DE19546980A1 - Brandschutzelement - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Brandschutzelemente mit mindestens
zwei Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle, zwischen denen
eine Schicht aus überwiegend anorganischem Material ange
ordnet ist.
Zur Erzielung eines hohen Feuerfestwiderstandes von Brand
schutzelementen ist es bekannt, Wärmedämmlagen mit Feuer
schutzzonen aus Brandschutzmitteln zu kombinieren. Hierbei
wird die Wärmeaufnahmekapazität dadurch wesentlich erhöht,
daß bei Temperaturanstieg im Brandfalle endotherme chemi
sche Reaktionen oder Phasenumwandlungen ablaufen. Bekannt
lich bestimmt sich die Feuerwiderstandsfähigkeit nach der
Dauer, bei der bei einem vorgegebenen Temperaturanstieg auf
der heißen Seite des Brandschutzelementes die abgewandte,
kalte Seite des Brandschutzelementes unterhalb einer fest
gelegten Grenztemperatur bleibt. Nach DIN 4102 werden Feu
erwiderstandsklassen definiert, die die Standzeiten des je
weiligen Brandschutzelementes angeben, die bis zum Errei
chen der Grenztemperatur auf der kalten Seite eingehalten
werden. F30 bedeutet z. B. eine dreißigminütige Standzeit
und F90 eine neunzigminütige Standzeit.
Aufgrund der Erkenntnis, daß Mineralwolle bei derartig ho
hen Temperaturen im Brandfalle zusammensintert und daß Mi
neralwolle eine relativ geringe Wärmekapazität aufweist,
wurde in der europäischen Patentschrift EP 0 353 540 ein
Brandschutzelement vorgeschlagen, bei dem zwischen zwei aus
Mineralwalle bestehenden Lagen eine Schicht aus einem was
serabspaltenden Hydroxid und einem Bindemittel vorgesehen
ist. Das bevorzugt verwendete Aluminiumhydroxid geht bei
Erwärmung zunächst in Aluminiumaxidhydroxid über und wan
delt sich bei weiter erhöhter Temperatur in die Gammaform
des Aluminiumoxids um, wobei gleichzeitig Wasser freige
setzt wird. Die Umwandlung des Aluminiumhydroxides stellt
also eine chemische Reaktion mit stark endothermem Charak
ter dar. Bei einer Hitzeeinwirkung auf eine Seite des
Brandschutzelementes wird daher durch diese endotherme Re
aktion eine große Menge an Energie verbraucht. Desweiteren
bildet die Schicht nach ihrer Erhitzung ein dichtes Wärme
schutzschild für die dem Feuer abgewandte Dämmlage und ver
zögert somit das Zusammensintern der Dämmlage auf der kal
ten Seite.
Aufgrund des in dieser Patentschrift bevorzugt verwendeten
Bindemittels, Kieselsol, ist jedoch bei den frisch herge
stellten Brandschutzelementen eine energie- und zeitinten
sive Trocknung und Aushärtung erforderlich. In der europäi
schen Patentanmeldung EP 0 485 867 dagegen wird die Verwen
dung von Magnesiabinder als Bindemittel vorgeschlagen, wel
cher die genannten Nachteile nicht aufweist.
Es zeigt sich, daß bei Einsatz von Mineralwolleprodukten,
die eine begrenzte Temperaturbeständigkeit aufweisen, die
bekannten Brandschutzelemente nicht die gestellten Anforde
rungen der gängigen Brandschutznormen erfüllen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ganz allgemein, die
Standfestigkeit von Brandschutzelementen zu erhöhen. Insbe
sondere ist es Aufgabe der Erfindung, Brandschutzelemente
zu schaffen, die sich durch ausgezeichnete Brandschutzei
genschaften auszeichnen, obwohl die verwendeten Mineralwol
lequalitäten für sich weniger für hohe Temperaturbelastun
gen ausgelegt sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein ver
bessertes Brandschutzverhalten überraschenderweise dadurch
erzielt werden kann, daß der zwischen den Dämmlagen ange
ordneten Schicht aus anarganischem Material, organisches
Material, d. h. an sich brennbares Material, zugegeben wird.
Es war für den Fachmann mehr als überraschend, festzustel
len, daß ein brennbares Material die Brandschutzeigenschaf
ten verbessert.
Gegenstand der Erfindung ist ein Brandschutzelement mit
mindestens zwei Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle,
zwischen denen eine Schicht aus überwiegend anarganischem
Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Schicht ferner organisches Material vorliegt.
Unter Mineralwolle werden Produkte aus künstlichen Mineral
fasern verstanden.
Vorzugsweise liegt das organische Material in einer Menge
von 1 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Schicht
vor. Besonders bevorzugt wird eine Menge von 2 bis 10
Gew.-%. Bei der Zugabe einer solchen Menge hat sich ge
zeigt, daß Sintererscheinungen der Mineralwolle fast voll
ständig vermieden und die Standfähigkeit der Mineralwolle
fasern erheblich gesteigert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das arga
nische Material so beschaffen, daß es sich bei Temperaturen
in einem Bereich von 200 bis 300°C zersetzt.
Besonders vorteilhaft ist es, ein organisches Material ein
zusetzen, das bei seiner Zersetzung Crackprodukte und gege
benenfalls Kohlenstoff bildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Brandschutzelementes werden als organisches Material Poly
mere eingesetzt.
Besonders bevorzugt sind Phenolharze oder Polyvinylacetat
als organisches Material.
Von Vorteil hat sich erwiesen, als anorganisches Material
in der Schicht ein solches einzusetzen, das bei Tempera
turerhöhung Wasser abspaltet.
Als anorganisches Material der Zwischenschicht hat sich ein
wasserabspaltendes Hydroxid und ein Bindemittel als vor
teilhaft erwiesen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform verwendet Alumini
umhydroxid und einen Magnesiabinder als anorganisches Mate
rial für die Zwischenschicht.
Mineralwollen einer Zusammensetzung bei der die Differenz
zwischen der Summe der Gewichtsprozente der Oxide von Na
trium, Kalium, Calcium, Magnesium, Barium sowie gegebenen
falls Bor und dem Zweifachen der Gewichtsprozente des Alu
miniumoxides mindestens 25, vorzugsweise mindestens 40 be
trägt, sind in der Regel nicht für hohe Temperaturbelastun
gen ausgelegt. Mit vorliegender Erfindung gelingt es aber,
aus solchen Mineralwollen Brandschutzelemente herzustellen,
die ausgezeichnetes Brandverhalten aufweisen und die gefor
derten Standzeiten erfüllen.
So können zur Herstellung von Brandschutzelementen entspre
chend der vorliegenden Erfindung auch Mineralwollen mit
folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent verwendet wer
den:
SiO₂|40 bis 60 | |
Al₂O₃ | 0,5 bis 6 |
CaO | 20 bis 45 |
MgO | 5 bis 15 |
Na₂O | 3 bis 12 |
K₂O | 0 bis 10 |
Na₂O + K₂O | 3 bis 15 |
P₂O₅ | 0 bis 5 |
TiO₂, Fe₂O₃, BaO, MnO | 0 bis 5 |
oder
SiO₂|48 bis 67 | |
Al₂O₃ | 0 bis 8 |
Fe₂O₃ | 0 bis 12 |
CaO | 16 bis 35 |
MgO | 1 bis 16 |
Na₂O + K₂O | 0 bis 6,5 |
P₂O₅ | 0 bis 5 |
Mineralwolle tendiert im allgemeinen dazu, bei erhöhten
Temperaturen zusammenzusintern. Die einzelnen Fasern ver
lieren dabei ihre mechanischen Eigenschaften und schrump
fen. Werden in der Zwischenschicht allerdings organische
Stoffe eingesetzt, wirken diese erstaunlicherweise auf die
umliegenden Fasern bezüglich ihrer Temperaturbeständigkeit
positiv.
Eine mögliche Begründung für dieses Phänomen kann darin
liegen, daß das organische Material in Form von Spaltpro
dukten oder Kohlenstoff mit den an die Zwischenschicht an
grenzenden Fasern zusammentrifft und sich die Spaltprodukte
bzw. der Kohlenstoff auf der Oberfläche der Mineralwollefa
sern absetzt. Wie erste Betrachtungen ergaben, haben die
Fasern, auf denen sich diese Ablagerungen abgesetzt haben,
Kristallkeime an der Oberfläche gebildet. Ausgehend von
diesen Keimen kristallisiert die Faser wahrscheinlich durch
die Anwesenheit der organischen Spaltprodukte beeinflußt
schnell aus und es entsteht so ein Gerüst von Fasern in der
Umgebung der Zwischenschicht, das ein erhöhtes Standvermö
gen hat. Dieses Standvermögen bzw. diese Temperaturbestän
digkeit ist wahrscheinlich auf den kristallinen Aufbau der
Fasern zurückzuführen.
Eine weitere mögliche Begründung für das ideale Kristalli
sierungsverhalten der Fasern in der Nähe der Schicht könnte
eine reduzierende Atmosphäre sein, die sich aufgrund der
Reaktionen in der Zwischenschicht einstellt.
Ein besonders positiver Effekt könnte auch durch die Kombi
nation von dem Wasser, das aus dem anorganischen Material
abgespalten wird und in Dampfform vorliegt, und den Crack
gasen, die aus dem organischen Material entstehen, zustan
dekommen.
Außer den oben aufgeführten organischen Substanzen können
auch andere organische Substanzen, wie z. B. Stärke, einge
setzt werden. Bei einer Verwendung von Stärke als organi
sches Material stellt sich zwar ebenfalls das gewünschte
Ergebnis eines standfähigen, temperaturbeständigen Faserge
rüstes in der Nähe der Zwischenschicht ein, der in die Zwi
schenschicht einzugebende Prozentsatz des organischen Mate
rials ist allerdings höher. Ein Grund hierfür könnte sein,
daß ein solches organisches Material bereits bei Temperatu
ren unterhalb von 200°C verbrennt.
Vorzugsweise besteht die Zwischenschicht aus einem wasser
abscheidenden anorganischen Material und einem organischen
Mittel, das sich bei Temperaturen zwischen 200 und 300°C
zersetzt. Bei dieser Kombination treten der durch die Zer
setzung des anorganischen Materials entstehende Wasserdampf
und die Spaltprodukte gleichzeitig auf, wodurch wahrschein
lich eine gleichmäßige Bedampfung der angrenzenden Fasern
erzielt wird.
Es hat sich gezeigt, daß Wasserdampf und Spaltprodukte be
vorzugt dann gleichzeitig auftreten, wenn die dem Feuer zu
gewandte Oberfläche der ersten Dämmlage eine Temperatur von
ca. 700 bis 800°C aufweist.
Bei der Auswahl der anorganischen und organischen Materia
lien, die für die Zwischenschicht verwendet werden, sind
sowohl kommerzielle Aspekte als auch das Verhalten der Ma
terialien bei erhöhten Temperaturen zu berücksichtigen.
Während sich das Material Phenolharz aufgrund seines nied
rigen Preises anbietet, kann bei Verwendung von Polyvinyl
acetat zusätzlich eine gewisse Elastizität der Zwischen
schicht erreicht werden. Beim Einsatz von Polyvinylacetat-
Kleber können allerdings Blasen auf der Zwischenschicht
entstehen. Es hat sich aber gezeigt, daß durch Aufbringen
eines Glasflieses auf die Masse der Zwischenschicht die
Bildung von Blasen verhindert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Beispielen
näher beschrieben.
Es wurde eine Mineralwolle mit folgender Zusammensetzung in
Gewichtsprozent verwendet:
Das Material der Zwischenschicht wies in beiden Beispielen
folgende Zusammensetzung auf:
72,76% Aluminiumhydroxid
9,1% Bittersalz
9,1% Magnesiumoxid
9,1% Vinylacetat/Maleinat.
72,76% Aluminiumhydroxid
9,1% Bittersalz
9,1% Magnesiumoxid
9,1% Vinylacetat/Maleinat.
In dem jeweiligen Beispiel wurden je zwei Dämmlagen aus Mi
neralwolle aus oben genannter Zusammensetzung mit einer da
zwischen angeordneten Schicht aus oben beschriebenem Mate
rial wurden als Proben einem Brandversuch unterzogen.
Die jeweils 64 mm dicken Brandschutzelemente wurden verti
kal in einen Prüfofen eingebaut und einseitig mit einem
Gasbrenner (Erdgas/Luft) auf dem Brandprüfstand beheizt.
Die Temperaturführung wurde nach der Einheitstemperaturkur
ve gemäß DIN 4102 durchgeführt. Während des Versuches wur
den an der feuerabgekehrten Seite der Proben Temperaturmes
sungen vorgenommen, die folgende Ergebnisse lieferten:
Erstaunlicherweise zeigte sich, daß die Platten nach dem
Ausbau nach Versuchsabschluß bei Beispiel 1 eine Dicke von
72 mm und bei Beispiel 2 eine Dicke von 73 mm aufwies, d. h.
um 8 bzw. 9 mm aufgegangen waren. Desweiteren zeigten die
Proben keinerlei Sintererscheinungen, wie z. B. Kavernen in
nerhalb der Mineralwollplatten.
Die geprüften Platten erfüllten mit 76 K bzw. 82 K nach 90
Minuten Prüfdauer die Anforderung gemäß Zulassung.
Aus weiteren Versuchen hat sich ergeben, daß eine Absenkung
der Zugabe von organischem Material bis auf 2 Gew.-% erfol
gen konnte, ohne daß Sintererscheinungen auftraten. Wurde
die organische Substanz in Mengen von weniger als 2 Gew. -%
zugegeben, kannten bereits Kavernen in der Dämmlage festge
stellt werden.
Aufgrund der hervorragenden Temperaturbeständigkeitseigen
schaft des erfindungsgemäßen Brandschutzelementes ist die
ses besonders zum Einsatz in beispielsweise Brandschutztü
ren oder anderen brandhemmenden Vorrichtungen geeignet.
Claims (12)
1. Brandschutzelement mit mindestens zwei Dämmlagen aus
gebundener Mineralwolle, zwischen denen eine Schicht
aus überwiegend anorganischem Material angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Schicht ferner or
ganisches Material vorliegt.
2. Brandschutzelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Schicht organisches Material in
einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10
Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Schicht vor
liegt.
3. Brandschutzelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein organisches Material eingesetzt
wird, das sich bei Temperaturen im Bereich von 200 bis
300°C zersetzt.
4. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein organisches Material
eingesetzt wird, das sich zu Crackprodukten und gege
benenfalls Kohlenstoff zersetzt.
5. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Material
Polymere eingesetzt werden.
6. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Material
Phenolharze oder Polyvinylacetat eingesetzt wird.
7. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Material
ein solches eingesetzt wird, das bei Temperaturerhö
hung Wasser abspaltet.
8. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Material
ein wasserabspaltendes Hydroxid und ein Bindemittel
eingesetzt wird.
9. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Material
Aluminiumhydroxid und ein Magnesiabinder eingesetzt
werden.
10. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle eine Zu
sammensetzung aufweist, bei der die Differenz zwischen
der Summe der Gewichtsprozente der Oxide von Natrium,
Kalium, Calcium, Magnesium, Barium sowie gegebenen
falls Bar und dem Zweifachen der Gewichtsprozente des
Aluminiumoxides mindestens 25, vorzugsweise mindestens
40 beträgt.
11. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle folgende
Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist:
SiO₂|40 bis 60
Al₂O₃ 0,5 bis 6
CaO 20 bis 45
MgO 5 bis 15
Na₂O 3 bis 12
K₂O 0 bis 10
Na₂O + K₂O 3 bis 15
P₂O₅ 0 bis 5
TiO₂, Fe₂O₃, BaO, MnO 0 bis 5
12. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle folgende
Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist:
SiO₂|48 bis 67
Al₂O₃ 0 bis 8
Fe₂O₃ 0 bis 12
CaO 16 bis 35
MgO 1 bis 16
Na₂O + K₂O 0 bis 6,5
P₂O₅ 0 bis 5
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19546980A DE19546980C2 (de) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | Brandschutzelement |
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DE19546980A1 true DE19546980A1 (de) | 1997-06-19 |
DE19546980C2 DE19546980C2 (de) | 1999-08-19 |
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