DE2328056C3 - Unbrennbare geformte Masse auf Wasserglasbasis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine unbrennbare geformte Masse auf Wasserglasbasis. Diese Masse ist selbsthärtend.

Zu den bisher in weitem Umfang verwendeten unbrennbaren Materialien gehören vor allem Zement Und Gips. Diese Werkstoffe weisen die Eigenschaft auf, unter Wasser auszuhärten, und ihre paslöse Mischung mit Wasser macht eine Gelierung (Koagulation) und Erhärtung unter Bildung eines harten unbrennbaren Erzeugnisses durch, wenn man sie stehenläßt.

Jedoch sind erhärtete Zementprodukte, obwohl sie eine ausreichende Druckfestigkeit haben, hinsichtlich ihrer Biege- und Zugfestigkeit mangelhaft, so daß Sich bei ihrer Verwendung als dünne Platten Schwierigkeiten ergeben. Weiter machen es die Rauheit ihrer Oberfläche und die ästhetische Unzulänglichkeit ihrer Farbe unpassend, diese Erzeugnisse als Innen-Cinrichtungs-DekorationsstofTe αϊ verwenden. Zudem erfordert das Erhärten einer Paste aus Zement und Wasser eine lange Gelierungszeit und führt zu Nachteilen in der Verarbeitb irkeit. Andererseits weisen erliärtete Gipsprodukle eine relativ glatte Oberfläche Huf und werden in weitem Umfang als dekorative !nneneinrichtungsstoffe verwendet, jedoch gibt es wegen ihrer geringen mechanischen Festigkeit Schwierigkeiten hinsichtlich ihrer Verwendung als Baustoffe.

Daneben werden Kunststoffe als Formstücke auf verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt. Da sie jedoch brennbar sind, besteht bei ihrem Einsatz die Gefahr von Fcuerunfällen oder großen Schadens infolge eines Feuers, wenn sie als Wand- und Möbelwerkstoffe verwendet werden.

Es ist nach dem Stand der Technik bekannt, Antimon-, Halogen- oder Phosphorverbindungen diesen brennbaren Kunststoffen zuzusetzen, um sie. unbrennbar zu machen. Doch enthält jede dieser Zusatzverbindungen wenigstens einen giftigen Bestandteil. Wenn die zusatzhaitigen unbrennbaren Kunststoffteile einem Feuer ausgesetzt werden, geben sie infolge der Verbrennung oder thermischen Zersetzung der zugesetzten Verbindung eine große Menge giftigen Gases ab. Die japanische Patentveröffentlichung 13 874/ 1972 offenbart ein Verfahren zur Behandlung von

ίο Polystyrolschaum oder ähnlicher Schaumkörper zwecks deren Unbrennbarmachung durch Überziehen ihrer Oberfläche mit einer Flüssigkeit, die durch Mischen von Wasserglas, einer geringen Menge gelöschten Kalks und einer passenden Menge Wasser zubereitet wurde, und Einbringen der damit überzogenen Teile in einen auf einer Temperatur von 30 bis 60° C gehaltenen und mit CO₂-GaS gefüllten Ofen zur Bildung eines unbrennbaren erhärteten Films auf den Schaumteilen. Jedoch weist dieses eine Wärmebehandlung in einem mit CO₂-GaS gefüllten Ofen erfordernde Verfahren einen geringen Wirkungsgrad auf und ist auf Gegenstände in bereits fertigen Gebäuden nicht anwendbar. Daher ist dieses Verfahren industriell nicht vorteilhaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unbrennbare Masse anzugeben, die geeignet ist, selbst zu erhärten und dabei ein Erzeugnis mit einer glatten, ästhetisch schönen Oberfläche und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit zu ergeben. Diese unbrennbare Masse soll sich auch zur Bildung eines unbrennbaren Schutzüberzuges auf der Oberfläche eines brennbaren Körpers durch dortiges Aufbringen und Erhärten eignen. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren a\izugeben, nach dem ein brennbarer Körper unbrennbar

gemacht werden kann, indem man seine Oberfläche mit der erfindungsgemäß anzugebenden unbrennbaren Masse behandelt.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine unbrennbare geformte Masse auf Wasserglasbasis mit dem Kennzeichen, daß die Masse im wesentlichen aus Wasserglas und Kalziumsulfit besteht.

Für ihren Einsatz als Formkörper ist es erwünscht, das Verhältnis des Wasserglases zum Kalziumsulfit in der Masse im Bereich von 1:1 bis 7 : 3 zu wählen. Wenn die Menge des Kalziumsulfits unter diesem Bereich liegt, wächst die Gelierzeit äußerst stark an und erniedrigt den Verarbeitungswirkungsgrad. Falls andererseits die Menge des Kalziumsulfits übermäßig groß ist, läßt es sich kaum mit Wasserglas mischen und verhindert so die Erzeugung einer Hochqua!i!ätsmasse.

Es ist erfindungswesentlich, Kalziumsulfit als zum Wasserglas zuzusetzenden Bestandteil zu verwenden. Wenn es durch Kalziumkarbonat oder Kalziumsulfat ersetzt wird, läßt sich die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung nicht erreichen. Im Fall des Zusatzes von Kalziumsulfat zu Wasserglas reagieren z. B. beide schnell miteinander und führen zu einem Niederschlag, so daß ein gleichmäßiges Durchkneten unmöglich wird. Im Fall des Zusatzes von Kalziumkarbonat zu Wasserglas wird die Gelierzcit der erhaltenen Masse äußerst lange, so daß die Verwendung eines besonderen Geliermittels, wie z. B. Natriumfluorosilikat, erforderlich wird. Dagegen hat das erfindungsgemäß verwendete Kalziumsulfit eine ausgezeichnete Kompatibilität mit Wasserglas und ver-

leiht der erhaltenen Masse ein zu ihrer Verarbeitung vorteilhaftes Gelierverhalten.

Diese Formmasse kann einfach durch Zusetzen einer gegebenen Menge KälziürnsülrU zu handelsüblichem Wasserglas (eine wäßrige Lösung von Natriumsilikat) und Verkneten der Mischung hergestellt werden.

Diese Masse kann als feuerfestes Material, zur Wärmeisolation und als Baustoff verwendet werden, indem man sie geeignet formt und erhärten läßt. Sie kann aber auch für Verschalungen, die ein ästhetisch verbessertes Aussehen erfordern, oder auch für Statuen und Schaufensterpuppen Verwendung finden.

Im Fall der Verwendung eier erfindungsgemäßen Masse zur Bildung eines unbrennbaren Schutzüberzugs ist es vorteilhaft, die Menge de? Kalziumsulfits bis höchstens 30 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der erhaltenen Masse zu begrenzen.

Verschiedene Stoffe lassen sich in Weiterbildung der Erfindung als oberflächenaktive Substanz verwenden, die als Hilfsbestandteil dem Wasserglas zuzusetzen ist. Da jedoch Wasserglas alkalisch ist, verwendet man vorzugsweise alkalibeständige, oberflächenaktive Stoffe, die nichtionische oberflächenaktive Stoffe, wie z. B. Polyoxyäthylenalkylester. Polyoxyäthylenphenoläther und Sorbitfettsäureester, umfassen. Diese oberflächenaktiven Stolle dienen der Erleichterung der Bildung eines gleichmäßigen Überzugs, vor allem im FaI! der Aufbringung der Masse gemäß der Erfindung auf die Oberfläche von hydrophobem Kunststoff. Der oberflächenaktive Stoff kann in einer sehr geringen Menge, üblicherweise in der Größenordnung von etwa 0,1 Gewichtsprozent der Masse, zugesetzt werden.

Die Masse gemäß der Erfindung kann in Formen von stangenartiger Gestalt, plattenartiger Form und verschiedenen anderen Konfigurationen gegossen werden. Dabei kann man Perlit, weißen Hohlsand (vulkanisches Gestein), Asbest, Glasfasern, Metallfasern usw. zusetzen, um das Gewicht des Erzeugnisses zu verringern und es zu verstärken. Die Menge dieser Zustäze wird in geeigneter Weise je nach den gewünschten mechanischen Eigenschaften des Endprodukts bestimmt, wobei darauf zu achten ist, daß die Mischbarkeit der einzelnen Bestandteile nicht zu

Suü'k bccinträCiitlgt WiTu.

Die unbrennbare Masse gemäß der Erfindung kann auch auf die Oberfläche verschiedener brennbarer Teile aufgebracht werden, um ihnen Unbrennbarkeitseigenschaften zu verleihen. Zum Beispiel kann man durch Aufbringen der erfinduiigsgemäßen Masse auf

ίο die Oberfläche eines geschäumten oder nicht geschäumten Körpers aus einem brennbaren thermoplastischen Kunststoff, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen und Polystyrol nach üblichen Überzugsverfahren, wie z. B. Aufbürsten, Eintauchen und Auf-

sprühen, u;id anschließendes Stehenlassen des Körpers bei Raumtemperatur einen unbrennbaren erhärteten Überzug aus einem Reaktionsprodukt von Wasserglas und Kalziumsulfit auf der Oberfläche bilden. Dabei ist eine Überzugsmenge von etwa 0,012 g/cm²

üblicherweise ausreichend. Der so gebildete erhärtete Film ist nicht nur unbrennbar, sondern hat auch ausgezeichnete chemische und mechanische Eigenschaften. Und zwar besitzt der Oberzug ausgezeichnete Wasserdichtheits-, chemische Beständigkeits- und

Wärmeisolationseigenschaften sowie eine gute Zug-, Biese- und Druckfestigkeit. Daneben ist diessr Film so glatt und transparent, daß das ästhetische Aussehen der Kunststoffunterlage nicht beeinträchtigt wird. Weiter gibt die von jedem giftigen Bestandteil

freie Masse nie irgendein giftiges Gas ab, wenn sie mit Feuer in Berührung kommt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Eine gegebene Menge Kalziumsulfit wurde handelsüblichem Wasserglas verschiedener Art zugesetzt, und die Mischung wurde verknetet. Die erhaltene Fasle wurde zu einem plattenartigen Formkörpc gegossen, den man dann bei Raumtemperatur stehenließ, um seine Gelierung und Erhärtung zu bewirken.

Tabelle 1

Versuch Zusammensetzung
Wasserglas
Typ

Zusatz Menge (in Gewichtsteilen) Art Gelierzeit (in Minuten)

Menge (in
Gewichtsteilen)

HiLrIe der

erhärteten

Pnxlukle

iShore-

liärte)²)

5¹)

8·)

9') 10') 11·)

JlS Nr. 3
JlS Nr. 3
JlS Nr.?
JlS Nr. 3
JIS Nr. 3
JIS Nr. 2
JIS Nr. 1
JIS Nr. 3
JIS Nr. 3
JIS Nr. 3
JIS Nr. 3

90
70
60
50
30
50
50
50
50
50
50

Kalziumsulfit 10

Kalziumsulfit 30

Kal/iumsulfit 40

Kalziumsulfit 50

Kalziumsulfit 70

Kalziumsulfit 50

Kalziumsulfit 50

Kalziumsulfat 50

Kalziumhydroxid 50

Kalziumkarbonat 50

Zinkoxid 50

länger als 24 h

40 70

10 52

8 42

schwer mischbar 10 43

8 40

schwer mischbar schwer mischbar länger als 24 h länger als 24 h

') Vergleichsbeispiel.

«) geprüft nach JIS B-7727.

Die Tabelle 1 gibt die erforderliche Zeit, bis die jeweilige Paste nacb dem Formguß geliert war, und die Härte des ieweiligen erhärteten Endprodukts an. Zum Zweck des Vergleichs sind darin ebenfalls Beispiele angegeben, wo dem Wasserglas andere anorganische Verbindungea zugesetzt wurden. Die Tabelle 1 a gibt die unterschiedlichen Eigenschafter, der drei veischiedenen Wasserglasarten JIS Nr. 1, 2 und 3 an.

Eigenschaften von erhärteten Ze-nent- und Gipsprodukten. „ . ., ,

'^aDe '

_Eigeliscbaf_t

JIS

N. l

Spezifisches Gewicht (15⁰CBe)

Die Tabelle 2 zeigt die physikalischen Eigenschaf- io Molverhältnis SiO,: Na₂O ten erhärteter Erzeugnisse aus den erfindungsgemä- SiO., (%) ßen Massen im Vergleich mit den physikalischen Na₂O(Vo)

2,2 36,5

JIS

Nr. 2

2,4 34,0 ^l4.²

60,5 54,5 40,0

Tabelle 2

Formwerkstoff

Gelierzeit
(Koagulation) Eigenschaften des erhärteten Produkts
Spezifisches Druck- Biege-

Gewicht festigkeil festigkeit

(kg/cm^;)⁴) (kg/cm')⁵)

Farbe

Shore-Harte

AG (70/30)') AG (60/40)·) AG (50/50)') Zement*) Gips 3)

40 Min. 10 Min.

8 Min.

6 Std.

5 Std.

1,18 1,34 1,87 3,15 2,30 165
180
200
350
65

') Gewichtsverhältnis Wasserglas zu Kalziumsulfit.

») Bestehend aus 21,4»/« SiO;, 64,5 °/o CaO, 5,4»/o AIiOs, Rest Fe₂Oj und MgO.

') Gips kalziniert.

⁴) Geprüft nach IISA-1108.

^s) Geprüft nach JIS A-1106.

AG = Anmeldungsgegenstand.

70
85
100
40
20

weiß weiß weiß grau weiß

70 52 42 19 15

Die Prüfmethoden zur Ermittlung der Druckfestigkeits-, Biegefestigkeits- und Shorehärtewerte, die in den Tabellen 1 bzw. 2 angegeben sind und entsprechend den schon genannten Normen JIS A-1108 bzw. JIS A-1106 bzw. JIS B-7727 gewonnen wurden. werden anschließend kurz erläutert.

1. Druckfestigkeit

Zur Prüfung der Druckfestigkeit wurden Prüflinge von 4 X 4 X 4 cm einer um 1 t/min steigenden Belastung bis zur Zerstörung des Prüflings ausgesetzt und die dabei erreichte Belastung auf den Prüflingsquerschnitt bezogen.

2. Biegefestigkeit

Zur Prüfung der Biegefestigkeit wurden Prüflinge von 4 X 4 X 16 cm mit einem Prüfgerät »Shimazu autograph« unter Zweipunktauflage an 10 cm voneinander entfernten Punkten einer auf halber Länge von oben nach unten einwirkenden, um 1 t/min steigenden Belastung bis zum Bruch des Prüflings ausgesetzt.

Die Biegefestigkeit wurde, falls der Bruch im mittleren Drittel auftrat, als

Pl

■■-· 1000 (kg/cm²)

berechnet, worin

P -= Höhe des Bruchquerschnitts (cm)
/ = Breite des Bruchquerschnitts (cm),
/) -= Spannweite fern)
d = Maximalbelastung beim Bruch (t),

und, falls der Bruch außerhalb des mittleren Drittels auftrat und der Abstand zwischen der Kreuzung der Mittellinie und der Bruchlinie innerhalb von 5% der Spannweite lag, als

^ ρ

1000 (kg/cm²)

berechnet, worin P, b und d die obengenannte Bedeutung haben und α = Durchschnitt von Abständen zwischen Bruchquerschnitt und dem nächsten Außenunterstiitzungspunkt, gemessen an vier Stellen der Spannungsseite der Spannweite in Richtung der

Spannweite (cm).

3 shorhärte

_Zur p_rur_ung der Shorhärte wurden Prüflinge von 6 cm X 6 cm X 1 cm mit einer Shorehärteprüfmaschine Typ D (von Shimazu Seisakusho Co., Ltd.) bei einer Arbeitsgeschwindigkeit des Betätigungsringes von 2 U/sec jeweils an H) Punkten beeindruckt. Die Tabellenwerte beruhen auf Durchschnitten von je 5 Messungen.

Aus den Versuchsergebnissen entsprechend den Tabellen 1 und 2 ersieht man, daß die Masse gemäß der Erfindung ausgezeichnete Eigenschaften als anorganischer FormwerkstorT aufweist.

Beispiel 2 Einer gegebenen Menge Kalziumsulfit wurde Was-

,^serS^las' ^d· ^fl /;^iner ffⁿ£^c" ψ»^η& ^⁰¹¹ Natriumsilikat zugem.scht, und der erhaltenen Mischung wurde ^{noch einc DCStimmlc} Menge eines Sorbitan-Mono^iau _u ^rats f oberflächenaktiver Stoff zur Bildung einer unbrennbaren Masse zugesetzt.

Die so erhaltene Masse wurde auf die gesamte Oberfläche eines bandartigen Polyäthylenschaum-

körpers (Dichte: 0,04 g/cm^:!, Probe A), eines Polyäthylenkörpers (Dichte: 0,923 g/cm^:l. Probe B) und eines Schaumkörpers, der aus 40 Gewichtsteilcn Polyäthylen und 60 Gewichtsteilen Kalziumsulfit bestand (Dichte: 0,2, Probe C), nach einem Aufbürst-Überzugsvverfahren aufgebracht, und man ließ die überzogenen Körper 30 Minuten bei Raumtemperatur stehen.

Dann wurde mit den einzelnen so hergestellten Proben ein Verbrennungsversuch nach »ASTM D-2867« (1970) durchgeführt, um den Sauerstoffindex zu erhalten und die Unbrennbarkeit auszuwerten. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben.

Proben mit einem SaucrstofTindex über 27,0 bis 28.0 zeigen ein Selbstlöschvcrhalten (s. »SPE Journal«, Februar 1971, Vol. 27, S. 23 bis 31).

Tabelle 3 Zusammensetzung des Überzugsmaterials

(in Gewichtsprozent)

Wasserglas Kalziumsulfit Sorbitan-

Monolaurat

Sauerstoffindex gemäß Verbrennungsversuch

Probe Λ Probe B

Probe C

96,9	3,0	0,1	nicht behandelt	17,5	19,0	21,0
			behandelt	40,0	52,0	45,0
70,0	29,9	0,1	nicht behandelt	17,5	19,0	2i,0
			behandelt	37,5	50,0	41,0

Man ersieht aus den in der Tabelle 3 angegebenen Ergebnissen, daß alle nicht behandelten Proben kein Selbstlösch verhalten zeigen.

überzogenen Proben dagegen einen hohen Sauer stoffindex und ein selbstlöschendes Verhalten auf

alle mit der Masse 25 weisen.

«09 612/3

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Unbrennbare geformte Masse auf Wasserglasbasis, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse im wesentlichen aus Wasserglas und Kalziumsulfit besteht.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Wasserglas zu Kalziumsulfit 1:1 bis 7 : 3 beträgt.

3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Perlit, weißen Hohlsand, Asbest, Glasfasern oder Metallfasern enthält.

4. Unbrennbare Masse nach Anspruch 1 zur Bildung unbrennbarer Schutzüberzüge, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserglas-Kalziumsulfit-Mischung noch eine geringe Menge eines nichtionischen oberflächenaktiven Stoffes enthält.

5. Masse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalziumsulfitgehalt maximal 30 Gewichtsprozent der Masse beträgt.

6. Verfahren zum Beschichten eines brennbaren Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Oberfläche des Körpers die Masse nacli Anspruch 4 aufbringt und sie unter Bildung eines unbrennbaren Schutzüberzugs an Luft erhärten läßt.