DE10221939A1

DE10221939A1 - Verwendung von verkapseltem Wasser

Info

Publication number: DE10221939A1
Application number: DE2002121939
Authority: DE
Inventors: Kai Parthy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Feuerwiderstands-Fähigkeit von Baumaterialien und Verwendung von verkapseltem Wasser sowie dessen Verwendung als Feuerlöschpulver. DOLLAR A Das mikroverkapselte Wasser wird in die Baurohstoffe eingearbeitet und ist im Brandfalle in der Lage Energie des Brandes aufzunehmen. Das in Baumaterialien eingebundene mikroverkapselte Wasser kann als Löschwasser bezeichnet werden, welches sich bereits am Brandort befindet. Einsatzbereiche: Verwendung in Brandschutzfarben, Gipskartonplatten, Isoliermaterialien etc..

Description

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Feuerwiderstands-Fähigkeit von Baumaterialien.
Brände innerhalb von Gebäuden werden beispielsweise intern durch vorhandene Sprinkleranlagen oder extern den Einsatz von Wasserstrahl, Wassernebel oder Löschpulver gelöscht.
Ist keine dieser Löschmethoden gegeben, so werden sich unter Einwirkung von Feuer und der resultierenden Brandhitze die Bauteile aufheizen und ihre Festigkeitseigenschaften verlieren.
Isoliermaterialien werden beim Bau deshalb gezielt verwendet, den Zeitraum der Ausbreitung der Reaktions- und Strahlungswärme des Feuers zu verlängern um so den Brandherd mit seiner Fläche bis zum Eintreffen von Löschkräften klein zuhalten. Diese Isolier-Materialien haben einen kleinen Wärmedurchgangskoeffizienten.
Typisches Beispiel: Feuerschutztüren.
Die Erhöhung der Feuerwiderstandsfähigkeit ist jedoch an material-spezifische Voraussetzungen gekoppelt. Meist heißt dies: große Wandstärken oder Materialien mit geringen Festigkeitswerten.

Wesen der Erfindung

Zusätzlich zu den üblichen Maßnahmen des Brandschutzes durch gezielte Materialauswahl, kann die Feuerfestigkeit durch die Verwendung von niedrigsiedenden Substanzen (im einfachsten Fall Wasser), welche mit einer umschließenden Hülle/Membran versehen sind, erheblich erhöht werden.
Einfach gesagt:
Das im Falle eines Brandes nötige "Lösch- oder Kühlwasser" wird bereits teilweise in die Baurohstoffe eingearbeitet/vermischt und ist somit im entstehenden Gebäude bereits enthalten. Hierfür wird das Wasser in Kugel- oder Tröpfchenform mit einer undurchlässigen Umhüllung z. B. einer Membran, versehen und beispielsweise in den Zement für Decken und Träger oder in die Gipskarton-Platten für den Innenausbau oder auch für Feuerschutztüren eingebracht.
Während das Binde-Wasser aus Beton, Estrich und Putz nach der Fertigstellung des Gebäudes langsam entweicht (abgesehen von steter Restfeuchte), bleiben die "trockenen Wasserperlen" durch ihre hermetische Umhüllung in den Baustoffen enthalten und setzen erst bei Temperaturerhöhung durch Platzen der Membran das beinhaltete Wasser frei. Dieses freigewordene Wasser wird sich je nach Baustoff in dessen Poren und Kapillaren verteilen, ggf. muß das Wasser mit Oberflächenspannung vermindernden Mitteln versehen werden.
Daraus resultiert, das in den Baumaterialien freiwerdende "trockene Wasser" ist zwar nicht geeignet, die Flammen selbst zu löschen, jedoch kühlt es die Baustoffe, bis das Wasser restlich verdampft ist und einen erheblichen Teil der Brandwärme durch seine Verdampfungs-Enthalpie abführt.
D. h. die Menge an verbautem "trockenen Wasserperlen" entscheidet über die mögliche Verzögerung (dt) bei der Brandausbreitung.
Diese "trockenen Wasserperlen" können auch in der Art von Füllstoffen ein Zuschlagstoff von Feuerschutzfarben oder Dichtmassen sein.
Denkbar ist auch eine Art Tapete, die nachträglich auf Baumaterialien aufgebracht wird, um deren Feuerwiderstands-Fähigkeit zu erhöhen. Diese Tapete ist entweder mit den "trockenen Wasserperlen" beschichtet oder enthält diese im Trägermaterial.

Verwendung als Feuerlöschpulver

Das mikroverkapselte Wasser kann auch in Pulverlöschern als Löschpulver zum Einsatz kommen.
Dadurch wären einfache Pulverlöscher in der Lage, eine riesige Wasseroberfläche zu erzeugen, die ein ähnlich hohes Wärmebindungsvermögen besitzt, wie die bekannten Wassernebel- Löschsysteme.
Diese arbeiten jedoch mit relativ aufwendiger Technik, um das Wasser durch hohen Druck, insbesondere großes Treibgas-Volumen und speziellen Düsenaufbau fein zu vernebeln.
Nach dem gezielten Austreten des erfindungsgemäßen Löschpulvers werden die gekapselten Wasserperlen in der Nähe des Brandherdes unter Temperaturanstieg platzen und in Folge dessen, das freiwerdende Wasser verdampfen.
Rieselfähigkeit, geringe Neigung zum Verklumpen (Agglomerieren), sowie eine versprühbare Korngröße sind wichtige Bedingungen für den Gebrauch der gekapselten Wasserperlen als Löschpulver.

Verkapselte Wasser-Perlen mit Treibgas

Die besonderen Eigenschaften des verkapselten Wassers resultieren aus der Ausführung der Membran/Kapsel.

- Steigt die Außentemperatur, so platzt die Membran erst nach Ansteigen des inneren Druckes, also oberhalb von 100°C, es sei denn, die Membran besteht aus früher schmelzenden Materialien.
- Ist CO₂ oder ein anderes Treibgas im verkapselten Wasser gelöst oder in der Kapsel untergebracht, so findet ein Druckanstieg auch vor Erreichen des Siedepunktes statt, da CO₂ als Gas schon vorher sein Volumen vergrößert.

Das Verwendungsspektrum für das beschriebene verkapselte Wassers läßt sich erweitern, wenn größere Mengen CO₂ (mehr als sich nur in Wasser lösen läßt) in der Kapsel untergebracht werden.
Sobald dieses CO₂ durch Druckanstieg die Membran platzen läßt, wird das sich entspannende Treibgas Wasser in Form eines Aerosols mit sich reißen.
Diese Eigenart kann bei der Applikation in Feuerschutz-Farben an der Oberfläche zu schützender Träger oder Wände gewünscht sein.
Platzen die Wasser-CO₂-Kapseln (Figur), so wird ein unkontrollierter Wassernebel mit T < 100°C aus winzigen Wassertropfen frei, welche nicht nur die Baustoffe kühlen, sondern direkt aus der erhitzen Raumluft die Energie des Brandes aufnehmen.

Temperaturverlauf

Diagramm 1 zeigt einen zu erwartenden Temperaturverlauf (a) innerhalb des Baustoffes mit stetiger Temperaturerhöhung.
Der Temperaturverlauf (b) liegt in Diagramm 2 flacher und enthält einen Bereich mit relativer Temperaturkonstanz.
Flacher ist (b), da das im Baustoff enthaltene Wasser eine höhere Wärmekapazität als durchschnittliche Baustoffe hat. Der Bereich der Temperaturkonstanz zeigt das Erreichen des Siedepunktes von Wasser an und ist beendet, sobald dieses restlich verdampft ist.

Herstellung

- Naheliegende Form der Herstellung von membranumhülltem Wasser ist die Mikroverkapselung von Wasser unter Benutzung von geeigneten (unbrennbaren) Polymeren zur Erzielung der Membran. Die verschiedenen Verfahren der Mikroverkapselung erlauben Kugeldurchmesser von wenigen 0,001 mm bis zu mehreren Millimetern.
- Denkbar, wenn auch ungleich teurer, ist auch das "Verpacken" der Wasserperlen zwischen zwei Folien mit Tiefprägung Figur (4 + 5)
- Oder das Befüllen kurzer, dünner Röhrchen mit Wasser, deren Enden verschlossen werden.

Augenmerk liegt natürlich auf der Ausführung der Membran, denn nur deren 100%-ig hermetische Dichtheit garantiert langzeitigen Schutz, damit kein Wasser entweichen kann.

ZEICHNUNGEN

Fig. 1 schematische Anordnung eines Brandes vor einer Wand mit Temperatur-Zeitdiagramm und idealisiertem Temperatur-Verlauf a in der Wand.
Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch ist der Baustoff der Wand mit perlenförmig gekapseltem Wasser gefüllt. Der Temperatur-Verlauf b verläuft flacher als der von (a) und enthält die Verzögerungsstrecke dT.
Fig. 3a Baustoff mit einer Beschichtung, wobei sich nur auf der Oberfläche der Beschichtung gekapseltes Wasser befindet.
Fig. 3b Baustoff beschichtet mit einer Farbe, die als Füllstoff gekapselte Wasser-Perlen enthält.
Fig. 4 Ansicht von verkapseltem Wasser, welches in zwei mit einander verklebten Halbschalen gekapselt wurde.
Fig. 5 wie Fig. 4 jedoch mit Druckpolster aus Treibgas.
Fig. 6 gekapselte Wasser-Perle (hier mit Membran-Hülle) mit Druckpolster aus Treibgas
Fig. 7 loser Haufen von gekapseltem Wasser
Fig. 8 Beschichtung eines Baustoffes, z. B. Farbe oder Bindemittel, auf deren Oberfläche gekapselte Wasserperlen eingestreut sind, die unter Wärme-Einwirkung platzen und den Wassernebel (11) erzeugen.
Fig. 9 Schema, Einsatz eines Feuerlöschers 1 stilisierter Brand, Wärmequelle
2 stilisierte Wärmeausbreitung
3 Querschnitt durch Wand ohne gekapseltes Wasser
3a Querschnitt durch Wand mit gekapseltem Wasser
4 Baumaterial mit einer Beschichtung (5), wobei sich nur auf der Oberfläche der Beschichtung "gekapseltes Wasser" befindet.
4a Baumaterial mit einer Beschichtung (5a), die als Füllstoff gekapselte Wasser-Perlen enthält.
5 Beschichtung, z. B. Farbe oder Bindemittel, auf deren Oberfläche gekapselte Wasserperlen eingestreut sind.
5a Beschichtung, z. B. Farbe oder Bindemittel, in welche gekapselte Wasserperlen als Füllstoff eingearbeitet sind.
6a In Halbschalen verkapseltes Wasser
6b In Halbschalen verkapseltes Wasser, mit Treibgas-Polster
7 gekapselte Wasserperle
8 gekapselte niedrigsiedende Substanz, bevorzugt Wasser
9 Treibgaspolster
10 Schweißnähte zum Verbinden beider Halbschalen
11 Wassernebel
12 feinste gekapselte Wasserperlen im Treibgasstrahl des Feuerlöschers

Claims

1. Niedrigsiedende Substanz, die im Brandfall Teile der Reaktionswärme des Brandes aufnimmt, wodurch sich die Temperatur der Substanz erhöht und diese auch selbst verdampft gekennzeichnet dadurch, daß diese mit einer Umhüllung versehen ist.

2. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß diese in Baustoffe, Brandschutzfarben, Isolierstoffe eingearbeitet/vermischt ist oder auf deren Oberfläche aufgetragen wird.

3. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß diese in gleicher Art wie Feuerlöschpulver, lose in die Nähe des Brandes befördert wird, z. B. durch einen Treibgas-Strahl.

4. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, daß die Substanz Wasser ist.

5. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß die Substanz im Bereich von 50°C-160°C siedet.

6. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet dadurch, daß sich innerhalb der Umhüllung der niedrigsiedenden Substanz ein Treibgas befindet.

7. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1-6, gekennzeichnet dadurch, daß deren Umhüllung eine Kugel- oder Tropfenform hat.

8. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1-7, gekennzeichnet dadurch, daß deren Umhüllung eine Ausdehnung von 0,01 mm bis 30 mm hat.

9. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet dadurch, daß diese Mittel wie z. B. Tenside (0,01%-10% Inhaltsprozente) zur Verringerung der Oberflächenspannung enthält

10. Umhüllung der niedrigsiedenden Substanz nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet dadurch, daß die Hülle eine Membran ist, die z. B. bei der Mikroverkapselung der niedrigsiedenden Substanz entsteht.

11. Umhüllung der niedrigsiedenden Substanz nach Anspruch 1-9, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus zu Kugel- oder Tropfenform verpreßten Folien, vorzugsweise aus Metallen oder anderen schlecht brennbaren Materialien besteht.

12. Umhüllung der niedrigsiedenden Substanz nach Anspruch 1-11, gekennzeichnet dadurch, daß die Hülle sich erst durch thermische Einwirkung öffnet, z. B. die Hülle platzt durch Ausdehnung der umhüllten Substanz oder durch eine die Hüllenwand zerstörende chemische Reaktion.

13. Treibgas nach Anspruch 1-12, gekennzeichnet dadurch, daß dieses in einem Gewichtverhältnis von 0,1%-50% in der niedrigsiedenden Substanz enthalten ist.

14. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1, 2, 4-13, gekennzeichnet dadurch, daß diese folgenden Baustoffen als Füllstoff zugesetzt wird: Beton, Putze, Estriche, Dichtmassen, Fugendichtmassen, Gipskarton- oder Faserplatten, Schaumstoffen (z. B. aus Styropor oder aus Polyurethan), Materialien für schallschluckende Decken oder Wände.

15. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1, 2, 4-14 gekennzeichnet dadurch, daß diese in der Art eines Füllstoffes oder Pigmentes in Farben (insbesondere Feuerschutzfarben), eingemischt wird.

16. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 1, 2, 4-15, gekennzeichnet dadurch, daß diese auf die Oberfläche einer Farbe oder eines Bindemittels, welche auf eine Oberfläche aufgetragen wurden, aufgebracht wird und an dieser haften bleibt.

17. Niedrigsiedende Substanz nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß diese in Feuerlöschern, z. B. der Bauart Pulverlöscher als Löschpulver eingesetzt wird.