DE10360029A1

DE10360029A1 - Formmasse und daraus hergestellter Mineralschaum

Info

Publication number: DE10360029A1
Application number: DE10360029A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Fusch; Wanja Wegner; Heinz Dr. Klein
Original assignee: Bsw Isoliersysteme & Co GmbH
Current assignee: JMBG MBH UND CO. KG, 44379 DORTMUND, DE
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-12-20
Also published as: DE10360029B4

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Formmasse zur Herstellung eines festen Mineralschaumprodukts, die eine feste Komponente A, die als steinbildende Bestandteile ein amorphes, pulverförmiges Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Metakaolin und Zement und als Schaumbildner festes Peroxid enthält, und eine flüssige Komponente B umfasst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die feste Komponente A zusätzlich Aluminiumhydroxid enthält. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Mineralschaumprodukt, das durch Aushärtung dieser Formmasse erhältlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Formmasse und ihre Verwendung zur Herstellung eines festen Mineralschaumprodukts, sowie ein durch Aushärtung der Formmasse erhältliches festes Mineralschaumprodukt, das sich insbesondere für Brandschutzzwecke eignet.

Es ist bekannt, Formmassen aus anorganischen Stoffen herzustellen, wobei als wesentliche Bestandteile Metakaolin, amorphe Elektrofilterasche, kalzinierter Bauxit und/oder Oxidgemische aus Siliciumdioxid und Aluminiumoxid als steinbildende Reaktivstoffe, Alkalilaugen oder Alkaliwasserglas-Lösungen als Härter, und Peroxide, Perborate und/oder Aluminium als Verschäumungsmittel verwendet werden.

Aus EP-A-148 280 sind wasserhaltige, härtbare Formmassen aus anorganischen Bestandteilen in fließfähiger oder pressbarer Verteilung bekannt. Als reaktive, steinbildende Komponente wird ein Oxidgemisch aus Siliciumdioxid und Aluminiumoxid verwendet, das in Gegenwart von Alkalihydroxid und/oder einer Alkaliwasserglas-Lösung mit einem Verschäumungsmittel eine Formmasse bildet, die bei Temperaturen zwischen 50 und 200 °C gehärtet wird.

EP-A-199 941 offenbart eine bei niedrigen Temperaturen härtbare Formmasse aus einer anorganischen, festen Reaktionskomponente und Alkalisilikatlösung mit ggf. enthaltenen Anteilen von Füll- und Hilfsstoffen sowie Formkörper aus dieser Formmasse. Als feste Reaktionskomponente wird glasartig amorphe Elektrofilterasche aus Steinkohlekraftwerken und/oder kalzinierter Bauxit verwendet.

EP-A-374 195 offenbart fließfähige, wasserhaltige Schaummassen auf Basis von alkalihaltigen, anorganischen Bestandteilen, welche unter Zusatz eines Sauerstoff abspaltenden Schäummittels Schaummassen bilden. Die Schaummassen enthalten Reduktionsmittel, Oxidationsmittel oder Stoffe mit großer innerer Oberfläche zur Beschleunigung des Schäumens und der Härtung. Dadurch wird eine nachträgliche Erwärmung von außen zum Aushärten des Schaums unnötig.

EP-A-417 582 offenbart eine Formmasse zur Herstellung eines festen, offenporigen Schaumprodukts, welche neben einer anorganischen, steinbildenden Komponente, einem Härter und einem Verschäumungsmittel zusätzlich wenigstens teilweise alkalilösliche Eiweißstoffe oder deren Abbauprodukte in einer zur Bildung eines offenporigen Schaumprodukts ausreichenden Menge enthält.

EP-A-561 978 offenbart eine Formmasse zur Herstellung eines festen, geschlossenporigen Schaumprodukts, welche neben einer anorganischen, steinbildenden Komponente, einem Härter und einem Verschäumungsmittel zusätzlich eine oberflächenaktive, amphiphile Substanz in einer zur Beeinflussung der Porenstruktur und/oder Festigkeit ausreichenden Menge enthält.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Formmasse bereitzustellen, die als Zweikomponentensystem innerhalb kurzer Zeit ohne zusätzliche Wärmezufuhr von außen aushärtet, als Ortschaum verarbeitet werden kann und ein festes Mineralschaumprodukt ergibt. Dabei soll das trockene Raumgewicht des Schaums 750 kg/m³ nicht überschreiten und vorzugsweise im Bereich von 250 bis 350 kg/m³ liegen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mineralschaum bereitzustellen, der sowohl hohe Festigkeit aufweist als auch eine Kühlwirkung im Brandfall entwickelt und somit für Brandschutzzwecke eingesetzt werden kann.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Bereitstellung einer Formmasse zur Herstellung eines festen Mineralschaumprodukts, umfassend: eine feste Komponente A, welche als steinbildende Bestandteile:

a) ein amorphes, pulverförmiges Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid (wie es z.B. als Ofenfilterstaub aus Hochofenprozessen erhalten wird) und/oder Metakaolin, und
b) Zement, und als Schaumbildner:
c) festes Peroxid enthält; und eine flüssige Komponente B, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Komponente A zusätzlich:
d) Aluminiumhydroxid enthält.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthält die feste Komponente A feste, anorganische, steinbildende Bestandteile, Aluminiumhydroxid und einen festen Schaumbildner, während die Komponente B ein flüssiger Härter ist.

Die Mengen der in der festen Komponente A enthaltenen steinbildenden Bestandteile liegen für a) das amorphe, pulverförmige Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Metakaolin im Bereich von 10 bis 50 Gewichtsteile, vorzugsweise 20 bis 45 Gewichtsteile, und für b) Zement im Bereich von 10 bis 50 Gewichtsteile und bevorzugt im Bereich von 15 bis 35 Gewichtsteile. Als Schaumbildner wird ein festes Peroxid verwendet, das bevorzugt Calciumpercarbonat, Natriumpercarbonat oder Natriumperborat ist und in einer Menge von 3 bis 15 Gewichtsteilen, vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 10 Gewichtsteilen, in der festen Komponente A enthalten ist. Zusätzlich enthält die Komponente A d) 1 bis 50 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid, vorzugsweise 4 bis 40 Gewichtsteile.

Als strukturbildende Bestandteile können in der festen Komponente A der erfindungsgemäßen Formmasse:

e) bis 3 Gewichtsteile Fasern, vorzugsweise bis 2 Gewichtsteile,
f) bis 40 Gewichtsteile Talk, vorzugsweise 10 bis 30 Gewichtsteile, und/oder
g) bis 15 Gewichtsteile Glimmer, vorzugsweise bis 10 Gewichtsteile,

enthalten sein.

Als flüssige Komponente B wird bevorzugt eine Alkalisilikatlösung mit 1,2 bis 2,5 Mol SiO₂ je mol K₂O und/oder Na₂O (Wasserglas) eingesetzt, wobei ein Gewichtsteil der festen Komponente A mit 0,4 bis 1,2 Gewichtsteilen Wasserglas umgesetzt wird.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält die Komponente A feste, anorganische, steinbildende Bestandteile, einen festen Schaumbildner und Aluminiumhydroxid, wobei der Komponenten A ein fester Härter beigemischt ist. Die flüssige Komponente B ist in dieser Ausführungsform der Erfindung Wasser. Wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung enthält die feste Komponente A als steinbildende Bestandteile:

a) ein amorphes, pulverförmiges Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Metakaolin, und
b) Zement; als Schaumbildner:
c) festes Peroxid; und
d) Aluminiumhydroxid, vorzugsweise in den zuvor genannten Mengen.

Der feste Härter ist vorzugsweise Wasserglas in fester Form, wobei einem Gewichtsteil der festen Komponenten A [Bestandteile a) bis g)] 0,2 bis 0,8, bevorzugt 0,3 bis 0,7, Gewichtsteile Wasserglas beigemischt ist.

Auch in der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann die Komponente A die vorstehend genannten strukturbildenden Bestandteile e) bis g) in den beschriebenen Mengen enthalten.

Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Formmasse enthalten die aus dem Stand der Technik bekannten Formmassen kein Aluminiumhydroxid. Das durch Aushärtung der erfindungsgemäßen Formmasse erhaltene Mineralschaumprodukt weist im Brandfall, zusätzlich zur üblichen Wärmeisolierung, eine aktive Kühlwirkung auf. Diese Kühlwirkung beruht auf der chemischen Freisetzung von Wasser aus dem Aluminiumhydroxid, das verdampft und dadurch Kühlung bewirkt.

In beiden Ausführungsformen der Erfindung kann 100 Gewichtsteilen der festen Komponenten A [Bestandteile a) bis g)] 0,1 und 3,1 Gewichtsteile Aluminiumpulver beigemischt sein. Der feste Schaumbildner erzeugt in Verbindung mit dem Aluminiumpulver eine kontrollierte Schaumreaktion, die dem erfindungsgemäßen Zweikomponentensystem einerseits genügend Zeit gibt, um vollständig zu expandieren, und andererseits die Aushärtungsreaktion ohne zusätzliche Wärmezufuhr von außen ermöglicht. Dadurch kann der erfindungsgemäße Mineralschaum als Ortschaum eingesetzt werden.

Zusätzlich können in beiden Ausführungsformen der Erfindung der festen Komponenten A weitere Bestandteile, wie Gips, beigemischt werden, aus denen im Brandfall kristallin gebundenes Wasser freigesetzt wird, das durch Verdampfen eine zusätzliche Kühlwirkung erzeugt.

Die erfindungsgemäße Formmasse wird zur Herstellung eines festen Mineralschaumprodukts verwendet. Das Mineralschaumprodukt härtet ohne Wärmezufuhr und vorzugsweise innerhalb von 45 Minuten aus. Das erfindungsgemäße Mineralschaumprodukt soll ein trockenes Raumgewicht von höchstens 750 kg/m³ aufweisen. Vorzugsweise liegt das trockene Raumgewicht im Bereich von 250 bis 350 kg/m³.

Das feste Mineralschaumprodukt ist insbesondere als Brandschutzmaterial geeignet. Im Brandfall tritt neben der üblichen Wärmeisolierung eine Kühlwirkung des Mineralschaums auf. Diese Kühlwirkung wird durch Verdampfen von Wasser verursacht, das chemisch aus dem im Schaum enthaltenden Aluminiumhydroxid freigesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Mineralschaumprodukt hat einen Schmelzpunkt über 1000 °C, erfüllt die Anforderungen der Baustoffklasse A1 nach DIN 4102-1 und besteht ausschließlich aus anorganischen Bestandteilen, die im Brandfall keine giftigen Gase entstehen lassen.

Die beiden Komponenten (die feste Komponente A und die flüssige Komponente B) der erfindungsgemäßen Formmasse können in Dosen, Kartuschen oder in Tüten mit zwei getrennten Kammern abgefüllt werden. Während der Abfüll- und Lagerzeit bleiben die beiden Komponenten getrennt. Erst bei Gebrauch wird vor Ort diese Trennung aufgehoben und die beiden Komponenten entweder maschinell oder von Hand gemischt.

Die erfindungsgemäße Formmasse bzw. das Mineralschaumprodukt kann wie folgt eingesetzt werden:

1. Im Falle einer Durchführung eines Kunststoffrohres durch eine Brandwand wird folgende Lösung vorgeschlagen: Eine Folie oder Manschette aus intumeszierendem Material wird um das Rohr gelegt bzw. geschoben. Der freie Raum zwischen Rohr mit Manschette und Wandöffnung wird mit dem erfindungsgemäßen Schaum verschlossen. Selbst wenn das Rohr nicht in der Mitte der Öffnung liegt, ist damit ein Füllen des Leerraums gegeben. Alternativ kann auch ein Band aus intumeszierendem Material an beiden Rohrenden angebracht werden. Der Raum zwischen Wandöffnung und Rohr kann dann durch den erfindungsgemäßen Schaum ausgefüllt werden. Folglich kann der erfindungsgemäße Mineralschaum bei Anwendungen zum Einsatz kommen, wo Brandwanddurchführungen abgeschottet werden sollen, wie Kabeldurchführungen, Rohrdurchführungen, Brandschutzklappen und Lüftungskanäle, sowie als Verschluss von Öffnungen in klassifizierten Bauteilen, insbesondere von Decken und Wänden.
2. Der erfindungsgemäße Mineralschaum kann auch für die Herstellung von Sandwich-Isolierplatten, bestehend aus konventionellen Isolierelementen, wie Mineralwolle, Calciumsilicatplatten, Gipskarton/Gipsfaserplatten oder sonst bekannten Isoliermaterialien, verwendet werden. Bei dieser Anwendung wird der Schaum zwischen die konventionellen Isolierplatten geschäumt. Der hohe Anteil an Aluminiumhydroxid im erfindungsgemäßen Mineralschaum bewirkt Kühlung und Wärmeisolierung im Brandfall bei gleichzeitiger Nutzungsmöglichkeit als Konstruktionselement.

Der erfindungsgemäße Mineralschaum kann gemäß der 2. Anwendung in Zargen und Türblättern für Brandschutztüren und Ofenauskleidungen zum Einsatz kommen.

Außerdem kann die erfindungsgemäße Formmasse als Reparaturkit für Ausbesserungsarbeiten bei Baustoffen verwendet werden, die bezüglich der Unbrennbarkeit hohe Anforderungen erfüllen müssen.

Aufgrund seiner polymeren Matrix weist das erfindungsgemäße Mineralschaumprodukt eine verbesserte Hitzebeständigkeit gegenüber zementhaltigen Materialien, wie z. B. Beton, auf, da diese eine hydraulische Bindung und folglich eine geringere Temperaturbeständigkeit aufweisen.

Die folgende Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.
Beispiele
In der nachstehenden Tabelle werden beispielhaft Rezepturen für erfindungsgemäße Formmassen und daraus hergestellte Mineralschäume, sowie Anwendungsbeispiele für die Schäume beschrieben. Als Anwendungsbeispiele sind genannt:

A) Brandwanddurchführung,
B) Hinterofenisolation,
C) Brandtüren,
D) Brandschott,
E) Formmasse, die bei Kühlhaustüren Anwendung findet, und als Referenzbeispiel:
F) eine herkömmliche Formmasse, die bei Kühlhaustüren Anwendung findet.

Tabelle: Rezepturen für das erfindungsgemäße Schaumsystem in Gewichtsteile (in Klammern Gewichtsprozent bezüglich der festen Komponente A)
1 ist eine Grafik, die den Einfluss des Aluminiumhydroxid auf das Brandverhalten des erfindungsgemäßen Mineralschaumprodukts verdeutlichen soll. Es wurden Prüfplatten mit einer Dicke von 50 mm, die einmal Aluminiumhydroxid (Rezeptur E) und zum Vergleich keines enthielten (Rezeptur F), gemäß den Vorgaben der DIN 4102 aufgeheizt (die Kurven in 1 wurden nach der Temperatureinheitskurve analog den Vorgaben der DIN 4102 gemessen). Die Abbildung zeigt die unterschiedlichen Temperatur-Zeit-Verläufe auf der dem Feuer abgewandten Oberflächenseite der Prüfplatten. Es wird klar ersichtlich, dass aufgrund des in dem erfindungsgemäßen Mineralschaumprodukt enthaltenden Aluminiumhydroxid (Rezeptur E) ein Kühleffekt erzielt wird, der die Oberflächentemperatur der Prüfplatte eine Zeitlang bei ca. 70 bis 90 °C stabilisiert. Dadurch tritt der üblicherweise beobachtete rasche Temperaturanstieg zum einen zeitverzögert auf und fällt zum anderen schwächer aus (geringere Steigung der Kurve).

Claims

Formmasse zur Herstellung eines festen Mineralschaumprodukts, umfassend: eine feste Komponente A, die als steinbildende Bestandteile: a) ein amorphes, pulverförmiges Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Metakaolin, und b) Zement, und als Schaumbildner: c) festes Peroxid enthält; und eine flüssige Komponente B, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Komponente A zusätzlich: d) Aluminiumhydroxid enthält.
Formmasse nach Anspruch 1, wobei die Komponente B ein flüssiger Härter ist.
Formmasse nach Anspruch 1, wobei der Komponenten A zusätzlich ein fester Härter beigemischt ist und die Komponente B Wasser ist.
Formmasse nach Anspruch 1 bis 3, wobei die feste Komponente A als steinbildende Bestandteile: a) 10 bis 50 Gewichtsteile amorphes, pulverförmiges Oxidgemisch mit Gehalten von amorphem Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Metakaolin, und b) 10 bis 50 Gewichtsteile Zement; als Schaumbildner: c) 3 bis 15 Gewichtsteile festes Peroxid; und d) 1 bis 50 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid enthält.
Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die feste Komponente A zusätzlich als strukturbildende Bestandteile: e) bis 3 Gewichtsteile Fasern, f) bis 40 Gewichtsteile Talk, und/oder g) bis 15 Gewichtsteile Glimmer enthält.
Formmasse nach Anspruch 2, wobei die Komponente B eine Alkalisilikatlösung mit 1,2 bis 2,5 Mol SiO₂ je Mol K₂O und/oder Na₂O ist.
Formmasse nach Anspruch 3, wobei einem Gewichtsteil der festen Komponente A [Bestandteile a) bis g)] 0,2 bis 0,8 Gewichtsteile Wasserglas in fester Form als Härter beigemischt ist.
Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das feste Peroxid Calciumpercarbonat, Natriumpercarbonat oder Natriumperborat ist.
Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei 100 Gewichtsteilen der festen Komponente A [Bestandteile a) bis g)] 0,1 bis 3,1 Gewichtsteile Aluminiumpulver beigemischt ist.
Verwendung einer Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines festen Mineralschaumprodukts.
Verwendung nach Anspruch 10, wobei das Mineralschaumprodukt ohne Wärmezufuhr aushärtet.
Mineralschaumprodukt, erhältlich durch Aushärtung einer Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Mineralschaumprodukt nach Anspruch 12 mit einem trockenen Raumgewicht von höchstens 750 kg/m³.
Brandschutzmaterial, erhältlich aus einem Mineralschaumprodukt nach Anspruch 12 oder 13.