenten Eigenschaften, ebenfalls als vernetzbare und daher bindende Komponente dienen und als solche tendenziell eine höhere Elastizität und Biegsamkeit der flammhemmenden Oberflächen bewirken. Weiters kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung als zusätzliche optionale Komponente d) diverse Füllstoffe und/oder Additive enthalten, solange diese die flammhemmende Wirkung der Erfindung nicht beeinträchtigen. Durch geeignete Wahl des Mischungsverhältnisses zwischen den Komponenten lassen sich die ge- -4- wünschten Eigenschaften der daraus gefertigten flammhemmenden Produkte in sehr breiten Bereichen sehr genau einstellen.

Als natürliche Komponenten a) und c) können beispiels- und vorzugsweise Naturprodukte, wie z.B, Milch oder Milchprodukte oder Getreideprodukte, eingesetzt werden, allerdings auch natürliche Abfallprodukte, z.B. aus Schlachthöfen, Molkereibetrieben, Sägewerken, Mühlen und anderen Mahlbetrieben, Aber auch als Base der Komponente b) und als Füllstoffe bzw. Additive der Komponente d) werden, zumindest in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, natürliche Stoffe eingesetzt. So ist etwa eine gemäß vorliegender Erfindung bevorzugte Base Sumpfkalk, worauf später noch näher eingegangen wird.

All dies ermöglicht eine vom ökonomischen und ökologischen Standpunkt äußerst vorteilhafte Herstellung und Nutzung der erfindungsgemäßen flammhemmenden Zusammensetzung. Besonders bevorzugt sind die Komponenten a), c) und d), sofern vorhanden, allesamt Nahrungsmittel, Nahrungsmittelbestandteile, Nahrungsmittelabfall oder Abfallprodukte aus der Nahrungsmittelproduktion und somit in gesundheitlicher und umwelttechnischer Hinsicht völlig unbedenklich.

Eine Zusammensetzung der Erfindung kann entweder zur flammhemmenden Oberflächenausrüstung von Werkstoffen als Beschichtung auf einen Träger aufgebracht oder als Formmasse oder Bindemittel eingesetzt und zu einem dreidimensionalen Gegenstand mit flammhemmenden Oberflächen gestaltet werden, wobei in allen Fällen mehr oder weniger große Anteile der optionalen Komponenten c) und d) berücksichtigt werden können. Die Übergänge zwischen (relativ ungefüllter) Formmasse und (mehr oder weniger stark gefülltem) Bindemittel sind hierbei fließend.

Die optionale Komponente d) ist nicht speziell eingeschränkt und umfasst beispielsweise Pigmente, Farbstoffe, Weichmacher, Fließ- oder Verdickungsmittel, Mischhilfen und Füllstoffe, solange diese die flammhemmenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzung nicht beeinträchtigen, sondern diese in bevorzugten Ausführungsformen sogar noch verstärken. Vorzugsweise sind optionale Füil- - 5 -

Stoffe daher aus der aus Steinmehl, Knochenasche, Korkgranulat, Faserstoffen, Vulkanasche, Glasschaum, Kokosschalen, Kakao- und Kaffeepulver, Polystyrol- und Polyurethanschaumgranulat sowie Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt, wie später noch näher ausgeführt wird. Zur optionalen Komponente d) zählen weiters auch Treibmittel, um die Zusammensetzung gezielt aufzuschäumen, falls eine geschäumte flammhemmende Oberfläche oder ein flammgeschütztes geschäumtes Bauteil erhalten werden soll. Der Fachmann ist ohne übermäßigen Aufwand in der Lage, die für die jeweilige Anwendung geeigneten Zusätze für das jeweilige System zu ermitteln, wobei vorzugsweise Augenmerk auf den natürlichen Ursprung dieser Zusätze gelegt werden sollte. Die Eigenschaften der Zusammensetzung als Ganzes werden jedoch maßgeblich durch die Auswahl der für den jeweiligen Anwendungszweck geeignetsten Komponenten a), b) und gegebenenfalls c) und deren Mischungsverhältnis in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bestimmt, weswegen später vor allem auf diese drei Grundkomponenten näher eingegangen wird.

Die Erfindung nutzt die bekannte Tatsache, dass Proteine grundsätzlich nur schwer entflammbar sind. Allerdings ist es bisher nicht gelungen, aus Proteinen oder gar natürlichen Proteinquellen, die in ihrer natürlichen Form gegenüber äußeren und biologisch-natürlichen Abbauprozessen und Zersetzungseinflüssen nicht stabil und kaum mit anderen Werkstoffen und Produkten kombinierbar sind, flammhemmende Beschichtungen oder Gegenstände herzustellen. Dies gelang nun erstmals dem Erfinder durch entsprechende Auswahl und Kombination solcher natürlicher Komponenten sowie geeigneten Aufschluss und Vernetzung mit, vorzugsweise natürlichen, Metallhydroxiden, -hydrogencarbonaten oder-carbonaten. Dabei werden die flammhemmenden Eigenschaften der natürlichen Proteine erst vollständig aktiviert, durch optionale sonstige pflanzliche Polymere und vor allem durch die Base verstärkt und auf diese Weise gezielt für den Flammschutz genutzt. Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, dass Proteine, und zwar vor allem tierische Proteine, nach den entsprechenden Aufschluss- und Vernetzungsreaktionen mit Basen auch eine ungewöhnlich gute Benetzungsfähigkeit und Bindekraft aufweisen. Dies bewirkt eine viel- -6- fältige Einsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung als Beschichtungsmittel, Bindemittel oder Formmasse.

Im Gegensatz zu vielen bestehenden Flammschutzmitteln, die die Eigenschaften der damit ausgerüsteten Produkte mitunter gravierend verändern, können mittels der Erfindung die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts durch entsprechende Auswahl der Komponenten, Abstimmung der jeweiligen Rezeptierung und Steuerung der Vernetzungsreaktionen bei der Verarbeitung der Zusammensetzung zu flammhemmenden Produkten in breiten Grenzen eingestellt und an zahlreiche Werkstoffe angepasst werden. Die Effizienz der erfindungsgemäßen Protein-Flammschutzmittel wird von den jeweiligen auszurüstenden Werkstoffen und Produkten entscheidend beeinflusst, zumal nicht saugende, synthetische und geschlossenzeilige Produkte andere Rezeptierungen erfordern als offenzellige, saugende Werkstoffe und Produkte, an denen ein oberflächliches Flammschutzmittel stärker verankert ist und die zum Teil durch chemische Reaktion in den Vernetzungsprozess miteingebunden werden können. Daher lassen sich unterschiedliche Werkstoffe schon mit geringen Konzentrationen und mit einfachsten Kombinationen aufgeschlossener Proteine flammhemmend, zum Teil sogar flammresistent ausrüsten.

Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaute Makromoleküle mit hohen Anteilen an Stickstoff, die bei Einsatz in einer erfindungsgemäßen flammhemmenden Zusammensetzung - ohne sich auf eine Theorie beschränken zu wollen - schon bei geringer Hitzeeinwirkung zwei wirkungsvolle Mechanismen auslösen: 1) Die Protein-Makromoleküle werden unter thermischer Belastung schon früh gespalten, was sich mit steigender Temperaturentwicklung anhand von Farbumschlägen von Gelb über Gelbbraun bis zu Schwarz (Verkohlung) zeigt. Proteine brennen üblicherweise nicht und verkohlen unter Abspaltung von H20, N2, CO, C02 und NOx. Aus diesem Grund werden große Energiemengen zur Spaltung eines Proteins und Bildung von Spaltprodukten verbraucht, und gleichzeitig wird der Umgebung Sauerstoff entzogen, weshalb eine vollständige Verbrennung kaum noch möglich ist. Der Rückstand, d.h. das Verbrennungsprodukt, ist eine überwiegend kohlenstoffhaltige Masse, die eine verkohlte, rußähnliche Schicht ausbildet. Hierzu sei angemerkt, -7- dass Ruß bei unvollständiger Verbrennung zusammen mit Kohlenmonoxid entsteht und ein sichtbarer Hinweis für Sauerstoffmangel während einer Verbrennung ist. 2) Unter Flammeinwirkung baut sich an einer aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erzeugten Oberfläche eine wärmeisolierende Rußschicht auf, die gleichzeitig den Zutritt von Sauerstoff blockiert und den Wärmeübergang erschwert und im Optimalfall beides sogar verhindert.

Natürliche Proteinquellen und Pflanzenbestandteile mit Proteinanteilen enthalten zumeist für die vorliegenden Zwecke unerwünschte Begleitstoffe, wie z.B. Fette, Zucker, Stärke, Cellulose etc., die in Bezug auf Brandfestigkeit oder flammhemmende Wirkung eigentlich den gegenteiligen Effekt bewirken. Stärke beispielsweise ist ein Polysacharid, das in seinem Aufbau ausreichend Sauerstoff mitbringt und diesen bei thermischer Spaltung des Moleküls frei setzen kann, was das Brandverhalten eher unterstützt. Stärkeprodukte können daher auch ohne äußere Sauerstoffzufuhr brennen, wie dies etwa als selbständiges "Glimmen" bekannt ist. Von der optionalen pflanzlichen Komponente c) der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist daher primär vor allem deren Proteingehalt als vorteilhaft anzusehen.

Die Erfindung nutzt allerdings sämtliche Bestandteile tierischer und optionaler pflanzlicher Proteinquellen mit allen Begleitstoffen, da diese im vollständigen und gemeinsamen Aufschluss mit den natürlichen Reaktions- und Vernetzungskomponenten zu höchst effektiven flammhemmenden und vorzugsweise unbrennbaren Beschich-tungs- und Bindemitteln vernetzt werden können. Die einzelnen Komponenten einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung werden nachstehend ausführlicher beschrieben.

Komponente a) - Tierisches Protein

Ohne sich auf eine bestimmte Theorie einschränken zu wollen, wird aufgrund der erzielten Ergebnisse angenommen, dass von den möglichen Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung das tierische Protein aufgrund der nachfolgend erläuterten Funktionen für den inneren Zusammenhalt der Bestandteile der Zusammensetzung verantwortlich ist. Durch gezielte und geeignete Auswahl des tierischen -8- ··*······*#* * · · · · » ··« * ♦ · · » I · t . φ • · * > ι **! ! ···*· « ; ι ·* * · ··« « ««ι

Proteins kann auch die Verträglichkeit mit optionalen Füllstoffen und Additiven hergestellt oder verbessert werden. Die folgenden Ausführungen gelten zum Teil auch für später näher beschriebene pflanzliche Proteine: - Proteine, vor allem tierische Proteine, besitzen nach der Reaktion, d.h. unter anderem Vernetzung, mit sonstigen Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine starke dispergierende bzw. emulgierende Wirkung, die es ermöglicht, bestimmte, bisher als unverträglich geltende Komponenten gemeinsam in eine stabile Zusammensetzung miteinzubeziehen. - Proteine besitzen hydrophile und hydrophobe funktionelle Gruppen, die in der zielgerichteten Anwendung in einem flammhemmenden System die Adhäsion an unterschiedlichen flammhemmend auszurüstenden Oberflächen unterstützt und verstärken. - Proteine, speziell tierische Proteine, bilden in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ein natürliches Klebstoffsystem, das in Beschichtungs- und Bindemittelsystemen die Verankerung an und Bindung zu anderen Kontaktflächen unterstützt und verstärkt. - Natürliche Proteine, speziell tierische Proteine, erhöhen nach der Aushärtung und Vernetzung die innere Festigkeit von flammhemmenden Beschichtungs- und Bindemittelsystemen, die durch die jeweils ausgewählten Reaktionspartner, d.h. die übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, verstärkt oder auch reduziert werden kann.

Das tierische Protein ist nicht speziell eingeschränkt, und es können Milchproteine ebenso eingesetzt werden wie andere natürliche Proteinquellen oder auch Abfallprodukte mit tierischen Proteinbestandteilen. Als nichteinschränkende Beispiele seien Kollagen, Gelatine, Hautleim, Knochenleim, Knochenmehl und Eier erwähnt. Tierische Proteine haben 100%ig natürlichen Ursprung und sind daher zur Gänze biologisch abbaubar und darüber hinaus relativ kostengünstig verfügbar. In bevorzugten -9-

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sind als tierisches Protein Milchproteine, noch bevorzugter in Form von Milch, Magermilch und/oder eines oder mehrerer Milchprodukte enthalten, insbesondere Kuhmilch oder Produkte davon, wie z.B. Quark, Käse oder Joghurt, oder auch, gegebenenfalls entfettetes, Milchpulver sowie Molkeproteine. Besonders bevorzugt werden Milch und Milchprodukte mit geringem Fettanteil, da diese die wirksamste und zugleich effizienteste tierische Proteinquelle sind, da neben dem Protein zugleich weitere, hochwirksame Dispergiermittel in den Begleitstoffen eingebracht werden. Zudem kann über die Auswahl des Milchprodukts der Wasseranteil in der Rezeptierung gezielt eingestellt werden.

Weiters unterliegt die Zusammensetzung von Milch und Milchprodukten keinen so starken Schwankungen wie jene anderer natürlicher Proteinquellen, da Caseinproteine als Hauptbestandteile ca. 80 % des Proteinanteils in Milch ausmachen. Die in der ursprünglichen und natürlich vorkommenden Proteinquelle Milch enthaltenen Begleitstoffe, wie z.B, Zucker und Fett, sind in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zwar aufgrund ihrer leichteren Entflammbarkeit nicht direkt erwünscht, stören aber auch in geringen Mengen nicht, da sie die Verträglichkeit der Komponenten untereinander als auch jene mit den zusätzlichen, optionalen Komponenten unterstützen und verbessern.

Neben den in den späteren Beispielen beschriebenen Zusammensetzungen mit Milchproteinen und Hautleim wurden in einfachen Parallelversuchen auch andere tierische Proteine auf ihre Eignung und Wirksamkeit zur Herstellung flammhemmender Beschichtungen und Gegenstände getestet und miteinander verglichen. Dabei wurde bestätigt, dass die Reaktionen und Ergebnisse der tierischen Proteine zwar grundsätzlich vergleichbar sind, jedoch jede Proteinquelle für sich aufgrund ihrer Zusammensetzung eigenständige individuelle Produktcharakteristiken besitzen die beachtet werden müssen und bei Bedarf auch gezielt nutzbar sind.

Tierische Proteine führen meist zu harten, stabilen und festen Verbindungen mit den geeigneten Reaktionspartnern, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Proteinkonzen- - 10- tration in einem proteinhältigen Ausgangsprodukt variieren kann und in der Rezeptie-rung entsprechend berücksichtigt werden muss. Auf einzelne, bevorzugte Vertreter dieser Gruppe und deren konkrete Auswirkungen auf die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird später noch näher eingegangen. Pflanzliche Proteine unterscheiden sich in Ihren Eigenschaften hingegen deutlich und werden nachfolgend beschrieben.

Gereinigte, konzentrierte und industriell aufbereitete Proteine, wie z.B. Casein, oder auch synthetisch erzeugte Proteine sind gemäß vorliegender Erfindung natürlich gleichermaßen einsetzbar und haben in Kombination mit den übrigen Komponenten eine vergleichbare flammhemmende Wirkung wie das entsprechende natürliche Produkt; so haben beispielsweise mit Casein als Komponente a) erzeugte flammhemmende Produkte ähnliche Eigenschaften wie entsprechende, mit Milch oder Milchprodukten hergestellte. Aufgrund der schwächer ausgeprägten dispergierenden Eigenschaften, der Wirtschaftlichkeit und der eingeschränkteren Verfügbarkeit von "reinen" Proteinen sind diese jedoch erfindungsgemäß nicht bevorzugt.

Komponente b) - Base

Die aus Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxiden, -hydrogencarbonaten und -car-bonaten ausgewählten Reaktionskomponenten, worunter für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch - gemäß der anerkannten Definition von "Alkalien" - auch Ammoniak und dessen Carbonat und Hydrogencarbonat, z.B. in Form von Hirschhornsalz, fallen, dienen vordergründig dem Aufschluss und der Umsetzung der Proteine zu entsprechenden Reaktionsprodukten. Hinzu kommen noch stark vernetzende Wirkungen und die "Carbonatisierung" der Zusammensetzung, was eine Schutzfunktion gegenüber äußeren Einflüssen, wie z.B. Nässe und Hitze, bewirkt. Darüber hinaus sorgt die Base für einen alkalischen pH-Wert der Zusammensetzung als Ganzes und somit bestmögliche Benetzbarkeit verschiedener damit zu beschichtender Werkstoffe sowie Resistenz gegenüber Schimmelpilz und anderen unerwünschten (weil frühzeitigen) Verrottungseinflüssen. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass durch die in saurem Milieu, wie z.B. im Boden oder Erdreich, erfolgende Neutralisation der Effekt eintritt, dass die natürlichen Komponenten der Zusammensetzung mikrobiolo- -11 - gisch aufgeschlossen werden können, was eine langsame natürliche Verrottung der aus der Zusammensetzung der Erfindung hergestellten Beschichtungen oder Gegenstände nach Deponierung derselben ermöglicht. Zudem reagieren Leichtmetalle mit alkalischen Systemen, so dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur flammhemmenden Ausrüstung von Leichtmetalloberflächen oder auch gleichzeitig als Bindemittel oder Klebstoff für weitere Kombinationen mit Leichtmetallen eingesetzt werden kann. Es sei auch nochmals festgehalten, dass alkalische Systeme Fette verseifen und somit sowohl Fetteinträge in der Rezeptierung als auch Fettspuren oder Fett-Verschmutzungen an zu beschichtenden Flächen neutralisieren, was einen bedeutenden Vorteil für ein Beschichtungssystem darstellt.

Als bevorzugte Reaktionspartner und Wirkungskomponenten haben sich unter anderem NaOH, KOH, Ca(OFI)2, NaHCC>3, NFI4HCO3, Pottasche, Holzasche, Soda und Ammoniak erwiesen. Aus Kosten-, Verfügbarkeits-, Handhabungs- und Toxizitätsgründen wird als Base in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorzugsweise Ca(OH)2, NaOH oder KOH oder ein Gemisch davon eingesetzt, noch bevorzugter Ca(OH)2 in Form von Sumpfkalk, besonders bevorzugt ein Gemisch aus Sumpfkalk und zumindest einem Alkalimetallhydroxid, insbesondere ein Gemisch aus Sumpfkalk und NaOH. Bei Verwendung eines solchen Gemischs sollte das Alkalimetallhydroxid (oder zumindest eines davon, falls mehrere vorhanden sind), das aus Kostengründen vorzugsweise NaOH ist, mit dem tierischen Protein und gegebenenfalls auch mit optional enthaltenen pflanzlichen Komponenten vorvermischt sowie gegebenenfalls zusammen damit erhitzt werden, um einen zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen, Aufschluss dieser Komponenten herbeizuführen, bevor der Sumpfkalk und optionale Füllstoffe oder Additive zugesetzt werden, wie nachstehend näher ausgeführt wird. Umfasst die Base ein Carbonat oder Hydrogencarbonat, mittels dessen die Wasserbeständigkeit erhöht werden kann, wird dieses vorzugsweise ebenfalls erst im letzten Mischschritt zugesetzt, um ein etwaiges Aufschäumen des Gemischs zu verhindern, falls dieser Effekt nicht explizit gewünscht wird.

Verschiedene optionale Komponenten können mit starken Basen unverträglich sein. Dieser Effekt wird jedoch gemäß vorliegender Erfindung durch den Proteinanteil ge- -12- * * *· · · 14t« β * * • * · · * i · » ·«· 1 * * ·· ·♦,·* * * *····* 4«» « ··«··# * » t M *· ** ·*4 » I *·« hemmt bzw. verhindert, insbesondere, wenn als Base ein Gemisch aus Sumpfkalk und zumindest einem Alkalimetallhydroxid wie NaOH eingesetzt wird, wovon NaOH als Aufschluss- und Reaktionskomponente mit Komponente a) vorvermischt wird, bevor die ansonsten unverträgliche Komponente und - gleichzeitig damit oder erst danach - der Sumpfkalk zugesetzt werden. Unter Sumpfkalk ist hierin eine Aufschlämmung, d.h. Suspension, von Ca(OH)2 in Wasser zu verstehen. Die Verwendung von Sumpfkalk besitzt gegenüber jener von Löschkalk den Vorteil, dass Sumpfkalk keine ungelöschten Kalkanteile mehr enthält, die sich beim Vermischen der Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung negativ auswirken könnten. Besonders bevorzugt ist daher die Verwendung eines Sumpfkalks, der zumindest drei Monate ruhen (d.h. mit Wasser ausreagieren) gelassen wurde, um das Calciumoxid vollständig zu Ca(OH)2 umzusetzen.

Durch die Wahl der Basenkomponenten und ihrer Anteile in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können sowohl das Ausmaß des Aufschlusses der tierischen und gegebenenfalls pflanzlichen Bestandteile als auch der Vernetzungsgrad der enthaltenen Polymere gesteuert werden. Beispielsweise bewirken größere Anteile an NaOH, die zusammen mit den Komponenten a) und gegebenenfalls c) vorerhitzt werden, dass die Eigenschaften der tierischen Proteine und etwaiger pflanzlicher Polymere stärker zur Geltung kommen. Speziell anhand der Menge an Ca(OH)2 lässt sich hingegen der Vernetzungsgrad und damit die Stabilität und Steifigkeit sowie das Quellvermögen und damit die Wasserbeständigkeit der gehärteten Zusammensetzung steuern, wie dies in den späteren Beispielen näher erläutert wird.

Es hängt vor allem von der Qualität der Einsatzstoffe und deren Kombination, aber auch von den angestrebten Eigenschaften der flammhemmenden Zusammensetzung ab, ob die Basenkomponente mehr oder weniger stark verdünnt gelöst oder als Feststoff oder als Kombination davon eingesetzt wird. Beispielsweise werden Hydrogen-carbonate gezielt zur Aufschlussförderung eingesetzt und/oder dann, wenn ein Aufschäumen im späteren thermischen Verarbeitungsprozess gewünscht wird. In diesem Fall wird das frei werdende C02 dazu genutzt, die Carbonatisierung im System zu verstärken oder/und durch Reaktion mit anderen Komponenten zu beschleunigen. -13 -

Wichtig ist, die Zusammensetzung insgesamt alkalisch zu halten und mit zumindest leichtem Alkalienüberschuss zu rezeptieren. Speziell bei Verwendung von pflanzlichen Naturprodukten ist es von Vorteil, wenn deren Protein- und Stärkeanteile ebenfalls von der Base angegriffen und vor der Aushärtung und Vernetzung teilweise angelöst und so in die Reaktionen mit dem tierischen Protein miteingebunden werden. Bei Kombinationen mit synthetischen Produkten ist die Alkalität aber ebenso vorteilhaft, weil dadurch die Benetzbarkeit unterstützt und Restspuren von Fetten oder anderen störenden Oberflächen Verschmutzungen chemisch aufgeschlossen werden, z.B. vor allem durch Verseifung.

Optionale Komponente c) - Pflanzliche Polymere

Von den pflanzlichen Polymeren, worunter hierin nicht ausschließlich, aber insbesondere pflanzliche Proteine und Polysaccharide und unter Letzteren vor allem Stärke und Cellulose zu verstehen sind, wird aufgrund ihrer charakteristischen Eigenschaften (wiederum: ohne sich auf eine bestimmte Theorie beschränken zu wollen) angenommen, dass sie vorwiegend die klebenden und haftungsfördernden Funktionen des erfindungsgemäßen Beschichtungs- und Bindemittelsystems unterstützen und die innere Festigkeit der zielorientierten Systeme stabilisieren und verstärken.

Die Eigenschaften der pflanzlichen Proteine als natürliche Polymere variieren relativ stark. Abgesehen von den schon sehr unterschiedlichen Proteinqualitäten in den pflanzlichen Naturstoffen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaftsprofile aufweisen, unterscheiden sich auch die Konzentrationen der Proteine und der Begleitstoffe wie Stärke, Fett, Zucker, Zellstoff etc. Pauschal lässt sich aber im Vergleich zu tierischen Proteinen feststellen, dass pflanzliche Proteine zu flexibleren und elastischeren Produkten führen und die Reaktion mit alkalischen Reaktionskomponenten deutlich wirksamere und effizientere "Klebstoffsysteme" ermöglicht. Die Benetzbarkeit und die Verankerung auf unterschiedlichen Werkstoffen wird von pflanzlichen Proteinen deutlich stärker gefördert als von tierischen Proteinsystemen.

Die Begleitstoffe von pflanzlichen Proteinen, die in reinen Klebstoffsystemen aufgrund von dort unerwünschten Eigenschaften eher störend sind, werden in der erfin- - 14- • » • * · dungsgemäßen Zusammensetzung bewusst genutzt und als weitere wichtige funktioneile Komponenten eingesetzt. So entfaltet etwa der Stärkeanteil der pflanzlichen Polymere dann seine optimale Wirkung, wenn er in einem Kochprozess aufgeschlossen wird und im aufgeschlossenen Zustand mit den alkalischen Reaktionskomponenten reagiert und vernetzt aushärtet. Das Reaktionsprodukt solcher pflanzlicher Polymere ist ein hartes, sehr stabiles Produkt, in dem sehr gute Wasserbeständigkeit und brandresistentes Verhalten mit hohem Vernetzungsgrad kombiniert sind. Nach vollständigem Aufschluß der Stärke- und Zuckerbestandteile und der anschließenden Carbonatisierung/Vernetzung mit Calciumhydroxid wird auch der "Glimmeffekt" von stärkehaltigen Produkten verhindert.

In der vorliegenden Erfindung können pflanzliche Proteine ein wichtiges Mittel sein, um die Binde- und Klebekraft zu einem Trägermedium oder zu etwaigen Füllstoffen zu verstärken, sowie um die Vernetzung und Wasserbeständigkeit der aus der Zusammensetzung erzeugten flammhemmenden Produkte zu optimieren.

In Hauptgruppen unterteilt, bieten sich vor allem folgende pflanzliche Proteinquellen an. - Getreideprodukte, die Klebereiweiß (Gluten) enthalten, z.B. Gerste, Weizen - Andere pflanzliche proteinhältige Früchte wie Reis, Mais, Kartoffel, Linsen, Bohnen, Erbsen - Pflanzen und Pflanzenfrüchte mit hohem Proteinanteil, z.B. Soja - Proteinabfallprodukte aus der Stärke-, Öl- oder Alkoholgewinnung - Proteinhältige Ausschuss- und Abfallprodukte aus der Lebensmittelerzeugung, wie z.B. Paniermehl - Proteinhältige Produkte, die im Zuge der flammhemmenden Ausrüstung oder Bindung eines pflanzlichen Werkstoffs erst im zweiten Verarbeitungsschritt, wie nachstehend näher ausgeführt wird, aufgeschlossen und vernetzt werden, z.B, Gräser, Rindengranulate, pflanzliche Faserstoffe - 15-

Die Auswahl der pflanzlichen Polymere wird von der Zusammensetzung der jeweiligen Quelle bestimmt, wo je nach Proteingehalt und Konzentration der Begleitstoffe gezielte Eigenschaftsprofile genutzt und eingesetzt werden.

Pflanzliche Proteinquellen, die Klebereiweiß (Gluten) beinhalten, stellen die erfindungsgemäß bevorzugte Form pflanzlicher Proteinquellen dar. Klebereiweiße unterstützen und verbessern insbesondere die Haftung und Adhäsion von Zusammensetzungen der Erfindung, gewährleisten durch ihre Flexibilität die Aufrechterhaltung der Elastizität und erhöhen zugleich die innere Festigkeit von elastischen Mischungen.

Andere bevorzugte pflanzliche Proteinquellen enthalten neben ihrer emulgierenden, benetzenden und mehr oder wenig stark klebenden und elastischen Wirkung wasserbindende Pentosane oder schleimbildende Hemicellulosen, d.h. Stoffe, die in stark vernetzten (wasserbeständigen) Gemischen eine ausreichende Oberflächenbenetzbarkeit unter feuchten oder nassen Bedingungen sicherstellen.

Von den pflanzlichen Polysacchariden bildet vor allem die Stärkekomponente bei thermischem Aufschluss einen mehr oder weniger starken "Stärkekleister", der je nach Ursprung der Stärke unterschiedliche Festigkeit und Zähigkeit besitzt und die Benetzbarkeit und Haftung eines Beschichtungs- bzw. Bindemittelsystems der Erfindung unterstützt, In Gegenwart von aufgeschlossenen proteinhältigen Substanzen lassen sich Stärkebestandteile mit Erdalkalimetallhydroxiden gleichmäßig vernetzen und mit C02 zu wasserbeständigen, sehr stabilen, festen, flammhemmenden Produkten "carbonatisieren".

Konkrete pflanzliche Polymere und deren Auswirkungen auf die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden später noch näher beschrieben. Generell sind die pflanzlichen Polymere jedoch nicht speziell eingeschränkt. Vorzugsweise werden mehr oder weniger fein zerkleinerte oder gemahlene Pflanzen oder Pflanzenbestandteile als Quelle der pflanzlichen Polymere eingesetzt, wie z.B. Pflanzenschrot oder -mehl, Naturfasern, Baumwolle, Sägemehl, Zellstoff usw., da diese leicht verfügbar und kostengünstig sind. Besonders bevorzugt ist in der erfin- -16- dungsgemäßen Zusammensetzung als Quelle der pflanzlichen Polymere Hülsenfruchtmehl, z.B. Erbsenmehl, oder Getreidemehl enthalten, da diese bei einfacher Verfügbarkeit und entsprechend niedrigem Preis relativ hohe Anteile an pflanzlichen Polymeren, d.h. Protein- und Stärkeanteile, bei gleichzeitig relativ niedrigem Fettanteil aufweisen (Weizen: ca. 70 % Stärke, ca. 12 % Eiweiß, ca. 2 % Fett; Reis: ca. 75 % Stärke, ca. 7,5 % Eiweiß, ca. 2 % Fett; Hafer: ca. 63 % Stärke, ca. 12 % Eiweiß, ca. 7 % Fett). Als besonders vorteilhaft und wirtschaftlich haben sich Weizenmehl, Reismehl, Maismehl, Kartoffelmehl und Sojamehl (fettreduziert) erwiesen, die neben ihrer genau definierten Zusammensetzung, Qualität und Quantität auch am wirtschaftlichsten sind.

Unter dem Gesichtspunkt, dass natürliche pflanzliche Proteinquellen vollständig aufzuschließen und zu vernetzen sind, werden Produkte bevorzugt, die sich zu feinem Pulver mahlen lassen oder bereits aufgeschlossen vorliegen, beispielsweise nach einem Koch- bzw. Backprozess, wie z.B. Paniermehl. Hinzu kommt, dass die pflanzlichen Komponenten (mit Ausnahme von etwaigen gezielt eingesetzten Ölfrüchten) einen geringen Fettanteil aufweisen und aus wenigen und gut bekannten Einzelbestandteilen zusammengesetzt sein sollen, um den vollständigen Aufschluss und die Vernetzung nicht zu stören. Auch die Verwendung eines Breis der pflanzlichen Komponente mit möglichst niedrigem Wassergehalt ist erfindungsgemäß vorgesehen und in manchen Fällen bevorzugt, z.B. wenn das tierische Protein in Pulverform eingesetzt wird.

Wie bereits bei den tierischen Proteinen beschrieben, bietet sich auch bei den pflanzlichen Komponenten die Möglichkeit, Abfallprodukte oder Reste zu verwerten oder auch gereinigte industrielle Einzelbestandteile von pflanzlichen Rohstoffen (z.B. Stärke, Gluten, Kleie, Trester etc.) gezielt einzusetzen.

Optionale Komponente d) - Füllstoffe, Additive Füllstoffe

In dieser Gruppe fallen nahezu alle natürlichen und synthetischen Füllstoffe und Zuschlagstoffe. Entscheidend für die Auswahl sind die Eigenschaften des Füllstoffs und -17- dessen Mengenanteil in der Zusammensetzung. Zur Illustration der vielfältigen Möglichkeiten, durch Füllstoffe die Wirkung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zu optimieren, werden - zusätzlich zu den in den Beispielen angeführten - nachstehend einige bevorzugte, nichteinschränkende Vertreter dieser Gruppe charakterisiert.

Knochenasche (Spodium): Knochenasche ist ein höchst interessanter und zugleich sehr wirkungsvoller Füllstoff und durch seine chemische Zusammensetzung ein zusätzlich wirkames Flammschutzmittel. Spodium besteht zu 73-84 % aus Calciumphosphat, zu ca. 10 % aus Calciumcarbonat, zu 2-3 % aus Magnesiumphosphat und zu ca. 4 % aus Calciumfluorid. Dieser Füllstoff eignet sich in flammhemmenden Beschichtungssystemen, insbesondere für Anstriche, da seine Hitzebeständigkeit und auch Flammfestigkeit sehr hoch sind und er im neuen natürlichen Proteinsystem der Erfindung dessen Effektivität optimiert. Der einzige kleine Nachteil ist der Halogenidanteil, d.h. an Calciumfluorid, der zwar relativ gering ist und wegen der hohen Reaktion sfreudigkeit von Fluor kaum ein nennenswertes Problem in Brandgasen aufwerfen wird. Allerdings sollte dieser Punkt bei der Auswahl für Rezeptierungen beachtet werden.

Korkqranulat oder Korkmehl: Kork hat grundsätzlich brandresistente und brandhemmende Eigenschaften. In einer Zusammensetzung der Erfindung lassen sich deren flammhemmende Eigenschaften in der Rezeptierung zusätzlich verstärken oder optimieren. Bei Verwendung der Zusammensetzung als Bindemittel für solche Kork-Füllstoffe können absolut unbrennbare Korkprodukte erzeugt werden.

Natürliche Faserstoffe: Neben inhärent unbrennbaren Faserstoffen wie Metallfasern und Glasfasern kann es auch vorteilhaft sein, natürliche, auf Zellstoff oder Kollagen basierende Faserstoffe, Wolle, Haare etc. als Füllstoffe einzusetzen. Die Faserstoffe können mit einer eigens darauf ausgerichteten Rezeptierung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, z.B. mit etwas erhöhtem Basenanteil, chemisch aufgeschlossen werden, werden somit mitvernetzt und dadurch flammgeschützt, brandresistent und werden im Trocknungs- und Aushärteprozess untrennbar miteingebunden. Je nach -18-

Konzentration und Qualität der Fasermasse kann unter Verwendung solcher natürlicher Faserstoffe aus der Zusammensetzung entweder ein optimiertes Bindemittelsystem (Kleberbrei) erstellt werden, oder sie kann als gefüllte Formmasse zu einem extrem stabilen leichtgewichtigen Bauteil ausgehärtet und vernetzt werden.

Ein Kleberbrei mit Faserstoffen hat ergänzend dort Vorteile, wo die Klebekraft des ungefüllten Bindemittelsystems nicht ausreicht, um eine feste, nicht ablösbare Beschichtung auf bestimmten Werkstoffen, wie z.B. solchen mit glatten Oberflächen, zu erzeugen. Beispielsweise besitzen Stroh, Schilf, Bambus, Gras, Polyolefine etc. allesamt glatte Oberflächen und sind daher kaum verklebbar. In diesem Fall können die Oberflächen mit einer mit Faserstoffen gefüllten Zusammensetzung umhüllt und dadurch die schlechte Verklebbarkeit überwunden werden. Das gleiche Prinzip kann auch auf sonstige, nicht oder schlecht verklebbare Werkstoffmischungen übertragen werden.

Vulkanasche, Glasschaum: Vulkanasche und Glasschaum gibt es in unterschiedlichsten Qualitäten und Formen. Die entscheidendste Produktcharakteristik ist aber in der geschäumten, offenporigen Struktur der Teilchen und der silikathältigen Zusammensetzung zu sehen. Der Vorteil dieses Füllstoffs ist vor allem, dass auf Basis anorganischer und unbrennbarer Werkstoffe den aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten flammhemmenden Produkten eine hohe Stabilität, Leichtgewichtigkeit und Wärmeisolierung verliehen werden können, was deren Brandbeständigkeit und -resistenz deutlich erhöht. Mit diesen Füllstoffen können auch Wärmeisolationsprodukte wie Polystyrolschaum oder Polyurethanschäume wirkungsvoll flammgeschützt werden, ohne in nennenswertem Ausmaß an isolierenden Eigenschaften einzubüßen. Bei Verwendung der Zusammensetzung als Bindemittel für größere Anteile an Vulkanasche führt zu neuen flammfesten, leichtgewichtigen und wärme- und schallisolierenden Produkten.

Kokosschalen: Kokosschalen sind extrem feste und dauerhaft stabile Produkte, die sich gemäß vorliegender Erfindung in gemahlenem Zustand hervorragend als Füllstoffe eignen, um Festigkeit und Beständigkeit der Produkte zu erhöhen. Die Wirkung -19-

ist ähnlich zu den vorhin genannten Naturfaserstoffen, wenn die Stärke- und Proteinanteile chemisch aufgeschlossen und untrennbar im System vernetzt und eingebunden werden. Den aus der Zusammensetzung erhaltenen Produkten wird dadurch eine besondere Härte und Stabilität verliehen. Kokosschalen zeigen nahezu keine Quellung und eigenen sich daher speziell auch für wasserfeste feuerbeständige Produkte.

Kakao, Kaffee: Beide Produkte haben die Eigenschaft, mit den Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu reagieren, Komplexe zu bilden und deren flammhemmende Wirkung zu unterstützen. Zusätzlich positiver Effekt ist die Optimierung der Wasser- und Feuchtebeständigkeit des Systems. Kaffeepulver quillt bei Erstkontakt mit Wasser stark auf und schrumpft im Aushärteprozess entsprechend stark. Dies ist bei seiner Verwendung zu beachten und gegebenenfalls durch geringe Konzentration, Feinmahlung oder Verwendung von Löskaffee zu kompensieren.

Additive

Neben den bereits zuvor genannten Vertretern dieser Gruppe eignet sich eine Vielzahl anderer, vorzugsweise natürlicher, Hilfsmittel oder Stabilisatoren für den Zweck, die erfindungsgemäße Zusammensetzung für ihre Bestimmung zu optimieren und gegebenenfalls auch zusätzliche Funktionen einzubringen.

Zur Illustration seien drei bevorzugte und zum Teil auch in den späteren Beispielen eingesetzte Vertreter genannt, um die Wirkung dieser Gruppe zu verdeutlichen.

Citronensäure: Diese wird vor allem in Rezeptierungen eingesetzt, in denen neben NaOH auch Ca(OH)z in bestimmten Mischungsverhältnissen als Base eingesetzt wird. Die beiden Basenkomponenten in derartigen Rezepturen neigen dazu, im Aushärte- und Trocknungsprozess bei Temperaturen über 90 °C sehr rasch und heftig miteinander zu reagieren, was ein kurzes (aber nicht stabiles) Aufschäumen auslöst. Bei Verwendung der Zusammensetzung als Beschichtungsmasse bildet das ausgehärtete Endprodukt daher keinen zusammenhängenden, gleichmäßigen Flammschutzfilm. Das ist zwar nicht notwendigerweise ein Nachteil, da gleichzeitig eine - 20- gute Verteilung der Zusammensetzung auf dem flammhemmend auszurüstenden Träger und eine Durchdringung bis in kleinste Poren desselben erzielbar ist. Um aber für bestimmte Anwendungen diesen Effekt zu unterbinden und die Brandfestigkeit zu erhöhen, können der Zusammensetzung (vorzugsweise im letzten Mischschritt) beispielsweise ca. 0,1 % bis 1 % Citronensäure beigemischt werden. Citronensäure selbst ist zwar nicht thermostabil und decarboxyliert beim Erhitzen auf über 175 °C rasch, was für gezieltes Schäumen genutzt werden kann (d.h. Citronensäure als Treibmittel). In Gegenwart von Ca2+ wird sie jedoch zu unlöslichem und unbrennbarem Calciumcitrat umgesetzt. Mit Citronensäure wird somit auch ein Radikal- und lonenfänger in die Zusammensetzung eingeführt, der die ansonsten explosionsartig frei werdenden, überschüssigen Basenkomponenten binden und sowohl zur Stabilisierung (Schaumvermeidung) als auch zur Erhöhung der Brandresistenz gezielt eingesetzt werden kann.

Siliciumdioxid: Ein inertes anorganisches Produkt, das in unterschiedlichsten natürlichen und industriell gefertigten Qualitäten zur Verfügung steht. Diese Produktfamilie besitzt außergewöhnliche Eigenschaften, durch die die erfindungsgemäße Zusammensetzung stabilisiert und deren Reaktionen homogenisiert werden können. In Kombination mit ausgewählten Reaktionspartnern werden die Härte, Festigkeit und Witterungsbeständigkeit erhöht, die chemische Beständigkeiten optimiert sowie die Brandschutzwirkung deutlich verbessert. Je nach Produkt und Qualität werden bereits mit geringsten Mengen (z.B. ab 0,1 %) merkbare Eigenschaftsänderungen erzielt.

Beispielhaft seien folgende bekannte Produkte auf Siliziumoxidbasis genannt: Quarzmehl, Kieselgur, Vulkangestein oder Vulkanasche, oder auch die industriell gefertigten Produkte Glasschaum und Aerosil. Jedes für sich hat ganz spezielle, eigene Charakteristika und Wirkungsweisen und kann aus unterschiedlichen Zielsetzungen und Überlegungen eingesetzt werden.

Alginate: Diese Polysaccharide sind bekannte natürliche Verdickungsmittel und Emulgatoren, die industriell vor allem in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden. -21 -

Alginate reagieren in Gegenwart freier Calciumionen durch Vernetzung zu langketti-gen, verzweigten Makromolekülen, die auch als "brückenbauende Stützstruktur" verstanden wird. Neben dem positiven Effekt, dass bei ihrer Verwendung in einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung ein Absetzen von Pigmenten oder anderen massereichen Komponenten vermieden werden kann, kann eine ähnliche stabilisierende Wirkung auch dort gezielt eingesetzt werden, wo aufgeschäumte Massen dauerhaft schaumstabilisiert und in feste, stabile Schaumstoffprodukte übergeführt werden sollen. Die Vernetzungsreaktion des Alginats mit Calcium hat weiters den Vorteil, dass die Alginate selbst gegenüber dem sonst üblicherweise rasch einsetzenden biologischen Abbau stabilisiert und im alkalischen Milieu gegenüber Verrottung geschützt sind.

Kurzfasern: Damit sind hierin Faserstoffe ab ca. 0,1 mm Faserlänge zu verstehen, die sowohl emulgierend, stabilisierend als auch benetzungs- und haftungsfördernd wirken. Der Einsatz von Kurzfasern als Additive kann aufgrund unterschiedlicher Zielsetzungen erfolgen. Je nach Fasertyp und Art kann die Trocknung des wässrigen Systems beschleunigt oder auch verlangsamt werden. Kurzfasern wirken schon in geringster Konzentrationen Rissbildungen während des Trocknungsprozesses entgegen und gewährleisten glattflächige zusammenhängende Schichten oder Dünnfilme. In geschäumten Systemen nehmen Kurzfasern schaumstabilisierende Funktionen wahr und gewährleisten durch den Stützeffekt ausreichend gleichmäßige und bis zur Aushärtung stabile Schaumstrukturen. Kurfasern haben auch haftverstärkende Wirkung von Beschichtungs- oder Bindemittelsystemen auf glatten Oberflächen. Bei Verwendung nichtbrennbarer Kurzfaserqualitäten kann die flammhemmende Wirkung einer Beschichtung oder eines Gegenstands aus der Zusammensetzung der Erfindung noch verbessert und, falls gewünscht, der Feststoffanteil in der Rezeptur erhöht werden.

Herstellungsverfahren

Aufgrund der Vielzahl der möglichen optionalen Komponenten und derer Eigenschaften ist es schwierig, ein allgemeingültiges Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und zu deren Verarbeitung zu flemmhemmenden -22- • · • ·

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Oberflächen oder Gegenständen anzugeben, da zahlreiche komponentenspezifische Überlegungen anzustellen sind. Grundsätzlich ist jedoch zwischen den folgenden Fällen zu unterscheiden. A) Reaktive, d.h. an der Luft selbstvernetzende Zusammensetzungen, die im Wesentlichen aus tierischen Proteinen und Base bestehen und keinerlei oder nur sehr geringe Anteile an pflanzlichen Komponenten enthalten. Diese weisen eine sehr kurze Topfzeit auf und sind daher sehr rasch zu verarbeiten. B) Nichtreaktive Zusammensetzungen, die nur aus tierischen oder aus tierischpflanzlichen Komponenten zusammengesetzt sind. Diese weisen eine deutlich längere Lagerstabilität auf. Diese Gruppe ist noch unterteilt in: B1) aufgeschlossene und vorvernetzte Zusammensetzungen und B2) nicht aufgeschlossene und nicht vorvernetzte Zusammensetzungen. A) Reaktive, selbstvernetzende Zusammensetzungen

Diese werden im Wesentlichen durch einfaches Vermischen der Komponenten a) und b) hergestellt. Je nach Proteinkonzentration und Art des tierischen Proteins wird durch die Zugabe der Base als Reaktions- und Vernetzungskomponente, vorzugsweise eines Erdalkalimetallhydroxids wie Ca(OH)2, der Aufschluss des Proteins vollzogen und zugleich die vernetzende Wirkung gestartet, die je nach Proteinkonzentration relativ rasch zur vollständigen Vernetzung führen kann. Das vollständig vernetzte tierische Protein bildet eine kompakte, gelierte Masse, die mit zunehmender Trocknung ihre Klebrigkeit verliert und schwierig zu verarbeiten ist. Daher ist es wichtig, die Masse vor ihrer vollständigen Vernetzung zu verarbeiten.

Dieser an der Luft selbständig ablaufende Prozess kann bei Bedarf entweder durch Zugabe von Wasser oder durch Kühlung, z.B. auf 5-15 X, deutlich gehemmt oder zumindest verlangsamt werden.

Die Vorteile sind rasche und wirtschaftliche Verarbeitbarkeit, geringer Wassereintrag und, bei hohem Vernetzungsgrad, gute Wasserbeständigkeit des Endprodukts. -23-

Nachteilig ist, dass bis zur vollständigen Vernetzung eine thermisch unterstützte Trocknung und Aushärtung bei nicht mehr als 65-70 °C erfolgen darf, um keinen vorzeitigen Abbau des makromolekularen Proteins zu provozieren. ΒΪ Nichtreaktive Zusammensetzungen

Hier sollten die folgenden allgemeinen Vorgangsweisen eingehalten werden, um optimale Zusammensetzungen sowie daraus hergestellte flammhemmende Produkte zu erhalten. BP Nichtreaktive, aufgeschlossene und vorvernetzte Zusammensetzungen Diese enthalten neben dem tierischen Protein vorzugsweise ein Alkalimetallhydroxid als Basenkomponente bi) und Sumpfkalk als Basenkomponente b2) sowie gegebenenfalls optionale Komponenten c) und d).

Erster Arbeitsschritt bei der Herstellung ist, Komponente a) mit Alkalimetallhydroxid bi) zu mischen, das Protein durch gleichmäßige Durchmischung aufzuschließen und danach gegebenenfalls optionale Komponenten c) und/oder d) einzumischen und gleichmäßig ohne Klumpenbildung zu dispergieren.

Im zweiten Arbeitsschritt werden die Nicht-Protein-Begleitstoffe der Komponente a) und gegebenenfalls auch Komponente c) thermisch in einem Kochprozess aufgeschlossen. Um vollständige und gleichmäßige Dispergierung der Komponente b2) zu gewährleisten, sollte die aufgeschlossene und gekochte Masse auf zumindest 30-35 °C abgekühlt werden und erst dann, im dritten Arbeitsschritt, die vernetzende Komponente Sumpfkalk beigemischt und dispergiert werden. In darauf folgenden, weiteren Arbeitsschritten können noch weitere Komponenten d) zugesetzt werden.

Diese Vorgehensweise gewährleistet die Verträglichkeit der Mischungskomponenten untereinander sowie die Langzeit-Lagerstabilität der Zusammensetzung.

Zusammensetzungen, die ausschließlich auf tierischen Proteinen aufgebaut sind, können aber auch ohne thermischen Prozess nichtreaktiv formuliert und nachträglich -24- bei der Verarbeitung, vernetzend aufgeschlossen werden. Hierzu wird zuerst im ersten Arbeitsschritt Komponente a) mit Reaktionskomponente bi) aufgeschlossen. Die Zusammensetzung ist in diesem Zustand zwar schon flammhemmend wirksam, aber nicht wasserbeständig. Daher wird vorzugsweise in einem zweiten Arbeitsschritt Reaktionskomponente b2) zugemischt, um den Vernetzungsgrad und damit auch die Wasserbeständigkeit zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Verarbeitung zu flammhemmenden Beschichtungen oder Gegenständen erfolgt.

Diese Vorgehensweise führt dazu, dass das Protein zuerst aufgeschlossen wird und somit seine Reaktivität verliert, und vorzugsweise erst im späteren thermischen Verarbeitungsprozess zur Herstellung flammhemmender Produkte daraus (der in diesem Fall auch deutlich über 70 °C durchgeführt werden kann), mit der Reaktionskomponente c2) versetzt und vernetzt wird.

Derartige Zusammensetzungen sind üblicherweise nur wenige Stunden oder Tage lang lagerstabil, da sich der chemische Aufschluss und Spaltprozess der Proteine im alkalischen Medium kontinuierlich fortsetzt und diese abbaut. Die vernetzende Wirkung in Gegenwart beider Basenkomponenten ist bei rein tierischen Proteinrezepturen nicht so stark ausgeprägt wie bei alleinigem Einsatz von Sumpfkalk. Tierisches Protein bietet nach Aufschluss mit Komponente Ci) jedoch den Vorteil, dass höhere Verarbeitungstemperaturen ersetzbar sind, da das Protein bereits aufgeschlossen ist. B2) Nicht aufgeschlossene und nicht vorvernetzte Zusammensetzungen Dies betrifft vor allem Zusammensetzungen, die tierische und pflanzliche Proteine enthalten und bei denen der thermische Aufschluss erst bei der Verarbeitung in einem thermischen Verarbeitungsprozess erfolgt, bei dem Siedetemperatur erreicht wird.

Dazu werden die Komponenten in der gleichen Reihenfolge wie unter B1) beschrieben ohne thermischem Aufschluss der Begleitstoffe vermischt. Das Ergebnis ist wiederum eine Zusammensetzung, die nur wenige Tage lagerbar ist und erst bei der - 25 -

Verarbeitung vollständig aufgeschlossen und vernetzt wird. Die Masse ist durch den fehlenden thermischen Aufschluss und der nicht vollzogenen Vorvernetzung in ihrem Verhalten "biologisch geprägt" und ist daher gegenüber biologischen Abbauprozessen (molekularem Abbau, Entmischung und Schimmelbiidung bei längerer Lagerung) nicht stabilisiert. Dieses Manko kann jedoch gegebenenfalls durch entsprechende stabilisierende Zusätze behoben werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von illustrierenden, nichteinschränkenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

BEISPIELE

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise und der großen Bandbreite der vorliegenden Erfindung wurden verschiedene Rezepturen zur Herstellung erfindungsgemäßer Zusammensetzungen entwickelt, die entweder als Beschichtung zur Herstellung flammhemmender Oberflächen auf Trägern oder als Formmasse/Bindemittel zur Herstellung flammhemmender Gegenstände eingesetzt wurden. Das jeweilige Verhalten unter Flammeinwirkung bzw. Brandverhalten dieser Produkte wurde nach einem einfachen und zugleich wirkungsvollen Prüfverfahren untersucht und miteinander verglichen.

Unabhängig von der Art und Größe der Probekörper wurden sowohl ein Rand als auch die Hauptfläche der Probekörper mit einem Propangas-Lötbrenner bei voller Leistung erhitzt, wobei die zu prüfenden Teile jeweils in waagrechter Lage zur Flamme und senkrecht zur Flamme belastet und bewertet wurden. Der Abstand zum Brenner wurde so eingestellt, dass die Spitze der Flamme den Probekörper gerade eben berührte. Die Brennzeit war dabei, in Abhängigkeit vom Brandverhalten des jeweiligen Probekörpers, auf maximal 3 Minuten Dauerbelastung beschränkt und wurde ebenso vermerkt wie besondere Ereignisse, wie z.B. Rauchentwicklung, ungewöhnlicher, intensiver Geruch, Geräuschentwicklung und dergleichen.

Um unterschiedlichste Rezepturen auf ihre Wirkung und Eigenschaften zu überprüfen, wurden in den nachstehenden Beispielen Papier, Vliesstoffe (Naturfaser und -26- synthetische Faser), Kork (Granulat und Plattenprodukte), Holz (Holzspäne) und Polystyrolschaum (EPS-Granulat) mit dem erfindungsgemäßen Proteinflammschutz ausgerüstet bzw. erfindungsgemäße Zusammensetzungen als Bindemittel eingesetzt und daraus flammfeste Bauteile gefertigt.

Aus wirtschaftlichen Gründen wurden alle Rezeptierungen jeweils auf die höchstmögliche Konzentration ausgelegt, können aber in der Praxis der jeweiligen Anwendung an beliebige Gegebenheiten angepasst werden.

Beispiel 1

Reaktive, selbstvernetzende Zusammensetzung aus Milchproteinen und Füllstoff

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Topfen/Quark, ca. 1% Fettanteil 40,0 Gew.-% b) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% _d) . _ Blähqlimmer-Mehl 40,0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Alternativ zum Blähglimmer-Mehl kann jedes verfügbare feinpulvrige Steinmehl oder anorganische Pigment, z.B. Weißpigment, eingesetzt oder zusätzlich zugemischt werden. Deren Wirkung ist vergleichbar, wenngleich sich Härte der getrockneten Beschichtung unterscheidet. Blähglimmer zeichnet sich dadurch aus, dass eine "schup-penförmige" Mikrostruktur vorliegt, die zu geschmeidigen und glatten Beschichtungen mit gleichzeitig hoher Oberflächenhärte führt. Ähnliche Effekte wurden auch mit Farbpigmenten, z.B. Titandioxid, beobachtet, die aufgrund ihrer Struktur die Oberflächeneigenschaften glättend beeinflussen.

Schritt 1: Quark und Sumpfkalk wurden gründlich vermengt und vollständig zum Basisbindemittel aufgeschlossen.

Schritt 2: Blähglimmer-Mehl wurde eingerührt und feinst dispergiert (Walzenstuhl, Perlmühle oder Dissolver-Rührscheibe, je nach Feinheit des Steinmehl-Pulvers) wobei darauf geachtet wurde, dass keine Klumpen gebildet wurden oder sich eine zu -27-

hohe Reibwärme entwickelte, die die selbständige Reaktion zusätzlich beschleunigen würde.

Die Masse kann je nach gewünschter Konsistenz mit Wasser verdünnt werden. Wichtig ist, dass dieser Ansatz zügig, am besten innerhalb von 1 Stunde, verarbeitet wird. Bei absehbar längerer Verarbeitungsdauer können nach dem Abmischen geringe Mengen an Wasser zugegeben werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu reduzieren, d.h. die Topfzeit zu verlängern.

Das System ist selbstvernetzend, die Beschichtung trocknet und vernetzt bei Raumtemperatur binnen weniger Minuten. Thermisch unterstützt kann der Trocknungsprozess zusätzlich beschleunigt werden, sollte aber bis zur vollständigen Aushärtung nicht über 70°C belastet werden. Ausgehärtet war und blieb die ausreagierte Beschichtung dauerhaft hitzebeständig und brandfest. Bei höherem Beschichtungsauftrag können auf harten und stabilen Trägerstoffen Schrumpf- oder Trocknungsrisse in der Beschichtung entstehen, die beispielsweise durch Zugabe von 1-2% Kurzfasern {z.B. 0,2 mm lang) zur Rezeptur vermieden werden.

Ergebnis und Wirkung: Als Beschichtung eingesetzt, werden Oberflächen mit einer brandfesten und gegenüber Nässeeinwirkung stabilen und festen Schutzschicht ausgerüstet. Die Viskosität kann durch Änderung der Gesteinmehl-Konzentration oder durch Zugabe von Wasser an die jeweilige Auftragstechnik angepasst werden. Farbstoffe oder Pigmente stören diese Flammschutzmasse nicht, sollten aber im Hinblick auf ihre chemische Zusammensetzung sorgfältig ausgewählt werden, um keine toxischen Hydrolyseprodukte zu erzeugen. Bei temperaturempfindlichen oder thermisch schrumpfenden Produkten wird die thermische Stabilität durch äußere Wärmeeinwirkung erhöht. Bei Holz und anderen natürlichen Trägerwerkstoffe wird durch die chemische Aufschlusswirkung der Beschichtung die Beschichtungshaftung deutlich verstärkt. Die brandschützende Wirkung ist bis zu jenem Zeitpunkt, an dem der Trägerwerkstoff hinter der brandhemmenden Schutzschicht Pyrolysegase entwickelt, gegeben. Stärkere und dauerhafte Hitzeeinwirkung verhindert bei so beschichteten Produkten nicht die Entstehung von Pyrolysegasen im Trägermedium, die in der offe- -28- nen Flamme verbrennen. Um dies zu vermeiden oder zu verbessern, kann diese Flammschutzmasse auch als Bindemittel im Trägerwerkstoff eingesetzt werden.

Beispiel 2

Nichtreaktive, thermisch aufgeschlossene und vorvernetzte Zusammensetzung

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 60,0 Gew.-% bi) NaOH-Lösung, 10%ig 5,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% c) Sojamehl (Hensel)* 5,0 Gew.-% d) _ SiO? (Acematt) 10.0 Gew.-% 100,0 Gew.-% *: "Flensel Soja-fettarm", 48% Protein-Eiweiß, 15% Stärke, 8,5% Zucker, 3% Fett

Schritt T. Milch wurde mit Si02 vordispergiert und mit der NaOFI-Lösung aufgeschlossen, danach wurde Sojamehl eingemischt und dispergiert.

Schritt 2: Die Milch-Mehl-Masse wurde auf Kochtemperatur gebracht und vollständig aufgeschlossen, danach abgekühlt.

Schritt 3: Der Sumpfkalk wurde eingemischt und am Walzenstuhl feinst dispergiert.

Diese Rezeptur ist nicht reaktiv und über Monate lagerstabil. Die Trocknung kann bei Raumtemperatur, besser aber in einem thermisch gestützten Trocknungs- und Aushärteverfahren durchgeführt werden. Die Viskosität kann durch Zugabe von Wasser bis zur gewünschten Konsistenz eingestellt werden. Diese Zusammensetzung ist sowohl für Anstrichsysteme als auch als Brandschutz-Bindemittel geeignet.

Ergebnis und Wirkung: Vergleichbar mit Beispiel 1, nur mit dem Unterschied, dass die Beschichtung keine körnigen Bestandteile enthielt, stärker vernetzt und gegenüber äußeren Einflüssen besser stabilisiert war. -29- « · * · « · · «

Beispiel 3

Zusammensetzung mit tierischem Protein aus Eiern (Vollei oder Eiklar)

Je nach Anwendung und eingesetzter Technologie können unterschiedliche Rezepturen für den Oberflächen-Flammschutz gewählt werden. Voller besitzt dabei den Vorteil der besseren Dispergierbarkeit und der sehr guten Benetzbarkeit aufgrund des Fettanteils im Eidotter, der mit einem höherem Basenanteil zusätzlich aufgeschlossen (d.h. verseift) werden kann, da er sonst die Wasserbeständigkeit beeinträchtigen kann. Allerdings bietet dieser Fettanteil den Vorteil, einen flexiblen Film oder eine etwas flexiblere und glattere Beschichtung zu bewirken. Eiweiß hingegen führt zu härteren Flammschutzschichten und ist im Ansatz etwas klebriger als Vollei.

Beide Rohstoffquellen können als nicht wasserbeständige Beschichtungs- und Bindemittelmassen durch Aufschluss mit Alkalimetallhydroxiden einfach erstellt werden, wobei beim Einmischen unverzüglich eine starke Gelbildung auftritt, die mittels Temperierung auf ca. 60-70 °C aufgehoben werden kann, um die Verarbeitbarkeit zu erleichtern,

Erdaikalimetallhydroxide führen zu wasserbeständigen und reaktiven Zusammensetzungen, und ihre Hanhabung bei der Herstellung der Zusammensetzung und ihrer Verarbeitung ist anspruchsvoller. Ein Gemisch aus Akalimetallhydroxiden und Erdalkalimetallhydroxiden und/oder -hydrogencarbonaten und/oder Ammoniak wirkt mit Vollei und Eiweiß eigenschaftsoptimierend und kann in entsprechenden Rezeptierun-gen zur verarbeitungs- und qualitätsoptimierten Produkten umgesetzt werden.

Beispielhaft folgen zwei Rezepturbeispiele dazu, die die Wirkungsweisen und Möglichkeiten der Verwendung von Eiern als Quelle des tierischen Proteins beschreiben.

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Eiklar 80,0 Gew.-% b) NaOH-Lösuna. 10%iq 20,0 Gew.-% 100,0 Gew.-% -30-

Diese Formulierung bildete umgehend ein nichtbeständiges Gel, das unter Temperatureinwirkung (maximal 70 °C) in eine dauerhaft mittelviskose, zähe Masse überging. Die Benetzungsfähigkeit des aufgeschlossenen Eiweißes war sehr stark ausgeprägt, was den Vorteil hat, dass dünne Schichten dieser Zusammensetzung aufgrund der starken Kapillarwirkung an offenzeiligen Produkten gut mechanisch verankert werden.

Wurde diese Zusammensetzung gleichmäßig und satt auf Papier beidseitig aufgetragen, z.B. mit ca. 20 g/m2 Gesamtbeschichtung/Trockensubstanz, führte dies zu selbstverlöschenden (wenngleich nicht wasserfesten) Papierprodukten.

Komponente_Bestandteil_Gewichtsanteil_ a) Vollei 60-80,0 Gew.-% _b)_Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 40-20.0 Gew.-%_ 100,0 Gew.-%

Derartige Formulierungen sind stark reaktiv, wobei schon nach wenigen Minuten die Gelbildung und Vernetzung einsetzt. Je höher der Ca(OH)2-Anteil, umso stärker die Vernetzung, die Flammschutzwirkung und auch die Wasserbeständigkeit. Sie sind vom wirtschaftlichen und qualitativen Standpunkt aus interessant, weil im Verarbeitungsprozess sehr rasch ein wirksames Beschichtungsergebnis erreicht werden kann.

Die Trocknung kann einfach bei Raumtemperatur oder auch mit thermischer Unterstützung, bevorzugt mit Strahlungswärme, durchgeführt werden. Die Festigkeit der Beschichtung oder des Beschichtungsfilms wird von der Trocknungswärme beeinflusst. Bei Raumtemperatur oder thermisch gestützter Trocknung bis 60 °C wurden stabile und feste Filme und Beschichtungen erhalten. Bei Trocknungs- und Härtungstemperaturen über 70 °C blieb die Flammschutzwirkung bestehen, die Festigkeit der Beschichtung baute aber mit zunehmender Trocknungstemperatur ab. Als vorteilhaft hat sich gezeigt, ein Zweistufen-Trocknungssystem einzusetzen, indem in einem ersten Schritt bei Raumtemperatur oder thermisch leicht unterstützt (bis 60 °C) eine voll- -31 - :...... .. .: V * ’ ' ' » · ,Μ ·**·* · · » ** ** * * * * * ** Μ * ständige Vernetzung erfolgt und danach die Trocknung ohne Qualitätsverluste bei Temperaturen von bis zu 90-95 °C erfolgt.

Optionale Zuschlagstoffe können beigemischt werden, um beispielsweise die Optik oder die flammhemmende Wirkung zu optimieren.

Papier wurde mit der obigen Vollei/Ca(OH)2-Rezeptur beidseitig mit ca. 20-25 g/m2 (Trockensubstanz) vollflächig beschichtet und bei Raumtemperatur getrocknet und ausgehärtet. Dies ergab im Verhältnis 80:20 ein deutlich gefestigtes, selbstverlöschendes und bedingt wasserbeständiges Produkt. Ein Beschichtungsversuch auf gleicher Papierqualität mit einer Zusammensetzung aus Vollei und Ca(OH)2 im Verhältnis 60:40 ergab ein noch stärker gefestigtes, stabiles und wasserbeständiges Produkt, das in der offenen Flamme zwar mitbrannte, aber ohne Flammeinwirkung sofort verlöschte. In beiden Fällen war auch keinerlei Nachglimmen des thermisch belasteten Papiers zu beobachten. Die Beschichtungen waren chemisch und mechanisch im Papier verankert, das somit dauerhaft flammgeschützt ausgerüstet ist.

Beispiel 4

Reaktive und stark vernetzte gemischt-tierische Zusammensetzung

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil ai) Quark, ca. 1% Fett 50,0 Gew.-% 82) Hautleim, 40%ig 20,0 Gew.-% b)_ Sumpfkalk imind. 3 Monate alt) 30,0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Schritt 1: Der Quark wurde mit dem Sumpfkalk aufgeschlossen.

Schritt 2: Der auf ca. 60-70 °C angewärmte Hautleim wurde unter Rühren in die aufgeschlossene Quarkmasse eingemischt und klumpenfrei dispergiert. - 32-

Die Verarbeitung dieser Zusammensetzung muss rasch erfolgen, da sie sehr reaktionsfreudig ist und mitunter schon innerhalb einer Stunde geliert. Die Topfzeit kann durch Zusatz geringer Wassermengen (z.B. 2-5 %) deutlich verlängert werden.

Papier und PET-Vliesstoffe (PET-Spinnvlies mit 60 g/m2 Flächengewicht) wurden mit der Zusammensetzung beidseitig beschichtet, was stabile und gefestigte Flächengebilde ergab. Unter Flammeinwirkung brannten die Pyrolysegase der Trägerstoffe mit, beim Absetzen der Flamme verlöschten die so flammhemmend ausgerüsteten Produkte jedoch umgehend.

Die Beschichtung kann sowohl bei Raumtemperatur als auch thermisch unterstützt, vorzugsweise zwischen 60 und 100 °C, besonders bevorzugt bei etwa 65 °C, ausgehärtet und vernetzt werden. Temperaturen über 100 °C sind kurzzeitig möglich, führen aber dann rasch zum thermischen Abbau der Proteine, was sich durch eine entsprechende Gelbbraunfärbung zeigt. Die Flammschutzwirkung geht dabei aber nicht verloren.

Die Benetzbarkeit ist durch den Hautleimanteil ungewöhnlich hoch und verstärkt zusätzlich die Haftung an Träger- oder Füllstoffen.

Mit dieser Zusammensetzung wurde Papier beschichtet sowie Spinnvlies und PU-Schaum getränkt. Alle Produkte wurden bei 65 °C im Umluftofen 20 Minuten lang getrocknet und ausgehärtet und unmittelbar danach der Brandprüfung unterworfen. Alle so ausgerüsteten Produkte verkohlten an der Oberfläche und erloschen umgehend, als die Flamme entzogen wurde. -33-

Beispiel 5

Nichtreaktive und stark vernetzte tierisch-pflanzliche Zusammensetzung

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 60,0 Gew.-% bi) KOH-Lösung, 10%ig 10,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% ___c)__ Sojamehl (Hensel) 10.0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Der hohe Proteinanteil (tierisch und pflanzlich) dieser Zusammensetzung bewirkt, dass beim Aufschluss mit Kalilauge die Viskosität sofort sehr stark zunimmt und sich eine zähe, klebrige Masse bildet. Die flammhemmende Wirkung ist aufgrund des hohen Proteinanteils sehr stark ausgeprägt.

Schritt 1: Milch wurde mit KOH vordispergiert und danach Sojamehl eingemischt und dispergiert.

Schritt 2: Die aufgeschlossene Milch-Mehl-Masse wurde auf Siedetemperatur gebracht, um die Stärkeanteile vollständig aufzuschließen, und danach abgekühlt.

Schritt 3: Der Sumpfkalk wurde eingemischt und in einer Perlmühle feinst dispergiert.

Obwohl eine Trocknung, Aushärtung und Vernetzung bei Raumtemperatur möglich ist, empfiehlt es sich, thermische Trocknungsprozesse bis 130 °C, vorzugsweise im Bereich 90-100 °C, einzusetzen. Temperaturen über 130 °C sind kurzzeitig möglich. Dann erfolgt jedoch ein thermischer Abbau der Proteine, allerdings ohne dass die Flammschutzwirkung verlorengeht.

Offenzeiliger Schaumstoff (PU-Schaum) und verschiedene Textilfaserstoffe wurden mit der Flammschutzmasse durchgängig getränkt und ausgehärtet, was stabile und gefestigte, flammgeschützte und wasserbeständige Flächengebilde ergab. Unter Flammeinwirkung brannten die Pyrolysegase der Trägerstoffe gelegentlich mit, beim -34-

Absetzen der Flamme verloschen alle so flammhemmend ausgerüsteten Produkte jedoch umgehend.

Beispiel 6

Nichtreaktive, nicht aufgeschlossene und nicht vorvernetzte Zusammensetzung

In diesem Beispiel wurden dieselben Komponenten wie in Beispiel 5 eingesetzt, bei der Herstellung der Zusammensetzung wurde jedoch Schritt 2 (Erhitzen des Ansatzes, um den Stärkeanteil aufzuschließen) weggelassen.

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 60,0 Gew.-% bi) KOH-Lösung, 10%ig 10,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% c)_ Sojamehl (Hensel) 10.0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Schritt 2: Der Sumpfkalk wurde eingemischt und in einer Perlmühle feinst dispergiert.

Diese Zusammensetzung erfordert nach der Benetzung und/oder Tränkung eines offenzelligen Trägerstoffs einen thermischen, über 100 °C hinaus gehenden Fertigungsprozess, um den Stärkeanteil im Sojamehl während der Verarbeitung aufzuschließen und zu vernetzen. Sie hat ihre größten wirtschaftlichen Vorteile in jenen Fällen, wo Werkstoffe in einem Verarbeitungsverfahren ohenhin thermischen Trocknungsprozessen unterzogen werden, so dass sie lediglich bei Raumtemperatur mit der Zusammensetzung ausgerüstet (beschichtet, getränkt usw.) werden müssen, wonach die Zusammensetzung im vorgegebenen Prozessablauf vollständig aufgeschlossen wird, reagiert und schließlich aushärtet. -35-

Die Zusammensetzung ist nicht lange lagerbar und sollte innerhalb weniger Tage verarbeitet werden.

Beide Zusammensetzungen, aus Beispiel 5 und Beispiel 6, sind problemlos als Beschichtungsmittel, als Formmasse und als Bindemittel einsetzbar.

Es folgen Beispiele für die Herstellung von Bauteilen aus synthetischen Schaumstoffen.

Es ist im Allgemeinen sehr schwierig, synthetische Schäume und Schaumstoffprodukte nachträglich flammtest auszurüsten. Man unterscheidet hier zwischen ge-schlossenzelligen und offenzelligen Systemen, die im Brandfall das Problem aufwerfen, durch ihre große Oberflächen und durch den hohen Luft- oder Gasanteil in den Zellen das Brennverhalten zu begünstigen. Hinzu kommen die starken wärmeisolierende Eigenschaften dieser Materialien, die dazu führen, dass Wärmeenergie zwar nur langsam durchdringen kann, gleichzeitig aber auch kühlend wirkende Flammschutzsysteme behindert und zum Teil sogar unwirksam werden.

Flammschutzmittel, die nicht in die Polymermatrix dieser Schäume eingebunden sind, sondern nachträglich als äußere Schicht aufgetragen werden, können das Abbrennen von Pyrolysegas in der Flamme nur behindern, nicht aber vermeiden. Diesem Effekt kann man begegnen, indem die Konzentrationsverhältnisse zugunsten der flammhemmenden Wirkstoffe verschoben werden, oder durch zusätzliche nicht brennbare Füllstoffe, die den Eigenschaften des Ausgangsmaterials angepasst sind. In jedem dieser Fälle werden zwar die Eigenschaften des Ausgangsprodukts verändert, dies kann aber vorteilhaft unter Schaffung neuer Produktqualitäten genutzt werden.

Unter diesem Gesichtspunkt wurden Rezepturbeispiele für Polystyrolschaum (EPS) und Polyurethanschaum (RG 55) erstellt, die zu stabilen und festen Teilen führten. -36-

Beispiel 7

Reaktives, selbstvernetzendes Bindemittelsystem

Gewichtsanteil

Komponente

Bestandteil a) b) dl

Quark, ca. 1% Fettanteil 40,0 Gew.-%

Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% 40,0 Gew.-%

Knochenasche 100,0 Gew.-%

Schritt 2: Die Knochenasche wurde eingerührt und mittels Dissolver-Rührscheibe feinst dispergiert.

Die Viskosität der Zusammensetzung war nach der Feindispergierung gering, d.h. sie war nahezu fast flüssig, wodurch weitere Hilfsmittel (z.B. Aluminiumhydroxid) oder Wirkstoffe leicht zugemischt werden können.

Diese Masse kann als Schutzanstrich oder als Flammschutz-Füll- und -Bindemittel eingesetzt werden. Papier und Vliesstoffe, die mit der Masse beschichtet bzw. getränkt wurden, waren nicht brennbar und selbstverlöschend.

Zur Herstellung eines flammfesten Bauteils auf Basis Polystyrolschaum- (EPS-) Re-granulat (d.h. granuliertes Recycling-Styropor®) kann die obige Zusammensetzung als Bindemittel vorzugsweise in einem Verhältnis im Bereich von 50:50 bis 90:10 mit dem Granulat vermischt werden, da die Flammschutzwirkung erst ab etwa 50 Gew.-% Bindemittelanteil ausreichend stark ausgeprägt ist. Bei Anteilen von unter etwa 50 % Flammschutzbindemittel ist die Verarbeitung zu neuen Produkten aufgrund der hohen Bindekraft der Rezeptierung zwar weiterhin möglich, die Flammschutzwirkung kommt dann aber bei Polystyrolschaumprodukten kaum zur Geltung. - 37-

Zu beachten ist, dass zwischen dem Schaum, im konkreten Fall dem Polystyrol-schaum, und dem Bindemittel aufgrund der großen Dichteunterschiede ein Volumsverhältnis von bis zu 1:100 vorliegen kann, so dass eine ausreichende (gewichtsbezogene) Menge an Flammschutzmittel benötigt wird, um die Flächen des Granulats durchgängig und vollständig zu benetzen und so den Flammschutz aufzubauen. Beispielsweise liegt bei einem Mischungsverhältnis von 50 Gew-% der obigen erfindungsgemäßen Zusammensetzung und 50 Gew.-% Polystyrolschaumgranulat ein Volumsverhältnis von rund 1:1000 vor, da 100 g des Bindemittels etwa 90 ml Volumen etnsprechen, während 100 g Polystyrolschaumgranulat etwa 10.000 ml entsprechen. Die Flammschutz-Zusammensetzung muss daher sehr starke flammhemmende Eigenschaften aufweisen. Sie kann in ihrer Wirkung jedoch verstärkt werden, indem sie aufgeschäumt wird, um so den Volumsunterschied zu verringern und am besten nahezu auszugleichen.

Das Flammschutz-Bindemittel wird mit dem Polystyrolschaumgranulat durchmischt, in ein formgebendes Werkzeug eingebracht und je nach Wunsch und Anforderung verdichtet. Je höher die Verdichtung, um so geringer kann der Bindemitteleinsatz gewählt werden. Nach ca. 30 Minuten Haltezeit bei Raumtemperatur kann das vorreagierte und bereits stabile Bauteil entnommen werden und entweder einfach an der Luft oder, auf effizientere Weise, mittels thermisch und technisch optimierter Fertigungsprozesse unter Erwärmen (auf maximal 60 °C) getrocknet und ausgehärtet werden.

Polyurethanschaum ist meist offenzellig und bietet bis zu Raumgewichten von 80-100 kg/m3 den Vorteil, mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung durchgängig getränkt und benetzt zu werden. Hier bieten sich Tauchverfahren an, wonach der Flammschutzmittelüberschuss bei Bedarf in einem zweiten Schritt ausgepresst werden kann.

Bei beiden ausgerüsteten Schaumstoffen, also Polystyrol- und Polyurethan-Schaum, wurde nach den oben beschriebenen Verfahren der Effekt erzielt, dass bei beiden Produkte unter heftiger Brandeinwirkung zwar ein Teil der Pyrolysegase in der offe- -38- • · nen Flamme mitverbrannten, bei Absetzen der thermischen Energiezufuhr der selbständige Brandvorgang jedoch unterbunden wurde und die Werkstoffe gegenüber Abschmelzen und Abtropfen stabilisiert waren.

Beispiel 8

Nichtreaktive, aufgeschlossene und vorvernetzte Zusammensetzung mit Pflanzenmehl

KomDonente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 50,0 Gew.-% bi) NaOH-Lösung, 10%ig 5,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 25,0 Gew.-% cl Getreidemehl W450 20.0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Schritt 1: Die Milch wurde mit NaOH-Lösung aufgeschlossen und das Getreidemehl wurde eingemischt und dispergiert,

Schritt 2: Die Milch-Mehl-Masse wurde auf Siedetemperatur gebracht und vollständig aufgeschlossen.

Schritt 3: Nach dem Abkühlen wurde der Sumpfkalk eingemischt und gründlich (klumpenfrei) dispergiert.

Dieser Ansatz ist eine hochviskose Paste mit thixotropen Eigenschaften und bei Raumtemperatur monatelang lagerbar. Die Zusammensetzung vernetzt, trocknet und härtet erst mit thermischer Unterstützung vollständig und rasch aus.

Polystyrolschaum selbst ist jedoch thermisch kaum belastbar und erreicht bei Kontaktwärme schon bei ca. 65 °C die Grenzen seine thermische Belastbarkeit. Bei dieser Temperatur werden zuerst Schrumpfprozesse im Material ausgelöst, und bei noch höheren Temperaturen schmilzt der Kunststoff auf. -39-

• · · I

Um dies zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern, kann bei der thermischen Vernetzung und Härtung vorgefertigter Formteile mit kontaktlosen Heizsystemen (Infrarot oder Mikrowelle) der Schrumpf- und Schmelzeffekt deutlich verzögert werden. Im kontaktlosen Heiz-, Trocknungs- und Reaktionsverfahren können auch Temperaturen des Bindemittels von deutlich über 70 °C eingestellt werden.

In Kombination mit offenzelligem Polyurethanschaum gestaltet sich die gleichmäßige Benetzung und Verteilung des Flammschutzsystems wegen der hohen Viskosität schwieriger, die Rezeptierung selbst ist aber effektiver als jene aus dem obigen Beispiel 7.

Beispiel 9

Reaktive, aufgeschlossene, vorreagierte Zusammensetzung mit Zellstoff

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Quark, ca. 1% Fettanteil 40,0 Gew.-% b) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% c) Zellstofffasern (feucht-nass) 40.0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Die hier eingesetzten Zellstofffasern können entweder aus aufgeweichtem und zu Pappmache aufbereiteten Altpapier stammen, aus dem der Wasserüberschuss ausgepresst wurde und das eine Restfeuchte von ca. 60 % aufweist, oder es werden Zellstoff-Fasern mit einer Faserlänge von vorzugsweise nicht mehr als 5 mm mit Wasser angeweicht und der Wasserüberschuss wiederum durch Auspressen entfernt, Das Auspressen ist für die Wirkung und Verarbeitbarkeit entscheidend, um einen homogenen Flammschutz-Bindemittelbrei erstellen zu können.

Schritt 1: Quark und Sumpfkalk wurden gründlich vermengt und vollständig aufgeschlossen.

Schritt 2: Die aufgeschlossene Bindemittelmasse wurde aufgeschäumt, wonach unter stetigem Rühren die feuchte Zellstoffmasse in kleinen Portionen eingemischt und -40- gründlich dispergiert wurde. Mit zunehmender Konzentration der Zellstoffmasse wurde der Schaum zerstört/aufgelöst, und die Masse ging in einen zähen und viskosen Brei über.

Dieser Ansatz ist im Vergleich zu den anderen Quark-Rezepturen nicht so stark reaktiv, da über den an gefeuchteten und angequollenen Zellstoff inhibierend wirkendes Wasser eingebracht wird und die Vernetzungsreaktionen bei Raumtemperatur verlangsamt ablaufen.

Alternativ dazu kann die angefeuchtete Zellstoffmasse aber auch in einem für Faserstoffe geeigneten Zwangsmischer ohne Schäumprozess abgemischt und homogenisiert werden.

Es ist sehr schwierig, trockene Zellstoffmasse in höheren Konzentrationen in wässrigen und klebrigen Bindemitteln gleichmäßig zu dispergieren, da sich die Viskosität durch Wasseraufnahme und Quellung der Fasern sprunghaft erhöht.

Reaktive Zusammensetzungen sollten in zwei Stufen getrocknet gehärtet und vernetzt werden. Nachdem der Ansatz mit allen Komponenten abgemischt und das Teil in Form gebracht wurde, sollte die selbständige Vorvernetzung der Zusammensetzung, die bei Raumtemperatur üblicherweise zumindest 60 Minuten, bei 50-60 °C zumindest 10-15 Minuten dauert, abgeschlossen sein, bevor mit thermischer Unterstützung bei Temperaturen über 70 °C, aber vorzugsweise nicht über 130°C, die vollständige Härtung/Trocknung und Vernetzung erfolgt.

Das ausgehärtete Produkt war ein sehr kompakter, harter, nicht brennbarer und gegenüber Wassereinwirkung beständiger Gegenstand.

Die vorliegende Zusammensetzung zeigt die beste Wirkung in Fällen, wo glatte oder/und schwer verklebbare Oberflächen von Produkten (z.B. Stroh, Schilf, Bambus etc.) eine feste Bindung verhindern. -41 -

Der Zellstoff-Flammschutzbindemittelbrei wies einen relativ hohen Trocknungsschrumpf auf und bedingte durch den angequollenen Zellstoff aufwändigere Trocknungsverfahren. Dieser Effekt kann durch Verringerung des Wasseranteils, z.B. durch Zugabe von Füllstoffen, verringert und optimiert werden.

Beispiel 10

Nichtreaktive, aufgeschlossene Zusammensetzung mit pflanzlichen Rückständen

KomDonente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 55,0 Gew.-% bi) NaOH-Lösung, 10%ig 10,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 10,0 Gew.-% cL Weizenkleie 25.0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Schritt 1: Die Milch wurde mit NaOH-Lösung aufgeschlossen und die Weizenkleie eingemischt.

Schritt 2: Die Milch-Kleie-Masse wurde etwa 2-3 Minuten lang auf Siedetemperatur erhitzt und dadurch vollständig aufgeschlossen.

Dieser Ansatz war kompakt und teigig, hatte klebrige Eigenschaften und war bei Raumtemperatur längere Zeit lagerbar. Er eignet sich hervorragend als leichtgewichtiges Brandschutz-Füllsystem in einer Materialmischung und weist eine ähnliche Wirkungsweise auf wie die in Beispiel 9 beschriebene Zusammensetzung. Dieser Bindemittelbrei mit Kleie schrumpft im Trocknungsprozess stärker als andere Rezepturen und sollte vorzugsweise mit elastischen Komponenten kombiniert werden, um Schrumpfrisse zu vermeiden. -42-

Ein Kombination mit Korkgranulat wurde hergestellt, indem im Gewichtsverhältnis 50 % der Zusammensetzung als Flammschutzbindemittel mit 50 % Korkgranulat mit 2-3 mm Korngöße abgemischt und daraus eine Platte mit 3 mm Dicke erzeugt wurde.

Fertigungsparameter: Formgebendes Werkzeug 300x200 mm, beidseitig beheizt und auf 3 mm Nenndicke eingerichtet; Temperatur 120°C; Verdichtung der Füllmasse 3:1; Trocknungs- und Aushärtezeit 4 Minuten.

Das Ergebnis war eine formstabile, leichte und unbrennbare Platte, die im Vergleich zu äquivalenten handelsüblichen Produkten leichter ist.

Beispiel 11

Nichtreaktive, aufgeschlossene Zusammensetzung mit Paniermehl

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 50,0 Gew.-% bi) NaOH-Lösung, 10%ig 10,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 10,0 Gew.-% _ cl Paniermehl 30,0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Schritt 1: Die Milch wurde mit der NaOFi-Lösung aufgeschlossen, das Paniermehl eingemischt und gründlich zu einer homogenen Masse dispergiert.

Schritt 3: Der Sumpfkalk wurde eingemischt und gründlich (klumpenfrei) dispergiert.

Ein thermischer Auschluss ist hier nicht erforderlich, da aufgrund des Backvorgangs die Stärkebestandteile des Paniermehls schon aufgeschlossen vorliegen.

Dieser Ansatz besaß nur schwache klebrige Eigenschaften und war bei Raumtemperatur über Monate lagerbar. Diese Zusammensetzung führt zu harten und porösen flammgeschützten Produkten und Füllungen in einer Materialmischung.

Eine Kombination mit Korkgranulat wurde hergestellt, indem im Gewichtsverhältnis 50 % der Zusammensetzung als Flammschutzbindemittel mit 50 % Korkgranulat mit 2-3 mm Korngöße abgemischt und daraus eine Platte mit 3 mm Dicke erzeugt wurde.

Fertigungsparameter: Formgebendes Werkzeug 300x200 mm, beidseitig beheizt und auf 3 mm Nenndicke eingerichtet; Temperatur 120 °C; Verdichtung der Füllmasse 3:1; Trocknungs- und Aushärtezeit 4 Minuten.

Das Ergebnis war eine harte, leichte und unbrennbare Platte, die im Vergleich zu äquivalenten handelsüblichen Produkten deutlich stabiler und dichter ist, da die Hohlräume mit dem hartem Bindemittel gefüllt sind, das zudem stärker vernetzt ist.

Beispiel 12

Nichtreaktive, aufgeschlossene Zusammensetzung mit pflanzlichem Mehl

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Milch, ca. 1% Fettanteil 50,0 Gew.-% bi) NaOH-Lösung, 10%ig 10,0 Gew.-% b2) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% c) Kichererbsenmehl 20,0 Gew.-% 100,0 Gew.-% d) NH4HCO3 (Pulver) (optional) 2,0 Gew.-%

Schritt 1: Die Milch wurde mit NaOH-Lösung aufgeschlossen und das Kichererbsenmehl wurde eingemischt.

Schritt 2: Die Milch-Erbsenmehl-Masse wurde ca. 2-3 Minuten lang auf Siedetemperatur erhitzt, so vollständig aufgeschlossen und dann auf ca. 35-40 °C abkühlen gelassen.

Schritt 3: Nach dem Abkühlen wurde der Sumpfkalk eingemischt und gründlich (klumpenfrei) dispergiert. -44-

Dieser Ansatz besaß nur schwach klebrige Eigenschaften und war bei Raumtemperatur längere Zeit lagerbar. Diese Rezeptierung eignet sich hervorragend als füllendes Brandschutz-Bindemittel in Fällen, wo sehr harte und stabile Endprodukte erwünscht sind.

Als Alternative wurde Kartoffelmehl in gleicher Konzentration eingesetzt werden, was zu vergleichbaren Ergebnissen führte.

Eine Kombination mit gehäckseltem Stroh (Korngröße ca. 10 mm) wurde hergestellt, indem im Gewichtsverhältnis 50 % der Zusammensetzung als Flammschutzbindemittel mit 50 % gehäckseltem Stroh abgemischt und daraus ein plattenförmiges Bauteil mit 3 mm Dicke erzeugt wurde.

Fertigungsparameter: Formgebendes Werkzeug 300x200 mm, beidseitig beheizt und auf 3 mm Nenndicke eingerichtet; Temperatur 120 °C; Verdichtung der Füllmasse 1:1; Trocknungs- und Aushärtezeit 5 Minuten.

Das Ergebnis war eine sehr kompakte, feste, gegenüber Nässeeinwirkung beständige, unbrennbare Platte.

In einem Parallelversuch wurden zusätzlich 2 Gew.-% NH4HCO3 als Treibmittel in die obige Rezeptur eingemischt, die anschließend mittels Mikrowellenheizung ohne formgebendes Werkzeug getrocknet wurde. Dies ergab nach einer Aushärtezeit von 2 Minuten einen harten und formstabilen, unbrennbaren aufgeschäumten Körper.

Beispiel 13

Zusammensetzung zur Herstellung stabiler flammhemmender Schaumstoffe

Komponente Bestandteil Gewichtsanteil a) Quark, ca. 1% Fettanteil 50,0 Gew.-% b) Sumpfkalk (mind. 3 Monate alt) 20,0 Gew.-% Ci) Alginat-Lösung, 3%ig in Wasser 5,0 Gew.-% Oz) Zelistoff-Kurzfasern 2,0 Gew.-% — _d)_ Steinmehl 23.0 Gew.-% 100,0 Gew.-%

Schritt 1: Der Quark und der Sumpfkalk wurden gründlich vermengt und aufgeschlossen.

Schritt 2: Die aufgeschlossene Bindemittelmasse wurde durch rasches Rühren aufgeschäumt, und nach Erreichen der gewünschten Schaumkonsistenz wurden unter weiterem Rühren die Zellstoff-Kurzfasern in kleinen Portionen und danach die Alginatlösung eingemischt und gründlich dispergiert.

Schritt 3: Das Steinmehl wurde in den Schaum eingemischt.

In einem ersten Versuch wurde aus den Komponenten a) bis c) mit einem haushaltsüblichen Handmixer ein Basisschaum mit einem Nass-Litergewicht von ca. 0,35-0,40 kg/l erhalten. Mit zwangsbelüfteten Industrie-Schaummixern wurden hingegen reproduzierbar Nass-Litergewichte von 0,10 kg/l erhalten.

Die jeweils aus den Komponenten a) bis c) erzeugten Schaummassen waren bereits dauerhaft stabile Flammschutz-Basisschäume, die anschließend mit Steinmehl als Füllstoff versetzt wurden.

Die Trocknung und Aushärtung solcher Flammschutz-Basisschäume (ohne Füllstoff) ist langwierig, da sich an den Außenseiten rasch eine ein angetrocknete Haut bildet, die eine durchgehende Trocknung und Aushärtung behindert. Diesem Effekt kann

durch den Einsatz von Füllstoffen oder anderen Hilfsmitteln begegnet werden, die den Feuchtetransport unterstützen bzw. die Hautbildung reduzieren.

Thermisch gestützte Trocknung ist in solchen Fällen grundsätzlich vorteilhafter, wobei aber darauf zu achten ist, dass bei zu hoher Wärmeentwicklung der Schaum noch weiter expandiert. Die besten Trocknungsbedingungen wurden bisher bei Temperaturen von ca. 65-70 °C mit Umluft oder mit sorgsamer Strahlungsenergie gefunden. Strahlungsenergie hat gegenüber belüfteten Systemen den Vorteil, dass die Wärmeenergie durchgehend und im Medium von innen nach außen transportiert wird, was die Hautbildung deutlich reduziert und den Trocknungs- und Aushärteprozess unterstützt und beschleunigt.

Die ausgehärteten Endprodukte in diesem Beispiel waren harte, formstabile, nicht brennbare Schaumstoffe mit einer Dichte von 0,3 kg/l, die als Platten mit 5 mm Dicke bei Raumtemperatur ohne zusätzliche Trocknungstechnik abgelüftet und ausgehärtet wurden; Trocknungs- und Aushärtezeit: 2 Tage.

Flammschutz-Schaumstoffe haben bei Verwendung als Beschichtungs- oder Bindemittel durch ihre größere Oberfläche und die Freisetzung von "brandhemmenden Schutzgasen" zumeist eine deutlich stärkere Flammschutzwirkung als nicht geschäumte Produkte, werden aber dadurch auch rascher "verbraucht". Bei dauerhafter Flammeinwirkung kann es unter Umständen entscheidend sein, wie konzentriert und wie lange die flammhemmenden Wirkstoffe verfügbar sind.

Die obigen Beispiele belegen klar, dass die vorliegende Erfindung Zusammensetzungen bereitstellt, aus denen auf sehr wirtschaftliche Weise wirksame flammhemmende Oberflächen und Gegenstände mit einer breiten Vielfalt sonstiger Eigenschaften hergestellt werden können. Diese sind vorzugsweise aus rein natürlichen Bestandteilen aufgebaut und sowohl gut rezyklierbar als auch bei Deponierung vollständig biologisch abbaubar. -47-

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Zusammensetzung zur Herstellung flammhemmender Oberflächen oder Gegenstände, Folgendes umfassend: a) tierisches Protein und b) Base, ausgewählt aus Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxiden, -hydrogencarbonaten und -carbonaten.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als tierisches Protein ein oder mehrere Milchproteine enthalten sind.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Milchproteine in Form von Milch und/oder eines oder mehrerer Milchprodukte enthalten sind.
4. Zusammensetzung nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Base Ca(OH)2, NaOH oder KOH oder ein Gemisch davon enthalten ist.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Base Ca(OH)2 in Form von Sumpfkalk enthalten ist.
6. Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Komponente c) pflanzliche Polymere enthalten sind.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle der pflanzlichen Polymere geschrotete oder gemahlene Pflanzen oder Pflanzenbestandteile enthalten sind.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle der pflanzlichen Polymere Getreidemehl enthalten ist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getreidemehl Weizenmehl ist oder umfasst.
10. Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliche Komponente d) ein oder mehrere Füllstoffe und/oder Additive enthalten sind.
11. Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optionale Füllstoff aus der aus Steinmehl, Knochenasche, Korkgranulat, Faserstoffen, Vulkanasche, Glasschaum, Kokosschalen, Kakao- und Kaffeepulver, Polystyrol- und Polyurethanschaumgranulat sowie Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
12. Zusammensetzung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten a), c) und d), sofern vorhanden, Nahrungsmittel, Nahrungsmittelbestandteile, Nahrungsmittelabfall oder Abfallprodukte aus der Nahrungsmittelproduktion sind,
13. Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durch Vermischen der Komponenten a) bis d), sofern vorhanden, wobei in einem ersten Mischschritt ein Teil der enthaltenen Komponenten vorvermischt wird, wonach in einem zweiten Mischschritt die übrigen Komponenten eingemischt werden,
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Mischschritt Komponente a) und gegebenenfalls Komponente c) mit Komponente b) oder einem Teil davon vorvermischt wird, bevor im zweiten Mischschritt der Rest von Komponente b) und gegebenenfalls Komponente d) eingemischt wird/werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Komponente a) und zumindest einem Teil von Komponente b) sowie gegebenenfalls Komponente c) zwischen dem ersten und dem zweiten Mischschritt auf

• · *»» »* Siedetemperatur erhitzt wird, um Komponente a) und gegebenenfalls Komponente c) aufzuschließen und vorzuvernetzen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente b) sowohl Ca(OH)2 als auch zumindest ein Alkalimetallhydroxid umfasst, wovon das zumindest eine Alkalimetallhydroxid im ersten Mischschritt mit Komponente a) und gegebenenfalls Komponente c) vermischt wird und das Ca{OH)2 erst im zweiten Mischschritt eingemischt wird.
17. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Beschichtungsmasse zur Herstellung flammhemmender Oberflächen auf Trägern.
18. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Formmasse oder Bindemittel zur Herstellung von flammhemmenden Gegenständen.
19. Verwendung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung zur Herstellung der flammhemmenden Oberfläche auf einem Träger bzw. eines flammhemmenden Gegenstands bei einer Temperatur zwischen 25 °C und 160 °C getrocknet, ausgehärtet und vernetzt wird.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung vor oder während ihrer Trocknung/Härtung aufgeschäumt wird.
21. Flammhemmende Oberfläche auf einem Träger bzw. flammhemmender Gegenstand, die bzw. der aus einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in gehärtetem Zustand besteht. Wien, am 19. Jänner 2011 Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mbH Johann Kiss durch:

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