DE1621719C - Feuerhemmende Beschichtungs Zusam mensetzung - Google Patents

Description

Das Bindemittel bildet in der Beschichtungs-Zusammensetzung dieser Erfindung die Hauptquelle von Kohlenstoff. Es kann jedoch, wenn gewünscht, Stärke hinzugefügt werden, um zusätzlichen Kohlenstoff vorzusehen. Außerdem können die anderen kohlenstoffhaltigen Bestandteile der Beschichtungs-Zusammensetzung, beispielsweise Hexamethylentetramin, auch als Kohlenstoffquelle dienen.

Der anschwellende Wiikstoff der vorliegenden Erfindung enthält Hexamethylentetramin und eine im wesentlichen nicht flüchtige anoiganische Verbindung. Diese anorganische Verbindung ist in den meisten Fällen eine Verbindung, welche sich unter Bildung eines Gases bei einer Temperatur in dem Bereich von 150 bis 32O⁰C zersetzt und ist gewöhnlich entweder ein Phosphat, ein Sulfat oder ein Ammoniumsalz. Gute Ergebnisse sind mit Ammoniumdihydrogenphosphat erreicht worden. Es können jedoch andere, im wesentlichen nicht flüchtige Verbindungen, solche wie Ammoniummonohydrogenphosphat, Natriumdihydrogenphosphat, Ammoniumsulfat, Ammoniumsulfamat und eine Kombination von Borax und Borsäure im Gewichtsverhältnis von 50:50 verwendet werden.

Der im wesentlichen nicht flüchtige, anorganische, anschwellende Wirkstoff ist der hauptsächlich anschwellende Wirkstoff. Er bildet etwa 30% des Gesamtfeststoffgehaltes der Beschichtungs-Zusammensetzung und kann in dem Bereich von etwa 20 bis etwa 35% des Gesamtgewichtes der Feststoffe liegen. Das Verhältnis von Hexamethylentetramin zu Ammoniumdihydrogenphosphat liegt in dem Bereich von etwa 50:70 bis etwa 20:90 (Gewichtsprozent). Andere, im wesentlichen nicht flüchtige anorganische schwellende Wirkstoffe können auf ungefähr einer entsprechenden Gewichtsbasis Ammoniumdihydrogenphosphat ersetzen.

Zusätzlich zu Hexamethylentetramin und einem im wesentlichen nicht flüchtigen anorganischen Material enthalten die Beschichtungen dieser Erfindung organische Substanzen, die beim Zersetzen Gas abgeben. Dicyandiamid ist ein Beispiel eines solchen Materials. Dieses Material ist in verhältnismäßig kleinen Beträgen vorhanden, z. B. von etwa einem Drittel bis zu einem Maximum von etwa der Hälfte des Gewichts des anorganischen schwellenden Wirkstoffes. Das Vorhandensein von zusätzlichen schwellenden Materialien, solche wie Dicyandiamid, verändert nicht das Verhältnis von Hexamethylentetramin zu dem im wesentlichen nicht flüchtigen Material gemäß dieser Erfindung.

Farbstoffe und Füllmittel können, wenn gewünscht, hinzugefügt werden. Zum Beispiel wird den Beschichtungs-Zusammensetzungen dieser Erfindung häufig Ton beigemengt. Die bevorzugte Tonmenge liegt bei etwa 14 bis 15% des gesamten Feststoffgehaltes. Beträge von mehr als etwa 25% über den bevorzugten Beträgen, d. h. mehr als etwa 18 bis 20% des gesamten Feststoffgehalts, werden gewöhnlich vermieden, da solche großen Beträge das Anschwellen der Zusammensetzung nachteilig beeinflussen. Ton kann ohne schädliche Wirkung vollständig weggelassen werden.

Ein Alaun, ein solches wie Kalium-Aluminium-Sulfat, wird vorteilhaft beigemengt, um die bei der Verkohlung der Beschichtungs-Zusammensetzung gebildete Asche zu verbessern. Es ist wichtig für diese Asche, an dem zellulosehaltigen Substrat zu haften, da eine haftende Asche die Feuer- und Wärmebeständigkeit der Beschichtung erhöht. Die Zusammensetzungen dieser Erfindung haben vorzugsweise die Form von wäßrigen Dispersionen. Solche Dispersionen sind häufig infolge der hohen Azidität des anorganischen schwellenden Wirkstoffes ausgesprochen sauer. Oft liegt der pH-Wert bei 2. Der Prozentsatz der Feststoffe in den Dispersionen dieser Erfindung liegt gewöhnlich bei etwa 50%, wie z. B. von etwa 45 bis etwa

Der hohe Säuregehalt der Dispersionen macht, wie bereits erklärt, die Verwendung eines säurebeständigen Wachses nötig. Es wild bevorzugt, die Zusammensetzungen dieser Erfindung als wäßrige Dispersionen herzustellen, weil sie in dieser Form leichter auf Holzfaserplatten oder andere in der Struktur ähnliche Teile aufgebracht werden kann, die beschichtet werden sollen.

Um die verschiedenen wasserlöslichen Bestandteile in Suspension zu halten, wird ein Suspensionswirkstoff, ein solcher wie Natriumkohlenoxydmethylzellulose verwendet. Andere geeignete Suspensionswirkstoffe enthalten Methylzellulose, Hydroxymethylzellulose und Natriumalginat. ■,

Das geringste Beschichtuhgsgewicht, das Hartpapiereinlagen für Pappe eine wirksame feuerverzögernde Eigenschaft gibt,- liegt bei etwa 14,6 kg Feststoff pro 100 qm beschichteter Oberfläche. Bei diesem Beschichtungsgewicht wird eine wirksame Feuerverzögerung erreicht, obwohl etwas größere Beschichtungsgewichte verwendet werden können. Wesentlich größere Beschichtuhgsgewichte werden im allgemeinen vermieden, weil die Papiereinlage übermäßig steif wird. Verschiedene zellulosehaltige 'Materialien erfordern zur Erreichung des besten Resultats im allgemeinen verschiedene Beschichtungsgewichte.

Die Zusammensetzungen dieser Erfindung verleihen brennbaren Zellulosematerialien ausgezeichnete Feüerbeständigkeit, wenn man sie mit bisher bekannten Beschichtungs-Zusammensetzungen vergleicht. Die Feuchtebeständigkeit der Beschichtungen dieser Erfindung ist jedoch wie bei bisher bekannten Zusammensetzungen recht niedrig. Die Zusammensetzungen dieser" Erfindung sind also .wasserempfindlich. Dies rührt von den großen Mengen wasserlöslicher Verbindungen und besonders anorganischer Salze her, welche Bestandteile des schwellenden, Wirkstoffes sind.

Es wurde festgestellt, daß dieFeuchtebeständigkeit ohne Verlust in der Anschwellung wesentlich durch die Aufbringung eines dünnen Wachsüberzuges auf die vorher beschriebene schwellende Beschichtungs-Zusammensetzung verbessert werden kann, nachdem" sie getrocknet ist. Gute Resultate wurden erreicht bei einem Beschichtungsgewicht von etwa' 6,8 kg pro 100 qm. Das diesen Überzug bildende Wachs kann in wäßriger Emulsion oder als warme Schmelze aufgebracht werden, wobei die Schmelze bevorzugt wird. Der Wachsschicht werden gewöhnlich keine Verbindungswirkstoffe beigemengt, im Gegensatz zu dem anschwellenden Wirkstoff und den anderen Bestandteilen, die in das Wachs gemengt werden, um die erste schwellende Beschichtungs-Zusammensetzung. dieser Erfindung zu bilden.

Alternativ können die feuerhemmenden Zusammensetzungen dieser Erfindung,in trockener, fester Form hergestellt werden. Solche trockenen Zusammensetzungen haben dieselben Bestandteile, abgesehen von der Weglassung des Wassers, wie die vorher beschriebenen Dispersionen. Die besten Ergebnisse bei der Herstellung trockener Zusammensetzungen weiden erreicht, wenn die anschwellenden Wirkstoffe, die

Farbstoffe und die anderen festen Bestandteile in trockenem Zustand zusammengemischt und dann langsam dem geschmolzenen Wachs oder den Wachsmischungen beigemengt werden. Das Verhältnis und die Größenordnung der verschiedenen Bestandteile zueinander ist das- oder dieselbe wie vorher angegeben worden ist, mit der Ausnahme, daß das Verhältnis von Anschwellmittel und Farbstoff-Feststoffen zu Wachs, Wachsmischungen oder geschmolzenen Feststoffen etwas vermindert wird. Die Anschwell mittel und Farbstoff-Feststoffe bilden etwa 50 bis 60%, vorzugsweise etwa 55%, des Gesamtgewichts der Trockenmischung. Die Mengen von Farbstoff und Anschwellstoff-Feststoffen in der Trockenmischung muß genügend sein, daß, wenn eine Flamme mit der Beschichtung in Berührung kommt, die Anschwellung stattfindet, bevor das Wachs eine Möglichkeit hat, zu schmelzen, und wegzulaufen und die Schwellstoff-Feststoffe mit ihm. Andererseits muß die Menge der Anschwellstoff- und Farbstoff-Feststoffe niedrig genug sein, daß die Dispersionen dieser Feststoffe in geschmolzenem Wachs nicht zu flüssig sind, um mit normalerweise verfügbaren Beschichtungsmethoden gehandhabt zu werden. Die Verwendung von Dispersionen in geschmolzenem Wachs macht es möglich, Schmelzbeschichter zu verwenden, und schaltet die Trocknungsperiode aus, die bei Wasserdispersionen nötig ist. Die Beschichtung starrer Zellulosematerialien wird durch diese letztere Art des Beschichters wesentlich erleichtert.

Diese Erfindung wird nun unter Hinweis auf spezielle Ausführungsformen weiter beschrieben, wie durch die folgenden Beispiele dargestellt wird. Jedes der folgenden Beispiele gibt die Zusammensetzung einer dieser Erfindung an, wobei alle Teile in Gewichtsteilen angegeben werden. Bei der Aufbereitung der Zusammensetzungen werden die Bestandteile in der unten angegebenen Reihenfolge beigemengt.

Beispiel 3

B e i s ρ i e 1 1
Bestandteil

40

Wasser 60

5%ige Wasserlösung von Natriumkohlen-

oxydmethylzellulose mittlerer Viskosität. . 34,5

Hexamethylentetramin .\ 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke .' 15

Ton 30

Dicyandiamid ... 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

. »Mobilcer X« 75

»Mobilcer X« ist eine säurebeständige wäßrige Emulsion.eines mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses, das einen Feststoff gehalt von ungefähr 50 °/o aufweist.

Beispiel2

Bestandteil Gewichts-

teile

Wasser 60

5°/_oige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Bestandteil

Gewichtsteile

Wasser 60

5 °/„ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Gewichts-

B ei spiel 4
Bestandteil _t

Wasser 60

5%ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

B e i spi el 5

_ , ,. .. Gewichts-

. Bestandteil _teüe

Wasser 60

5%ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 20

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton ; 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Gewichts-

Beispiel 6
Bestandteil

Wasser 60

5°/oig^e Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung „ 34,5

Hexamethylentetramin 50

Monoammoniumphosphat : 70

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Beispiel7
Bestandteil

Wasser 60

5 °/_oige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 112

Beispiele Bestandteü Gewichts-

Wasser .. 60

5%ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat... 15

»Mobilcer Q« 75

»Mobilcer Q« ist eine wäßrige Emulsion, die etwa 50 Gewichtsprozent eines säurebeständigen mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses enthält, dessen Schmelzpunkt bei etwa 76° C liegt.

Bei s pie I 9

Bestandteil

■ Gewichtsteile

Wasser 60

5%'g^e Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

»Saran Latex F 122-A20« -... 25

»Saran Latex F 122-A20« ist eine säurebeständige wäßrige Emulsion von Polyvinylidenchlorid, hergestellt von der Firma Dow Chemical Co., Midland, Michigan.

Die obigen Bestandteile in jedem der Beispiele 1 bis 9 werden in der angegebenen Reihenfolge in ein Mischgefäß gebracht; alle Bestandteile, ausgenommen das Wachs und der Latex, werden in ein mit einem Propellerrührwerk versehenen Behälter gebracht und glattgerührt. Die sich ergebende Mischung wird dann in einen Waring-Mischer überführt und etwa 5 Minuten gerührt. Die feindispergierte Mischung wird dann zuiiick in das Gefäß mit dem Propellerrührwerk gebracht, wonach die Wachsemulsion und gegebenenfalls dei Latex zugefügt wird.

Die oben beschriebenen, hergestellten Dispersionen weiden auf die Oberfläche von Zelluloscmaterial, beispielsweise Hartpapier, gebracht, und zwar in einer oder mehr ^- Passagen durch eine Beschickungsmaschine. Die Beschichtung oder die zusätzliche Beschichtung wird nach jedem Aufbringen getrocknet. Das Gesamtgewicht der Beschichtung nach dem Trocknen sollte wenigstens 14,6 kg pro 100 qm bettagen.

Beispiel 10

Hartpapiereinlage für Pappe wird mit der Zusammensetzung des Beispiels 1 beschichtet und getrocknet. Dann wird eine Überzugsschicht von »Mobilcer C«- Wachs in 50°/₀iger wäßriger Emulsion aufgebracht, in einer Beschichtungsrate von 6,85 kg pro 100 qm der Papiereinlage.

»Mobilcer C« ist eine wäßrige Emulsion, die etwa ίο 44 Gewichtsprozent eines säureempfindlichen Paraffinwachses enthält, dessen Schmelzpunkt bei etwa 55° C liegt.

Trockenwachszusammensetzungen gemäß dieser Erfindung können in Form einer warmen Schmelze aufgebracht werden. Beispiel 11 veranschaulicht die Zusammensetzung und Aufbringung einer solchen Trockenzusammensetzung.

Beispiel 11

τ» a j» ί Gewichts-

Bestandteil . .,

Hexamethylentetramin ;.... 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

125 Gewichtsteile der obigen Trockenmischung werden dann in 100 Gewichtsteilen von Paraffinwachs in geschmolzenem Zustand dispergiert.

Die oben beschriebene Trockenmischung wird dann auf die Oberfläche einer zellulosehaltigen Platte gebracht, während das Wachs in geschmolzenem Zustand ist. Diese Beschichtung wird in einem Beschichtungsgewicht von mindestens 19,5 kg pro 100 qm aufgebracht.

Beispiel 12

130 Gewichtsteile der Trockenmischung des Beispiels 11 wird der folgenden verbundenen Wachsmischung in geschmolzenem Zustand beigefügt.

Bestandteil

Petrolwachs 50

Arochlor 2565* 50

Elvax260** ..... 30

* Arochlor ist ein chloriertes Diphenyl, hergestellt von der Firma Monsante Chemical Company.

** I-lvax 260 ist ein Vinylhatz, hergestellt durch die Firma F.. I. du Pont de Memours & Co.

Diese Beschichtung wird in Gewichten von wenigstens 19,5 kg pro KX) qm aufgebracht.

Die vorliegende F.rfindung schafft eine wirtschaftliehe und hochwirksame feuerhemmendc Zusammensetzung, welche auf Zellulosematerialien, solche wie Pappe j Faserstoff, Holz u. dgl., aufgebracht werden kann.

309 608/261

Claims (5)

1 2 mit Zusätzen von Stickstoffbasen und Wachsen bePatentansprüche: kannt. Durch das Buch »Brandlehre und chemischer Brandschutz« von Scheichl, 1955, S. 214ff.,

1. Feuerhemmende Beschichtungs-Zusammen- sind außerdem verschiedene Feuerschutzmittel besetzung zur Verwendung mit brennbaren, Zellulose- 5 kannt, darunter auch ein Mittel mit organischen Wirkhaltigen Materialien mit einem bei Wärme zersetz- komponenten, die sich durch Schaumschichtbildung baren Schwellmittel und einem Bindemittel, wobei auszeichnen.

das Schwellmittel Hexamethylentetramin und eine Es ist Aufgabe der Erfindung, eine feuerhemmende im wesentlichen nicht flüchtige und in der Wärme Beschichtungs-Zusammensetzung der eingangs gezersetzbare anorganische Schwellkomponente ent- ίο nannten Art vorzuschlagen, die eine dickere kohlenhält, dadurch gekennzeichnet, daß stoff haltige Kruste ergibt als die bekannten feuerdas Bindemittel aus Kohlenwasserstoffwachs be- hemmenden Zusammensetzungen, so daß die Brennsteht bzw. mehr als etwa 50 % eines Kohlenwasser- barkeit damit beschichteter zellulosehaltiger Materiastoffwachses — bezogen auf das Bindemittel — ent- lien wesentlich verringert wird,
hält. 15 Zur Lösung dieser Aufgabe i st die Erfindung dadurch

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus Kohlengekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffwachs wasserstoffwachs besteht bzw. mehr als etwa 50% ein mikrokristallines Wachs ist. eines Kohlenwasserstoffwachses — bezogen auf das

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch Bindemittel — enthält.

gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffwachs 20 Trotz seiner hohen Entzündlichkeit ist Kohleneinen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 55 bis wasserstoffwachs überraschenderweise ein ausgezeichetwa 75° C aufweist. netes Bindemittel für feuerhemmende Beschichtungs-

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 Zusammensetzungen. Kohlenwasserstoffwachse ergebis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammen- ben in der angegebenen Zusammensetzung eine dickere setzung in Wasser und einem Suspensionsmittel 25 kohlenstoffhaltige Kruste als die bisher bekannten dispergiert ist. Zusammensetzungen, so daß die feuerhemmende Wir-

5. Verfahren zum Aufbringen der feuerhemmen- kung dei Zusammensetzung nach der Erfindung überden Beschichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch raschenderweise größer als die bekannter Zusammengekennzeichnet, daß die Zusammensetzung in Setzungen ist.

Form einer heißen Schmelze aufgebracht wird. 30 Es wird bevorzugt, wenn das Kohlenwasserstoffwachs ein mikrokristallines Wachs ist. Der Schmelz-

punkt dieses Wachses liegt in der Regel im Bereich

zwischen etwa 55 bis 75° C.
Die Zusammensetzung nach der Erfindung kann die

Die Erfindung betrifft eine feuerhemmende Be- 35 Form einer heißen Schmelze aufweisen, wodurch sie

Schichtungs-Zusammensetzung zur Verwendung mit sich leicht mit geeigneten, bekannten Maschinen auf

brennbaren, zellulosehaltigen Materialien, mit einem flächige Materialien auftragen läßt,

bei Wärme zersetzbaren Schwellmittel und einem In einer anderen Ausführungsform ist die Zusam-

Bindemittel, wobei das Schwellmittel Hexamethylen- mensetzung in Wasser und einem Suspensionsmittel

tetramin und eine im wesentlichen nicht flüchtige und 40 dispergiert. In dieser Form läßt sie sich besonders

in der Wärme zersetzbare anorganische Schwell- leicht auf Holzfaserplatten und strukturähnliche

komponente enthält. Werkstoffe aufbringen.

Bekannte, derartige Zusammensetzungen enthalten Es sei noch erwähnt, daß saure Emulsionen der

im allgemeinen ein organisches Bindemittel und einen bevorzugt verwendeten mikrokristallinen Wachse stabil

oder mehrere in dem Bindemittel enthaltene Schwell- 45 sind und nicht ausfallen, wenn sie anderen festen

komponenten, die eine zellulare Asche ergeben sollen, Bestandteilen der Dispersion beigefügt werden. An

die die Ausbreitung von Feuer verzögern soll. Bekannte Stelle von mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachsen

derartige Zusammensetzungen sind zur Beschichtung können auch Paraffinwachse verwendet werden,

von zellulosehaltigen Materialien verwendet worden, Bevorzugte Zusammensetzungen verwenden ein

einschließlich Holz, Holzfaserplatten, Karton, Papier, 50 Kohlenwasserstoffwachs als einziges Bindemittel. Es

Pappe und zelluloseartige Gewebe, wie Baumwolle. kann jedoch als Bindemittel auch eine Zusammen-

Es sind auch verschiedene organische Materialien, setzung verwendet werden, die einen größeren Teil, besonders polymere Materialien, verwendet worden, d. h. mehr als etwa 50,°/₀ eines Kohlenwasserstoff um das organische Bindemittel in Zusammensetzungen wachses enthält. Der kleinere Bestandteil in solchen mit einer Schwellkomponente zu bilden. Das An- 55 Bindemitteln kann ein organisches Bindemittel entschwellen wird bei diesen Zusammensetzungen durch halten, z. B. Polymere und besonders Vinylpolymere, den Einschluß eines oder mehrerer anschwellender solche wie Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid. Wirkstoffe erreicht, worunter sich verschiedene an- Die Bindemittel bilden in der bevorzugten Beschichorganische Stoffe befinden, beispielsweise Mono- tungs-Zusammensetzung dieser Erfindung etwa 25 bis ammoniumphosphat und verschiedene zerlegbare or- 60 30 Gewichtsprozent des gesamten Feststoffgehalts, ganische Verbindungen, beispielsweise Dizyandiamid Größere oder kleinere Mengen von Bindemittel kön- und Hexamethylentetramin. Wenn eine Beschichtung nen verwendet werden. Der Betrag an Bindemittel dieser Art mit Feuer in Berührung kommt, verkohlt die übersteigt jedoch gewöhnlich nicht 40 % des gesamten Beschichtung, verbrennt aber nicht so leicht, und ein Feststoffgehalts. Er unterschreitet auch nicht etwa zellularer Aufbau entsteht, der Asche und Kohle ent- 65 25 °/₀ des gesamten Feststoffgehalts merklich. Der Aushält, druck »gesamter Feststoffgehalt« bezieht sich auf die

Aus dem Buch von K a u s c h »Das chemische Gesamtsumme aller Zutaten in der Beschichtungs-

Feuerlöschwesen«, 1939, S. 6, sind Feuerlöschmittel Zusammensetzung mit Ausnahme von Wasser.