DD282907A5 - Asbestfreie feuerschutzplatte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine asbestfreie Feuerschutzplatte auf der Basis Zement und Glasfasern, wobei ein Calziumsilikathydrat (Tobermorit) unter hydrothermalen Bedingungen aus CaO-haltigen und SiO2-haltigen Rohstoffen gebildet wird, und durch Oligomere des Chlorfluorethylens und gegebenenfalls unter Mitwirkung von Haftvermittler beschichtete Glasfasern, vorwiegend der Typen A, C oder E, als Bewehrungsfasern sowie Zellulose als Filterhilfsstoff bei der Formgebung der Platten eingesetzt werden. Diese Feuerschutzplatten sind im Schiffbau oder im Bauwesen als Konstruktionswerkstoff, besonders fuer Brandschutzkonstruktionen einsetzbar.{asbestfreie Feuerschutzplatte; Glasfaser; Calziumsilikathydrat; Oligomere; Haftvermittler; Schiffbau; Bauwesen; Brandschutzkonstruktionen}

Description

CCI₃(C₂CIF₃)_nH, CCI₃(C₂CIFa)_nCI, CCI₃(C₂CIF₃)_nF

CCI₂F(C₂CIFa)_nH, CCI₂F(C₂CIF₃)_nCI, CCI₂F(C₂CIF₃)_nF

CCIF₂(C₂CIF₃)_nH, CCIF₂(C₂CIF₃)_nCI, CCIF₂(C₂CIF₃)_l1F

CF₃(C₂CIFa)_nH, CF₃(C₂CIF₃J_nCI, CF₃(C₂CIFa)_nF

CCIHF(C₂CIFa)_nCI

CH₂F(C₂CIFa)_nCI

(C₂CIF₃),

und die mittlere Kettenlänge η einen Wert von 2 bis 20 hat.

4. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kettenlänge η einen Wert von 3 bis 8, vorzugsweise 4 bis 6 hat.

5. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftrag der Glasfaserschutzschicht aus der Schmelze die mittlere Kettenlänge η einen Wert von 20 bis 2000 hat, insbesondere von 20 bis 1000.

6. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Oligomerenschutzschicht und Glasfaseroberfläche ein Überzug eines Haftmittels befindet, vorzugsweise eines Silans.

7. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Platte Zellulosefasern, vorzugsweise gemahlene Sulfatzellulose oder andere Materialien wie Filze und Siebe als Filterhilfsstoff verwendet werden.

8. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Calciumsilikathydratbildung unter hydrothermalen Bedingungen stattfindet, wobei Temperaturen von 105 bis 200⁰C und Drücke von 0,03 bis 2,0MPa, vorzugsweise von 181 bis 184°C und 11,0 bis 12,5MPa, vorherrschen und als Medium gesättigter Wasserdampf eingesetzt wird.

9. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die getrocknete Platte eine Dichte von 350 bis 1000kg/m³, insbesondere 500 bis 600kg/m³ aufweist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine asbestfreie Feuerschutzplatte geringer Dichte auf der Basis Calciumsilikathydiaten bzw. Zement und beschichteten Glasfasern für den Einsatz im Bauwesen und im Schiffbau oder dergleichen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für die Herstellung von faserbewehrten, plattenförmigen Baustoffen mit einer guten Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und auf Basis von Calciumsilikaten bzw. Zement wurden bisher Asbest aufgrund der hervorragenden Eigenschaften oder andere alkalibeständige anorganische Fasern eingesetzt

(DD 97192, DD 159873, DE 3107600, DD 126548, DD 258799, DE 3110356; DE 2279465) Diese Fasern sind entweder gesundheitsschädigend (Asbest) oder müssen durch aufwendige Technologien und Anlagen mittels Importrohstoffen hergestellt werden. Auch ist der Einsatz von Glasfasern mit minimiertem Zirkongehalt, wie REZAL 5 mit etwa 5Ma.-% oder LG-2 mit etwa 9Ma.-% bekanntgeworden (vgl. VANIS, M.; KOMLOS, K.; KONZANKOVA, J.; BABAL, B.: „Zement-Matrix-Bewehrung durch tschechoslowakische alkalibeständige Glasfasern", Tagungsbericht 2/1 der 10. Internationalen Baustoff- und Silikattagung ibausil, Seite 326 bis 329, Weimar 1988 bzw. FORKEL, K.; URZOWSKI, H.: „Bewßhrungsrelevante glasige Fasern für die Armierung von hydrothermal hergestellten Produkten mit einer Calciumsilikathydratrnatrix",

Abschlußbericht des Zentralinstitutes für Anorganische Chemie, AdW der DDR, Berlin, 1988), wobei eine Resistenz der Faser und eine Festigkeitserhöhung des Komposits im hochalkalischen Medium auf Basis Calciumsilikathydrat unter hydrothermalen Herstellungsbedingungen nicht nachgewiesen werden kennte.

Eine weitere Möglichkeit chemisch nicht beständige Fasern für einen Einsatz in chemisch aggressiven Medien, insbesondere alkalische Medien, resistant zu gestalten, ist das Aufbringen von Schutzschichten auf die Faseroberflächen. Diese Überzüge können nach dem Stand d6r Technik organische Polymerüberzüge (Polyvinylacetat, Phenol-Formaldehyd-Harz, Epoxidharz) oder auch siliziumorganische Verbindungen mit haftvermittelndor Funktion (Polysiloxane) sein. (DE 1796213, SU 1097576, DE 2517601)

Diese Stoffe sind relativ kostenintensiv in der Herstellung, kompliziert in der Anwendung und gewähr¹ , aten nicht immer eine ausreichend festhaftende, porenfreie und chemisch beständige Schutzschicht, die die verwertbaren Eigenschaften der Faser in einem Komposit voll zur Geltung bringt.

Der Einsatz von organischen Faserstoffen ist aufgrund des Brandverhaltens der Faser nur in sehr geringem Umfang für die Herstellung von Brand- und Feuerschutzkonstruktionswerkstoffen geeignet. (DE 3110864) Für einen Einsatz in Massenbaustoffen sind aufgrund des relativ hohen Preises solche Synthesefasertypen wie z. B. Kevler-49 der Fa. Du Font oder Dolanit 10 der Fa. Hoechst nicht geeignet, obwohl ein ausreichender Ε-Modul vorliegt, ein ausreichender Stoffschluß mit der Matrix jedoch nicht. Gleiches gilt auch für Kohlanstoffasern.

Ziel Her Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer asbestfreien nichtbrennbaren Feuerschutzplatte unter Berücksichtigung nationaler und internationaler Vorschriften des Arbeite- und Gesundheitsschutzes, die speziell als flächenförmiges Brandschutzeloment gemäß IMO-Resoliition A.472(XII) im Schiffbau und aufweiten Gebieten des Bauwesens Verwendung findet. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Einsparung von Importmaterialien sowie in der Anwendung von kostengünstigen Fertigungstechnologien durch Verwendung von oberflächenbeschichtetem Glas.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist daher Aufgabe dsr Erfindung, die traditionell eingesetzte Asbestfaser durch eine konventionelle Glasfaser der Typen A-, C- und Ε-Glas, welche mit einem festhaftenden, porenfreien Glasfaserüberzug versehen ist, zu substituieren. Dieser Überzug gewährleistet einen ausreichenden Schutz vor dem chemisch aggressiven Medium bei der Herstellung der Platten unter hydrothermalen Bedingungen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Feuerschutzplatte auf der Basis von Calciumsilikathydrat hergestellt wird, wobei eine Glasfaser, vorwiegend der Glastypen A, C oder G, als Bewehrungsfaser und eine gemahlene Zellulosefaser als Filterhilfsstoff und gleichzeitig Bewehrungsfaser bei Normaltemperaturen eingesetzt wird.

Die Beständigkeit der Glasfasern wird durch das Aufbringen von Oligomeren das Chlortrifluorelhylens (C₂CIF₃) als Faserkonservierungsmittel verbessert.

Oligomere des Chlortrifluorethylens sind weitgehend chemisch inerte Verbindungen. Sie sind thermisch beständiger als Kohlenwasserstoffverbindungen, fiese Chlorfluorkohlenstoffverbindungen finden üblicherweise Anwendung in der chemischen Industrie als Sperrflüssigkeit gegenüber aggressiven Substanzen und werden auch als unbrennbare Hydrauliköle eingesetzt.

Oligomere des Chlortrifluorethylens sind beständig gegenüber konzentrierten und verdünnten Lösungen von Säuren und Laugen. Es wurde gefunden, daß diese Oligomere ein Haftvermögen auf Glasoberflächen aufweisen und an sich schlecht beständige Glasfasern durch eine porenfreie Schicht vor der Einwirkung eines basischen wäßrigen Mediums bei Normaltemperatur und auch bei erhöhter Temperatur wirkungsvoll schützen.

Die Verbesserung der chemischen Beständigkeit glasiger silikatischer Fasern erfolgt durch die Erzeugung einer auf der einzelnen Glasfaser festhaftenden Schutzschicht, welche die Glasfaser resistent gegenüber der Einwirkung basischer wäßriger Medien bei Temperaturen bis 200°C macht.

Die Erzeugung der konservierenden Schutzschicht auf den Glasfasern erfolgt nach Behandlung der nach dem Trockenspinnverfahren (vgl. FORKEL, K.; BRETSCHNEIDER, M.; WISHMANN, F.G.: „Asbestsubstitution durch glasfaserverstärkten Zement", Wissenschaft und Fortschritt 34 [1984] Seite 258 bis 261) hergestellten Glasfasern mit einer Lösung von Oligomeren des Chlortrifluorethylens in Chlorkohlenwasserstoffverbindungen mit niedrigem Siedepunkt, wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Trichlorethylen und anderen niedrig siedenden Lösungsmitteln.

Dazu werden die ungekürzten oder die auf eine bestimmte Länge zerkleinerten Fasern in die Lösung gebracht. Die Lösung kann Raumtemperatur odor eine höhere Temperatur aufweisen.

Nach der Tauchbehandlung und Verdunstung des Lösungsmittels verbleiben auf der Glasfaser die wenig flüchtigen Oligomere mit ihrer schützenden Funktion. Des weiteren wurde gefunden, daß eine bessere Haftung der konservierenden OligoTiorenschutischicht durch eine zeitlich vorgelagerte oder gleichgeschaltete Oberflächenbehandlung der Glasfaser mittels Silar en oder anderen Haftvermittlern erreicht wird. Die Verbesserung der Oligomerenhaftung auf der Glasfaser wurde durch die Faservorbehandlung mit einer 5%igen Lösung von Tiimethylchlorsilan in Trichlorethylen oder auch durch Zusatz von 2 Ma.-% Aminopropyltriethoxysilan zu einer alkoholischen Lösung des Oligomeren des Chlortrifluorethylens bewirkt.

Zur Erzeugung einer Schutzschicht von Oligomeren des Chlortrifluorethylens auf Faserstoffen dienen Oligomere der Zusammensetzung

1. CCI₃(C₂CIF₃I_nH und/oder CCI₃(C₂CIFa)_nCI und/oder CCI₃(C₂CIF₃I_nF

2. CCI₂F(C₂CIF₃I_nH und/oder CCI₂F(C₂CIF₃J_nCI und/oder CCI₂F(C₂CIF₃)_nF

3. CCIF₂(C₂CIF₃)_nH und/oder CCIF₂(C₂CIF₃)_nCI und/oder CCIF₂(C₂CIF₃I_nF

4. CF₃(C₂CIF₃)nH und/oder CCIF₂(C₂CIF₃I_nCI und/oder CF₃(C₂CIF₃I_nF

5. CCIHF(C₂CIF₃)„CI

6. CH₂F(C₂CIF₃I_nCI und alle Oligomere des C₂CIF₃

7. (C,CIF₃)_n

mit einer mittleren Kettenlängo von η = 2 bis 20, bei Benutzung von organischen Lösungsmitteln. Trägt man den Schutzüberzug vom plastischen bzw. schmelzflüssigen Zustand aus auf, dann sind Oligomeren im höheren Kettenlängenbereich verwendbar.

Ausführungsbelspiele

Die erfindungsgemäße Lösung wird durch zwei Ausführungsbeispiele erläutert.

Ausführungsbeispiel 1:

Für das Ausführungsbeispiel wurden nackte anorganische Bewehrungsfasern aus Α-Glas, hergestellt nach dem bekannten Trockenspinnverfahren, verwendet.

Als Vergleichsfasern wurden unbehandelte, ZrO₂-haltige anorganische Fasern (REZAL 5 und LG 2) mit folgender Zusammensetzung in Ma.-% eingesetzt:

Α-Glas Rezal5 LG-2

SiO2	70,1	eo,o	61,1
AI2O3	1,0	5,0	4,2
CaO	9,5	10,0	1,0
MgO	0,8	-	0,9
Na2O	17,9	10,0	17,4
K2O	0,4	-	0,5
ZrO2	-	5,0	14,6
BaO	-	10,0	_
Li2O	-	-	0,3
TiO2	-	-	0,03
Fe2O3	0,2	-	0,02

Die Α-Glasfasern wurden wie folgt behandelt:

1. 500g der Α-Glasfasern mit einer Faserlänge von 5 bis 12 mm wurde in eine 9%ige Lösung von Oligomeren des Chlortrifluorethylens in Chloroform getaucht. Danach wurde das Lösungsmittel durch Trocknen an der Luft verdunstet.

2. 500g der Α-Glasfaser mit einer Faserlänge von 5 bis 12 mm wurde in eine 5%igeTrimethylchlorsilanlösung in Trichlorethylen getaucht und nach dem Herausnehmen aus der Lösung an der Luft getrocknet. Danach erfolgte eine Behandlung wie unter 1.

Die so behandelten Fasern wurden zur Herstellung eines Faserverbundmaterials mit einer Matrix aus Calciumsilikathydrat verwendet. Der aufgetragene Masseanteil des schützenden Überzuges wurde durch Bestimmung des Glühverlustes ermittelt und betrug bei Behandlung nach 1. (mitOligomerüberzug) 10,0%, nach 2. (mit Silan undOligomerüborzug)8,8%.

In einem Turbolöser wurden 301 Wasser vorgelegt, dazu kamen 153g Zellulosefasern mit einem Feuchtegehalt von 8%, weiterhin 1395g Portlandzement Portlandzement PZ1/45 und Sikalit. Diese Mischung ist für die Dauer von 10 Minuten intensiv gerührt worden. Danach wurden 714g Kaliwasserglas (Sorte 2) und 15g Perlit P2 zugesetzt. Nach weiterem fünfminütigem Rühren erfolgte die Zugabe der jeweiligen Glasfaserprobe. Der Glasfaseranteil in der Maische betrug in allen Fällen 100g.

Für die Gewährleistung vergleichbarer Arbeitsbedingungen wurde für alle Ansätze eine Wassertemperatur von 25°C realisiert.

Die Maische wurde in einen Gießkasten gegeben, die Formkörper mittels hydraulischer Presse abgepreßt und für die Dauer von 5,5 Stunden (isotherme Phase) in einf.n Autoklaven bei 185°C dampfgehärtet und danach getrocknet.

An den in dem Beispiel hergestellten Platten wurden folgende Biegebruchspannungen als ein Ausdruck des Bewehrungseffektes

der Fasern entsprechend IKN 200 gemessen:

Biegebruchspannung MPa

1,2 3,0 3,4 1,4 5,4 >5,5

Die Platten sind nach IMO-Resolution A.472(XII) nicht brennbar und besitzen eine Dichte zwischen 530 und 600kg/m³.

Ausführungsbeispiel 2:

Für das Ausführungsbeispiel wurden nackte anorganische Bewehrungsfasern aus Ε-Glas, hergestellt nach dem im Beispiel 1 zitierten Trockenspinnverfahren mit folgender Zusammensetzung in Ma.-% verwendet:

Anorganische Bewehrungsfaser	Faseranteil
	in der Matrix
	Ma.-%
Α-Glasfaser ohne Überzug	4,1
A-Glasfasernachi.	4,1
A-Glasfasernach2.	4,1
REZAL5	10,1
LG-2	10,1
Feuerschutzplatte TGL37478	20,0 Asbest

	Ε-Glas
SiO2	54,0
Al2	14,3
CaO	17,1
MgO	3,8
B2O3	10,8

Die Ε-Glasfasern wurdnn wie im Ausführungsbeispiel 1 unter 1. und 2. behandelt, d. h. einmal mit Oligomerüberzug und einmal mit Silan und Oligomerüberzug versehen.

Die so behandelten Fasern wurden analog Beispiel 1 zur Herstellung eines Faserverbundes mit einer Matrix aus Calciumsilikathydrat verwendet. Der Masseanteil des schützenden Überzuges betrug nach Bestimmung des Glühverlustes dor Fasern boi Behandlung nach 1.5,2Ma.-%, und bei Behandlung nach 2.1,8Ma.-%.

Die ermitteiten Biegebruchspannungen betrugen:

Anorganische Bewehrungsfaser Faseranteii Biegebruch-

in der Matrix spannung

Ma.-% MPa

Ε-Glasfaser ohne Überzug 4,1 1,4

E-Glasfasernach1) 4,1 2,6

E-Glasfasernach2) 4,1 4,6

Die Platten sind nach IMO-Resolution A.472IXII) nicht brennbar und besitzen eine Dichte zwischen 530 und 600kg/m³.

Claims (3)

1. Feuerschutzplatte auf ßasis Calciumsilikathydrat, dadurch gekennzeichnet, daß sie Glasfasern, insbesondere der Glastypen A, C odor E, mit einem schützenden Überzug, bestehend aus einem oder mehreren Oligomeren des Chlortrifluorethylens der allgemeinen Formel

(R¹L(C₂CIFa)_n(R²]

enthält, worin R¹ ein teilweise oder vollständig halogenierter Methylrest ist, R² ist Wasserstoff, Chlor oder Fluor, m ist 0 oder 1, η ist die mittlere Kettenlänge und hat einen Wert zwischen 2 und 2000.

2. Feuerschut-platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ aus der aus CCI₃, CCI₂F, CCIF₂ CF₃, CCIHF, CH₂F bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

3. Feuerschutzplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem Oligomerengemisch besteht, dessen Bestar.dteile unter den folgenden Verbindungen ausgewählt sind: