DE19546980C2

DE19546980C2 - Brandschutzelement

Info

Publication number: DE19546980C2
Application number: DE19546980A
Authority: DE
Inventors: Hans Kummermehr
Original assignee: Gruenzweig und Hartmann AG
Current assignee: Saint Gobain Isover G+H AG
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2015-12-16
Also published as: DE19546980A1

Description

Die Erfindung betrifft Brandschutzelemente mit mindestens zwei Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle, zwischen denen eine Schicht aus überwiegend anorganischem Material, wel ches bei Temperaturerhöhung Wasser abspaltet, angeordnet 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 B1 ein Brandschutzelement vorgeschlagen, bei dem zwischen zwei aus Mineralwolle bestehenden Lagen eine Schicht aus einem was serabspaltenden Hydroxid und einem Bindemittel vorgesehen ist. Das bevorzugt verwendete Aluminiumhydroxid geht bei Erwärmung zunächst in Aluminiumoxidhydroxid 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 A2 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 zwischen der zwischen den Dämmla gen angeordneten Schicht aus anorganischem Material und den Dämmlagen ein Glasvlies vorgesehen ist und ferner ein orga nisches Material, d. h. an sich brennbares Material. Es war für den Fachmann mehr als überraschend, festzustellen, daß ein brennbares Material die Brandschutzeigenschaften ver bessert.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brandschutzelement mit mindestens zwei Dämmmlagen aus gebundener Mineralwolle, zwischen denen eine Schicht aus überwiegend anorganischem Material, nämlich ein anorganisches Material, das bei Tem peraturerhöhung Wasser abspaltet, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schicht aus überwiegend anorganischem Material und den Dämmlagen ein Glasvlies vor gesehen ist und ferner ein organisches Material vorliegt, das sich beim Erhitzen zu Spaltprodukten zersetzt, die sich auf der Oberfläche der an die Schicht aus überwiegend anor ganischem Material angrenzenden Mineralwolle absetzen und die Kristallisation der Mineralwolle beschleunigen.

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 orga 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 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.

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 gleichzeitg 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

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 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, konnten 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

1. Brandschutzelement mit mindestens zwei Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle, zwischen denen eine Schicht aus überwiegend anorganischem Material, nämlich ein anorganisches Material, das bei Temperaturerhöhung Wasser abspaltet, angeordnet ist, dadurch gekennzeich net, daß zwischen der Schicht aus überwiegend anorga nischem Material und den Dämmlagen ein Glasvlies vor gesehen ist und ferner ein organisches Material vor liegt, das sich beim Erhitzen zu Spaltprodukten zer setzt, die sich auf der Oberfläche der an die Schicht aus überwiegend anorganischem Material angrenzenden Mineralwolle absetzen und die Kristallisation der Mi neralwolle beschleunigen.

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 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 wasserabspaltendes Hydroxid und ein Bindemittel eingesetzt wird.

8. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganisches Material Aluminiumhydroxid und ein Magnesiabinder eingesetzt werden.

9. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 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 Bor und dem Zweifachen der Gewichtsprozente des Aluminiumoxides mindestens 25, vorzugsweise mindestens 40 beträgt.

10. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.

11. Brandschutzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.