DE2244457A1

DE2244457A1 - Aufblaehbares, feuerfestes und waermeisolierendes praeparat

Info

Publication number: DE2244457A1
Application number: DE19722244457
Authority: DE
Inventors: Walter C King; Richard J Medvid; Chester P Smolenski
Original assignee: Pittsburgh Corning LLC
Current assignee: Pittsburgh Corning LLC
Priority date: 1971-09-14
Filing date: 1972-09-11
Publication date: 1973-03-29
Also published as: BE788778A; FR2153973A5; JPS4861515A; IT965324B; AU4628272A; AU463669B2; NL7212489A; LU66056A1; CH551484A; GB1384285A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf feuerfeste Prä/parate und insbesondere auf aufblähbare feuerfeste und wärmeisolierende Präparate.

Es wurden bisher verschiedene feuerfeste Überzüge entwickelt, um metallische und nicht-metallische Objekte, wie Gebäude, Behälter und andere Strukturen, vor Hitze und Feuer zu schützen« So wurde z.B. ein Überzug vorgeschlagen, der ein nicht-brennbares und flammfestes Material, wie ein Alkalisilikat oder Alkaliphsophat, enthielt. In den meisten Fällen besteht der Überzug aus einem Wasserglas enthaltenden Präparat und wird durch Aufbürsten oder Aufsprühen auf die zu schützende Ober-

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fläche aufgebracht. Im Falle eines Brandes kann der auf Wasserglas basierende Überzug quellen oder schäumen und bei längerer Hitzeeinwirkung seine Quellfähigkeit einbüssen und zusammenfallen, wodurch Splittern und Abblättern gefördert werden und eine wesentlich stärkere Wärmeübertragung durch den Überzug hindurch eintritt, so dass das Trägermaterial praktisch unmittelbar mit der Flamme und der Hitze in Berührung kommt. Bei Alkalisilikatoder Alkaliphosphatüberzügen ist der Temperaturbereich, innerhalb dessen die Zellbildung oder Verschäumung des Überzuges,einen wirksamen Schutz für den Träger bildet, relativ gering. So bildet z.B_f Natriumsilikat bei Temperaturen von etwa 177 Zellen oder vorschäumt, und eine längere Flamm- oder Hitzeeinwirkung dieser Temperatur oder sogar eine nur kurze Einwirkung von Temperaturen, die erheblich höher liegen, können den Schaum und somit die Isolierungseigenschaften des Watriuriiäilikatüberzuges rasch zerstören. Es v/urde vorgeschlagen, den Alkalinilikat-'überzügen ,nicht-brennbare, feinzerteilte anorganische Füllstoffο zuzusetzen, um das Splittern und Abblättern der Überzüge unter Flainmeinwirkung zu verhindern. Die so erhaltenen Überzugspräp'.irate zeigten zwar eine gewisse Verbesserung· in bezug auf Splittern oder Zerstörung der; vollständig verschäunrten Überzuges, waren jedoch insbesondere dann nicht völlig zufriedenstellend, wenn sie längere Zeit hohen Temperaturen auslest' fczt wurden.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, die vor Flammen und Hitze zu schützenden Objekte mit zv.-eL Schutz überzügen zu versehen, die

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sich stark voneinander unterschieden. So wurden z.B. ein Grundüberzug und ein darüber liegender Decküberzug verwendet, wobei der Grundüberzug einen niedrigeren Schmelzpunkt und einen geringeren Dehnungskoeffizienten als der Decküberzug aufwies. So kann der Grundüberzug aus Kieselgur und einem Glaspulver bestehen, während der Decküberzug zermahlenes Porzellan oder kerami-(stoneware)

sches Material/enthält. In beiden Überzügen dient eine Natrium-

silikatlösung als Bindemittel. Dieser Schicht-auf-Schicht-Schutzüberzug stellte eine weitere Verbesserung der feuerfesten Überzüge dar, haftete jedoch nicht ausreichend fest an metallischen Oberflächen, wie z.B. Stahl, wie es bei den meisten Alkaliöilikatüberzügen der Pail ν/ar. Ausserdera können diese MaterIalien, insbesondere solche, die grosse Mengen an Natriumsilikat und Alkali enthalten, tief in faserförmige Materialien, wie z.B. Holz, eindringen und durch die ',Tirkung des Alkalis eine Schwächung oder Strukturschädigung des Holzes verursachen. Schliesslich erwiesen οich auch die isolierenden Eigenschaften dieser Überzüge als nicht zufriedenstellen, da faserförmige Träger oder Holz bei längerer Einwirkung von Hitze oder Flammen entzündet oder anderweitig geschädigt wurden. .

l⁽¹la:nnf este Präparate mit Schaumstoff struktur, die zum grus ω ten Teil aus einen, aus \7asserglas" gebildeten Silikatschaumstoff bestehen, sind oL-e-nfalls bekannt. Diese Materialien werden hergestellt, indem man zuerst eine Y/asserglaslösung, der faserfürmige oder andere verstärkende Stoffe, wie z.B. Asbest, zugesetzt wurdci.·, trocknet, das so erhaltene Produkt zu feinen Teilchen

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zerkleinert und schliesslich die zerkleinerte Miachung in einer Form auf erhöhte Temperaturen erhitzt, um eine Schaumstoffplatte oder dgl. herzustellen. Um bessere verschäumte Massen zu erhalten, wurden der Wasserglaslösung Natriumchlorid und Kohlendioxyd zugesetzt. Diese verachäumten Präparate besitzen nur eine geringe mechanische Festigkeit und nehmen» da es sich um poröse, verschäumte Strukturen handelt, viel Platz ein. Wegen der zahlreichen Verfahrensstufen und Trocknungsperioden ist ihre Herstellung ausserdem kostspielig und zeltraubend.

Natriumsilikat diente ausserdera als Bindemittel in verschäuraten Isolierungspräparaten, die zu einem grossen Teil aus einer vorverschäumten Komponenten, wie z.B. expandiertem Vermiculit oder Perlit, bestanden. In der USA-Patentschrift 3 522 067 wird ein typisches Präparat beschrieben, bei dem Katriumsilikat als Bindemittel für ein expandiertes Perlitaggregat verwendet wird» das gegebenenfalls auoh gewöhnliche Tonsorten als zusätzliche Füllstoffe enthalten kann. Dann wird die flammfeste Mischung aus expandiertem Perlit, Ton und Hatriumsilikat zu Platten oder Blöcken einer vorher bestimmten Form verformt. Die USA—Patentschrift 3 419 495 beschreibt ein Isolierungsmaterial, das ein

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kiecelhalxißes/Mattirial enthält, welches durch kontrollierte Gelierung und Expansion eines sauren Tonerdesols erhalten wurde. Gemäss dieser Patentschrift wird das TonerdeBol durch kontrollierte Ansäuerung einer wässrigen Natriumsilikatlb'sung mit z.B. Schwefelsäure gebildet. Dann wird ein verhältniBmäaeig etttrker

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alkalisches Verschaumungsmittel, wie z.B. Dolomit oder bestimmte Arten von Flugasche, zu dem sauren Sol gegeben, wodurch CO₂ freigesetzt und die Mischung verschäumt oder expandiert wird. Die Expandierung der Mischung erfolgt im allgemeinen in einer Form, so dass vorgeformte Platten oder Blöcke erhalten werden.

Es wurden auch flammfeste Platten vorgeschlagen, die unter der Einwirkung von hohen Temperaturen und !"lammen erhöhte Wärmeisolierungseigenschaften zeigen. Die USA-Po/fc ent schrift 3 259 536 beschreibt einen flammfesten Überzug, der hergestellt wird, indem

man ein synthetisches anorganisches Fasermaterial einer Alkalibzw, einbettet . ■ silikatlösung zusetzt/und diese Mischung trocknet, um eine

(Schicht)

dichte Platte/aus in Alkalisilikat eingebetteten Fasern zu erhalten. Vorzugsweise werden die so erhaltenen Platten in nichtexpandierter Porin verwendet, so dass sie zur Lagerung nur sehr wenig Raum benötigen. Diese j in gewissem Masse flammfesten Platten sind jedoch in bezug auf ihre Schutzeigenschaften und ihren Anwendungsbereich beschränkt. Natriumsilikat verschäumt bekanntlich bei Temperaturen von etwa 177 oder bildet Zellen und, wenn Platten auf der Basis von Natriumsilikat längere Zeit Temperaturen von mehr als etwa 177° ausgesetzt werden, so kann das Natriumsilikat vollständig verschäumt werden und anschliessend zusammenfallen, wodurch die Feuerschutz- und V/ärmeisolierungseigenschaften des Materials vollständig verlorengehen.

bzw. Schichten Da diese feuerfesten Platten/ausserdem in vorgefertigter Form geliefert werden, müssen sie in mechanischer Weise oder durch Aufkleben auf die zu schützenden Oberflächen aufgebracht werden,

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indem man sie z.B. annagelt oder aufklebt. Zu diesem Zwecke müssen die Platten erst genau in der Form der zu schützenden Oberfläche zugeschnitten v/erden. Auaserdem können gebogene oder unregelmässige Oberflächen nur dann mit solchen Platten geschützt werden, wenn diese Platten so vorgeformt werden, dass sie praktisch genau der Biegung der zu schützenden Oberfläche entsprechen. Mit anderen Worten·, da diese feuerfesten Platten in bestimmten Dimensionen vorgeformt werden, bieten sie nicht die gleichen Vorteile wie feuerfeste Überzugspräparate, die durch Aufbürsten oder Aufsprühen auf jede beliebige Oberfläche aufgebracht werden können.

Die vorliegende Erfindung schafft nun ein verbessertes feuerfestes und wärmeisolierendes Präparat, durch das im wesentlichen alle Kachteile der bisher bekannten feuerfesten Präparate überwunden werden. Weiterhin wird ein feuerfestes ÜberEugspräparat geschaffen, das in einfacher V/eise, z.B. durGh Bürsten, Sprühen oder Spachteln, auf praktisch jede Oberfläohe aufgebracht werden kann. Schliesslich wird ein feuerfester und wärmeisolierender Überzug geschaffen, der ah den verschiedensten Substraten gut haftet und innerhalb eines grossen Temperaturbereiches schützend wirkt.

Das erfindungsgemässe feuerfeste und wärmeisolierende Präparat besteht aus einem aufblähbaren Material, das als Hauptkomponenten ein erstes Präparat enthält, das bei verlialtniamässig nie-

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t drigen Temperaturen Zellen bildet oder aufschäumt, ein zweites Präparat, das bei einer höheren Temperatur schäumt oder Zellen

noch
bildet, und vorzugsweise/ein drittes Präparat, das die aus dem

ersten und zweiten Präparat gebildeten Schaumstoffe stabilisiert ■ dessen Beständigkeit
und/erweitert. Vorzugsweise kann das dritte Präparat ausserdem bei höheren Temperaturen als das erste und zweite Präparat . Zellen bilden oder Schäumen. Die erfindungsgemässen feuerfesten Präparate sind dadurch gekennzeichnet, dass sie innerhalb eines grossen Temperaturbereiches eine praktisch kontinuierliche Zell·- bildung oder Verschäumung zeigen. Bevorzugte feuerfeste und wärmeisolierende Präparate enthalten als Haptbestandteile ein lösliches Silikat, z.B. ein Alkalisilikat, ein pulverförmiges zellbildendes keramisches oder kieselhaltiges Material und ein aufblähbares feuerfestes Material und zeigen innerhalb eines grossen Temperaturbereiches, ζ#B. zwischen etwa 177° ¹^cI etwa 1260°, gute Zellbildungs- oder Verechäumungseigehsohaften« Alle Hauptbestandteile des Präparates sind vorzugsweise aufblähbare Materialien, deren ZellbilaungSr-fiBhepunktB bei unterschiedliohen, zunehmend höherwerdjBndeii Temperaturen liegen»·

Erfindungsgeinäse wird;ein aufb'lähb^ geschaffen j der aus einem Alkalisilikat, einem pttlverförmigen zellbildenden keramischen Material oder einer Mischung von Komponenten, die in .einem mittleren Temperaturbereich -Zellen . bilden, und einem stabilisierenden und vorzugsweise aufblähbaren feudrfeaten Material besteht. Als Alkalisilikat wird Natrium-

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silikat bevorzugt. Ein bevorzugtes zellbildendes keramisches Material besteht aus einer Mischung von pulverförmigem Glas und einem zellbildenden Mittel, wie z.B. Russ, und zeigt einen Vorschäumungs- oder Zeilbildungshöhepunkt von etwa 870°. Als feuerfeste Materialien werden die Tonsorten bevorzugt, die bei erhöhten Zeilbildungstemperaturen eine stabilisierenden Einfluss auf das Präparat ausüben und ausserdem vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von mehr als etwa 870° und vorzugsweise mehr als etwa 1093°» aufgebläht oder verschäumt werden.

Ein erfindungsgemässes aufblähbares feuerfestes Präparat besteht aus etwa 25 bis 60 Gew.-<?<> Alkalioilikat, 10 bis 50 Gew.-?S einer Mischung aus zellbildendom Glas oder keramischen Material und 10 bis 45 Gew.-^ eines stabilisierenden feuerfesten Materials.. Überzüge, die aus Präparaten der obengenannten Zusammensetzung hergestellt werden, zeigen unter Hitze- und Flammeneinwirkung innerhalb eines grossen Temperaturbereiches gute Zellbildung und Verschäumung, so dasο mit diesen Präparaten überzogene Gegenstände wirksam vor Hitze und Flammen geschützt werden. Die Überzüge bleiben auch viskos und stabil, wenn sie erhöhten, zur Zellbildung führenden Temperaturen ausgesetzt werden. Ein besonders bevorzugtes tJborzugspräparat enthält Natriumsilikat, pulverförmiges Glas und einen Ton in den genannten Mengenverhältnissen und besitzt einen Zeilbildungsbereich von etwa 177° bis 1260° mit nur geringfügigem oder überhaupt

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keinem Zusammenfallen oder Fliessen des Schaumstoffes, so dass die Oberfläche eines damit überzogenen Gegenstandes wirksam vor Wärme und Flammen geschützt wird.

Die erfindungsgemässen feuerfesten Präparate und Überzüge können ausserdem zusätzliche Füllstoffe enthalten, z.B„ körnige oder faserförmige anorganische Präparate«, durch die die Eigenschaften der Überzüge weiter verbessert wird. Geeignete zusätzliche Füllstoffe sind z.B. nicht-expandiertes Vermiculit und Perlit oder expandiertes Vermiculit und Perlit. Es können auch andere Zusatzstoffe, wie z.B. vorgeformter Schaumstoff, zugegeben werden, um die Dichte des Überzuges herabzusetzen und leichte Isolierüberzüge zu erhalten.

In der beigefügten Zeichnung v/erden die Wärmeisolierungseigenschaften der erfindungsgemässen Präparate nach dem Aufbringen auf eine Stahlstange graphisch dargestellt.

Unter der Bezeichnung "aufblähbares Präparat" ist ein Material zu vorstehen, das bei erhöhten Temperaturen aufschäumt, Zellen bildet, quillt, aufgebläht wird oder dgl.

Die Bezeichnung "lösliches Silikat" bezieht sich auf die wasserlöslichen synthetischen oder natürlich auftretenden Silikate und Silikatmischungen, die bei verhältnis-mässig niedrigen Temperaturen aufgebläht werden. Bevorzugt werden die Alkalisilikate, insbesondere Natrium- und Kaliumsi.] ikat, und von diesen

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wird Natriumsilikat ganz besonders bevorzugt, das bei etwa 149° zu schäumen beginnt und dessen Zellbildungstemperaturspitze bei etwa 149° bis 177° liegt. Unter "Zellbildungstemperaturspitze" ist etwa die Temperatur zu verstehen, bei der ein bestimmtes aufblähbares Präparat seine höchste Verschäumungsgeschwindigkeit zeigt, und sie liegt im allgemeinen zwischen der Temperatur, bei der die Verschäumung einsetzt, und der Temperatur, bei der der Schaumstoff zusammenfällt.

Die Bezeichnung "stabilisierendes feuerfestes Material" bezieht sich auf ein feuerfestes Material oder einen Ton, der die Viskosität des Schaumstoffes so hoch hält, dass das Zusammenfallen oder Pliessen des Schaumstoffes bei erhöhten Zellbildungstemperaturen auf einem Minimum gehalten wird.

Unter der Bezeichnung "aufblähbares feuerfestes Material" sind die natürlich auftretenden oder synthetischen feuerfesten Materialien zu verstehen, die, in Berührung odor in Mischung mit den übrigen Bestandteilen der erfindungsgemässen Präparate, bei hohen Temperaturen aufgebläht werden. Besonders bevorzugte aufblähbare feuerfeste Präparate sind die aufblähbaren Tone, die bei Temperaturen von etwa 1095° aufgebläht werden oder quellen, insbesondere die, die eine Zellbildimgstempüraturspitze oder Aufblähungütemperatur von mehr als etwa 1093 aufweisen. Bestimmte Tone zeigen sowohl Stabilisierungs- wie auch Aufblähbarkeitsei&enschaften. lain geeigneter Ton ist z.B. Minford-oilt-

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Ton, Old-Hickory-Ton oder dgl.» und Minford-Silt-Ton ist in den erfindungsgemässen Präparaten innerhalb des gewünschten Temperaturbereiches aufblähbar.

Die Bezeichnung "pulverförmig© zellbildende keramische oder kieselhaltige Materialien" "bezieht sich auf keramische, glasartige und kieselhaltige Stoffe, Torzugsweise in feinzerteilter Form, die "bei Temperaturen aufgebläht v/erden, die zwischen der verhältnismässig niedrigen Blähtemperatur des Alkalisilikats und der relativ hohen Blähtemperatur der erfindungsgemäss geeigneten aufblähbaren Tone liegen. Besonders geeignet sind die pulverförmigen zellbildenden keramischen und kieselhaltigen Materialien, deren Zellbildungstemperaturspitze bei etwa 870 liegt. Ein geeignetes zellbildendes Aggregat wird erhalten, indem man pulverförmiger, formulierte Glasteilchen mit einem zellbildenden Mittel vermischt und gemäss dem Verfahren der USA-Patentschrift 3 354 024 zu einem zellbildenden Glaspräparat

formuliertes
verarbeitet. Als/Glas kann ζ ,B. übliches Hatrohkalk- oder

Borsilikatglas in Form zerstossener Kügelchen verwendet werden.

Das zellbildende Mittel kann aus einem kohlenstoffhaltigen

Lampenruß, . _ ■ Material, wie z.B. Russ,/Kohle oder dgl,', bestehen. Ausserdem kann das zellbildende Mittel zusätzlich eine Mischung aus ßuss und Hatriumsulfat enthalten. Das oben beschriebene zerkleinerte Glaspräparat kann unmittelbar in den erfindungsgemässen Präparat on verwendet werden. Das Glaapräparat kann jedoch auch erst zu Küyelohen der gewünschten Gröeae verarbeitet v/erden. Weiterhin

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können in den erfindungsgemässen Präparaten zellförraige Glasepäne verwendet v/erden. Diese Glasspäne sind das Abfallprodukt eines Verfahrens, bei dem das oben beschriebene zerkleinerte Glaspräparat unter Einwirkung von Wärme in einer Pfanne verschäumt wird. Durch Zellbildung und Expansion wird eine Art Kuchen in der Pfanne gebildet. Das so erhaltene expandierte Material wird dann mit einer Säge oder dgl. beschnitten und in Form gebracht. Die abgeschnittenen Teile, d.h. zellförinige Glasspäne, enthalten genügend zellbildendes Mittel, um innerhalb des erfindungrsgemäss erwünschten Temperaturbereiches aufblähbar zu sein, und können in diesem Falle für die erfindungsgemässen Präparate verwendet werden.

Weitere geeignete zellbildonde Materialien sind die keilförmigen kieselhaltigen Präparate, die innerhalb des gewünschten Temperaturbereiches aufgebläht werden können. So eignen sich z.B. die z.ellförmigen kieselhaltigen Präparate der USA-Patentschrift 3 441 369 zur Verwendung in den erfindungsgemässen Präparaten. Gemäss dem Verfahren der genannten USA-Patentschrift, werden kieselhaltige Materialien, v/ie Plugasche, Kieselsäure oder dgl., in Gegenwart eines zellbildenden Mittels zerkleinert und,in ähnlicher Weise v/ie für daa zellbildende Glaspräparat der USA-Patentschrift 3 354 024 beschrieben, zu zellbildendon kieael-

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haltigen/Präparaten verarbeitet.

Um die Dichte der Überzüge herabzusetzen, können den erfindungsgeraässorj Präparaten geeignete vorgeformte Schaumstoffe, wie

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Airocel PK, zugesetzt werden. Auch feinzerteilte zellförmige Materialien, wie expandiertes Vermiculit und Perlit, können die Dichte der Überzüge verringern.

Dor Grund für die aussergewöhnliche Wärmeisolierung und Feuerfestigkeit der erfindungsgemässen Präparate ist' nicht genau bekannt. Dies gilt insbesondere in bezug auf die praktisch kontinuierliche Bildung eines integralen wärmeisolierenden und feuerfesten Schaumstoffes auf dem überzogenen Trägermaterial innerhalb eines grossen Temperaturbereiches. Es wird jedoch angenommen, dass die einzelnen Komponenten, wenn sie Wärme, wie z.B. einer offenen Flamme, ausgesetzt werden, eine, wechselsei-'

(Fließwirkung)

tige Schmelzwirkung/aufeinander ausüben. So wird z.B. angenommen, dass der aus Natriumsilikat gebildete Schaumstoff, ein aufblähbares Material mit einer niedrigen Zellbildungstemperaturspitze (etwa 148° bis 177°), durch Wechselwirkung mit einem zellbildenden keramischen oder kieselhaltigen Material in den

beginnt

erfindungsgemässen Präparaten zu fliefönOder bei höheren Temperaturen auf einem Substrat in einem integralen oder kontinuierlichen Zustand gehalten wird. Steigt die Temperatur weiter an, so kann der schliesslich zusammenfallende Natriurasilikat-Schaumstoff als schmelzbar machendes Mittel für den aus dem keramischen oder kieselhaltigen Material gebildeten Schaumstoff wirken. Enthalten die erfindungsgemässen Präparate ausserdem eine dritte Komponente zur Erweiterung des Verschäumungs- oder Zeilbildungsbereiches, so kann dieses gegenseitige Fließbarmachen

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fortgesetzt werden. Ein aufblähbarer Ton, wie a.B. Minford SiIt, kann bei einer Temperatur, bei der der Schaumstoff aua einem zellbildenden keramischen oder kieselhaltigen Material zusammenzufallen beginnt, weich werden und etwae quellen und auf diese \7eise den Verschäumungsbereich des keramischen oder kieselhaltigen Schaumstoffes auf höhere Temperaturen erweitern. Danach kann der aufblähbare Ton entweder aus eigenem Antrieb weiter verschäumen oder mit dem zusammenfallenden keramischen oder kieselhaltigen Schaumstoff verfließen, wodurch sein Verschäumungsbereich erweitert wird. Es wird angenommen, dass die Ver3chäumungsbereiche der aufblähbaren Komponenten der erfindungsgemässen Präparate sowohl nach höheren wie auch nach niedrigeren Temperaturen verschoben v/erden als normalerweise zu erwarten wäre. So wird z.B. Natriumsilikat im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 148° ver3Chäumt, während bestimmte pulverförmige, zellbildende Glas-Sorten bei etwa 870° verschäumen. Es wurde nun jedoch gefunden, dass Mischungen aus den genannten Komponenten praktisch kontinuierlich innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa 177⁰ bis 870° oder mehr verschäuraten. Ausserdem zeigten Mischungen aus Natriumsilikat und Flugasche einen VerochäumungBbereich von etwa 177° bis 932 .

Es musts jedoch darauf hingewiesen worden, dass die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemässen Präparate nicht unbedingt auf die genannte Theorie des gegenseitigen Verschmel- bzw. Verfließens
zens/oder auf irgendeine andere Theorie zurückzuführen sind.

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Die obigen Ausführungen sind lediglich ein Versuch, die bei den erfindungsgemässen Präparaten gemachten Beobachtungen zu erklären* ' ' ·

Es wurde z.B. gefunden, dass ein feuerfester Überzug aus einer Paste, die Hatriumsilikat, ein zellbildendes Glaspräparät aus einer zerkleinerten Mischung von formuliertem Glas und Kuss sowie den als "Minford SiIt" bekannten feuerfesten Ton enthält, eine praktisch kontinuierliche Yerschäumung über einen Temperaturbereich von etwa 177 bis 1260° zeigt. Die Zellbildungstemperaturspitzen von ifatriumsilikat, dem zellbildenden Glaspräparat und dem aufblähbaren Ton liegen bei etwa 148°,. 870° bezw. 1260°. Ein Überzug, de.r die obengenannten Komponenten enthält, kann eine flüssige oder pastenförmige Mischung sein, z.B. eine Mischung aus IJatriumsilikat, zellbildendem Glaspräparat und aufblähbarem Ton in einer wässrigen Lösung. Die Lösung kann verdünnt werden, um eine zum Versprühen geeignete flüssigkeit zu erhalten, oder sie kann in Form einer stärker viskosen Paste verwendet werden, die sich zum Bürsten, Eintauchen, Spachteln und/oder Strangpressen eignet.

Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemässen aufblähbaren 'feuerfesten Präparate an den verschiedensten Oberflächen, wie Metall, Holz, Kunststoffschäumen und Pappe, ausserordentlioh " gut haften. Ihr Anwendungabereich als wirksames feuerschützendes Präparat ist daher praktisch unbegrenzt. Der oben beschriebene

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Überzug haftete sehr gut an einem Stahlstab und bewirkte einen ausgezeichneten Feuerschutz. Auch Mischungen aus Natriumsilikat und zellbildendem Glaspräparat hafteten gut an Stahl. Diese ausgezeichnete Haftung der Überzüge an Stahl ist überraschend, da Nätriumsilikat bekanntlich nicht gut an Stahl haftet. Ausserdem wurde gefunden, dass ein Überzugspräparat aus Mischungen von Natriumsilikat und zellbildendem Glas einen Schaumstoff lieferte, der bis zu Temperaturen von mehr als 650° feat an dem Stahl haftete. Wurde dem Natriumsilikat und dem zellbildenden Glaspäparat erfindungsgemäss ein aufblähbarer Ton zugesetzt, so verhinderte dieser dan Zusammenfallen des Schaumstoffes und erhöhte den Verochäumungsbereich der Mischung auf die ihm eigenen höheren Temperaturen.

Es wurde auch gefunden, dass zur Erzielung eines zufriedenstellenden feuerfesten Überzuges die erfindungogemässGn Hauptkomponenten in unterschiedlichen Mengen anwesend sein können. So haben eich z.B. Mischungen aus löslichem.Silikat und zellbildenden keramischen und kieselhaltigen Materialien in den Mengenverhältnissen von 25-75:75-25 Gevi.-fo als geeignet erwiesen. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden auch erzielt, d.h. es wurde ein tiberzugspräparat mit grossem Verschäumungsbereich erhalten, wenn die Menge des D.öolichen Silikats etwa 25 bis 60 Grw.-'/i, die Menge de» ^eI]bildenden keramischen oder kieselhaltigen Aggregats etwa 10 bis 50 Gew.-fo und die Menge an aufblühbarem Ton etwa 10 bis 45 Gew.-^ beträgt. Die obengenannten Prozent-

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sätze beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht der Hauptkomponenten und lassen das Gewicht τοη Bindemitteln, zusätzlichen Füllstoffen und dgl. ausser acht, die gegebenenfalls in den erfindungsgemässen Präparaten anwesend sein können. Es wird darauf hingewiesen, dass den erfindungsgemässen Präparaten zur weiteren Verbesserung ihrer Eigenschaften zusätzliche Füllstoffe beigemischt werden können, die z.B. das Fliesseri oder Zusammenfallen von verschäumtem Glas bei höheren Temperaturen verhindern helfen. So haben sich z.B. nioht-expandiertes Vermiculit und Perlit, expandiertes Vermiculit und Perlit, Tonerde, Talkum, Aluminiuwoilikat, natürliche oder synthetische feinzerteilte Kieselsäure (Cab-O-Sxl) und dgl. als geeignete Füllstoffe für die erfindungsgemiisiion Präparate erwiesen, durch die das Flieniion oder Zusammenfallen da« Sehaurastoffes bei sehr hohen Temperaturen verhindert wird. Weitere Füllstoffe für die erfindungsgemässen Präparate sind Του, Glimma,i.iiueralglar.fasern, Asbestfasern und dgl.

Me nachfoüsenden Beispiele dienen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung, \7unn nicht anders angegeben, sind alle genannten Prozentsätze Gew.-'/·.

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Beispiel 1

Eine Stahlkolonric wurde mit einem etwa 6 mm dicken Überzug aus einer aufblähbaren Mischung versehen, die aus Natriumsilikat,

formulierten
einem pulverförmigen/Natronkalkglaspräparat, das mit einem Kohle-Zollbildungsmittel vermischt war, und dem als "Minford SiIt" bekannten aufblähbaren feuerfesten Ton bestand.Unter Einwirkung von offenen Flammen und Hitze verschäumte der Überzug praktisch kontinuierlich innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa 177° bis 1260 , wobei nur ein geringes !'"Hessen und Zusaminonfallen des öchauinstoffes eintrat, so dass das Stahl-ijubsfcrat wirksam geschützt wurde. Ein ähnlicher ochutz vor Feuer und Hitze wurde erzielt, wenn dem oben beschriebenen Überzugspräparat ηLcht-expandiertes Vermiculit beigemischt wurde. Eine praktisch kontinuierliche Verschäumung war nicht zu erwarten gewesen, da gefunden worden war, dass bestimmte Mischungen au ο 'Natriuiusilikat und I.'linford SiIt nur bei erhöhten Temperaturen von riehr als etwa 870° verschäumten.

Beispiel 2_

Es v/urden 100 g pulverförmiges Natronkalkglaspräparat, das ein Kohle-Zellbildurigsmittel enthielt, mit 100 g Hinford SiIt vermischt, Dann v/urden 123 g dieser Pulvermischimg langsam unter ständigem !führen zu 100 g einei* wässrigen Natriumoilikatlösung gegeben. !->£*--J "Aa 'riumsilikat gehörte dein im Wasser löslichen Typ an.

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Die Komponenten wurden gemischt, "bis eine glatte Paste der

folgenden Zusammensetzung erhalten wurde:

Na₂SiO₅ 40 fo

Zellbildendes Glas '· 30 ft Minford SiIt 30 $>

Eine etwa 9 cm lange Stahlstange mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer 3_}8 cm tiefen Innenbohrung (Durchmesser etwa 6,7

mm) wurde mit 198 g des obigen Präparates überzogen. Die überzogene Probe wurde 20 Stunden in-einem belüfteten Ofen bei 71 getrocknet. Der Gewichtsverlust betrug 22. g.

In die Innenbohrung der überzogenen Probe wurde ein "Ghromel-Alumel¹¹ - Thermoelement eingeführt, und die Probe wurde dann in einen, auf 870 gehaltenen Ofen gehängt. Die von dem Thermoelement im Zentrum der Stahlprobe gemessene Temperatur wurde in bestimmten Zeitabständen aufgezeichnet und als Kurve II in die beiliegende Zeichnung übertragen. Die Wärmeisolierungseigenschaften des Überzuges sind ebenfalls aus dieser Zeichnung zu ersehen, und es ist klar erkennbar, dass z.B. nach H Minuten die nicht-überzogene Probe (Kurve I) praktisch Ofentemperatur erreicht hatte (870°), während die überzogene Probe zu die «ein Zeitpunkt nur eine Temperatur von etwa 288° aufwies.

In der folgenden Tabelle aind die Zusammensetzungen, äfir, Gewicht der Überzüge und -dgl. von Überzugs präparation und überzogenen Stahlprobün zuaamiriüji{vol'aast, die auf die oben beschriebene

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Weise hergestellt wurden. Die Y/ärmeisolierungseigensehaften der nachstehend als III bis VI bezeichneten Überzüge sind aus den entsprechend numerierten Kurven der Zeichnung zu entnehmen. Pur jedes Überzugspräparat Wurde das oben beschriebene Natriumsilikat und pulverförmig Glaspräparat zusammen mit den aus der Tabelle ersichtlichen weiteren Komponenten verwendet.

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•Tabelle

	υberzugs-	T-q σ-= η	Z eliblld end e s	Andere Eonroonent	en	,6	^/ 7°	Gev.'icht d.
	■cräuarat	— J TT ; έ- i"	Glas	I.:ir.ford Silt	26	,7	-■/ /°	Überzuges
	III		2c,6 io	Cab~O-Sii	2			184 g
XO						,1
O		30,S -p		LIinford Silt	23	,1	9δ
co	IV		23,1 /o	Γ::ρ. Vermiculit	23	,7		225 g
—fc		26,7 'ö		Old-Iiicjcorv—'2on	26
	V		46,7 &			,3		188 g
O				Old-Hickory-Ton	26
β» O	VI	26,3 ?S				162 g

GewichtSYerlust des Überzuges beim Trocknen

cd

cn

Die einzelnen Kurven lassen deutlich die Überlegenen Wärmeisolierungseigenschaften der erfindungsgemäasen Präparate erkennen. Ea wird auch darauf hingewiesen, dass alle Proben während des gesamten Versuches eine praktisch kontinuierliche Yerschäumung oder Zellbildung innerhalb eines grossen Temperaturbereiches zeigten, und ausserdem traten bei den Versuchen aufgrund der anorganischen Natur der Präparate weder !Rauchentwicklung noch schädliche Dämpfe auf.

Beispiel 3

Um die Dichte des aufblähbaron feuerfesten und wärraeisolierenden Präparates herabzusetzen, wurde einer Mischung aus 1 Gew.-Teil trockenem Natriumailikat, 1 Gew.-Teil Natronkalkglaspräparat, das mit einem zellbildenden Mittel vermischt war, und 1 Gew.-Toil Old-JIickory-Ton ein vorgeformter Schaumstoff zugesetzt. Zu 6,Qc₁^ einer Mischung aus den oben genannten trockenen Komponenten'wurden 1,'36l;g Wasser gegeben, um ein Präparat mit einer anfänglichen .Dichte von 1,96 g/fccrn zu erhalten. Unterschiedliche Mengen an vorgeformten Schaumstoff (AIHOGEL PK) mit einer Dichte von 0,048 g/cem gegeben, um folgende Dichten des den vorgeformten Lichaumstoff enthaltenden Präparates hu erzielen:

Dichte des so erhaltenon Präparate:;, (Y c ein	Mc:	ri'[e des p.ur'O	■setüton Mchfumf!	to.t'f
1,96	• d	n^J
1,04		0	0
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Das den Schaumstoff enthaltende Material dieser Dichten kann durch Giessen, Spachteln oder Sprühen auf den Träger aufgebracht werden« Es kann auöserdem auch mit .anderen Materialien, wie z.B. Perlit, kombiniert werden, um weitere, ein geringes Gewicht aufweisende isolierende Präparate herzustellen. So können £5,B, 0,579 kg des obigen vorgeformten Präparates einer Dichte von 0,76 g/ccm mit. 0,254 kg eines mit Silicon behandelten expandierten Perlite vermischt werden und liefern ein zusammengesetzte j feuerfestes und wärmeiso]ierendes Präparat einer Dichte von nur 0,525 g/ccm,

Als Ton-Komponente für die oben beschriebenen Präparate eignet sich u.a. Minford SiIt, der eine Mischung aus verschiedenen Mineralien ist und etwa 75 Gew*-$ Tone in folgenden Mengenverhältnissen enthält:

8,5 Gew.-Teile 111it .' 1,0 Gew.-Teile Chlorit ". 0,5 Gew.-Teilö Kaolinit

Ausserdem. enthält Minford SiIt ötwa 14 $ Alpha-Quarz und andere Verunreinigungen, wie Calcit, italomit und Feldspat» Der durchschnittliche Durchmesser der Teilchen liegt bei-'etwa 0,3

Andere geeignete Tonsorten sind Kaolinit-Tone, wie Old-Hickory-'i'on, ein Kentucky-Ball-Ton, der ale Hauptmineral Kaolinit und etwa 15 "ß> freien Alpha-Quarz sowie Kieselsäure enthält. Die

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Teilchen besitzen vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,5 W·, wobei 98 fo der Teilchen einen Durchmesser von weniger als 20 ytu aufweisen. Das Wärmekegeläquivalent (pyrometrie cone equivalent = PCE) von Old Hickory Ton beträgt etwa 32 oder 33.

Andere Kaolinit-Tone sind ebenfalls geeignet_f um den Bereich der Feuerfestigkeit der Präparate zu erhöhen. So kann z.B. Velva-Ton (erhältlich von der Georgia Kaolinite Company) verwendet werden, der keinen Alpha-Quarz enthält und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 U- und ein PCE zwischen 34 und 36 besitzt.

Ein geeigneter vorgeformter Schaumstoff ist AIROCEL PK (erhältlich von der Mearl Corporation, West Hoaelle, New Jereey). Dieser vorgeformte Schaumstoff besteht aus einem hydrolysieren Proteinrückstand aus Fischschuppen, der mit Wasser verdünnt und durch eine Packung ausgeeprüht wird, um einen stabilen Schaunietoff der gewünschten Dichte herzustellen.

- Patentansprüche - 309β13/(18(Η

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Claims

"Patentansprüche:

1. Aufblähbares, feuerfestes und wärmeisolierendes Präparat, dadurch gekennzeichnet, dass es als" Hauptkomponenten ein erstes aufbläht) ar es Präparat, das "bei niedrigen Temperaturen Zellen bildet oder verschäumt, und ein zweites aufblähbares Präparat, das bei höheren Temperaturen Zellen bildet oder verschäumt, enthält, wobei beide Komponenten unterschiedliche, zunehmend höhere Zellbildungstemperatui'spitzen aufweisen, so dass das feuerfeste Präparat über einen weiten Temperaturbereich eine praktisch kontinuierliche

• Verschäumung und Zellbildung zeigt.

2. Präparat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,* dass das erste aufblähbare Präparat aus einem löelichen Silikat besteht. ,

3. Präparat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass daü zweite aufblähbare Präparat ein pulverförmiges, zellbildendes keramisches oder kieselhaltiges Material ist.

3 0 9 8 1 3 / Ο a 0

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4. Präparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lösliche Silikat Natriumsilikat ist.

5. Präparat nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige zellbildende keramische oder kieselhaltige Material eine Zellbildungstemperaturspitze von etwa 870° besitzt.

6. Präparat nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass es eine dritte Hauptkomponente enthält, durch die der aus den ersten und zweiten Komponenten gebildete Schaumstoff auf Temperaturen erweitert wird, die über der Zcllbildungstemperaturopitze der zweiten Komponenten liegen.

7. Präparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dans die dritte Hauptkomponente ein stabilisierendes feuerfestes Material enthält, das die Viskosität des.Präparates ausreichend hoch hält, um. ein Pliessen des Schaumstoffes bei erhöhten Zeilbildungstemperaturen zu vermindern.

0. Präparat nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte ll;u.iptkor.iponente ein aufblähbares fiuuu'-festes Material ist.

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9. Präparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aufblähbare feuerfeste Material eine Zellbildungstemperaturspitze von mehr als etwa 1090° auf v/eist.

10. Präparat nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass das aufb.lähbare feuerfeste Material Minford-Silt-Ton ist.

11. Präparat nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als vierte Komponente einen vorgeformten Schaumstoff enthält, durch den die Dichte des Präparates herabgesetzt wird.

Der Patentanwalts

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L e e r s e i t e