DE1494958C - Verfahren zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit von Formkorpern aus Schaumkunststoffen - Google Patents

Description

Körper mit poröser Struktur werden im erheblichen Umfang im Bauwesen als thermisch isolierende Materialien und, sofern sie aus unbrennbaren oder schwerentflammbaren Stoffen bestehen, auch als Brandschutzschichten eingesetzt.

Neben porösen Körpern aus rein anorganischen Materialien, z. B. verschäumten Alkalisilikaten und aus Mineralfasern hergestellten Isolierkörpern, sind auch Isolierkörper bekanntgeworden, die aus verschäumten Kunststoffen bestehen und die je nach ihrer Herstellungsart eine offen- oder geschlossenzellige Struktur aufweisen. Solche Schaumkunststoffe sind zwar im allgemeinen einfacher herzustellen als die aus anorganischen Materialien bestehenden porösen Isolierkörper, besitzen jedoch den Nachteil, daß sie schon bei relativ niedrigen Temperaturen, z. B. 80 bis 200° C, erweichen, wodurch sie ihre Wirksamkeit verlieren.

Zur Herstellung von Schaumstoffen aus künstlichem oder synthetischem Latex ist es bekannt, Latex mit einem verseifbaren natürlichen Harz und Wasserglas zu versetzen, die Mischung anschließend aufzuschäumen und durch Erhitzen zu vulkanisieren und zu verfestigen. Um den Verschäumungsprozeß nicht zu stören, kann bei diesem Verfahren nur eine vergleichsweise geringe Menge Wasserglas zugesetzt werden. Man erhält bei diesem Verfahren einen Schaumgummi, in dem die organischen und anorganischen Substanzen homogen verteilt sind. Das Wasserglas befindet sich innerhalb der Zellwände des Schaumgummis. Im Brandfall verbrennen die organischen Bestandteile des Schaumgummis und die in ihm enthaltenen anorganischen Füllstoffe bleiben als Pulver zurück.

Aus der französischen Patentschrift 1306 582 ist es weiter bekannt, Ziegelsteine unter Verwendung von blähfähigen feinen Partikeln aus Polystyrol herzustellen, wobei ein Raumgewicht der Ziegelsteine von 400 bis 800 kg/m^:i erhalten wird. Weiter gehört es aus der USA.-Patentschrift 3 021 291 zum Stand der Technik. Zellbeton unter Verwendung nicht geschäumter blähfähiger Polystyrolteilchen, welche den Ansätzen zugemischt werden, herzustellen. Diese vorbekannten Verfahren ermöglichen es jedoch nicht, Brandschutzmassen herzustellen, die sich gleichzeitig als Isolationsmaterial eignen.

ίο Es wurde nun gefunden, daß man diese Aufgabe lösen, mithin Schaumkunststoffe unter Verwendung von Alkalisilikaten gegen die Einwirkung hoher Temperaturen stabilisieren kann, wenn man die Hohlräume der Schaumkunststoffe zumindest teilweise mit Alkalisilikatlösungen oder Suspensionen von wasserhaltigen Alkalisilikatteilchen in Alkalisilikatlösungen ausfüllt, in denen Stoffe suspendiert sind, die die Alkalisilikate bei erhöhten Temperaturen in wasserunlösliche und hochschmelzende Silikate überführen, und anschließend die Suspensionen, gegebenenfalls unter der Einwirkung erhöhter Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes der organischen Schaumkunststoffe, verfestigt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sowohl offenzellige als auch geschlossenzellige Schaumkunststoffe, die vorher z. B. durch Perforieren mit künstlichen Kanälen versehen worden sind, gegen die Einwirkung hoher Temperaturen stabilisieren.

Als Alkalisilikatlösungen setzt man vorteilhaft solche mit einer möglichst hohen Viskosität ein, z. B. mit einer Konzentration über 38° Be, wobei das Verhältnis Natriumoxyd zu Siliciumdioxyd von 1:1,2 bis 1:4 betragen kann. Es ist aber auch möglich, an Stelle der Lösungen Suspensionen wasserhaltiger Alkalisilikatpartikeln in Wasserglaslösungen oder Wasser einzusetzen, wobei der Gesamtwassergehalt der Suspensionen vorteilhaft unter 30 % liegen soll. Solche Suspensionen haben die Eigenschaft, schon bei Raumtemperatur zu einer festen Masse abzubinden. Diesen Alkalisilikatlösungen oder -suspensionen setzt man solche Stoffe zu, die bei erhöhten Temperaturen, z. B. oberhalb 80° C, mit den Alkalisilikaten unter Bildung wasserunlöslicher und hochschmelzender SiIikate reagieren. Solche Substanzen sind z. B. in Wasser schwerlösliche Verbindungen der Elemente der 2. Haupt- und Nebengruppe, wie Calciumcarbonat, Zinkoxyd und Magnesiumoxyd. Auch Zement, Asbestpulver oder Kaolin sind geeignete Substanzen.

5a Diese Substanzen werden den Alkalisilikaten vorzugsweise in einer Menge von über 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das in den Alkalisilikatlösungen bzw. -suspensionen enthaltene wasserfreie Alkalisilikat, zugesetzt.

Man kann den Alkalisilikatlösungen oder -suspensionen neben den genannten Substanzen auch Füllstoffe, wie Quarzmehl und Titandioxyd, zusetzen. Als geeignet haben sich auch Zusätze an leicht verseifbaren Substanzen, wie Ester, z. B. Äthylacetat, Propylacetat, Butylacetat, erwiesen, die unter Bildung des entsprechenden Alkalisalzes der ihnen zugrunde liegenden Säuren eine Gelbildung bewirken. Ferner ist es möglich, den Alkalisilikaten an sich bekannte Flammschutzmittel, z. B. chlorierte Paraffine, bromhaltige organische Verbindungen, z. B. Hexabromcyclododecan, zuzusetzen.

Die organischen Schaumkunststoffe können auf verschiedene Weise mit den genannten, gegebenenfalls

zusatzhaltigen Alkalisilikatsuspensionen versetzt werden. Im einfachsten Fall wird man den Schaumkörper in eine solche Suspension eine Zeit lang eintauchen, bis dessen Hohlräume in dem jeweils gewünschten Ausmaß mit der Suspension gefüllt sind. Durch Wahl des Raumgewichtes des ursprünglichen Isolierstoffes und durch den Füllungsgrad seiner Hohlräume mit den genannten Suspensionen hat man es in der Hand, gegen die Einwirkung erhöhter Temperaturen geschützte Isolierstoffe herzustellen, deren Raumgewicht zwischen 50 bis 700 kg/m^:1 betragen kann. Man kann das Eindringen der Alkalisilikatlösungen dadurch beschleunigen, daß man an der Unterseite des zu füllenden Schaumkunststoffkörpers ein Vakuum anlegt oder umgekehrt die Lösungen unter Druck in den Körper einbringt.

Nach dem Füllen der Hohlräume wird der Körper bei erhöhten Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes des Schaumkunststoffes so lange getrocknet, bis die Lösung bzw. Suspension sich verfestigt hat.

j Wird ein erlindungsgemäß behandelter Schaumkunststoffkörper der Einwirkung von Hitze ausgesetzt, so verbrennen bzw. verdampfen die in ihm enthaltenen organischen Substanzen, und es hinterbleibt die anorganische Gerüstsubstanz, die auf Grund ihrer Porosität dem Durchgang von Wärmeenergien einen erheblichen Widerstand entgegensetzt. Der zurückbleibende anorganische Gerüstkörper zeichnet sich durch eine bemerkenswerte mechanische Stabilität aus. Die in einem Brandfalle zurückbleibenden anorganischen Gerüstsubstanzen besitzen einen hohen Erweichungspunkt, der über 1000⁰C liegt. Die brandhemmende Wirkung eines erfindungsgemäß behandelten Schaumkörpers wird durch den folgenden Vergleichsversuch verdeutlicht: Eine Plattenkombination, die aus einer Platte aus einem Polystyrolschaumstoff mit einer Stärke von 3 cm besteht, deren Raumgewicht 20 kg/m^ beträgt und die beidseitig mit je einer Asbestzementplatte mit einer Stärke von 5 cm abgedeckt ist, wird auf einer Seite einer Temperatur von 800 bis 1000° C ausgesetzt. Unter Schmelzen der Schaumkunststoffschicht wird auf der Rückseite der Platte bereits nach 20 Minuten eine Temperatur von 160° C gemessen. Wird demgegenüber die Schaumkunststoffschicht durch eine solche ersetzt, deren Poren erfindungsgemäß mit Silikaten gefüllt sind, so tritt bei einem Parallelversuch auf der Rückseite der Plattenkombination erst nach 60 Minuten eine Temperatur von 160°Cauf.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderer Bedeutung in den Fällen, in denen zwecks Isolierung Hohlräume mit offenzelligen Schaumstoffen ausgefüllt sind. Die Hohlräume dieser Schaumstoffe lassen sich auf einfache Weise mit den Alkalisilikatsuspensionen füllen, wobei die Suspensionen zu einer festen Masse abbinden. Hierdurch können die Isolierschichten brandschützende Eigenschaften annehmen, so daß sie beispielsweise gemäß DIN 4102 je nach ihrem Silikatgehalt in die Feuerwiderstandsklassen F 30 bzw. F 60 (feuerhemmend) oder F 90 bzw. F 120 eingereiht werden können.

Beispiel 1

300 Gewichtsteile Polystyrolpartikeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 mm, die 7,5 °/o Petroläther als Treibmittel enthalten, werden durch Behandlung mit Dampf so lange geschäumt, bis ihr Schüttgewicht auf 15 kg/m^:t abgefallen ist. Die geschäumten Partikeln werden mit 50 Gewichtsteilen einer 5O°/oigen wäßrigen Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Harzes, welche 5 Gewichtsteile einer l°/oigen Lösung von Ammoniumchlorid als Härter enthält, vermischt und bei Raumtemperatur unter mäßigem Druck in eine Kastenform gefüllt. Durch Aushärten des Harnstoffharzes entsteht ein poröser Körper, wobei die einzelnen Partikeln durch das

ίο Harnstoffharz miteinander verbunden sind. Der Körper weist ein Porenvolumen von 40 Volumenprozent auf, wobei die einzelnen Partikeln an den Berührungsstellen fest aneinander haften.

Der Körper wird anschließend durch Untertauchen in eine Suspension aus 100 Gewichtsteilen Zinkoxyd, 100 Gewichtsteilen Asbestmehl und 50 Gewichtsteilen Magnesiumoxyd in 100 Gewichtsteilen 3O°/oiger Natronlauge und 700 Gewichtsteilen einer Natronwasserglaslösung mit einer Konzentration von 50° Be,

ao wobei das Verhältnis Natriumoxyd zu Siliciumdioxyd 1:2,3 beträgt, mit dieser Suspension teilweise gefüllt. Anschließend wird der so gefüllte Körper etwa 12 Stunden lang bei einer Temperatur von 90° C gelagert. Man erhält einen Block, dessen Raumgewicht 310 kg/m³ beträgt.

Der so behandelte Schaumstoff eignet sich als Isolationsmaterial und gleichzeitig als Brandschutzmasse und kann beispielsweise als Zwischenschicht in Verbundelementen eingesetzt werden.

Beispiel 2

Ein quaderförmiger Hohlkörper mit den Abmessungen 100 χ 50 X 5 cm wird durch Einbringen von 50 Volumenprozent vorgeschäumter Polystyrolpartikein mit einem Raumgewicht von 20 kg/m³ und 50 Volumenprozent eines geschäumten Harnstoffharzes mit einem Raumgewicht von 15 kg/m³ mit Schaumstoff gefüllt. Der Schaumstoff besitzt ein Porenvolumen von 45 Volumenprozent. Anschließend werden in die Poren des Schaumstoffes 111 einer Suspension eingebracht, die aus 5000 Gewichtsteilen einer Natriumwasserglaslösung mit einer Konzentration von 39° Be und einem Natriumoxyd/Siliciumdioxydverhältnis von 1:3,3, 2000 Gewichtsteilen Natriumwasserglaspulver mit einem Wassergehalt von 18 °/o, einer Korngröße von durchschnittlich 0,01 mm und einem Natriumoxyd/Siliciumdioxydverhältnis von 1:3,3, 1000 Gewichtsteilen Magnesiumoxyd, 1000 Gewichtsteilen Calciumcarbonat, 1000 Gewichtsteilen Asbest- pulver, 1000 Gewichtsteilen Chlorparaffinpulver, 500 Gewichtsteilen Antimontrioxyd besteht.

Durch Verfestigung der Suspension bei einer Temperatur von 95° C oder längere Lagerung bei Raumtemperatur entsteht ein aus Silikat bestehendes Gerüst innerhalb des Schaumstoffes, durch das dieser brandhemmende Eigenschaften erhält.

Beispiel 3

Ein Formkörper aus verschäumtem Polyäthylen, der ein Raumgewicht von 66 g/l aufweist und die Dimensionen 30 χ 30 χ 2,5 cm besitzt, wird im Abstand von jeweils 5 mm mit 3 mm dicken Durchbohrungen versehen. Der Formkörper wird dann in eine Suspension eingetaucht, die aus 300 Gewichtsteilen Wasserglas mit einer Konzentration von 39° Be, 100 Gewichtsteilen Wasserglaspulver mit einer Korngröße von etwa 1 mm und einem Wassergehalt von 16 Gewichtsprozent, 150 Gewichtsteilen Quarzmehl, 100

Gewichtsteilen pulverförmigem Chlorparaffin und 50 Gewichtsteilen Antimontrioxyd besteht. Nachdem der Körper mit dieser Mischung getränkt ist, wird er der Suspension entnommen. Anschließend wird der so behandelte Formkörper bei Raumtemperatur bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. In getrocknetem Zustand besitzt er ein Raumgewicht von 417 g/l. Auf die obere und untere Seite des Körpers wird dann mit Hilfe einer Wasserglaslösung als Klebemittel je eine' 5 mm starke Asbestzementplatte aufgebracht und einseitig gemäß der Einheitstemperaturkurve nach DIN 4102 beflammt. Auf der Rückseite wird nach 29 Mi-

nuten eine Temperatur von 90° C gemessen, wobei nach der gleichen Zeit die Seiten des nicht mit Asbestzementplatten abgedeckten Formkörpers schwach zu brennen beginnen.. Die Mitte des Musters ist noch unversehrt. Wird demgegenüber ein Polyäthylen-Schaumkunststoff-Formkörper mit den gleichen Abmessungen, wie oben beschrieben, mit Asbestzementplatten der gleichen Stärke abgedeckt und der gleichen Prüfung unterworfen, so wird bereits nach 10 Minuten auf der Rückseite eine Temperatur von 90° C gemessen, wobei der Formkörper bereits stark brennt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Hitzebeständigkeit von Formkörpern aus Schaumkunststoffen unter Verwendung von Alkalisilikaten und gegebenenfalls Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hohlräume der Schaumkunststoffe zumindest teilweise mit Alkalisilikatlösungen oder Suspensionen von wasserhaltigen Alkalisilikatteilchen in Alkalisilikatlösungen ausfüllt, in denen Stoffe suspendiert sind, die die Alkalisilikate bei erhöhten Temperaturen in wasserunlösliche und hochschmelzende Silikate überführen, und anschließend die Suspensionen, gegebenenfalls unter der Einwirkung erhöhter Temperaturen unterhalb des Erweichungspunktes der organischen Schaumstoffe, verfestigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Alkalisilikatlösungen oder -suspensionen Füllstoffe zusetzt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Alkalisilikatlösungen oder -suspensionen verseifbare Substanzen zusetzt.