DD201764A5

DD201764A5 - Anorganischer substratueberzug mit einer schicht eines schichtmaterials

Info

Publication number: DD201764A5
Application number: DD81231814A
Authority: DD
Inventors: Peter J Briggs; Kevin Mcaloon; Graham R Rideal
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1983-08-10
Also published as: DK306481A; ZW15581A1; EP0044162A2; EP0044162A3; US4476181A; AU7267381A; NO812361L; ES8203651A1; ZA814603B; ES503855A0; PL232146A1; FI812170L; CS535981A2; JPS5761556A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen anorganischen Substratueberzug mit einer Schicht eines Schichtmaterials fuer die Anwendung als Feuerschutz- und Isolationsmaterial. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Beschichtung mit verbesserten feuerschuetzenden Eigenschaften. Erfindungsgemaess umfasst der anorganische Ueberzug fuer ein Substrat eine Schicht von Lamellen eines Schichtminerals, vorzugsweise Vermiculit, worin im wesentlichen alle Lamellen eine Groesse von kleiner als 50 Mikrometer aufweisen, die Herstellung des Ueberzugs durch Aufbringen einer Suspension von Lamellen auf das Substrat und Entfernen der Fluessigkeit aus der Suspension, sowie Artikel, umfassend ein Substrat mit den Ueberzuegen darauf und die Verwendung der Ueberzuege und der Artikel zur thermischen Isolierung und zum Feuerschutz von Materialien. Die Ueberzuege verbessern signifikant die thermische Isolierung und den Feuerschutz von Substraten, auch wenn sie nur wenige Mikrometer stark sind, zum Beispiel weniger als 50 Mikrometer und noch unter 10 Mikrometer Dicke.

Description

Berlin, den 27.4.1982 , AP C 04 B/231 814/3

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Anorganischer Substratüberzug mit einer Schicht eines Schichtmaterials

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft anorganische Beschichtungen, und vor allem anorganische Beschichtungen aus Lamellen von Schichtmineralen. Die erfindungsgemäß beschichteten Materialien werden angewandt als Feuerschutz- und Isolationsmaterial.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekanntlich wird das Feuerverhalten eines Substrates durch das Aufbringen einer Beschichtung aus einer anorganischen Substanz, zum Beispiel einem Schichtmineral, auf das Substrat verbessert. Verschiedene Schichtminerale sind für diesen Zweck vorgeschlagen worden, zu denen Vermiculite, Biotite und Tonarten zu zählen sind, Es wurde aufgeblätterter Vermiculit verwendet, d. h. Vermiculitschuppen, die durch Erhitzen von Vermiculit auf eine erhöhte Temperatur, z, B. 800 ⁰C, gebildet wurden. Im allgemeinen haben sich die Beschichtungen nicht als zufriedenstellend erwiesen, und zwar vorwiegend aufgrund der Tatsache, daß die Beschichtung, wenn das beschichtete Substrat einer Flamme ausgesetzt wird, nicht mehr als nur einen vorübergehenden Schutz für das Substrat bietet, es sei denn, daß die Beschichtung verhältnismäßig dick ist, zum Beispiel 0,1 mm oder mehr aufweist. Es ist schwierig, eine ausreichende Adhäsion der Beschichtungen, vor allem von dicken Beschichtungen, an Substraten wie Metallen zu erzielen, und

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eine mangelhafte Adhäsion führt zu Blasenbildung, Rißbildung und Abblättern der Beschichtung und somit zum Verlust des Schutzes des Substrates im Falle eines Brandes.

Verbesserte Beschichtungen sind vorgeschlagen worden, und vor allem auf Vermiculit basierende Beschichtungen, die fester an Substraten haften, selbst wenn sie einem Feuer ausgesetzt sind, und bei denen es möglich ist, mit dünneren Beschichtungen einen Grad von Feuerschutz für die Substrate zu erzielen, und zwar durch die Anwendung von Beschichtungen aus chemisch delaminiertem Vermiculit, das heißt Vermiculit, der durch die Behandlung mit einem oder mehreren ionischen Salzen, Aufquellen in Wasser und Anwendung von Scherkräften bei dem gequollenen Vermiculit in Wasser delaminiert wurde (im Gegensatz zu aufgeblättertem Vermiculit)» Obwohl die bisher vorgeschlagene Verwendung von delaminiertem Vermiculit zweifellos zu verbesserten Beschichtungen zum Schutz von Substraten gegen Feuer (vor allem gegen Flammen) führte, so bieten doch die bisher erzeugten Beschichtungen wenig mehr als einen vorübergehenden Feuerschutz und haben keinerlei kommerzielle Bedeutung erlangt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Beschichtung als Feuerschutz für Substrate.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den anorganischen Substratüberzug ein Schichtmaterial auf der Basis

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von chemisch delaminiertem Vermiculit und anderen delaminierten Schichtmaterialien aufzufinden.

Erfindungsgemäß wird eine anorganische Beschichtung für ein Substrat geschaffen, die das Feuerverhalten des Substrates ganz wesentlich verbessert, selbst wenn die Dicke nur einige Mikrometer beträgt und die eine Lamellenschicht eines Schichtminerals darstellt, in der im wesentlichen alle Lamellen eine unter 50 Mikrometer liegende Größe aufweisen.

Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus Vermiculitlaroellen, und besonders bevorzugt sind Beschichtungen aus Suspensionen von Vermiculitlamellen, die unter Verwendung von n-Alkylammoniumsalzen hergestellt und nach der Erzeugung zur Entfernung aller Teilchen mit einer über 50 Mikrometer liegenden Größe naß-klassiert wurden.

Unter "Vermiculit" sollen die mineralogisch und kommerziell als Vermiculit bekannten Mineralien, einschließlich Chlorit-Vermiculit, zu verstehen sein«

Mit der Bezeichnung "Lamellen eines Schichtminerals'* sind winzige Teilchen des Schichtminerals gemeint, die durch chemische Delaminierung des Schichtminerals in sehr dünne schuppenartige Teilchen oder Plättchen mit einem hohen Schlankheitsverhältnis (Länge oder Breite dividiert durch Dicke) gewonnen wurden. So sind beispielsweise Vermiculitlamellen winzige dünne Plättchen, die durch chemische Delaminierung von Vermiculit erzeugt wurden und eine unter 0,5 Mikrometer, gewöhnlich unter 0,05 Mikrometer, und vorzugsweise unter 0,005 Mikrometer, liegende Dicke haben und

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ein hohes Schlankheitsverhältnis von mindestens 100, vorzugsweise mindestens 1000, zum Beispiel bis zu 10 000, aufweisen. Die Lamellen anderer Schichtrainerale haben ähnliche Abmessungen.

Zur Bildung der erfindungsgemäßen Beschichtungen bevorzugt man die Anwendung von Suspensionen von Lamellen von Schichtmineralen, die einen hohen Anteil von Teilchen oder Plättchen (Lamellen) mit einer unter 5 Mikrometer liegenden Größe enthalten« Solche Suspensionen, die durch Naßklassierung der durch chemische Delaminierung von Schichtmineralen gewonnenen Suspensionen hergestellt wurden, weisen kolloidale Eigenschaften auf und ergeben besonders günstige Beschichtungen, die beständige physikalische Eigenschaften haben. Auf eine Teilchengröße unter 50 Mikrometer naßklassierte Suspensionen von Vermiculitlamellen können 40 bis 50 Masse-% Teilchen im Größenbereich von 0,4 bis 5 Mikrometer enthalten. Durch Naßklassierung der Suspension auf eine geringere maximale Teilchengröße, z. B. 20 Mikrometer, kann der Prozentanteil feiner Teilchen (unter 5 Mikrometer) in der Suspension erhöht werden; im allgemeinen wurde jedoch festgestellt, daß die Klassierung auf unter 50 Mikrometer für die meisten praktischen Anwendungszwecke ausreichend ist«

So enthalten die bevorzugten erfindungsgemäßen Beschichtungen Vermiculitlamellen und stammen von Suspensionen von Vermiculitlamellen, die auf eine Teilchengröße unter 50 Mikrometer klassiert worden sind und Teilchen enthalten, von denen mindestens 35 Masse-%, vorzugsweise mindestens 40 Masse-%, eine im Größenbereich von 0,4 Mikrometer bis 5 Mikrometer liegende maximale Abmessung haben.

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Die erfindungsgemäßen Beschichtungen werden am besten so gebildet« daß eine Suspension von Lamellen auf ein Substrat aufgebracht und die Flüssigkeit aus der Suspension entfernt wird, meist durch Verdampfung. Die Suspension wird normalerweise wäßrig sein« wenn auch Suspensionen von Lamellen in nicht-wäßrigen Medien wie organischen Flüssigkeiten bekannt sind und bei Bedarf verwendet werden können. Die Temperatur, bei der die Trägerflüssigkeit aus der Suspension entfernt wird, ist nicht kritisch und kann jede beliebige Temperatur bis zum Siedepunkt der Flüssigkeit sein, Eine geeignete Maßnahme zur Entfernung der Trägerflüssigkeit besteht darin, daß man die Flüssigkeit bei Umgebungs-(Raum)-Temperatur etwa über Nacht verdampfen läßt und dann das beschichtete Substrat zur endgültigen Entfernung der Trägerflüssigkeit erhitzt.

Oede geeignete Technik kann für das Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat angewandt werden, zum Beispiel Streichen (Anstreichen), Sprühen, Eintauchen, Tauchbeschichten, Rollenbeschichten, Ausbreiten, Rakelauftragen und Imprägnieren. Die angewandte Technik wird von verschiedenen Faktoren abhängen, so der Flexibilität des Substrates, der Permeabilität des Substrates für die Suspension (Trägerflüssigkeit), der Viskosität der Suspension und der verlangten Dicke der fertigen Beschichtung, aber für den Anwender ist es ein leichtes, eine Technik zu wählen, mit deren Hilfe eine geforderte Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht werden kann.

Die Konzentration der Lamellen in der zur Bildung der Beschichtungen verwendeten Suspension und daher die Viskosität und die Theologischen Eigenschaften der Suspension

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können innerhalb weiter Grenzen variieren, wobei eine gewisse Abhängigkeit zumindest von der Dicke der verlangten Beschichtung und der Porosität des Substrates besteht· Auf Wunsch können dicke Beschichtungen durch das Auftragen mehrerer dünner Schichten der Suspension aufgebaut werden· Die Suspensionskonzentrationen können zwischen nur 1 oder 2 % Lamellen für die Erzeugung extrem dünner Beschichtungen, ζ. B_# Beschichtungen in Sub-Mikrometerdicke, und bis zu 40 oder 50 % Lamellen zur Erzeugung dickerer Beschichtungen, z. B_# Beschichtungen von mehreren Mikrometer Dicke, variieren. Wie anschließend beschrieben wird, können die Suspensionen außerdem Zusatzstoffe enthalten, die in der Trägerflüsslgkeit suspendiert oder aufgelöst sind und die die Viskosität der rheologischen Eigenschaften der Suspensionen und somit den optimalen LamellengehaLt der Suspension für die Schaffung der verlangten Schichtdicke beeinflussen. Beispiele für derartige Zusatzstoffe sind Mittel zur Festigkeiteverbesserung, Mittel zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit, Mittel zum Wasserdichtmachen, Flammenhemm-Mittel und lösliche Polymere, wie Polyvinylalkohol und Polyacrylate.

Die vielseitigsten Substrate können vorteilhaft mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung versehen werden, so poröse, permeable und nicht-poröse Substrate. Beispiele für Substrate, die gut beschichtet werden können, sind Metalle, wie Stahl und Aluminium (Platten, Blech oder Folie), Holz, organische Polymere (Folien, Filme oder Schaumstoffe), Glastafeln, Papier und zementartige Materialien. In allen Fällen wird das Feuerverhalten und vor allem die Feuerfestigkeit des Substrates verbessert. So erhalten zum Beispiel Substrate, die in einem Feuer schmelzen oder

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plastisch verformt werden, ζ. B. Metalle wie Aluminium und Stahl, Glas und einige Pdymere und Kunststoffe, eine bessere Feuerbeständigkeit, so daß sie bei höheren Flammentemperaturen schmelzen oder sich verformen, und daß sie, selbst wenn sie schmelzen oder erweichen, nicht aus einer Flamme fließen oder heruntertropfen, sondern in der Flamme bleiben. Brennbare Substrate wie Holz und die Mehrzahl der organischen Polymere und Kunststoffe werden qualitativ so verbessert, daß sie feuerbeständig werden, und zwar vor allem gegen das Ausbreiten der Flamme selbst dann, wenn das Substrat an der Berührungsstelle durch eine Flamme verbrennt oder beschädigt wird. Das Substrat kann tatsächlich an der Kontaktstelle der Flamme zu Kohle verbrannt werden, und trotzdem bleibt die Beschichtung unversehrt, und das Brennen wird auf eine kleine Fläche im Bereich der Flamme beschränkt.

Das Ausmaß, bis zu dem das Feuerverhalten eines Substrates verbessert werden kann, wird von der Dicke der aufgebrachten Beschichtung abhängen, und es wird im allgemeinen höher sein, je dicker die Beschichtung ist. Wenn das beschichtete Substrat einer Flamme oder hohen Temperaturbedingungen ausgesetzt wird, wird die Deckschicht, da sie ein schlechter Wärmeleiter ist, das Substrat möglicherweise auf einer niedrigeren Temperatur halten, als die angewandten Bedingungen aufweisen, und selbstverständlich wird der durch die Beschichtung geschaffene Grad der Wärmeisolierung umso größer sein, je dicker die Beschichtung ist. Ein wertvolles Merkmal der Erfindung ist jedoch, daß nur sehr dünne Beschichtungen gebraucht werden, zum Beispiel Sub-Mikrometer-Beschichtungen oder zumindest Beschichtungen, deren Dicke unter 50 Mikrometer liegt, beispielsweise unter

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5 oder 10 Mikrometer, und es liegt im Wesen solcher Beschichtungen, daß die wertvolle Eigenschaft der Beschichtung, das Feuerverhalten von Substraten, selbst wenn das Substrat durch die Flammen beschädigt oder zerstört wird, zu verbessern, am deutlichsten ist.

Wie oben bereits gesagt wurde, ist Vermiculit das bevorzugte Schichtmineral. Der Grund fur diesen Vorrang liegt darin, daß Vermiculit den Substraten nicht nur eine gute Feuerbeständigkeit und gutes Wärmeverhalten verleiht, sondern fast als einziges unter den Schichtmineralen ausgezeichnete Selbstklebeeigenschaften aufweist. Nach der Entfernung des Wassers (oder der anderen Trägerflüssigkeit) aus Suspensionen von Vermiculitlamellen, hängen die Lamellen aneinander und bilden eine verhältnismäßig feste Vermiculitschicht. Die abgelagerten Vermiculitlamellen können als Klebstoff fungieren, um das Substrat mit anderen Stoffen zu verbinden, um beispielsweise Laminate zu bilden. Beschichtungen mit Vermiculitlamellen, die aus Suspensionen stammen, die zur Aussonderung von Teilchen mit einer über 50 Mikrometer liegenden Größe naß-klassiert worden sind, sind härter, konsistenter und dampf-undurchlässiger als von unklassierten Suspensionen gewonnene Beschichtungen.

Neben der Verbesserung der Feuerbeständigkeit und des Hochtemperaturverhaltens des Substrates, auf das die Deckschicht aus Lamellen aufgebracht worden ist, bietet die Beschichtung den weiteren Vorteil, daß sie dem Substrat Dampf-Sperreigenschaften verleiht. Aus Suspensionen von Lamellen, speziell Vermiculitlamellen, aufgebrachte Beschichtungen und Filme haben niedrige DampfÜbertragungskoeffizienten, vor allem niedrige Wasserdampf-Übertragungs-

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koeffizienten, so daß die erfindungsgemäßen Beschichtungen als Sperrschichten zur Inhibition des Eindringens von Wasserdampf in Materialien wie Schaumstoffe (bei denen das Eindringen von Wasser den Isolationswert des Schaumstoffes bei Alterung beeinträchtigen kann) oder wasserabbaubare Stoffe wirken.

Aus Lamellen bestehende Beschichtungen auf Substraten können durch das Einmischen von herkömmlichen Flammenhemm-Zusatzstoffen wie halogenierten Verbindungen und Phosphaten noch flammenhemmender gemacht werden· So können Flammen beispielsweise am Ausbreiten über die Oberfläche des beschichteten Substrates gehindert werden, selbst wenn die Flamme am nächsten befindliche Fläche des Substrates innerhalb des beschichteten Materials verbrannt oder geschmolzen werden kann.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus dem Beschichten von Subetraten mit Lamellen ergibt, besteht darin, daß die Beschichtung chemisch inert und vor allem alkalibeständig ist. So können Substrate, die normalerweise in alkalischen oder sauren Umgebungen nicht brauchbar sind, zum Beispiel Glastafeln oder Glasgefäße, für solche Einsatzzwecke brauchbar gemacht werden. Eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen beschichteten Substrates besteht aus alkalibeständigem, nicht-faserigem Glas, das ein Glas mit einer Lamellenbeschichtung eines Schichtminerals, vorzugsweise Vermiculit, darstellt.

Die oben beschriebenen beschichteten Substrate, die unmodifizierte Beschichtungen von Lamellen eines Schichtminerals aufweisen, sind nützliche Materialien für eine

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Vielzahl von Verwendungszwecken. Jedoch bei Anwendungsfällen, bei denen das beschichtete Substrat möglicherweise FlQssigwasser ausgesetzt wird, ist es günstiger, die Beschichtungen so zu modifizieren, daß sie verbesserte Wasserbeständigkeit erhalten. Unmodifizierte Beschichtungen können unter Umständen in Flüssigwasser abgebaut werden; aber sie können auf einfache Weise modifiziert werden, damit sie in Flüssigwasser beständig sind. Beschichtungen aus Vermiculitlamellen können durch die Behandlung mit einer Lösung, zum Beispiel einer gesättigten Lösung eines Magnesiumsalzes, wie Magnesiumchlorid, bei erhöhten Temperaturen oder durch den Einbau eines Wasserfestigkeitsverbesserers in die zur Bildung der Beschichtung aufgebrachte Lamellensuspension, wasserfest gemacht werden, wie beispielsweise in der europäischen Petentveröffentlichung Nr. 0.009.310 Al beschrieben wird. Geeignete Wasserfestigkeitsverbesserer sind feinverteilte Verbindungen, die in Wa8ser kaum löslich sind und in Wasser eine basische Reaktion ergeben, zum Beispiel Calciumoxid oder Magnesiumoxid.

Magnesiumoxid ist der bevorzugte Wasserfestigkeitsverbesserer, und dieses Zusatzraittel verleiht der Beschichtung nicht nur Wasserfestigkeit, sondern es erhöht auch die Festigkeit der Beschichtung. Die Menge des Wasserfestig· keitsverbesserers wird gewöhnlich bis zu 15 Masse-%, im allgemeinen 10 %_t in bezug auf das Schichtmineral betragen.

Wasserfestmachen der Beschichtungen kann, im Gegensatz zur Verbesserung ihrer Beständigkeit in Flüssigwasser, durch den Einbau eines Siliconpolymervorläufers in die Lamellensuspeension vor dem Aufbringen der Suspension auf das

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Substrat und Behandeln des beschichteten Substrates mit einem sauren Gas in Gegenwart von Wasser zur Polymerisierung des Vorläufers und Bildung eines Siliconpolymeren in der Beschichtung erfolgen· Ein solcher Prozeß zum Wasserfeetmachen wird in der gleichfalls anhängigen Patentanmeldung Nr« 8103459 beschrieben. So kann beispielsweise Natriuramethylsiliconat in die Suspension eingebaut werden, und das entstandene beschichtete Substrat mit Kohlendioxid in Gegenwart von Wasser (während des Trocknens der Beschichtung oder nach dem Trocknen der Beschichtung und ihrer erneuten Befeuchtung) behandelt werden. Die der Suspension zugesetzte Menge des Siliconpolyraervorläufers wird gewöhnlich bis zu 5 Masse-%, im allgemeinen etwa 2 Masse-%, in bezug auf die Lamellen in der Suspension betragen.

Zur Bildung der erfindungsgemäßen Beschichtungen kann jede Suspension von Lamellen von Schichtmineralen verwendet werden. Die chemische Delaminierung von Schichtmineralen ist allgemein bekannt, und es kann jeder der allgemein bekannten Delaminierungsprozesse angewandt werden, einschließlich der Prozesse, die für die Delaminierung von Vermiculit in den GB-PS Nr. 1 016 385; 1 076 786; 1 119 305 und 1 585 sowie von Baumeister und Hahn in "Micron", 7, 247 (1976) beschrieben werden. Die Suspension von chemisch delaminiertem Schichtmineral wird vorzugsweise einer Naßklassierungsbehandlung unterzogen, bei der größere Teilchen des Minerals entfernt werden, wie es in bezug auf Suspensionen von Vermiculitlamellen in der GB-Patentanmeldung Nr. 39510/76t51425/76 und der entsprechenden DE-OS 2 741 859 beschrieben wird. Für den Einsatz für die Erfindung wird die Suspension vorzugsweise auf eine Teilchengröße (Platt-

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chen) unter 50 Mikrometer naß-klassiert, so daß die Suspension kolloidale Eigenschaften aufweist. Typische Suspensionen von Vermiculitlamellen, die nach dem in der GB-PS Nr, 1 585 104 beschriebenen Verfahren gewonnen und auf unter 50 Mikrometer liegende Teilchen naß-klassiert wurden, enthalten etwa 40 % Teilchen im Größenbereich von 0,4 bis 5,0 Mikrometer, Solche Suspensionen bilden die bevorzugten Suspensionen fur die Bildung der erfindungsgemäßen Suspensionen,

Die erfindungsgemäßen beschichteten Substrate können für alle Anwendungsfälle verwendet werden, in denen die unbeschichteten Substrate normalerweise eingesetzt werden, und außerdem ist der Einsatz bestimmter Substrate für zahlreiche Verwendungszwecke möglich, für die derartige Substrate bisher für unbrauchbar angesehen wurden, da sie kein zufriedenstellendes Sperr- oder Feuerverhalten aufweisen, weil sie zum Beispiel entzündliche und/oder niedrig-schmelzende Stoffe sind. Die Aufgabe als Wärmeisolierung und Feuersperre, die bisher als alleinige Domäne von Asbest-, Keramik- und Feuerfeststoffen angesehen wurde, kann jetzt von weniger kostspieligen und weniger speziellen Stoffen übernommen werden, während die Spezialstoffe ihrerseits für anspruchsvollere thermische Zwecke und höhere Feuerschutzaufgaben verbessert werden können.

Das beschichtete Substrat kann als eine Schicht eines laminierten Materials eingebaut werden, oder alternativ kann das Substrat, auf das die Schicht aufgebracht wurde, eine laminierte Struktur sein. So kann zum Beispiel ein aus steifem Polyurethanschaumstoff bestehendes und mit

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einem Aluminiumblech oder einer Aluminiumfolie verblendetes Laminat (wie es herkömmlich üblich ist) mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung dadurch versehen werden, daß der Schaumstoff entweder mit einem vorbeschichteten Aluminiumblech oder einer vorbeschichteten Aluminiumfolie verblendet oder die Beschichtung auf die Aluminiumverblendung eines vorgeformten Laminats aufgebracht wird. Die Laminierung kann unter Anwendung herkömmlicher Klebstoffe vorgenommen werden, aber im Falle von mit Vermiculit« lamellen beschichteten Substraten kann die Vermiculitschicht selbst als einziger Klebstoff für das Binden des Substrates an andere Stoffe zur Bildung des Laminats verwendet werden. So kann beispielsweise mit Vermiculitlamellen beschichtetes Aluminiumblech oder Aluminiumfolie unter Anwendung einer Suspension von Vermiculitlamellen als Klebstoff an einen Schaumstoff gebunden werden, das mit einer Lamellensuspension beschichtete Blech oder diese Folie kann im noch feuchten Zustand der Beschichtung auf den Schaumstoff aufgebracht werden, worauf durch das Trocknen der Beschichtung das Aluminium mit dem Schaumstoff verklebt wird. Es dürfte klar sein, daß außer Schaumstoffen auch andere Materialien mit beschichteten Stoffen in der gleichen Weise verblendet werden können.

Wie oben beschrieben wurde, ist die Beschichtung von organischen Polymeren und Kunststoffen mit Lamellen sehr vorteilhaft. Eine besondere Ausführungsform der Erfindung ergibt sich in einem solchen Falle, in dem das organische Substrat in Form von Stückchen oder Perlen vorliegt, die anschließend miteinander verklebt oder verschmolzen werden, um einen vorgesehenen Gegenstand zu erzeugen, z. B. Polystyrolperlen, die miteinander verklebt oder verschmolzen

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werden, um Forraprodukte wie Deckenkacheln zu bilden. In einem solchen Falle kann die erfindungsgeraäße Beschichtung auf die Oberfläche des fertigen Gegenstandes aufgebracht werden, oder sie kann auf die Oberfläche der einzelnen Stückchen oder Perlen aufgebracht werden, die zum Formen des Gegenstandes verwendet werden. So können beispielsweise Polystyrolperlen einzeln mit Lamellen beschichtet werden und die beschichteten Perlen miteinander zur Bildung eines Gegenstandes wie einer Deckenkachel verklebt werden. Das Feuerverhalten von Gegenständen, die aus mit Lamellen beschichteten Perlen oder Stückchen bestehen, ist noch besser als das von Artikeln, die nach dem Zusammenkleben der Perlen oder Stückchen mit Lamellen beschichtet wurden. Erfindungsgemäß wird besonders bevorzugt, die einzelnen Perlen oder Stückchen vor dem Zusammenkleben zu beschichten und eine zusätzliche Beschichtung auf den aus den Perlen oder Stückchen hergestellten Gegenstand aufzubringen. In dem Fall, in dem die einzelnen Perlen oder Stückchen vor dem Zusammenkleben beschichtet werden, kann die noch feuchte Beschichtung auf den Perlen oder Stückchen als einziger Klebstoff für das wirksame Zusammenkleben verwendet werden.

Ausfüh runp sbeisp iel

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele beschrieben, aber nicht eingeschränkt, bei denen die folgende allgemeine Verfahrensweise zur Herstellung der Vermiculitsuspensionen angewandt wurde.

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Herstellen von Vermiculitsuspensionen

150 Teile Vermiculiterz (Mandoval, Mikrometersorte, Südafrika) werden in einem Verhältnis von 1:2 mit gesättigter Natriumchloridlösung 30 Minuten lang in einem Behälter bei 80 ⁰C gerührt. Die Suspension wird anschließend zentrifugiert und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Der nasse Kuchen wird in einen zweiten Behälter übertragen, in dem der Vermiculit mit 1,5 N n-Butylaminhydrochlorid (Verhältnis Flüssigkeit : Feststoff 2 : 1) 30 Minuten lang bei 80 ⁰C gerührt wird. Diese Suspension wird danach zentrifugiert und mit entionisiertem Wasser gewaschen, bevor der nasse Kuchen in einen Quellbehälter übertragen wird, in dem der Vermiculit in entionisiertera Wasser gerührt wird. Nach dem Quellen enthält die Suspension etwa 20 % Feststoffe, und die Teilchen liegen etwa in einem Größenbereich von 300 bis 400 Mikrometer. Diese Suspension wird anschließend durch eine Art Steinmühle geleitet, in der etwa 50 % der Teilchen auf eine unter 50 Mikrometer liegende Größe reduziert werden* Diese gemahlene Suspension wird in einem Zentrifugenklassierer mit Oberlauf klassiert, und die leichteren Teilchen mit einer unter 50 Mikrometer liegenden Siebgröße werden für die Verwendung gesammelt» Die Analyse dieser Suspension mit 18 bis 21 % Feststoffen durch Photosedimentometer und Scheibenzentrifuge ergibt, daß etwa 40 % der Teilchen eine Größe ("äquivalenten Kugeldurchmesser") von 0,4 bis 1,0 Mikrometer haben. Der Feststoffgehalt der Suspension ist einfach durch die Zugabe von Wasser oder durch dessen Entfernung einzustellen*

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Beispiel 1:

7,5 cm große Platten von 22 SWG (etwa 1 mm dickem) Aluminiumblech wurden bis zum reinen blanken Metall abgeschmirgelt und leicht aus einem Aerosolgefäß mit einer wäßrigen Suspension (Isopropylalkohol : Wasser = 45 : 41,5) von Vermiculitlamellen mit einem Feststoffgehalt von 3,5 Masse-% eingesprüht. Die Suspension wurde dünn auf eine Seite der Platten so aufgetragen, daß gerade eine durchgehende Beschichtung auf der Oberfläche der Platten gebildet wurde« Zum teilweisen Trocknen der Beschichtungen wurden sie 1 Stunde lang an der Luft stehengelassen, und die beschichteten Platten wurden dann 20 Minuten lang in einem Ofen bei 60 ⁰C gehalten. Die Dicke der trockenen Beschichtung wurde ("nach dem unten beschriebenen Flammentest) mit 13,5 Mikrometer gemessen. Die Beschichtung haftete fest an der Oberfläche des Aluminiums*

Die beschichteten Platten wurden dann nacheinander in eine Bunsenbrennerflamme 50 mm über die Brennerspitze mit der Vermiculitbeschichtung nach unten, d. h, zur Flamme zu, gehalten. Die Flammenteraperatur betrug an der Berührungsstelle mit der Probe 1100 ⁰C (+ 20 ⁰C). Bei einer Reihe solcher Flamraentests mit den Proben wurde beobachtet, daß die Vermiculitbeschichtungen schwarz wurden und verkohlten und Blasen bildeten, aber unversehrt blieben, und das Aluminium in einem Zeitraum von 1,5 Stunden (beobachtetes Minimum) bis 2 Stunden nicht geschmolzen war.

Für Vergleichszwecke wurden ähnliche Platten ohne Beschichtung mit Vermiculitlamellen ebenfalls dem Flammentest wie... (Auslassung im Original d. Obers.) (beobachtetes Minimum) bis 2 Stunden.

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Für Vergleichszwecke wurden ähnliche Platten, die nicht mit Vermiculitlamellen beschichtet waren, ebenfalls dem Flammentest, wie beschrieben, unterzogen. Diese unbeschichteten Platten schmolzen schnell und wurden in einer Zeit von 1 bis 2 Minuten von der Flamme durchdrungen. Bei den unbehandelten Platten wurde beobachtet, daß es wenig oder keinen Unterschied machte, ob die Platten vorher bis zum reinen blanken Metall geschmirgelt worden waren oder nicht.

Beispiel 2;

Eine Holzplatte mit einem Querschnitt von etwa 1,2 cm χ 1,8 cm wurde aus einem Aerosolgefäß dünn und gleichmäßig auf allen Seiten mit einer Saspension von Vermiculitlamellen mit einem Feststoffgehalt von 3,5 %, wie in Beispiel 1 beschrieben, beschichtet· Die Beschichtung ließ man 24 Stunden lang an der Luft trocknen, und die beschichtete Latte wurde danach in eine Bunsenbrennerflamme gehalten.

Die Flammen breiteten sich auf der Oberfläche der Beschichtung auf einer kleinen Fläche um die Bunsenbrennerflamme herum aus, da innerhalb des Holzes erzeugte Gase durch die Vermiculitbeschichtung drangen und sich entzöndeten. Die Flammen breiteten sich nicht wesentlich von der Stelle der Bunsenbrennerflamme weiter aus, und das Holz innerhalb der Vermiculitbeschichtung brannte nicht, obwohl es durch die von der Bunsenbrennerflamme erzeugte Hitze verkohlte. Nach der Entfernung der Latte aus der Flamme verlöschte das Feuer von selbst. Die Fläche der Beschichtung, die mit der Bunsenbrennerflamme in Berührung

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gekommen war und über die sich die Flammen ausgebreitet hatten, war verkohlt und geschwärzt, aber die Beschichtung blieb unversehrt,

Beispiel 3t

Eine Oberfläche eines sauberen (gesandeten) Flußstahlstabes mit den annähernden Abmessungen 28 cm χ 4 cm χ 1 mm wurde durch Bestreichen mit einer Vermiculitaufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 18,4 % beschichtet. Die Beschichtung ließ man 1 Stunde lang bei Umgebungstemperatur an der Luft und anschließend 20 Minuten lang in einem Ofen bei 60 ⁰C trocknen. Der Stab wurde mit der Beschichtung nach unten an jedem Ende eingespannt, und es wurde eine Last

2 von 24 000 kg/m in seiner Mitte aufgelegt.

Ein Bunsenbrenner wurde 50 mm entfernt unter den Mittelabschnitt des Stabes gestellt (wobei die Vermiculitbeschichtung zur Flamme zu lag). Der Stab bog sich langsam unter der aufgelegten Belastung durch und bildete in 1,5 Minuten einen Durchhangwinkel (Winkel zwischen den S_chenkeln des durchhängenden Stabes) von 175 , worauf der Durchhangwinkel während einer weiteren Erwärmung des Stabes von 10 Minuten unverändert blieb.

Für Vergleichszwecke wurde ein ähnlicher, aber unbehandelter Flußstahlstab dem gleichen Durchhangtest unterzogen. Der Stab hing sehr schnell durch und bildete einen Durchhangwinkel von 120° nach nur 2 Minuten; die Zeit bis zu einem Durchhangwinkel von 175° betrug weniger als 1 Minute.

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Beispiel 4:

ρ Ein Löschpapier (47 g/m ) wurde mit einer Vermiculitlamellensuspension mit 4 % Feststoffen imprägniert und über Nacht an der Luft getrocknet. Der Vermiculitanteil

2 betrug 15,1 g/ra ,

Eine 220 mm χ 100 mm große Probe des beschichteten Papiers wurde in die Flamme eines Calor-Gasbrenners mit runder Düse mit einem Durchmesser von 40 mm 30 mm über die Brennerdüse gehalten. Die Flammentemperatur betrug an der Probe 1075 ⁰C, Auf dem Papier war ein leichtes örtlich begrenztes Ausbreiten der Flamme auf der Oberfläche nach 5 Sekunden festzustellen, aber die Flammen verloschen fast sofort. Das resultierende Papier, das zwar zu Kohlenstoff verbrannt war, blieb strukturell unversehrt und stellte immer noch eine feste Feuersperre ohne Risse nach 3 Minuten dar.

Für Vergleichszwecke wurde eine Probe des unbehandelten Papiers in der Gasflamme von 1075 ⁰C in weniger als 2 Sekunden durchgebrannt, und es blieb ein weicher pulverförmiger Rückstand übrig.

Beispiel 5:

Zwei kleine Proben (15 mm χ 10 mm) einer Flußstahlplatte wurden mit Trichlorethylen entfettet, an der Luft getrocknet und mehrere Wochen lang an der frischen Luft exponiert, wonach sie stark verrostet waren. Die starken Rostablagerungen auf beiden Proben wurden durch leichtes Abschmirgeln mit Sandpapier entfernt, so daß leicht ver-

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rostete, aber ziemlich glatte Oberflächen entstanden waren. Alle abgeschmirgelten Oberflächen wurden so weit wie möglich angeglichen. Die Proben wurden gewogen.

Eine der Proben, Probe A, wurde auf allen Seiten mit einer 18,5%igen wäßrigen Suspension von Vermiculitlamellen doppelt beschichtet, wozu zuerst ein Meyer-Stab und danach eine Anstreichtechnik eingesetzt wurden. Die beschichtete Probe wurde 12 Stunden lang bei 70 ⁰C getrocknet, worauf die getrocknete beschichtete Probe gewogen wurde.

Die beschichtete Probe A und die unbehandelte Probe B wurden beide einem beschleunigten Rosttest unterzogen, bei dem die Proben in einem Schrank 1 Woche lang einem Salznebel ausgesetzt wurden. Nach Ende dieses Tests wurden die Proben getrocknet und gewogen.

Die beschichtete Probe A zeigte eine geringe Anzahl rötlicher Oberflächenflecken, aber es gab keine Anzeichen für Lochfraß oder Korrosion des Metalls, und die Oberflächen waren nicht mit Rost bedeckt. Im Gegensatz dazu waren die Oberflächen der unbehandelten Probe B stark gerostet und mit einer dicken rötlichen Kruste bedeckt, und die dem Salznebel ausgesetzte Oberfläche zeigte starke Lochfraßkorrosion, Die Gewichtsveränderung bei Probe A betrug -0,064 %, d. h_#, es war ein geringer Gewichtsverlust eingetreten, während der Gewichtsunterschied bei Probe B +0,982 % betrug, d. h, eine Gewichtszunahme zu verzeichnen war, wobei diese Gewichtsveränderungen bei Probe A zeigen, daß kein Rosten erfolgte und bei Probe B starke Rostbildung auftrat.

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Beispiel 6;

Zwei identische Alurainiumplatten wurden entfettet und bis zum blanken Metall abgeschmirgelt und mit der Bürste mit einer wäßrigen Suspension mit 20 Masse-% Vermiculit bestrichen. Eine Platte wurde mit einer Suspension von unter 50 Mikrometer naß-klassierten Vermiculitlaraellen, wie sie in der allgemeinen Verfahrensweise unmittelbar vor den Beispielen beschrieben wurde, beschichtet« Die andere Platte wurde für Vergleichszwecke mit einer wäßrigen Suspension mit 20 Masse-% Vermiculit teilchen mit einer über 50 Mikrometer liegenden Größe, die im Naßklassierungsstadium des in der allgemeinen Verfahrensweise beschriebenen Prozesses zurückgewiesen worden waren, beschichtet, d, h. mit den "Schweren" aus dem Suspensionsherstellungsverfahren,

Die beschichteten Platten wurden 12 Stunden lang bei 70 C getrocknet.

Die unter Anwendung der klassierten Suspension von Vermiculitlamellen erzeugte Beschichtung erwies sich als gute, gleichmäßige konsisten« (kohärente) Beschichtung, die fest an der Aluminiumplatte haftete, so daß sie durch leichtes Abschmirgeln der Schicht mit Sandpapier nicht abgerieben werden konnte.

Die mit Hilfe der Suspension aus den größeren Vermiculitteilchen ("Schweren") erzeugte Beschichtung war im Vergleich dazu sehr schlecht« Es erwies sich als schwierig, eine konsistente (kohärente) Beschichtung aus dieser Suspension aufzubringen, und zwar wegen der Aggregation der Vermiculitteilchen und der Schwierigkeit, die Oberfläche des Aluminiums zu "befeuchten"» Die erzeugte Beschichtung war uneben und klumpig, und sie wurde durch leichtes Abreiben mit Sandpapier fast vollständig entfernt_#

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Beispiel 7:

Eine saubere (entfettete und geschmirgelte) Aluminiumtafel wurde mit der Bürste mit einer wäßrigen Suspension mit 10 Masse-% Vermiculitlamellen, die unter 50 Mikrometer naß-klassiert worden waren, bestrichen und 12 Stunden lang bei 70 ⁰C getrocknet. Es wurde eine gute konsistente Beschichtung erzielt, die bei leichtem Abschmirgeln mit Sandpapier nicht entfernt werden konnte.

Für Vergleichszwecke wurde eine saubere Aluminiumtafel mit einer wäßrigen Suspension von Vermiculitteilchen beschichtet, die durch Mahlen von durch Hitze aufgeblätterten Verraiculitgranulaten gewonnen wurden. Die hitze-aufgeblätterten Verraiculitgranulate (200 g) wurden in destilliertem Wasser (3 1) in einem Silverson-Mixer 15 Minuten lang gemahlen, um eine Aufschlämmung von feinen Vermiculitteilchen zu erzeugen. Die Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines 50-Mikrometer-Siebes klassiert und anschließend bis zur Trockne eingedampft. Es wurden 19,6 g Vermiculitteilchen gewonnen (was einen Mahlwirkungsgrad von 9,8 % darstellt)· Diese Teilchen wurden entionisiertem Wasser (176,4 g) zugesetzt und zur Erzeugung einer Suspension mit einem Feststoffgehalt von 10 Masse-% gemischt.

Versuche, die Aluminiumtafel mit dieser Suspension zu bestreichen, blieben erfolglos, da es sich als unmöglich erwies, die Oberfläche des Aluminiums ausreichend "anzufeuchten", 3 Tropfen (etwa 0,1 g) einer Lösung eines fluorchemischen oberflächenaktiven Mittels, "Monflor" 31, wurden der Suspension zugesetzt, die danach mit der Bürste auf die Aluminiumtafel aufgestrichen werden konnte. Die beschichtete

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Tafel wurde 12 Stunden lang bei 80 ⁰C getrocknet, und die Beschichtung erwies sich dann als konsistent und gut aussehend; allerdings konnte die Beschichtung durch leichtes Abschmirgeln mit Sandpapier ohne weiteres vollständig entfernt werden·

Beispiel 8:

Ein Stück Glasfasergewebe wurde auf die Oberfläche einer Alutniniumtafel (15 era χ 10 cm) gelegt, und das Gewebe wurde mit der Bürste mit einer wäßrigen Suspension mit 10 Masse-% Vermiculitlamellen (auf unter 50 Mikrometer klassiert) bestrichen. Das Ganze wurde unter Verwendung eines heißen Haushaltsbügeleisens heiß-gepreßt, so daß die Suspension in und durch das Glasfasergewebe zur Gewebe/Aluminium-Grenzflache gepreßt wurde· Das Laminat ließ man 2 Stunden lang bei 70 C trocknen, und danach wurde es in eine Bunsenbrennerflamme in einem Abstand von 6 cm über dem Bunsenbrenner gehalten. Das Laminat wurde mit der imprägnierten Glasfaseroberfläche zur Flamme gehalten, deren Temperatur an der Probe etwa 1100 ⁰C betrug. Weder die Glasfasern noch die Aluroiniumtafel schmolzen in einem Zeitraum von 15 Minuten in der Flamme, worauf das Laminat aus der Flamme entfernt und zum Abkühlen liegen gelassen wurde· Es gab keine sichtbaren Anzeichen dafür, daß sich in der Beschichtung Blasen gebildet hatten oder daß während des Tests eine Delarainierung stattgefunden hätte.

Im Gegensatz dazu schmolz eine ähnliche (unbeschichtete) Aluminiumtafel in der Flamme und wurde in einem Zeitraum von 3 Minuten von der Flamme durchdrungen, wie es auch bei einem unbehandelten Stück Glasfasergewebe der Fall war·

Claims

27.4.1982 AP С 04 В/231 814/3 - 24 - 59 517/12 Erfindungsanspruch

1. Anorganischer Substratuberzug mit einer Schicht eines Schichtminerals, gekennzeichnet dadurch, daß zur signifikanten Verbesserung der Flammwidrigkeit des Substrates bei einer Stärke von nur wenigen Mikrometer der Oberzug eine Lamellenschicht eines Schichtminerals umfaßt, in der im wesentlichen alle Lamellen eine Größe von weniger als 50 Mikrometer aufweisen.

2, Anorganischer Oberzug nach Punkt 1, gekennzeichnet durch eine Dicke von weniger als 50 Mikrometer·

3. Anorganischer Oberzug nach Punkt 2, gekennzeichnet durch eine Dicke von weniger als 10 Mikrometer.

4, Anorganischer Oberzug nach Punkt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Schichtraineral Vermiculit ist.

5· Anorganischer Oberzug nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Überzug zumindest zu 35 Gew.-% aus einer Größe von 0,4 bis 5 Mikrometer besteht, bezogen auf den Oberzug der Laraellen.

6. Anorganischer Überzug nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der überzug zusätzlich einen VVasserstabilitätsverbesserer für den Oberzug enthält.

7. Anorganischer Oberzug nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der VVasserstabilitätsverbesserer Magnesiumoxid ist.

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8. Artikel mit einem überzogenen Substrat, gekennzeichnet dadurch, daß der Oberzug ein solcher nach einem der Punkte 1 bis 7 ist.

9. Artikel nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Substrat ein Metall ist.

10. Artikel nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Substrat ein nicht-faserförmiges Glas ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Oberzugs auf einem Substrat durch Aufbringen einer Suspension eines Schichtminerals auf das Substrat und Entfernen des flüssigen Suspensionsmediums, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension Lamellen eines Schichtminerals enthält, die im wesentlichen alle eine Größe von weniger als 50 Mikrometer aufweisen.

12. Verwendung eines anorganischen Oberzugs nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß man ihn zur thermischen Isolierung eines Substrates einsetzt.

13. Verwendung eines anorganischen Oberzugs nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß man ihn zum Feuerschutz eines Substrates einsetzt.

14. Verwendung eines Artikels nach Punkt 8, 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß man ihn zur thermischen Isolierung eines Materials einsetzt.

15. Verwendung eines Artikels nach Punkt 8, 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß man ihn zum Feuerschutz eines Materials einsetzt.