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Die Erfindung betrifft ein. Mittel,
das zur präventiven
und abwehrenden Bekämpfung
von Metallbränden
dient.
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Zur Brandbekämpfung finden üblicherweise
Feuerlöschmittel
Anwendung, die einen Brand durch Ersticken, das heißt Unterdrücken der
Sauerstoffzufuhr, Abkühlen,
beispielsweise durch Verdampfen von Wasser, und/oder Inhibieren
der Verbrennungsreaktion löschen.
Als Feuerlöschmittel
können
flüssige,
dampfförmige
und gasförmige
Stoffe sowie mehrphasige Systeme, wie beispielsweise Löschschäume und
Löschpulver, verwendet
werden. Die Verwendbarkeit eines Feuerlöschmittels richtet sich nach
der Art des Brands. Gasförmige
Feuerlöschmittel,
wie beispielsweise Argon, Stickstoff, Kohlendioxid und Halogenkohlenwasserstoffe,
sowie Löschpulver
und Löschschäume gemäß DIN 14406
können üblicherweise
für Brände der
Klassen A (Feststoffbrände),
B (Flüssigkeitsbrände) und
C (Gasbrände)
eingesetzt werden. Auch reines Wasser, das weit verbreiteste Feuerlöschmittel,
eignet sich in der Regel für
die Brandklassen A, B und C.
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Neben Feuerlöschmitteln, die ausschließlich zur
abwehrenden Bekämpfung
entstandener Brände
dienen, sind im Stand der Technik Brandschutzmittel bekannt, die
zusätzlich
eine präventive
Brandbekämpfung ermöglichen.
So beschreibt die
DE
100 54 686 A1 ein Lösch-
und Brandschutzmittel, das überwiegend
aus Wasserglas der Formel M
2O · nSiO
2 mit M = Na oder K und n = 1–4 besteht.
Auf Grund des Anteils an Wasserglas von wenigstens 50 Gew.-% verfügt das bekannte
Lösch-
und Brandschutzmittel über
eine vergleichsweise hohe Viskosität, die mit einem Adhäsionseffekt
verbunden ist.
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Der Adhäsionseffekt bewirkt ein Anhaften
des Lösch-
und Brandschutzmittels an brennenden Gegenständen, so daß sich zum einen eine isolierende
und damit feuerhemmende Wirkung ergibt. Zum anderen ermöglicht der
Adhäsionseffekt,
brennbare Werkstoffe, wie beispielsweise Styropor, Papier und Holz,
mit dem Lösch-
und Brandschutzmittel zu imprägnieren,
um der Entstehung eines Brands vorzubeugen.
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Weiterhin ist aus der
DE 100 41 395 A1 eine sowohl
zur präventiven
als auch abwehrenden Brandbekämpfung
einsetzbare Wasser-in-Öl-Polymerdispersion
bekannt, die eine aus einem Fettsäureester bestehende organische
Phase aufweist, in der vernetzte, wasserquellbare Polymerisate,
die beispielsweise aus Acrylsäure
oder Salzen von Acrylsäure
und Acrylamid gewonnen werden, fein verteilt sind. Die bekannte
Wasser-in-Öl-Polymerdispersion
weist einen Gehalt an Restmonomeren, das heißt an Monomeren, die bei der
Polymerisation nicht umgesetzt werden, von weniger als 1.000 ppm
auf.
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Gemeinsam ist den zuvor beschriebenen
Feuerlöschmitteln,
daß diese
Wasser enthalten. Die Anwesenheit von Wasser hat sich als nachteilig
herausgestellt, um Metallbrände
der Brandklasse D zu bekämpfen. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß ein den
Anforderungen der Brandklasse D genügendes Feuerlöschmittel geeignet
sein muß,
zumindest die Metalle Aluminium und Magnesium einschließlich ihrer
Legierungen sowie Natrium und Kalium abzulöschen. Vor allem die katalytisch
wirkenden Alkalimetalle Natrium und Kalium zersetzen sofort das
in den Feuerlöschmitteln
vorhandene Wasser in einer starken exothermen Reaktion, wobei zusätzlich sich
der dabei frei werdende Wasserstoff entzünden kann.
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Ein Löschmittel, das zum Ablöschen von
Leichtmetallbränden
eingesetzt werden kann, wird in der AT 172 045 beschrieben. Das
bekannte Löschmittel
besteht aus siliziumorganischen Polyverbindungen, insbesondere Silikonölen, denen
Löschzusätze, beispielsweise
flammerstickende oder krustenbildende Stoffe, beigemengt sein können. Zur
Brandbekämpfung
wird das Löschmittel
als schaumige Masse aus einer Düse
versprüht.
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Außerdem ist aus der
DE 31 46 053 A1 ein
Schmiermittel bekannt, das in einem Anteil von 10 Gew.-% bis 40
Gew.-% Bentonitton, 15 Gew.-% bis 45 Gew.-% Polydimetylsiloxan,
12 Gew.-% bis 31 Gew.-% Polyethylenglykol und/oder Polypropylenglykol,
10 Gew.-% bis 25 Gew.-% wenigstens ein grenzflächenaktives Mittel für die Polydimethylsiloxane
und das Polyalkylenglykol und gegebenenfalls 4 Gew.-% bis 12 Gew.-%
eines Stabilisierungsmittels enthält. Das bekannte Schmiermittel
eignet sich in besonderem Maße
zum Überziehen der
freiliegenden Oberfläche
einer expandierbaren toroidal geformten Blase zum Vulkanisieren
eines pneumatischen oder halbpneumatischen Reifens.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein sich sowohl zur präventiven
als auch zur abwehrenden Brandbekämpfung eignendes Mittel zu
schaffen, das den Anforderungen der Brandklasse D genügt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird in Übereinstimmung
mit Anspruch 1 erfindungsgemäß ein zur
präventiven
und abwehrenden Brandbekämpfung
von Metallbränden
dienendes Mittel vorgeschlagen, das aus einer wasserfreien Emulsion
besteht. Die Emulsion weist eine erste Phase aus Polydimethylsiloxan
und eine in der ersten Phase verteilte zweite Phase aus einem wenigstens
zweiwertigen Alkohol auf. Die Emulsion ist durch einen Emulgator
stabilisiert. Die Menge der ersten Phase beträgt mehr als 75 Gew.-%, wohingegen
die Menge der zweiten Phase weniger als 25 Gew.-% beträgt.
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Das erfindungsgemäße Mittel beruht auf der Erkenntnis,
zwei einen Brand in Kombination löschende Ingredienzen in einer
wasserfreien Emulsion zu vereinigen. Das die äußere Phase der Emulsion bildende
Polydimethylsiloxan (PDMS) setzt sich aus alternierenden Atomen
von Silicium und Sauerstoff zusammen, wobei die freibleibenden Valenzen
des Siliciums im Molekülverband
durch Dimethyl-Gruppen abgesättigt
sind. Das sich beim Löschen
eines Brands zersetzende PDMS bildet eine Schicht aus Silicium über dem
Brandherd aus, welche die Zufuhr an Sauerstoff hemmt. Um die Bildung
der auf diese Weise den Brand erstickenden Schicht aus Silicium
zu ermöglichen, entzieht
die aus mehrwertigem Alkohol bestehende innere Phase der Emulsion der
Verbrennungsreaktion Energie und senkt damit die Temperatur des
Brands auf ein Niveau, bei dem eine Verbrennung des Kohlenstoffs
ausgeschlossen ist. Der Energieentzug ist auf die Wärme benötigende
Dissoziation der zweiten Phase beim Löschen des Brands zurückzuführen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Mittels
stellen die Gegenstände
der Ansprüche 2
bis 13 dar.
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So ist es von besonderem Vorteil,
wenn die erste Phase aus einem cyclischen Polydimethylsiloxan besteht.
Im Unterschied zu linearem oder kettenförmigem PDMS weisen cyclische
PDMS eine ringförmige
Struktur auf, welche die Stabilität der Emulsion unterstützt. Alternativ
kann die erste Phase auch aus einem linearen Polydimethylsiloxan
bestehen.
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Von Vorteil ist ferner, wenn die
zweite Phase aus einem Gemisch verschiedenwertiger Alkohole besteht.
Auf diese Weise läßt sich
eine etwa zum Löschen
eines Brands günstige
Viskosität
der Emulsion vorgeben. Grundsätzlich
ist es ausreichend, wenn die zweite Phase aus dem einfachsten zweiwertigen
Alkohol, Ethylenglykol, besteht.
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Bevorzugt besteht der Emulgator aus
einem Fettalkoholethoxylat mit einem Fettalkohol, der eine Kettenlänge von
C6 bis C30 aufweist.
Ein Emulgator ist amphiphil, das heißt er setzt sich aus hydrophilen
und lipophilen Molekülteilen
zusammen. Auf diese Weise besitzt der Emulgator grenzflächenaktive
Eigenschaften, die es ihm ermöglichen,
sich in der Grenzschicht zwischen der ersten Phase und der zweite
Phase anzulagern und die Emulsion damit zu stabilisieren.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Mittels
beträgt
die Menge der ersten Phase mehr als 95,0 Gew.-%. Demgegenüber beläuft sich
der Anteil der zweiten Phase auf weniger als 5,0 Gew.-%. Die Menge
des Emulgators beträgt
bevorzugt weniger als 2,0 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1,5 Gew.-%.
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Um ein praxisgerechtes Fließverhalten
zu gewährleisten,
hat vorteilhafterweise die erste Phase bei einer Temperatur von
ca. 25 °C
eine kinematische Viskosität
zwischen 10 mm2/s und 2.000 mm2/s.
Um eine solche Viskosität
zu erreichen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die erste
Phase ein Gemisch aus einer Vielzahl an Polydimethylsiloxanen unterschiedlicher
Viskosität
ist.
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Bevorzugt weist die zweite Phase
eine Dichte von mehr als 1 g/cm3 auf. So
hat beispielsweise Ethylenglykol eine Dichte von ca. 1,11 g/cm3.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
enthält
das erfindungsgemäße Mittel
einen Markierungsstoff. Der Markierungsstoff dient dazu, eine eindeutige
Identifizierung des erfindungsgemäßen Mittels zu ermöglichen. Bevorzugt
ist der Markierungsstoff ein Farbmittel, beispielsweise ein synthetischer
Farbstoff. Das Farbmittel gewährleistet
eine optische Unterscheidbarkeit, die zu einer einfachen Identifizierung
des erfindungsgemäßen Mittels
beiträgt.
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Das erfindungsgemäße Mittel ist in besonderem
Maße geeignet,
als Feuerlöschmittel
für Metallbrände verwendet
zu werden. Das Mittel eignet sich nicht nur zur abwehrenden Brandbekämpfung,
sondern kann auch als präventiver
Brandschutz eingesetzt werden. Für
letzteren Zweck ist es von Vorteil, das erfindungsgemäße Mittel
als Schmiermittel, beispielsweise bei der spanenden Bearbeitung
von Leichtmetallen, zu benutzen. So kann das Mittel beispielsweise
als Additiv einem herkömmlichen
Schmierstoff beigegeben sein.
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Einzelheiten und weitere Vorteile
des erfindungsgemäßen Mittels
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Beispiel 1
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Eine Emulsion weist eine äußere Phase
auf, die aus einem Gemisch von Polydimethylsiloxanen unterschiedlicher
Viskosität
besteht. Die sich auf diese Weise ergebende durchschnittliche Viskosität der äußeren Phase
beträgt
zwischen 500 mm
2/s und 1000 mm
2/s.
Die Polydimethylsiloxane weisen folgende Strukturformel auf:
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Der Anteil der Polydimethylsiloxane
an der Emulsion beträgt
95,0 Gew.-%. Die Emulsion weist zudem eine innere Phase auf, die
aus Ethylenglykol der Formel HO-CH2-CH2-OH
besteht. Das
Ethylenglykol weist eine Dichte von ca. 1,11 g/cm3 auf
und ist in einer Menge von ca. 3,5 Gew.-% in der äußeren Phase
verteilt.
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Die Emulsion wird durch einen Emulgator
stabilisiert, bei dem es sich um Fettalkoholethoxylate verschiedener
ethoxydierter Gruppen handelt. Die Fettalkoholethoxylate haben einen
Fettalkohol, der eine Kettenlänge
von C6 bis C30 aufweist
Die Menge des Emulgators beträgt
ca. 1,5 Gew.-%. Der grenzflächenaktive Emulgator
trägt dazu
bei, das Ethylenglykol der inneren Phase fein verteilt in dem Polydimethylsiloxan
der äußeren Phase
zu halten.
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Beispiel 2
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Eine altertive Emulsion weist als
innere Phase an Stelle von Ethylenglykol dreiwertiges Glycerin folgender
Strukturformel auf:
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Die äußere Phase und der Emulgator
sind identisch zu Beispiel 1. Weiterhin sind die Gewichtsanteile von äußerer Phase,
innerer Phase und Emulgator wie in Beispiel 1.
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Beispiel 3
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Zu den Emulsionen gemäß den Beispielen
1 und 2 kann ein Markierungsstoff hinzugefügt sein. Der nur in geringen
Anteilen vorhandene Markierungsstoff, bei dem es sich beispielsweise
um einen Farbstoff nach DIN 55945 handeln kann, dient dazu, die
Emulsion eindeutig zu identifizieren. Der Markierungs stoff kann
demzufolge dazu verwendet werden, unterschiedliche Chargen der Emulsion
zu kennzeichnen. Darüber
hinaus ermöglicht
der Markierungsstoff, auf einfache Weise einen Nachweis über die
Herkunft der Emulsion zu führen.
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Den zuvor beschriebenen Emulsionen
ist gemeinsam, daß sie
sich in besonderem Maße
als Mittel für die
präventive
und abwehrende Brandbekämpfung
von Metallbränden
eignen. Ursache hierfür
ist zum einen, daß die
Emulsionen frei von Wasser sind, so daß das Auftreten einer Knallgasreaktion
beim Löschen
von etwa Natrium oder Kalium enthaltenden Legierungen vermieden
wird. Zum anderen bewirken die unterschiedlichen Phasen der Emulsionen
einen kombinativen Löscheffekt.
Dieser Löscheffekt
besteht darin, daß die
aus einem mehrwertigen Alkohol bestehende innere Phase beim Löschen dissoziiert
wird und auf diese Weise eine Abkühlung des Brands hervorruft.
Die aus PDMS bestehende äußere Phase
bildet bei der reduzierten Temperatur des Brands eine nicht entflammbare
Schicht aus Silicium aus, die den Brand zuverlässig erstickt. Ein aus den
obigen Emulsionen bestehendes Feuerlöschmittel ist somit in der
Lage, eine im Hochtemperaturbereich ablaufende Verbrennungsreaktion,
die bei Metallbränden üblicherweise
zwischen 900 °C
und 2.500 °C
liegt, wirksam abzulöschen.
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Darüber hinaus eignen sich die
zuvor beschriebenen Emulsionen als Mittel für einen vorbeugenden Brandschutz.
Zu diesem Zweck können
die Emulsionen beispielsweise als Additive einem Schmiermittel für eine Werkzeugmaschine
beigegeben werden, durch die sich eine spanende Bearbeitung metallener
Werkstücke,
etwa mittels Drehen, Fräsen,
Hobeln, Bohren oder Schleifen, durchführen läßt. Die bei der spanenden Bearbeitung
anfallenden und von dem Schmiermittel benetzten Metallspäne werden
durch die in dem Schmiermittel enthaltene Emulsion gehindert, sich
zu entzünden.
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Die oben beschriebenen Emulsionen
zeichnen sich dadurch aus, daß sie
den Anforderungen der Brandklasse D genügen. Diesen Anforderungen zufolge
ist es erforderlich, zwei vorgegebene Brandobjekte vollständig zu
löschen.
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Bei einem der Brandobjekte handelt
es sich um 3 kg Späne
einer Leichtmetall-Legierung, die einen Gehalt an Magnesium von
83,0 Gew.-% bis 88,0 Gew.-% aufweist. Die Späne sind lose und gleichmäßig in eine
trockene Wanne eingefüllt,
die aus 2 mm dickem Stahlblech besteht und eine Grundfläche von
50 cm × 50
cm aufweist. Die Späne
sind in einer Höhe
von 10 cm in die Wanne eingefüllt
und werden von zwei angrenzenden Seiten der Wanne gezündet. Eine
Vorbrenndauer ist so bemessen, daß etwa die Hälfte der
aufgeschütteten
Späne vor
Einsetzen des Löschvorgangs
brennt. Bei dem zweiten Brandobjekt handelt es sich um 3 kg Natrium,
das in die zuvor beschriebene Wanne eingefüllt und mit einer untergestellten
Benzinwanne so lange aufgeheizt wird, bis sich das Natrium verflüssigt und
von selbst weiter brennt. Versuche haben ergeben, daß die beiden
Brandobjekte innerhalb von Sekunden abgelöscht werden, wenn sie mit einer
der zuvor beschriebenen Emulsionen besprengt werden.
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Nicht zuletzt eignen sich die Emulsionen
nicht nur zum Löschen
von Bränden
der Klasse D, sondern beispielsweise auch für im allgemeinen schwierig
zu löschende
Fettbrände.
