DE19706743A1

DE19706743A1 - Feuerbeständiges Stoffgemenge

Info

Publication number: DE19706743A1
Application number: DE1997106743
Authority: DE
Inventors: Manfred Sterrer; Johannes Baumgartner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1997-10-30
Also published as: CH691541A5; AT405409B; ATA34096A

Description

Die Erfindung betrifft ein feuerbeständiges Stoffgemenge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft weiters einen Formkörper, welcher durch Aushärtung des erfindungsgemäßen Stoffgemenges erhältlich ist sowie einen feuerfesten Gegenstand bzw. Bauteil, insbesondere eine Brandschutztür mit einer vorzugsweise metallischen Ummantelung, die als feuerfeste Füllung einen aus dem erfindungsgemäßen Stoffgemenge erhältlichen Formkörper enthält.

Feuerfeste Formkörper oder Füllungen für Gegenstände und Bauteile im Brandschutzbereich, wie z. B. Türen, Paneele oder Deckenkorsetten sind bekannt. Zumeist werden diese Formkörper durch Aushärtung eines Stoffgemenges aus im wesentlichen anorganischen feuerfesten Füllstoffen und Bindemitteln hergestellt.

Die Funktion der Füllstoffe besteht dabei im wesentlichen einerseits in einer flammhemmenden, andererseits in einer wärmeisolierenden Wirkung.

Die Funktion des Bindemittels besteht im wesentlichen darin, Bindungen im Gefüge des Stoffgemenges aufzubauen, welche bei einer Brandbeanspruchung eine Stabilität des feuerfesten Formkörpers gewährleisten sollen. Die Stabilisierung des Gefüges des Formkörpers durch die aufgrund des Einsatzes des Bindemittels vorhandenen Bindungen wird beim Übergang zu hohen Temperaturen durch die Stabilisierung aufgrund der Sinterung der Bestandteile des Formkörpers ergänzt.

Als Füllstoffe sowie Bindemittel für feuerfeste Materialien sind z. B. aus W. Schulle "Feuerfeste Werkstoffe", 1. Auflage Dt. Verlag für Grundstoffindustrie 1990 sowie den EP-A 0 136 378, EP-A 0 147 390 und der DE-A 42 12 229 Systeme basierend auf Phosphaten, insbesondere Monoaluminiumphosphat Al(H₂PO₄)₃, Silikaten, z. B. Natrium-, Kalium- oder Lithiumsilikate, Oxiden, insbesondere Calcium- und Magnesiumoxid, Schamotte, Mullit, Kaolin und Ton bekannt, welche als weitere Bestandteile z. B. Perlite, Glimmer, Talk, Calciumsilikate (z. B. Wollastonit), Quarz, Cristobalit oder Kieselgur enthalten können. Als flammhemmende Substanzen werden z. B. die Hydroxide von Aluminium und Magnesium sowie Borsäure bzw. Borax eingesetzt.

Die Wirksamkeit dieser Systeme beruht auf einem jeweils abgestimmten Zusammenhang von chemischen, hydraulischen und/oder hydrothermalen Bindungen, wobei die genaue Zusammensetzung der Systeme vom Fachmann je nach der Anforderung an den resultierenden Formkörper angepaßt werden kann.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Formkörpern bestehen darin, daß die Einzelkomponenten zu einem zumeist flüssigen Stoffgemenge vermischt werden, welches unter Ablauf chemischer Reaktionen in einer Form aushärtet. Für zahlreiche Anwendungen ist es weiters zur Erzielung einer hohen Porosität notwendig, Treibmittel wie z. B. Peroxide, Perborate, Carbonate, Kohlendioxid o. ä. zum Stoffgemenge zu mischen.

An solcherart hergestellte Formkörper werden bei der Anwendung in feuerfesten Gegenständen bzw. Bauteilen hohe Anforderungen gestellt. Wesentlich ist dabei nicht nur die Resistenz gegen die hohen, bei Bränden entstehenden Temperaturen, sondern auch, daß während der Brandbeanspruchung die mechanische Festigkeit des Formkörpers nicht zu stark abfällt. Andererseits muß der Formkörper auch bei längerer Brandbeanspruchung eine gewisse Elastizität aufweisen, da es sonst aufgrund der auftretenden Spannungen zu Rißbildungen bzw. zum Bruch des Formkörpers und damit zum Durchtritt hoher Temperaturen kommen kann.

Dies trifft insbesondere bei feuerfesten Gegenständen bzw. Bauteilen, z. B. Brandschutztüren zu, welche aus einer aus einer Schale und einem Deckel bestehenden, z. B. im wesentlichen metallischen Ummantelung oder z. B. aus einem umlaufenden Rahmen, welcher mit jeweils zwei Deckeln geschlossen werden kann sowie einer feuerfesten Füllung aufgebaut sind. In solchen Türen muß die Füllung bei einer Brandbeanspruchung nicht nur den Wärmedurchgang von der Brandseite auf die brandabgewendete Seite verhindern, sondern auch in der Lage sein, die aufgrund der thermischen Belastung entstehenden Verformungen der Metallummantelung auszugleichen, ohne daß über die gesamte Füllstärke durchgehende Risse in der Füllung auftreten.

Es hat sich dabei auch gezeigt, daß sich bei Formkörpern des Standes der Technik aus rein anorganischen Bestandteilen bei der Trocknung des porösen Formkörpers, welche im wesentlichen bei Temperaturen unter 100°C stattfindet, bei Stellen, an welchen höhere Spannungen auftreten, oftmals Scheuerstellen mit Materialabrieb ausbilden, was naturgemäß die Festigkeit des Formkörpers vermindert.

Zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit von feuerfesten Formkörpern ist es bekannt, im Formkörper Bewehrungen vorzusehen, welche oftmals aus Fasermaterialien bzw. Vliesen, wie z. B. anorganischen Keramik-, Glas- oder Mineralfasern oder aus organischen Fasern bestehen. Der Nachteil von organischen Fasern ist, daß sie aufgrund ihrer Brennbarkeit im Brandfall die mechanische Festigkeit nur bedingt aufrechterhalten können. Anorganische Fasermaterialien hingegen sind oftmals teuer oder stehen teilweise wie z. B. im Falle von Asbestfasern unter dem Verdacht, gesundheitsschädigende Wirkungen zu zeigen. Auch eine umweltgerechte Entsorgung dieser Materialien erweist sich oftmals als schwierig.

Um die Bildung durchgehender Risse im Formkörper zu vermeiden, ist es weiters bekannt, den Formkörper schichtartig aus verschiedenen Lagen aufzubauen, so daß bei der Entstehung von Rissen die Rißlänge im wesentlichen auf die Breite einer Schicht beschränkt bleibt. Solche Laminate sind jedoch in der Herstellung erheblich aufwendiger als Formkörper, welche nur aus einer Schicht feuerfesten Materials bestehen.

Die DE 35 34 706 A1 beschreibt nichtbrennbare oder schwerentflammbare Leichtmassen, welche aus anorganischen Stoffen und zwar aus expandierten Phyllosilikaten, wie aus expandiertem Vermiculit, oder aus expandierten Naturgläsern, wie expandiertem Perlit, oder aus natürlichen oder synthetischen, kapillaraktiven, inerten Stoffen wie Kieselgur, Kieselsäure und aus geringen Mengen organischer und/oder anorganischer Bindemittel, die eine Verklebung der Mineralpartikel auf ihrer äußeren Oberfläche bewirken und gegebenenfalls aus einer geringen Menge eines schaumbildenden Mittels sowie gegebenenfalls aus einer Restmenge Wasser aus der Schaumbildung besteht.

Die Leichtmassen gemäß der DE 35 34 706 A1 sind in der Lage, auftretende Stoßenergien unter elastischer und/oder bleibender Verformung aufzunehmen und besitzen eine kapillare Aufnahmefähigkeit für Flüssigkeiten zwischen 40 und 70 Volumen-%, auf das Volumen der trockenen Leichtmasse gerechnet.

Die PCT-WO 91/16403 beschreibt ein Brandschutzmittel und dessen Verwendung, welches wenigstens ein Dehydrisierungsmittel und ein Kohlehydrat oder eine Stärke als Bindemittel enthält. Dieses Brandschutzmittel wird zur Beimengung als Füllstoff in Kunststoffen, insbesondere in Polyurethanen verwendet.

Diese bekannten Stoffgemenge bzw. daraus hergestellten Formkörper eignen sich jedoch nicht zur Herstellung von feuerfesten Gegenständen bzw. Bauteilen, welche den oben angeführten hohen Anforderungen an Festigkeit und Elastizität bei Brandbeanspruchungen genügen sollen.

Die Leichtmassen der DE 35 34 706 A1 nehmen Stoßenergien unter elastischer oder bleibender Verformung auf, sind also demgemäß bereits bei einer Beanspruchung unter Nicht-Brandbedingungen verformbar. Solche Gemenge wären für die Füllung z. B. einer Brandschutztür ungeeignet.

Die in der DE 35 34 706 A1 angeführten anorganischen Füllstoffe wie expandierter Perlit oder Vermiculit sind sehr stark wasseraufnahmefähig, sofern z. B. Perlit nicht durch eine Verfahrenstechnik porengeschlossen gefertigt wird bzw. beim Vermiculit die Wasserkapillarwirkung organisch unterbunden wird.

Die in der DE 35 34 706 A1 aufgeführte organische Komponente wirkt als Bindemittel, d. h. sie zeigt bereits bei Nicht-Brandbedingungen quellendes Verhalten und führt daher zu einer Bindung zwischen den anderen Komponenten der Leichtmasse.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik ein feuerfestes Stoffgemenge zur Herstellung von Formkörpern bzw. Füllungen durch Aushärtung zur Verfügung zu stellen, dessen Zusammensetzung es ermöglicht, daß der aus dem Stoffgemenge hergestellte Formkörper im Brandfall nicht nur ausreichende mechanische Festigkeit, sondern auch ausreichende Elastizität aufweist, so daß die Bildung durchgehender Risse bzw. ein Bruch des Formkörpers vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein feuerfestes Stoffgemenge gelöst, welches neben den aus dem Stand der Technik bekannten anorganischen Füllstoffen und Bindemitteln in einem Gewichtsanteil von 0,1 Gew.-% bis 30 Gew.-% eine organische Komponente aus der Gruppe der Mono-, Di-, Oligo- oder Polysaccharide, der Polyvinylalkohole oder Caseine, Johannesbrotkernmehl, Gelatine oder Knochenmehl und als Füllmittel Talk in einem Gewichtsanteil von 1 Gew.-% bis 70 Gew.-% und/oder Schamotte in einem Gewichtsanteil von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% enthält.

Aus der Gruppe der Mono-, Di- , Oligo- bzw. Polysaccharide werden bevorzugt Cellulose, Cellulosederivate, z. B. Methylcellulose, Stärke, Xylane, Alginate, Sorbite, Xanthankautschuke oder Agar-Agar eingesetzt.

Es hat sich gezeigt, daß aufgrund der Anwesenheit einer organischen Komponente aus der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gruppe beim Aushärten des erfindungsgemäßen Stoffgemenges Formkörper entstehen, welche die oben gestellten Forderungen einer ausreichenden mechanischen Festigkeit und gleichzeitigen Elastizität erfüllen. Es hat sich weiters gezeigt, daß durch die Wirkung dieser organischen Komponente auf den Einsatz von teuren bzw. teilweise sogar gesundheitlich bedenklichen anorganischen Fasermaterialien zur Stärkung des Formkörpers verzichtet werden kann.

Diese erfindungsgemäße Lehre steht durchaus im Widerspruch zur Lehre des Standes der Technik, demgemäß der Einsatz organischer Substanzen in feuerfesten Materialien aufgrund ihrer Brennbarkeit nicht empfohlen wird.

Es hat sich aber gezeigt, daß die erfindungsgemäß eingesetzten organischen Komponenten offensichtlich zunächst im Normalzustand aufgrund einer Eigenquellung eine Plastifizierung des Formkörpers bewirken. Im Brandfall tritt offensichtlich eine weitere Plastifizierung der organischen Komponente auf, so daß bis zum Erreichen hoher Temperaturen die Struktur des Formkörpers erhalten bleibt und gleichzeitig aufgrund der Plastifizierung der organischen Komponente im Formkörper eine gewisse Elastizität gewährleistet wird, wodurch Spannungen z. B. aufgrund der Verformungen anliegender Materialschichten weitgehend kompensiert werden können.

Dieser Effekt ist sogar bei Temperaturen beobachtbar, bei denen die erfindungsgemäß eingesetzten organischen Komponenten normalerweise bereits starkes Zersetzungsverhalten aufweisen bzw. beginnen abzubrennen.

Darüberhinaus wird durch die Verwendung von Talk und/oder Schamotte als Füllmittel erreicht, daß dem Stoffgemenge nach der Aushärtung jene Festigkeit verliehen wird, die zu einer Verwendung z. B. als Füllung für eine Brandschutztür benötigt wird.

Mit Talk läßt sich auf Grund einer Durchschnittskorngröße von 2 µm bis 800 µm die Homogenität des Trockengemisches steuern, d. h. es findet kein Entmischen der eventuell größeren Korngrößen von weiter enthaltenen Füllmitteln wie z. B. Perlit statt, so daß die größeren Kornanteile dieser weiteren Füllmittel im nach der Aushärtung resultierenden Formkörper gleichmäßig verteilt sind.

Eine weitere vorteilhafte Wirkung des Einsatzes von Talk, welcher ein Magnesiumsilikat ist, im erfindungsgemäßen Stoffgemenge besteht darin, daß der Magnesiumanteil des Talks zur Härtung der anorganischen Bindemittel, z. B. Monoaluminiumphosphat herangezogen werden kann.

Die erfindungsgemäß zusammen mit oder alternativ zu Talk eingesetzte Schamotte bewirkt im Zusammenhang mit der organischen Komponente ähnliche Vorteile wie Talk. Die Schamotte sind durch den gebrannten Zustand jedoch inert, d. h. sie werden im Brandfall nicht bzw. erst ab höheren Temperaturen von mehr als 1200°C (abhängig vom Schamotte-Typ) in die stattfindenden chemischen Reaktionen eingebunden.

Die Schamotte wirkt weiters sowohl während der Aushärtung als auch während des Brandfalles einer Schrumpfung entgegen.

Vorzugsweise ist die organische Komponente in einem Anteil von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 8 Gew.-% bis 12 Gew.-% enthalten.

Vorzugsweise beträgt der Gewichtsanteil an Talk im erfindungsgemäßen Stoffgemenge von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 Gew.-% bis 10 Gew.-%.

Vorzugsweise beträgt auch der Gewichtsanteil an Schamotte im erfindungsgemäßen Stoffgemenge von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 5 Gew.-% bis 10 Gew.-%.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoffgemenges ist dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt im Stoffgemenge so eingestellt ist bzw. soviel Flüssigkeitsgehalt vorgesehen ist, daß nach der Aushärtung des Stoffgemenges im entstehenden Formkörper ein Restanteil an freiem, ungebundenem Wasser von bis zu 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% vorhanden bleibt.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß ein gewisser Restanteil an freiem Wasser im ausgehärteten Formkörper die Wirkung der organischen Komponente weiter verstärkt. Diese Restfeuchtigkeit wird von der organischen Komponente im Brandfall bei erhöhter Temperatur zunächst adsorbiert, was zu einer weiteren Quellung und Plastifizierung, weiters jedoch auch dazu führt, daß ein Abbrand der organischen Komponente erst bei höheren Temperaturen stattfindet.

Der notwendige Wassergehalt im Stoffgemenge, um den bevorzugten Restanteil an Feuchtigkeit im Formkörper zu erreichen, kann vom Fachmann anhand des eingesetzten anorganischen Systems und der Aushärtungsbedingungen leicht eingestellt werden. Der Feststoffgehalt im Stoffgemenge kann in vorteilhafter Weise z. B. 40 Gew.-% bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 68 Gew.-% bis 72 Gew.-% betragen.

Bei hohen Feuchtigkeitsgehalten im resultierenden Formkörper kann der Fachmann weiters Maßnahmen zur Konservierung der eingesetzten organischen Komponente gegen eine zu hohe Feuchtigkeitsaufnahme unter Normalbedingungen vorsehen.

Die Plastifizierung des Formkörpers aufgrund der Quellung der organischen Komponente wird auch aufrechterhalten, wenn bei höheren Temperaturen gebundenes Wasser aus der anorganischen Matrix des Formkörpers freigesetzt wird.

Es hat sich dabei gezeigt, daß ca. 25% bis 40% des z. B. in Hydroxiden oder Hydraten gebundenen Wassers im Brandfall frei wird und daher eine weitere Plastifizierung der organischen Komponente bewirkt.

In bevorzugter Weise wird als organische Komponente Stärke eingesetzt.

In weiters bevorzugter Weise enthält das Gemenge mehrere, vorzugsweise zwei organische Komponenten.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch die Auswahl zweier Komponenten aus der erfindungsgemäß vorgesehenen Gruppe von Substanzen eine weitere Erhöhung der Wirksamkeit erzielt werden kann.

Bevorzugt wird auch im Falle des Einsatzes mehrerer Komponenten als eine der organischen Komponenten Stärke eingesetzt, wobei das Gewichtsverhältnis der eingesetzten Stärke zu den anderen organischen Komponenten bezogen auf den Feststoff größer als 1 : 1, vorzugsweise größer als 10 : 1, besonders bevorzugt größer als 50 : 1, ist.

Insbesondere als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, als zweite organische Komponente ein Alginat einzusetzen. So wurden hervorragende Ergebnisse beim Einsatz von Stärke und Alginaten, z. B. Natriumalginat als organische Komponenten erzielt.

Das Alginat wird hierbei bevorzugt in einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt an Alginat von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% eingesetzt. Solche wäßrigen Lösungen von Alginat weisen eine hohe Viskosität auf.

Die Wahl der den Hauptbestandteil des erfindungsgemäßen Stoffgemenges bildenden anorganischen Füllstoffe und Bindemittel ist für den Fachmann je nach dem an den resultierenden Formkörper gestellten Anforderungsprofil zu treffen. Es sind dabei jegliche Kombinationen der aus dem Stand der Technik bekannten anorganischen Substanzen denkbar.

Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, im erfindungsgemäßen Stoffgemenge als Bindemittel bzw. als Teil desselben Monoaluminiumphosphat vorzusehen, wobei vorzugsweise das Monoaluminiumphosphat im Stoffgemenge in einem Anteil von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% enthalten ist.

Vorzugsweise wird dabei, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, das Monoaluminiumphosphat in einer wäßrigen Lösung, welche vorzugsweise 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Monoaluminiumphosphat enthält, eingesetzt.

Damit wird insbesondere bereits zusätzliches freies Wasser eingebracht, welches die Wirkung der organischen Komponente im ausgehärteten Formkörper verstärkt.

Das Monoaluminiumphosphat kann jedoch auch in festem Zustand in das Gemenge eingemischt werden.

In weiters vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Stoffgemenge dadurch gekennzeichnet, daß im Stoffgemenge zumindest ein Hydroxid eines der Elemente Magnesium, Aluminium, Calcium oder ein Hydrat einer Boratmineralie in einem Anteil von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% enthalten ist.

Diese Hydroxide entfalten einerseits, wie an sich bekannt, eine flammhemmende Wirkung. Sie setzen jedoch bei der thermischen Beanspruchung im Brandfall wie bereits weiter oben beschrieben insbesondere Wasser frei, was die Plastifizierung der organischen Komponente unterstützt und dazu führt, daß der Abbrand der organischen Komponente noch weiter verzögert werden kann.

Weiters hat sich für das Aufrechterhalten der mechanischen Festigkeit als günstig erwiesen, wenn im erfindungsgemäßen Stoffgemenge ein Perlit in einem Anteil von 1 Gew.-% bis 70 Gew.-%, enthalten ist.

Die Wahl des Gehaltes an Perlit richtet sich insbesondere danach, ob das Stoffgemenge mit einem Treibmittel aufgeschäumt wird oder ohne Treibmittel aushärtet. Im Falle des Aufschäumens beträgt der Perlitgehalt vorzugsweise bis ca. 30 Gew.-%, im Falle, daß der Formkörper ohne Aufschäumen ausgehärtet wird, bis zu 70 Gew.-%.

In vorteilhafter Weise enthält das erfindungsgemäße Stoffgemenge weiters zumindest einen weiteren anorganischen Bestandteil aus der Gruppe von Colemanit, Petalit oder Nephelin.

Colemanit, ein Calcium-hältiges Borat, Petalit, ein Lithium- Aluminium-Silikat und Nephelin, ein Alumosilicat, weisen innerhalb der anorganischen Matrix des Stoffgemenges einen vorteilhaften Effekt auf und verstärken weiters die Wirkung der erfindungsgemäß eingesetzten organischen Komponente.

Soll aus dem Stoffgemenge ein geschäumter Formkörper hergestellt werden, so kann als Treibmittel bevorzugt Wasserstoffperoxid in einer wäßrigen Lösung (3-40%) eingesetzt werden. Der Gewichtsanteil dieser Lösung im Stoffgemenge kann 0,5 Gew.-% bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 0,8 Gew.-% bis 3 Gew.-% betragen. Weiters wird vorzugsweise ein Trockenstoff, welcher den Zerfall einleitet, z. B. Kaliumpermanganat oder Eisen(II)-Sulfat in katalytischen Mengen von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% zugegeben.

Je stärker der entstehende Formkörper geschäumt ist, desto niedriger wird seine Feuerfestigkeit. Die gewünschte Feuerfestigkeit richtet sich dabei nach dem Anwendungszweck.

In einer bevorzugten Ausführungsform stellt sich die Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen feuerfesten Stoffgemenges wie folgt dar:


Gewichtsanteile (Gew.-%)
Monoaluminiumphosphat 50% in H₂O
20-60 (Lösung)
Magnesiumoxid	2-30
Borsäure	1-20
Aluminiumhydroxid	1-30
Perlit	1-70
Talk	1-70
Stärke	1-20
Alginat (0,6% in H₂O)	1-20 (Lösung)
Wasser	1-20
sowie als Treibmittel z. B. Wasserstoffperoxid (3-40% in H₂O)	0,5-35, vorzugsweise 0,8-3
Kaliumpermanganat	0,1-10, vorzugsweise 0,2-0,8

Eine alternative bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoffgemenges weist die folgende Zusammensetzung auf:


Gewichtsanteile (Gew.-%)
Monoaluminiumphosphat 50% in H₂O
20-60 (Lösung)
Magnesiumoxid	2-30
Borsäure	1-20
Hydrat von Boratmineralie	1-50
Perlit	1-70
Schamotte	1-50
Kaolin	1-50
Colemanit	1-50
Calciumsilikat	1-50
Alginat (0,6% in H₂O)	1-20 (Lösung)
Wasser	1-20
sowie als Treibmittel z. B. Wasserstoffperoxid (3-40% in H₂O)	0,5-35, vorzugsweise 0,8-3
Kaliumpermanganat	0,1-10, vorzugsweise 0,2-0,8

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoffgemenges weist die folgende Zusammensetzung auf:


Gewichtsanteile (Gew.-%)
Monoaluminiumphosphat 50% in H₂O
20-60 (Lösung)
Magnesiumoxid	2-30
Hydrat von Boratmineralie	1-50
Magnesiumhydroxid	1-30
Perlit	1-70
Schamotte	1-50
Kaolin	1-50
Petalit	1-50
Calciumsilikat	1-50
Johannesbrotkernmehl (0,6% in H₂O)	1-20 (Lösung)
Alginat (0,6% in H₂O)	1-20 (Lösung)
Wasser	1-20
sowie als Treibmittel z. B. Wasserstoffperoxid (3-40% in H₂O)	0,5-35, vorzugsweise 0,8-3
Kaliumpermanganat	0,1-10, vorzugsweise 0,2-0,8

Durch eine Aushärtung des erfindungsgemäßen Stoffgemenges kann, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, ein feuerbeständiger Formkörper erhalten werden, welcher insbesondere für Türen, Paneele und Deckenkorsetten verwendbar ist.

Bei dieser Aushärtung finden insbesondere beim Einsatz von Monoaluminiumphosphat als Bindemittel zahlreiche komplizierte chemische Reaktionen statt. Die Aushärtungsreaktionen sind zum Großteil exotherm. Durch die Zufuhr zusätzlicher Wärme bzw. Kühlung kann die zum Aushärten benötigte Zeit gesteuert werden. Steuerbar ist das Aushärten weiters durch die Variation des Verhältnisses der Gewichtsanteile der anorganischen Bestandteile, z. B. Monoaluminiumphosphat, Magnesiumoxid und Magnesiumhydroxid, bzw. wahlweise durch den Einsatz von Carbonaten.

Vorteilhaft ist es, wenn, wie bereits oben beschrieben, im erfindungsgemäßen Formkörper nach der Aushärtung eine Restfeuchtigkeit von bis zu 30 Gew.-% freies H₂O erhalten bleibt.

Dies kann insbesondere dann erreicht werden, wenn die Aushärtung unter Bedingungen durchgeführt wird, bei welchen freies Wasser praktisch nicht entweichen kann, so z. B. beim Aushärten in einer geschlossenen Form.

Weitere erhebliche Mengen an Wasser befinden sich insbesondere beim Einsatz des teilweise unter Polykondensationsreaktionen abreagierenden Monoaluminiumphosphates in gebundener Form in der anorganischen Matrix des Formkörpers bzw. auch in den im Formkörper gegebenenfalls enthaltenen Hydroxiden.

Der entstandene erfindungsgemäße Formkörper kann ein Rohgewicht von 80 kg/m³ bis 1000 kg/m³ aufweisen.

Der erfindungsgemäße Formkörper eignet sich hervorragend zum Einsatz in zahlreichen Anwendungsgebieten, bei welchen feuerfeste Formkörper bzw. Füllungen benötigt werden.

Die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäß vorgesehenen organischen Komponente entfaltet sich in hervorragender Weise, wenn der erfindungsgemäße Formkörper als Füllmaterial in einem feuerfesten Gegenstand bzw. Bauteil, insbesondere einer Brandschutztür mit einer vorzugsweise metallischen Ummantelung eingesetzt wird.

Es hat sich gezeigt, daß Brandschutztüren, welchen einen Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten, Brandschutztüren mit rein anorganischen Füllungen in bezug auf das Brandverhalten überlegen sind bzw. im Vergleich zu aufwendiger hergestellten Brandschutztüren, welche z. B. Laminate oder faserverstärkte Füllung enthalten, gleichwertige Eigenschaften aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung einer Füllung für eine Brandschutztür wurden 45 Gewichtsteile einer 50%igen wässerigen Lösung von Monoaluminiumphosphat (Gehalt an Al₂O₃ ca. 8%, Gehalt an P₂O₅ ca. 35%)
10 Gewichtsteile Magnesiumoxid
2 Gewichtsteile Borsäure
5 Gewichtsteile Aluminiumhydroxid
8 Gewichtsteile Perlit
6 Gewichtsteile Talk
8 Gewichtsteile Schamotte
1 Gewichtsteil Ton
5 Gewichtsteile Stärke
3 Gewichtsteile Wasser und
2 Gewichtsteile Treibmittel (Wasserstoffperoxid 35% wäßrige Lösung mit KMnO₄ als Katalysator)
in einem Rührbehälter vermischt. Nach ca. einer halben Minute Rührzeit wurden
5 Gewichtsteile einer 0,6%igen Lösung von Natriumalginat
zugemischt.

Die entstandene flüssig-pastöse Mischung wurde in eine den Teil einer Brandschutztür bildende Metallschale eingefüllt, welche mit einem den anderen Teil der Tür bildenden Metalldeckel verschlossen wurde.

Diese verschlossene Metallummantelung wurde 10 min bei 40°C gehalten. Dabei fanden Aushärtungsreaktionen statt, so daß nach Ablauf der 10 Minuten die Füllung bereits formstabil war. Nach weiteren ca. 2 Stunden war die Tür samt Füllung verarbeitungsfähig.

Die Füllung der Tür wies nach erfolgter Aushärtung folgende Eigenschaften auf (Meßwerte nach 48 h):
Wassergehalt: ca. 22%
Mechanische Werte: Druckfestigkeit 235 N/cm² Schraubenzugwerte (Sparks-Gewinde 5 × 60 mm, Einschraubtiefe 50 mm): 15,5 kg
Rohgewicht: ca. 330 kg
Schäumungsfaktor: 2,3.

Beispiele 2-4

Es wurden nach den Herstellungsbedingungen gemäß Beispiel 1 Brandschutztüren hergestellt. Die jeweiligen Zusammensetzungen der eingesetzten Stoffgemenge sind nachfolgend aufgeführt:

Die Füllungen der Türen wiesen nach erfolgter Aushärtung folgende Eigenschaften auf (Meßwerte nach 48 h):

Die gemäß den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Türen wurde einem Brandtest nach den Ö-Normen B 3800 (Teil 1-4), B 3850 und B 3852, welche den DIN-Normen 4102 (Teile 1, 2, 5, 8) sowie DIN 18 082 (Teile 1-3) entsprechen, unterzogen.

Bei diesem Test wurde unter den in der Norm spezifizierten Bedingungen die Zeit gemessen, bis zu welcher an der brandabgewendeten Seite der jeweiligen Tür eine zulässige Höchsttemperatur nicht überschritten wurde.

Die mit den erfindungsgemäßen Formkörpern bzw. der Füllung versehenen Türen gemäß der Beispiele 1 bis 4 erreichten Zeitwerte von über 120 min. Eine Tür mit einer rein anorganischen Füllung ohne organische Komponenten erreichte bei demselben Test unter vergleichbaren Bedingungen einen Wert von unter 80 Minuten. Unter vergleichbaren Bedingungen erreichten lediglich Türen mit durch anorganische Fasern verstärkten Füllungen bzw. Laminaten Werte von ca. 95 min.

Ein Zustandsdiagramm der eine erfindungsgemäße Füllung enthaltenden Brandschutztüren nach einer Beflammungszeit von 90 Minuten zeigt, daß auf der Brandseite zunächst eine Schicht von bereits gesintertem Material (Temperaturen von ca. 700°-1000°C) vorliegt. Anschließend ist eine Schicht von aufgrund des Abbrandes der organischen Komponenten entstandenem Kohlenstoff dunkel verfärbtem Material (Temperaturbereich ca. 400°C-700°C) festzustellen.

Dieser Schicht in Richtung brandraumabgekehrter Seite folgend befindet sich eine Schicht von nach wie vor feuchtem, unverbrauchtem Material, welches einen Temperaturbereich von 200°C bis 400°C aufweist. Das bedeutet, daß selbst bei diesen erhöhten Temperaturen nach wie vor kein Abbrand der organischen Komponenten stattgefunden hat und diese daher nach wie vor in insbesondere aufgrund der Feuchtigkeit plastifiziertem Zustand gleichermaßen Festigkeit wie Elastizität der Füllung gewährleisten.

Die Füllungen der Türen gemäß den Beispiel 1-4 zeigten nach dem Brandversuch eine Schrumpfung von ca. 9-10 Vol-%.

Brandschutztüren mit anorganischen porösen Füllungen gemäß dem Stand der Technik weisen nach dem Brandversuch Schrumpfungen von 15%-20% auf.

Demgemäß werden bei Brandschutztüren gemäß dem Stand der Technik nach einem Brandversuch von 90 Minuten in der Füllung durchgehende Risse festgestellt. Bei der die erfindungsgemäß Füllung enthaltenden Brandschutztür wurden hingegen nach 90 Minuten keine durchgehenden Risse festgestellt. Insbesondere wurden auf der brandabgekehrten Seite überhaupt keine Risse in der Füllung festgestellt.

Das erfindungsgemäße Stoffgemenge sowie daraus hergestellte Formkörper bzw. Füllungen sowie diese enthaltende Brandschutztüren eignen sich somit in hervorragender Weise zum Einsatz als feuerfeste Materialien auch bei langer thermischer Beanspruchung im Brandfall.

Claims

1. Feuerbeständiges Stoffgemenge, insbesondere zur Herstellung von feuerbeständigen Formkörpern und Füllungen durch Aushärtung, enthaltend anorganische, im wesentlichen feuerbeständige Füllstoffe und Bindemittel, Wasser und gegebenenfalls Schaumbildner, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemenge in einem Gewichtsanteil von 0,1 Gew.-% bis 30 Gew.-% zumindest eine organische Komponente aus der Gruppe der Mono-, Di-, Oligo- oder Polysaccharide, der Polyvinylalkohole oder Caseine, Johannesbrotkernmehl, Gelatine oder Knochenmehl und als Füllmittel Talk in einem Gewichtsanteil von 1 Gew.-% bis 70 Gew.-% und/oder Schamotte in einem Gewichtsanteil von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% enthält.

2. Stoffgemenge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Komponente aus der Gruppe von Cellulose, Cellulosederivaten, z. B. Methylcellulose, Stärke, Xylanen, Agar-Agar, Alginaten, Xanthankautschuken, Sorbit oder Glucose stammt.

3. Stoffgemenge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Komponente in einem Anteil von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 8 Gew.-% bis 12 Gew.-% enthalten ist.

4. Stoffgemenge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil an Talk von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% beträgt.

5. Stoffgemenge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil an Schamotte von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% beträgt.

6. Stoffgemenge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt im Stoffgemenge so eingestellt ist, daß nach der Aushärtung des Stoffgemenges im entstehenden Formkörper ein Restanteil an freiem, ungebundenem Wasser von bis zu 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% vorhanden bleibt.

7. Stoffgemenge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Komponente Stärke eingesetzt wird.

8. Stoffgemenge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge mehrere, vorzugsweise zwei organische Komponenten enthält.

9. Stoffgemenge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als eine der organischen Komponenten Stärke eingesetzt wird.

10. Stoffgemenge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der eingesetzten Stärke zu den anderen organischen Komponenten bezogen auf Feststoff größer als 1 : 1, vorzugsweise größer als 10 : 1, besonders bevorzugt größer als 50 : 1, ist.

11. Stoffgemenge nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite organische Komponente ein Alginat eingesetzt wird.

12. Stoffgemenge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Alginat in einer wäßrigen Lösung, welche vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% Alginat, besonders bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 0,7 Gew.-% Alginat enthält, eingesetzt wird.

13. Stoffgemenge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Monoaluminiumphosphat enthält.

14. Stoffgemenge nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Monoaluminiumphosphat im Stoffgemenge in einem Anteil von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% enthalten ist.

15. Stoffgemenge nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Monoaluminiumphosphat in einer wäßrigen Lösung, welche vorzugsweise 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Monoaluminiumphosphat enthält, eingesetzt wird.

16. Stoffgemenge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Stoffgemenge zumindest ein Hydroxid eines der Elemente Magnesium, Aluminium, Calcium oder ein Hydrat einer Boratmineralie in einem Anteil von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% enthalten ist.

17. Stoffgemenge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Stoffgemenge ein Perlit in einem Anteil von 1 Gew.-% bis 70 Gew.-% enthalten ist.

18. Stoffgemenge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Stoffgemenge zumindest ein anorganischer Bestandteil aus der Gruppe von Colemanit, Petalit, oder Nephelin enthalten ist.

19. Feuerbeständiger Formkörper, insbesondere verwendbar für Türen, Paneele und Deckenkorsetten, erhältlich durch Aushärtung eines Stoffgemenges nach einem der Ansprüche 1 bis 18.

20. Formkörper nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Gehalt an freiem Wasser von bis zu 30 Gew.-% , vorzugsweise 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%.

21. Feuerfester Gegenstand bzw. Bauteil, insbesondere Brandschutztür, bestehend aus einer vorzugsweise metallischen Ummantelung und einer feuerfesten Füllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung einen Formkörper gemäß einem der Ansprüche 19 oder 20 enthält.