DE10322363B4

DE10322363B4 - Brandschutzzusammensetzung

Info

Publication number: DE10322363B4
Application number: DE2003122363
Authority: DE
Inventors: Jörg JODLAUK; Ralph Nonninger; Martin Schichtel
Original assignee: Itn Nanovation AG
Current assignee: Itn Nanovation AG
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: DE10322363A1; WO2004099344A1

Abstract

Brandschutzzusammensetzung, bestehend aus
– mindestens 40 Gew.-% Wasserglas,
– mindestens 1 Gew.-% Ton,
– mindestens 1 Gew.-% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und Siliciumcarbid (SiC),
– mindestens 1 Gew.-% mindestens einer gemahlenen Fritte,
– mindestens 1 Gew.-% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
– 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% mindestens eines organischen polymeren Klebstoffs, und
– 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% Wasser,
wobei sich die Bestandteile zu 100 Gew.-% ergänzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartfüllstoff einen D₅₀-Wert < 200 nm besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzzusammensetzung sowie die Verwendung einer solchen Brandschutzzusammensetzung.
Werkstoffe lassen sich grob einteilen in Polymere (Kunststoffe), Metalle, Holz, Glas und Keramik. Ein Unterscheidungsmerkmal dieser Werkstoffklassen ist ihre Hitzebeständigkeit, gekennzeichnet durch Schmelzpunkte, Sintertemperaturen, Erweichungspunkte etc.
Wird diesen Werkstoffen Energie in Form von Wärme zugeführt, so beginnt im allgemeinen Holz frühzeitig zu brennen, Polymere beginnen ab ca. 100°C, Gläser ab ca. 300°C und Metalle ab ca. 700°C zu erweichen. Der einzige Werkstoff, der auch hohen Temperaturen standhält, ist die Keramik, angefangen bei Kochgeschirr über Schamottsteine in Verbrennungsanlagen bis hin zu SiC-Schutzschildern, die Raumfähren den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre gestatten. Aufgrund ihres aufwendigen und oft auch teuren Herstellungsprozesses sowie ihres duktilen Charakters (Bruchverhalten) können Keramiken aber nicht überall ein gesetzt werden. Somit müssen Verfahren entwickelt werden, die die beschriebenen Werkstoffe effizient vor Flammen schützen.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Werkstoffe Holz, Metall, Glas und Polymere vor Brand schützen zu wollen. Im Falle von Holz und Metall werden Beschichtungssysteme getestet, im Falle der Polymere bei der Herstellung zugesetzte Zusatzstoffe, und im Falle von Glas werden Gele eingesetzt, die durch Kondensationsreaktionen von Monomeren erzeugt werden.
Durch die Zugabe von Flammschutzmitteln in die Ausgangsmasse der Polymerherstellung, erhalten so modifizierte Polymere einen intrinsischen Schutz. Eingesetzt werden üblicherweise toxische Verbindungen wie Antimonpentoxid ( DE 68912 616 T2 ), Asbest ( DE 2254339 A ) oder aber Cadmium und Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Im Brandfall halten diese Polymere im Gegensatz zu nicht geschützten Polymeren den Flammen länger stand, d.h. ihre Stabilität/Festigkeit bleibt länger erhalten, was im Bereich der Konstruktionswerkstoffe sehr wichtig ist. Allerdings sind die entstehenden Rauchgase hoch toxisch und im Brandfall für den Menschen oft tödlich. In der DE 195 30 200 A1 wird auch berichtet, dass die Kombination von Flammschutzmittel und feinstteiligen anorganischen Pulvern eine drastische Reduktion der Nachbrennzeiten bewirkt. Trotz dieses Ansatzes kennt der Stand der Technik bisher keine befriedigende Lösung des Brandschutzes für Polymere. Dies liegt auch daran, dass die Mechanismen der Flammschutzwirkung solcher Zusätze nur in Einzelfällen überhaupt verstanden sind.
Fensterscheiben aus Glas versucht man durch eine Doppelverglasung zu schützen, in deren Mitte ein Gel gefüllt wird, das durch Kondensation von Organosilanen entsteht. Um Trübungen zu vermeiden, werden gegebenenfalls nanoskalige Pulverteilchen eingesetzt, die nach der DE 197 20 269 A1 eine unkontrollierte Kondensation der Organosilane vermeiden. Das erhaltene Gel ist aber so schwer, dass sich die Glasschei ben nach einer gewissen Zeit ausbeulen können. Aus diesem Grunde wird sich dieses System wohl kommerziell nicht durchsetzen.
Im Falle des Holzschutzes ist ein intrinsischer Schutz unmöglich. Deshalb kennt der Stand der Technik nur Beschichtungssysteme, die entweder die Flammschutzmittel der Polymere und damit auch deren Probleme beinhalten oder aber Graphit enthalten, der im Brandfalle aufquillt und so einen Kohlenstoffschaum bildet. Dieses isoliert die zu schützenden Materialien gegen den Wärmefluss ( DE 199 09 387 A1 ).
Das Thema, Metall vor Brand zu schützen, wurde bisher nur in Einzelfällen angegangen, beispielsweise bei der Ummantelung von Kupferdrähten in stromführenden Kabeln. Die JP 11213771 A berichtet von einer Gummischicht um den elektrischen Leiter, die mit anorganischen Teilchen, bevorzugt Titandioxid, Zinkborat und Schichtsilikaten gefüllt ist. Der Hauptbestandteil dieses Coatings ist somit organischer Natur. In der DE 197 17 645 A1 werden die stromführenden Drähte mit einem Mehrstoffsystem beschichtet, wobei mindestens ein siliciumorganisches Polymer, ein Passivierungsglas und ein keramischer Füllstoff vorhanden sein muss. Durch das siliciumorganische Polymer, ein Kondensat aus Organoalkoxysilanen, wird die Flexibilität der Schicht erreicht, durch die anderen Bestandteile bildet sich im Brandfall ein Glas. Diese Art von Beschichtungssystemen sind industriell nur schwer umsetzbar. Bereits während der Applikation einer solchen Schicht werden größere Mengen entweder von Methanol oder aber von Ethanol freigesetzt. Im Falle des Freisetzens von Methanol ist das Augenlicht der damit arbeitenden Personen stark gefährdet, im Falle der Freisetzung von Ethanol müssen gesonderte Vorschriften bezüglich Explosionsschutz eingehalten werden. In der DE 4444160 A1 wird ein Stahl durch das Aufbringen mehrerer verschiedenartiger Beschichtungssysteme geschützt. Zunächst wird eine Schicht appliziert, die als Haftvermittler dient, dann eine Grundierungsschicht, danach die Funktionsschicht, die ein Blähmittel enthält (die im Brandfall entstehende Luft wirkt als Isolator), und dann wieder eine Grundierungsschicht. Ein solcher Multilayeraufbau ist aufwendig und kostenintensiv.
Zusammengefasst kann gesagt werden, dass das Problem Brandschutz für keinen Werkstoff, außer für die Keramik selbst, umfassend gelöst ist. Aufgrund der immer schärfer werdenden gesetzlichen Auflagen, werden die wenigen bekannten Flammschutzmittel insbesondere in Europa mehr und mehr verboten. Auch wird die Freisetzung toxischer Verbindungen wie Methanol oder Ethanol nicht oder nur unter Auflagen toleriert. Es besteht somit ein Bedarf an einem universell einzusetzenden, preiswerten Brandschutzmittel, das unbedenklich sowohl beim Auftragen, als auch im Brandfall ist.
Brandschutzmittel auf Basis von Wasserglas sind beispielsweise aus der DE 100 54 686 A1 , der DE 197 25 762 A1 und der DE 197 57 837 A1 bekannt.
Die DE 100 54 686 A1 beschreibt Zusammensetzungen, die neben einem hohen Wasserglasanteil insbesondere Glimmer in bevorzugten Korngrößen von bis zu etwa 200 μm aufweisen.
Die DE 197 25 761 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer feuerhemmenden Beschichtungsmasse auf Basis einer Mischung aus Wasserglas, Thixotropiemittel, Aluminiumsilikathydrat, Wollastonit, Wasser, Magnesiumsilikat und einem feinporigen Rundgranulat aus Glas und/oder Hohlglaskugeln. Die Beschichtungsmasse ist allerdings nur zur Beschichtung von metallischen und mineralischen Gegenständen vorgesehen.
Die DE 197 57 837 A1 befaßt sich mit Gegenständen, die mit Formkörpern verschalt sind, die aus einer getrockneten und getemperten Suspension aus Alkaliwasserglas und einem Füllstoff aus der Gruppe Quarzmehl, Kaolin, Ton, Aluminiumhydroxid oder Graphit oder Gemischen derselben hergestellt sind.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein neues Brandschutzmittel bereitzustellen, das die geschilderten Nachteile weitgehend vermeidet. Es soll universell bei allen eingangs genannten Werkstoffen, nämlich bei Polymeren, Metallen, Holz und Glas einsetzbar sein. Insbesondere soll es als Beschichtungsmasse für die genannten Werkstoffe geeignet sein, damit durch entsprechend aufgebrachte Beschichtungen auf Gegenständen aus diesen Werkstoffen ein zuverlässiger Brandschutz/Flammschutz ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine aus den folgenden Bestandteilen bestehende Brandschutzzusammensetzung, wobei sich die Bestandteile zu 100 Gew.% ergänzen:

– mindestens 40 Gew.% Wasserglas,
– mindestens 1 Gew.% Ton,
– mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Siliciumcarbid,
– mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte,
– mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
– 0,5 Gew.% bis 5 Gew.% mindestens eines organischen polymeren Klebstoffs, und
– 0,5 Gew.% bi 10 Gew.%, vorzugsweise 1 Gew.% bis 5 Gew.% Wasser,

₅₀

Unter dem Begriff Wasserglas versteht der Fachmann bekanntlich wasserlösliche, aus dem Schmelzfluss erstarrte Kalium- und Natriumsilicate, bzw. deren (viskose) wässrige Lösungen. Auf die entsprechenden Definitionen in den einschlägigen Lehrbüchern kann hier verwiesen werden. Die Wassergläser werden üblicherweise auch durch das Massen- oder Molverhältnis SiO₂/Alkalioxid sowie durch die Dichte der wässrigen Lösungen charakterisiert. Die Dichteangaben erfolgen dabei teilweise noch in Baume-Graden, einer Aräometer-Dichteskala, die ursprünglich mit einer 10%igen Kochsalzlösung geeicht wurde. Auch Angaben als sogenannter Modul sind möglich.
Mit dem Begriff Ton werden die üblicherweise so bezeichneten Sedimentgesteine bezeichnet, die dem Fachmann ebenfalls bekannt sind. Auch hier kann auf die einschlägigen Lehrbücher verwiesen werden. Die Bestandteile Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) oder Siliciumcarbid (SiC) sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Sie werden der er findungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung als Füllstoffe mit vergleichsweiser hoher Härte zugesetzt.
Unter Fritten versteht man glasige System, in denen wasserlösliche Salze (Soda, Borax und andere) sowie weitere Stoffe silicatisch gebunden und damit weitgehend in eine wasserunlösliche Form überführt werden. Solche Fritten sind der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung in gemahlener Form zugesetzt.
Die in der Brandschutzzusammensetzung enthaltenen Mineralstoffe besitzen eine vergleichsweise hohe Eigenporosität, die für die Funktion der Zusammensetzung wichtig ist. Dies wird im folgenden noch näher erläutert.
Der enthaltene organische Polymerklebstoff dient dazu, die übrigen Bestandteile der Zusammensetzung miteinander zu verbinden (zu verkleben) und spielt auch für die rheologischen Eigenschaften der Zusammensetzung eine wichtige Rolle.
Gegebenenfalls können der erfindungsgemäßen Zusammensetzung weitere, dem Fachmann bekannte Zusatzstoffe beigefügt sein. Hier sind insbesondere die sogenannten Netzmittel hervorzuheben, die der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorzugsweise in Mengen zwischen 0,1 bis 5 Gew.%, insbesondere 0,5 bis 3 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Brandschutzzusammensetzung, zugesetzt werden können. Insbesondere handelt es sich bei solchen Netzmitteln um ionische und nicht ionische Tenside, wie sie vorzugsweise bei wässrigen Systemen eingesetzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung ist das Wasserglas vorzugsweise in einer Menge zwischen 40 Gew.% und 90 Gew.%, insbesondere zwischen 50 Gew.% und 70 Gew.% enthalten.
Innerhalb des zuletzt genannten Bereiches sind Mengen zwischen 55 Gew.% und 65 Gew.% weiter bevorzugt.
Vorzugsweise wird bei der Erfindung Natrium-Wasserglas als Bestandteil der Brandschutzzusammensetzung eingesetzt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Ton in der Brandschutzzusamemnsetzung vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 15 Gew.%, insbesondere in einer Menge zwischen 3 Gew.% und 12 Gew.% enthalten. Hier sind innerhalb des zuletzt genannten Bereiches Mengen zwischen 7 Gew.% und 10 Gew.% besonders hervorzuheben.
Bei der Erfindung ist die Korngrößenverteilung des Tons grundsätzlich nicht kritisch. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der D₉₀-Wert, der die Korngrößenverteilung charakterisiert, < 30μm, vorzugsweise < 20μm ist.
Obwohl grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Tone eingesetzt werden können, ist bei der Erfindung die Verwendung von Kaolin oder Engobe-Ton als Bestandteil der Brandschutzzusammensetzung bevorzugt. Diese Tone sind dem Fachmann bekannt. So handelt es sich bei den Kaolinen um eine Sammelbezeichnung für bestimmte Tongesteine. Bei den Engoben handelt es sich um Spezialtone, die beispielsweise auch zur Herstellung von Keramiken und Ziegeln verwendet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung sind die als Hartfüllstoffe bezeichneten Bestandteile (Al₂O₃, ZrO₂, SiC) vorzugsweise in Mengen zwischen 1 Gew.% und 15 Gew.%, insbesondere zwischen 6 Gew.% und 11 Gew.% vorhanden.
Der mindest eine Hartfüllstoff weist erfindungsgemäß einen D₅₀-Wert < 200 nm auf.
Dabei kann die Teilchengröße, soweit als möglich, weit im nanoskaligen Bereich liegen, wobei D₅₀-Werte < 20nm besonders hervorzuheben sind. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, dass die Verfestigungstemperatur (Sintertemperatur) der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung im Brandfall dadurch reduziert werden kann, daß man die Teilchengröße der als Hartfüllstoffe gekennzeichneten Bestandteile so klein wie nur möglich wählt. Dementsprechend besitzen diese Bestandteile einen entscheidenden Einfluss auf das Verhalten der Zusammensetzung im Brandfall. Je schneller sich die Zusammensetzung im Brandfall verfestigt bzw. zusammensintert, umso besser kann sie dann ihre Brandschutzfunktion erfüllen. Dies zeigt ganz allgemein die vorteilhafte Wirkung des Einsatzes von nanoskaligen Teilchen (D₅₀-Werte < 200 nm), insbesondere als Hartfüllstoffe, in Brandschutzprodukten bzw. -materialien.
Die sogenannte Fritte ist in der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 20 Gew.%, insbesondere zwischen 8 Gew.% und 15 Gew.% vorhanden. Innerhalb des zuletzt genannten Bereichs sind Mengen zwischen 10 Gew.% und 13 Gew.% weiter bevorzugt.
Grundsätzlich können bei der Erfindung alle bekannten Fritten eingesetzt werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn diese Fritten Teilchengrößen mit einem D₉₀-Wert < 10μm, insbesondere < 5μm besitzen.
Eine weitere Möglichkeit, um Fritten zu beschreiben, die erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbar sind, ist der sogenannte Halbkugelpunkt. Bei diesem Halbkugelpunkt handelt es sich um den bei derjenigen Temperatur liegenden Schmelzpunkt, bei der der entsprechende Probekörper zu einer Halbkugel zusammengeschmolzen ist. Dies ist diejenige Temperatur, bei der das Schattenbild des Probekörpers einen Fußwinkel von ca. 90° zeigt. Die erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbaren aufgemahlenen Fritten bzw. Glasfritten zeigen üblicherweise Halbkugelpunkte zwischen 450°C und 650°C, wobei Halbkugelpunkte zwischen 500°C und 550°C weiter bevorzugt sind. Bevorzugte aufgemahlene Glasfritten zeigen beispielsweise Halbkugelpunkte von ca. 520°C mit D₉₀-Werten < 5μm.
Erfindungsgemäß sind vorzugsweise sogenannte Alkalizinkfritten oder Calciumboratfritten einsetzbar, wie sie von verschiedenen Herstellern angeboten werden.
Die unter dem Begriff Mineralstoff zusammenfassten Bestandteile sind in der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 20 Gew.%, vorzugsweise zwischen 6 Gew.% und 12 Gew.% vorhanden. Es ist weiter bevorzugt, wenn diese Mineralstoffe in Mengen zwischen 8 Gew.% und 12 Gew.% in der Brandschutzzusammensetzung enthalten sind.
Auch die Teilchengröße der Mineralstoffe ist bei der Erfindung grundsätzlich nicht kritisch. Es ist jedoch bevorzugt, wenn diese Mineralstoffe fein gemahlen sind. Hierbei sind bevorzugte Teilchengrößen mit D₉₀-Werten < 20μm, insbesondere < 10μm hervorzuheben.
Wie eingangs erläutert, sollen die erfindungsgemäß eingesetzten Mineralstoffe eine hohe Eigenporosität besitzen, die für die Funktion der Brandschutzzusammensetzung im Brandfall von Bedeutung ist. Dementsprechend ist es bei der Erfindung vorteilhaft, Mineralstoffe vulkanischen Ursprungs einzusetzen. Solche vulkanischen Mineralstoffe besitzen entweder bereits eine entsprechende hohe Porosität oder entwickeln diese Porosität, wenn sie (wie im Brandfall) höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Solche Mineralstoffe vulkanischen Ursprungs sind insbesondere die sogenannten Perlite (Perlsteine), oder die Tuffe (Tuffsteine). Die Eigenschaften dieser Mineralien sind dem Fachmann bekannt, so dass sich hier eine nähere Erläuterung erübrigt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung ist der organische polymere Klebstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 3 Gew.%, insbesondere in einer Menge von ca. 2 Gew.% vorhanden. Solche vergleichsweise geringen Mengen reichen üblicherweise dafür aus, die notwendige Verbindung/Verklebung der übrigen Bestandteile zu bewirken oder zu unterstützen.
Bei dem organischen Polymerkleber handelt es sich vorzugsweise um einen physikalisch abbindenden Klebstoff. Solche Klebstoffe binden durch Änderung des Aggregatzustands (flüssig-fest) oder durch Verdunsten eines Lösungsmittels ab. Es handelt sich hierbei, bis auf Ausnahmefälle, um einkomponentige Klebstoffe. Bevorzugt einsetzbar sind bei der Erfindung beispielsweise Polyacrylate oder MHPC (Methylpropylhydroxycellulose). Derartige Klebstoffe und ihre Eigenschaften sind dem Fachmann bekannt.
Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen lassen sich bevorzugte erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzungen über ihre Bestandteile wie folgt definieren:

– 55 Gew.% bis 65 Gew.%, vorzugsweise 58 Gew.% bis 62 Gew.% Natrium-Wasserglas,
– 7 Gew.% bis 10 Gew.% Ton mit einem D₉₀-Wert < 20μm,
– 6 Gew.% bis 11 Gew.% Hartfüllstoff (Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und/oder Siliziumcarbid) mit einem D₅₀-Wert < 200nm, vorzugsweise < 50nm
– 10 Gew.% bis 13 Gew.% Fritte mit einem D₉₀-Wert < 5μm,
– 8 Gew.% bis 12 Gew.% Mineralstoff mit einem D₉₀-Wert < 10 μm,
– 1 Gew.% bis 3 Gew.% mindestens eines organischen polymeren Klebstoffs, und
– 1 Gew.% bis 5 Gew.% Wasser.

Auf die obigen Ausführungen zu den einzelnen Bestandteilen wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und verwiesen. Die Bestandteile ergänzen sich, wie bereits erläutert, zu 100 Gew.% Gesamtmenge der Zusammensetzung.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Mengen der Bestandteile so gewählt, dass die Brandschutzzusammensetzung in Form einer pastösen Beschichtungsmasse vorliegt. Dabei ist es noch weiter bevorzugt, wenn es sich hier um eine streichfähige, d.h. beispielsweise mit einem Pinsel oder einem vergleichbaren Werkzeug auftragbare Beschichtungsmasse handelt. Solche Brandschutzmassen sind dann in besonderer Weise zur nachträglichen Beschichtung verschiedener Werkstoffe geeignet, wie dies eingangs erläutert wurde.
Dementsprechend umfasst die Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung als Beschichtungsmittel zum mindestens teilweisen, vorzugsweise vollständigen Beschichten eines Gegenstands.
Bei den Gegenständen handelt es sich vorzugsweise um solche aus Kunststoff. Hierbei sind insbesondere sogenannte technische Isolierungen zu nennen, wie sie für die Isolierung von Rohrleitungen, beispielsweise Heizungsrohren, von Ventilen und von Kanälen verwendet werden. Bevorzugt zu nennen sind auch alle thermischen und/oder akustischen Dämmungen und Dämmaterialien, wie sie für viele Anwendungszwecke eingesetzt werden. Schließlich sollen hier noch die sogenannten technischen Schäume als bevorzugte Gegenstände genannt werden.
Hier handelt es sich bekanntlich um Gebilde aus gasgefüllten Zellen, die über sogenannte Zellstege begrenzt und miteinander verbunden sind. Wie die anderen genannten Materialien und Gegenstände können diese Schäume oder Schaumstoffe ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung versehen, insbesondere beschichtet sein.
Funktion und Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt nochmals darstellen und zusammenfassen.
Die einzelnen Bestandteile der Brandschutzzusammensetzung führen in ihrer erfinderischen Kombination zu besonders vorteilhaften Eigenschaften. Die Gesamtwirkung der Zusammensetzung lässt sich dabei nur teilweise auf die Eigenschaften der einzelnen Bestandteile zurückführen. Die Funktion der Zusammensetzung könnte darauf beruhen, dass sich bei höheren Temperaturen (d.h. im Brandfall) eine geschlossene anorganische Schicht ausbildet, die eine weitere Ausbreitung des Brandes für einen ausreichenden Zeitraum verhindert.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Brandschutzsystemen weist die erfindungsgemäße Zusammensetzung nur einen geringen Anteil an organischen Bestandteilen auf. Die erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung beruht auf rein wässriger Basis und enthält keine organischen Lösungsmittel.
Sie enthält darüber hinaus keine toxischen Verbindungen, und es werden im Brandfall auch keine solchen toxischen Verbindungen freigesetzt.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung lässt sich als Brandschutzschicht in einfacher Weise auf alle bekannten Untergründe aus Kunststoff, Kautschuk, Leder, Holz bis hin zu Glas und Metall aufbringen. Je nach Zusammensetzung ist sie auf die entsprechenden Untergründe aufstreichbar, aufsprühbar, aufdruckbar usw. Sie besitzt eine gute Haftung auf den Untergründen und behält nach dem Auftragen ihre Flexibilität und besitzt eine hohe Langzeitstabilität.
Ihre Brandschutzwirkungen zeigt die erfindungsgemäße Zusammensetzung bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Dabei tritt bereits bei niedrigen Temperaturen ein Bläheffekt auf, bei Temperaturen, beispielsweise um die 500°C, bildet sich bereits eine geschlossene anorganische Schicht, die die Brandausbreitung behindert. Diese anorganische Schicht ist überraschenderweise frei von Rissen, so dass der Untergrund flächendeckend geschützt ist. Beim Brand entstehende Gase haben dementsprechend keine Möglichkeit nach außen zu dringen, so dass der ohnehin vorhandene wärmedämmende Effekt durch die eingeschlossenen Gase zusätzlich verstärkt wird. Dies wirkt flammenumlenkend und reduziert die Rauchgasentwicklung in hohem Maße.
Die beschriebenen Merkmale und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Beispiele
Es werden zwei erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzungen mit den folgenden Bestandteilen hergestellt: Beispiel 1
Beispiel 2
Bezugsquellen und Eigenschaften der verwendeten Bestandteile sind wie folgt:

– Natrium-Wasserglas: Woellner Ombran GmbH, Ludwigshafen, DE
– Amberger Kaolin: Amberger Kaolinwerke, DE
– Siliciumcarbid (SiC): D₅₀-Wert < 1 μm, Elektroschmelzwerk Kempten GmbH,
– Alkalizinkfritte: Ferro GmbH, Kaiserslautern, DE
– Neuwieder Tuff: Gebrüder Wirth Tonbergbau, Wirth, Siershahn, DE
– Polyacrylat-Dispersion: Zschimmer & Schwarz GmbH & Co. KG, Lahnstein, DE
– Engobe-Ton E: Fa. WBB, Ransbach-Baumbach, DE
– Nanoskaliges ZrO2: Eigenproduktion, D₉₀-Wert < 100 nm
– Kalziumboratfritte: Ferro GmbH, Kaiserslautern, DE
– Perlit: Otavi-Mineralmühle Neuss GmbH, Neuss, DE
– MHPC (Methylpropylhydroxycellulose): VWR, Darmstadt, DE.

Die Herstellung der Brandschutzzusammensetzung wird im folgenden anhand von Beispiel 1 erläutert. Die Herstellung bei Beispiel 2 erfolgt in entsprechender Weise.
5.800g Natrium-Wasserglas werden in einem 10 l-Becherglas vorgelegt und intensiv während 30 Minuten lang gerührt. Anschließend werden 400g Wasser zusammen mit 800g Kaolin hinzugegeben und klumpenfrei verrührt. Hinzu kommen dann 1.000g Siliciumcarbid zusammen mit 1.000g Alkalizinkfritte. Die so erhaltene Mischung wird 10 Minuten gerührt und dann mit 800g Tuff und 200g der Polyacrylatdispersion versetzt. Nach weiteren 20 Minuten Rühren erhält man eine streichfähige Brandschutzmasse als erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung.
Die gemäß den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Brandschutzmassen werden auf verschiedene Untergründe (Holz, Kunststoff, Glas, Metall) als dünne Schicht aufgebracht. Anschließend werden die so beschichteten Materialien einem simulierten Brandfall unterworfen. Zu diesem Zweck werden die beschichteten Materialien mit Hilfe einer offenen Flamme erhitzt, wobei die Temperatur des beschichteten Gegenstands laufend kontrolliert wird.
Bereits bei einer Temperatur von ca. 300°C tritt bei den Brandschutzbeschichtungen nach der Erfindung ein Bläheffekt auf. Bei Temperaturen von ca. 500°C bildet sich eine aufgeblähte geschlossene anorganische Schicht aus, die vollständig frei von Rissen ist. Die sich entwickelnden Gase/Rauchgase können zunächst nicht durch die Brandschutzbeschichtung entweichen und führen zu einer verstärkten Wärmedäm mung. Diese verhindert ein Ausbreiten des Brandes/Feuers über den Gegenstand hinaus auf die Umgebung.
Es lässt sich somit abschließend festhalten, dass die erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzungen/Brandschutzmassen als anorganische Brandschutzsysteme eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Die Brandschutzeigenschaften sind hervorragend.

Claims

Brandschutzzusammensetzung, bestehend aus – mindestens 40 Gew.-% Wasserglas, – mindestens 1 Gew.-% Ton, – mindestens 1 Gew.-% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und Siliciumcarbid (SiC), – mindestens 1 Gew.-% mindestens einer gemahlenen Fritte, – mindestens 1 Gew.-% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität, – 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% mindestens eines organischen polymeren Klebstoffs, und – 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% Wasser, wobei sich die Bestandteile zu 100 Gew.-% ergänzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartfüllstoff einen D₅₀-Wert < 200 nm besitzt.
Brandschutzzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas in einer Menge zwischen 40 Gew.-% und 90 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 50 Gew.-% und 70 Gew.-%, insbesondere zwischen 55 Gew.-% und 65 Gew.-%, vorhanden ist.
Brandschutzzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wasserglas um Natrium-Wasserglas handelt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 15 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 3 Gew.-% und 12 Gew.-%, insbesondere zwischen 7 Gew.-% und 10 Gew.-% vorhanden ist.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton einen D₉₀-Wert < 30 μm, vorzugsweise < 20 μm besitzt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ton um Kaolin oder Engobe-Ton handelt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartfüllstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 15 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 6 Gew.-% und 11 Gew.-% vorhanden ist.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartfüllstoff einen D₅₀-Wert < 50 nm besitzt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 8 Gew.-% und 15 Gew.-%, insbesondere zwischen 10 Gew.-% und 13 Gew.-%, vorhanden ist.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte einen D₉₀-Wert < 10 μm, vorzugsweise < 5 μm besitzt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fritte um eine sogenannte Alkalizinkfritte oder um eine sogenannte Calciumboratfritte handelt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 6 Gew.-% und 12 Gew.-%, insbesondere zwischen 8 Gew.-% und 12 Gew.-% vorhanden ist.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff einen D₉₀-Wert < 20 μm, vorzugsweise < 10 μm, besitzt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff vulkanischen Ursprungs ist, wobei es sich vorzugsweise um Perlit oder Tuff handelt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der organische polymere Klebstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 3 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von ca. 2 Gew.-%, vorhanden ist.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem organischen polymeren Klebstoff um einen physikalisch abbindenden Klebstoff, vorzugsweise um Polyacrylat oder um Methylpropylhydroxycellulose (MHPC) handelt.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus – 55 Gew.-%–65 Gew.-%, vorzugsweise 58 Gew.-%–62 Gew.-% Natrium-Wasserglas, – 7 Gew.-%–10 Gew.-% Ton mit einem D₉₀-Wert < 20 μm, – 6 Gew.-%–11 Gew.-% Hartfüllstoff mit einem D₅₀-Wert < 200 nm, vorzugsweise < 50 nm, – 10 Gew.-%–13 Gew.-% Fritte mit einem D₉₀-Wert < 5 μm, – 8 Gew.-%–12 Gew.-% Mineralstoff mit einem D₉₀-Wert < 10 μm, – 1 Gew.-% bis 3 Gew.-% eines physikalisch abbindenden organischen polymeren Klebstoffs, und – 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% Wasser.
Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer pastösen Beschichtungsmasse vorliegt.
Brandschutzzusammensetzung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine streichfähige Beschichtungsmasse handelt.
Verwendung einer Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Beschichtungsmittel zum mindestens teilweisen, vorzugsweise vollständigen Beschichten eines Gegenstands.
Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gegenstand um eine sogenannte technische Isolierung, um eine thermische und/oder akustische Dämmung oder um einen technischen Schaum handelt.