DE2352969A1

DE2352969A1 - Verfahren zur herstellung von harten schaumstoffen mit hoher feuerwiderstandsdauer

Info

Publication number: DE2352969A1
Application number: DE19732352969
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Gaeth; Heinz-Hermann Koerner; Roland Linke; Fritz Dr Stastny
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1975-04-30
Also published as: IT1021884B; FR2248296A1; BE821321A; FR2248296B3; JPS5073969A

Description

BASF 'Aktiengesellschaft

Unser Zeichens O.Z.JO I69 Dd/L 6700 Ludwigshafen, 22.10.1973

Verfahren zur Herstellung von harten Schaumstoffen mit hoher

Feuerwiderstandsdauer

In den deutschen Auslegeschriften 1 244 640, 1 571 JlJ und 1 671 654 sind Verfahren zur Herstellung von hitzebeständig en Isolierstoffen beschrieben, die im wesentlichen zu 90 Volumenprozent aus geschäumten Kunststoffpartikeln und zu 10 % aus einem anorganischen Bindemittel, z.B. Wasserglas, bestehen» Der Vorteil dieser bindemlttelhaltigen Schaumstoffe ist die hohe Beständigkeit bei Bestimmung der Feuerwiderstandsdauer. Bei der Beflammung verbrennen die organischen geschäumten Partikel, und ein anorganisches Gerüst bleibt zurück. Dadurch ist es möglich, Verbundelemente mit einer Kernschicht aus den genannten Schaumstoffen von nur 40 bis 50 mm Dicke aufzubauen, die eine Feuerwiderstandsdauer nach DIN 4102 von 90 Minuten und mehr aufweisen. Derartige Konstruktionen haben sich in der Praxis bewährt, insbesondere zur Herstellung von feuerwiderstandsfähigen Fassadenelementen . Die Schaumstoffe haben jecoch ein verhältnismäßig hohes Raumgewicht von etwa I60 kg/nr und damit verbunden eine unbefriedigend hohe Wärmeleitung. Auch ihre Härte und Festigkeit lassen zu wünschen übrig.

Es ist bekannt, daß man Partikel aus geschäumten Thermoplasten mit organischen Bindemitteln verkleben und daraus z.B. Instrumentenplatten herstellen kann. Ferner wurde die Herstellung von schallschluckenden, wärmeisolierenden Bauplatten durch Verkleben von fasrigen geschäumten Polystyrolpartikeln mit organischen Bindemitteln beschrieben. Diese Kombinationen von geschäumten Thermoplasten mit organischen Bindemitteln haben im Hinblick auf ihre vorgesehene Verwendung gute Eigenschaften. Sie haben jedoch nur eine geringe Feuerwiderstandsdauer.

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Es wurde auch schon vorgeschlagen, anorganische, geblähte Partikel, wie Blähton, Vermiculit, Perlit usw. mit organischen Bindemitteln und gegebenenfalls Schaumpolystyrolpartikeln in untergeordneten Mengen zur Herstellung von wärmeisolierenden Formteilen zu verbinden. Durch die Verwendung der anorganischen geblähten Partikel als innere Phase wird die Feuerwiderstandsdauer verbessert, so daß es mit relativ dicken Schichten von etwa 10 bis 15 cm möglich ist, Konstruktionselemente herzustellen, die nach DIN 4102 eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten aufweisen. Die Raumgewichte dieser Kombinationen liegen jedoch bei 300 kg/m3 und mehr. Diese hohen Raumgewichte bringen naturgemäß den Nachteil hoher Wärmeleitzahlen, so daß bei der Herstellung von Verbundelementen, bei denen gleichzeitig eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten und mehr, ein hoher Wärmedurchlaßwiderstand und eine Verbundelementdicke von nur 6 bis 10 cm verlangt wird, auch diese Produkte nicht brauchbar sind.

Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, harte Schaumstoffe mit hohem Wärmedurchlaßwiderstand und guter Druck- und Scherfestigkeit zu entwickeln, die bei geringen Konstruktionsdicken eine Feuerwiderstandsdauer von 60, 90 und mehr Minuten aufweisen.

Solche Isolierstoffe können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Dies ist umso überraschender, als sowohl die geschäumten Kunststoffpartikel als auch die Bindemittel organischer Natur sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Gemisch hergestellt aus:

a) geschäumten Rundpartikeln aus einem thermoplastischen Styrolpolymerisat,

b) einer wäßrigen Lösung von 50 bis J500 Gewicht st eilen, bezogen auf 100 Teile des Styrolpolymerisates, eines härtbaren Harzes auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes und

c) einem feinteiligen anorganischen Füllstoff in Mengen, von 25 bis 200 Volumenteilen, bezogen auf 100 Volumenteile des Harzes.

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Dieses Gemisch wird dann um mindestens 10 % seines Volumens zusammengedrückt und das Harz bei Temperaturen unterhalb der Siedetemperatur der wäßrigen Lösung ausgehärtet.

Das Gemisch enthält geschäumte Rundpartikel aus einem Styrolpolymerisat. Die Partikel haben im Idealfall Kugelform; es können aber auch Partikel mit unregelmäßiger Gestalt, z.B. ei- oder birnenförmige Teilchen, abgeplattete Kugel oder Ellipsoide eingesetzt werden. Unter Styrolpolymerisäten sind Produkte zu verstehen, die mehr als 50 % Styrol als monomeren Baustein enthalten, d.h. sie können auch andere mit Styrol copolymerisierbare Monomere enthalten, wie Methylmethacrylat, Acrylester oder Acrylnitril. Die geschäumten Rundpartikel haben vorzugsweise eine Dicke von 0,2 bis 5, insbesondere von 0,5 bis 2 mm. Das Schüttgewicht liegt im allgemeinen bei β bis 50, vorzugsweise bei 12 bis ^O g/l, entsprechend einem Raumgewicht der Einzelteilchen von 10 bis 100, vorzugsweise von 15 bis 40 g/l.

Das Gemisch enthält ferner eine wäßrige Lösung eines härtbaren Harzes in Mengen von 50 bis JOO, vorzugsweise 100 bis 200 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Styrolpolymerisates. Das Melamin/Formaldehyd-Harz enthält laut allgemeiner technischer Definition mindestens 50 Gewichtsprozent eines Melamin/Formaldehyd-Vorkondensates. Es kann in bekannter Weise mit Harnstoff, Phenol, Resorcin, Glykolen, Polyglykolen oder löslichen Polyamiden modifiziert sein, d.h. ein Mischkondensationsprodukt darstellen. Es kann aber auch eine Mischung aus einem Melamin/ Formaldehyd-Kondensat und einem anderen Harz, z.B. einem Phenol/ Formaldehyd- oder Harnstoff/Formaldehyd-Vorkondensat, eingesetzt werden. Die Melaminharzlösung hat die übliche Konzentration von etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent. Sie enthält die üblichen sauren Härtunjgsmittel, wie z.B. Ameisensäure, Phosphorsäure oder Ammoniumsulfat.

Das Gemisch enthält schließlich noch einen feinteiligen anorganischen Füllstoff in Mengen von 25 bis 200 Volumenteilen, vorzugsweise 50 bis 150 Volumenteilen/ bezogen auf 1.00 Volumenteile des Melaminharzes. Die Füllstoffe sollen zweekmäßigerweise nicht alkalischer Natur sein, da sonst das saure Härtungssystem gestört

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werden kann. In Frage kommen beispielsweise Talkum, Quarzmehl, Asbestmehl, Glasmehl oder Kieselgel. Als weitere Zusätze können Farbstoffe und anorganische Fasern, wie Glasfasern und Asbestfasern zugesetzt werden. Letztere bewirken einen verbesserten Zu s ammenha11.

Bei den genannten Mengenverhältnissen werden die Schaumpartikel im Gegensatz zu Verklebungen vollkommen durch das Harz umschlossen. Es ist sehr vorteilhaft, wenn man die wäßrige Phase des Gemisches vor dem Aushärten anschäumt., beispielsweise durch Einrühren oder Einschlagen von Luft in die viskose Mischung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, dem Gemisch Seifen, z.B. Alkylsulfonate, und Stabilisatoren, z.B. Casein, zuzusetzen.

Das Gemisch wird dann um mehr als 10, vorzugsweise um weniger als 90 % seines Volumens zusammengedrückt. Dabei werden im allgemeinen nur die groben Luftblasen zwischen Schaumpolystyrolteilchen herausgedrückt, und es findet nur in untergeordnetem Maße eine Deformation der Schaumteilchen statt. Wenn nach der vorzugsweisen Ausführungsform die Mischung etwas angeschäümt wurde, so werden die Zwischenräume besser durch den Schaum, der feine Luftbläschen enthält, ausgefüllt, so daß nicht mehr so viel grobe Luftblasen herausgedrückt werden müssen.

Das Aushärten des Harzes erfolgt in bekannter Weise bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen, auf jeden Fall aber unterhalb der Siedetemperatur der wäßrigen Lösung, vorzugsweise unterhalb von 100⁰C. Die Dauer des HärtungsVorgangs hängt im wesentlichen von der Härtungstemperatur ab. Die Härtungszeiten können zwischen ^O Sekunden und 24 Stunden schwanken. Die Drücke beim Härten können zwischen 0,02 und 2 bar, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,5 bar Überdruck liegen.

Anschließend an das Aushärten kann ein Trocknungsvorgang stattfinden, bei dem das von der Bindemittellösung stammende Wasser entfernt wird. Auch das Trocknen wird vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb von 100⁰C vorgenommen. Durch das Trocknen wird

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die Wärmeleitfähigkeit der Produkte noch weiter erniedrigt. Sie liegt dann im allgemeinen zwischen 0,04 und 0,06 kcal/mh°C bei p°C.

Das Vorpressen und Aushärten kann diskontinuierlich, z.B. in Formen vorgenommen werden. Auf diese Weise lassen sich Brandschutzplatten jeder gewünschten Dimension herstellen. Vorteilhaft ist aber die kontinuierliche Arbeitsweise, bei der das Gemisch zwischen umlaufenden Bändern zusammengepreßt, wird. In diesem Falle ist es vorteilhaft, bei etwas erhöhten Temperaturen zu härten, um die Verweilzeit in der Maschine zu verkürzen. Das Aufheizen kann dabei nach technisch bekannten Methoden, z.B. durch Kontaktwärme, Induktionsbeheizung oder Hochfrequenzbestrahlung, erfolgen.

Das Raumgewicht der erfindungsgemäß hergestellten Schaumstoffe variiert in Abhängigkeit von Art und Menge der Einzelkomponenten und vom Preßdruck. Optimale Einstellungen liegen bei ausgehärteten und getrockneten Schaumstoffen bei 80 bis 200, vorzugsweise bei 100 bis l40 g/l. Platten aus so hergestellten Schaumstoffen sind selbstverlöschend und ergeben - als Kernschicht in Verbundelemente eingebaut - eine sehr hohe Feuerwiderstandsdauer.

Die Schaumstoffe lassen sich mit üblichen Deckplatten, z.B. Zementasbest, Aluminium, Eisen, Glas oder Gips, vereinigen. Auf diese Weise können feuerwiderstandsfähige Bauelemente hergestellt werden. Mit solchen Bauelementen kann bei einer Gesamtstärke von 60 mm eine Feuerwiderstandsdauer nach DIN 4l02, Blatt 3, von 6o, 90 oder noch mehr Minuten erzielt werden, d.h., nach dieser Zeit wird an der nicht beflammten Seite eine Temperatur von nicht mehr als 14O°C gemessen. Die dem Feuer zugewandte Seite des Schaumstoffes zersetzt sich dabei thermisch unter Bildung von Kohlenstoff, der zusammen mit den anorganischen Füllstoffen eine Isolierschicht, bildet, die dem Durchdringen von Hitze und Feuer einen hohen Widerstand entgegensetzt.

N.

Die Bauelemente haben außer der hohen Feuerwiderstandsdauer und dem hohen Wärmedurchgangswiderstand sehr gute mechanische Eigen-

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schäften und ein geringes Gewicht. Sie eignen sich zur Herstellung von nichttragenden Wänden, Decken und Böden; sie können aber auch zur Beschichtung von tragenden Wänden, Decken und Boden oder in Lager- oder Kühlhäusern als wärmeisolierende und den Feuerdurchgang hemmende Schicht eingesetzt werden.

Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1
In einem Mischer wird folgende Mischung hergestellt?

15,000 kg einer 54 $igen wäßrigen Lösung eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensates, das einem Festanteil von 8,1 kg entspricht, der bei einer Dichte von 1,5 ein Volumen von 5*4 1 hat,

15,000 kg Talkum, feinteilig, das mit einer Dichte von 2,75 ein Volumen von 5*^50 1 ergibt,

0,450 kg Paraffin-Na-Sulfonat, 20 $ige Lösung in Wasser, 0,450 kg Casein,

0,900 kg Ameisensäurelösung, j50 $ig in Wasser, 5,750 kg Wasser und

5,400 kg vorgeschäumte Polystyrolpartikel vom Schüttgewicht 15 g/l und einer Teilchengröße von 0,5 bis 2 mm.

Diese Bestandteile werden im Mischer ca. 10 Minuten intensiv gerührtj dabei wird die wäßrige Phase leicht angeschäumt. Die fertige Mischung wird einer Bandpresse zugeführt mit einer Geschwindigkeit von 0,40 m/min, so daß eine gleichmäßige Schicht von 70 mm Dicke entsteht. Im Einzug der Bandpresse wird auf 50 mm Dicke verdichtet unter gleichzeitiger Erwärmung auf 100⁰C. Nach Durchlauf erhält man kontinuierlich eine endlose Schaumstoffplatte von 50 mm Stärke, die nach Absägen bei ca. 80°C getrocknet wird.

Die Platten haben folgende Eigenschaften:

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Schaumstoff nach DAS 1 671 654

	nach	53	420: ca.	110	als Ve	rgleich
Rohdichte	DIN	53	421:	4,0.	kg/πκ ca.	160
Druckfestigkeit bei 10 % Stauchung	DIN	53	423:	5,55	ρ kp/cm	4,1
Biegefestigkeit	DIN	53	571:	3,7	kp/cm	4,9
Zugfestigkeit	DIN	53	422:	3,0	kp/cm²	2,0
Scherfestigkeit	DIN	53	453:	0,32	kp/cm²	3,2
Schlagbiege festigkeit	DIN	52	612:	0,049	ρ cmkp/cm	0,3
Wärmeleitzahl bei 0⁰C	DIN	53	428:	11,85 13,0	kcal/mhgrad	0,039
Wasseraufnahme nach 24 Stunden nach 48 Stunden	DIN		Vol.-$ Vol.-$ ·	10,0 12,5

Ein Bauelement der Größe 500 χ 400 mm und der Zusammensetzung

1 mm Asbestpappe,

50 mm Schaumstoffplatte gemäß obigem Beispiel, 1 mm Asbestpappe, beidseitig verklebt mit einer Mischung von Natronwasserglas/Talkum 100 : 60,

ergab bei der Prüfung auf Peuerwiderstandsdauer (DIN 4102) nach 90 Minuten Beflammung bei Einheitstemperaturkurve eine Oberflächen, temperatur von 126°C über Raumtemperatur.

Beispiel 2
Es wird ein Gemisch aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

1,500 g einer 54 $igen wäßrigen Lösung eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensates; das entspricht einem Festanteil von 8IO g, der bei einer Dichte von1,5 ein Volumen von 0,540 1 hat,

2,000 g Talkum, feinteilig, das mit einer Dichte von 2,75 ein Volumen von 0,727 1 ergibt,

50 g Paraffin-Na-Sulfonat, 20 $ige Lösung in Wasser,

50 g Casein,

75 g Ameisensäurelösung, 30 $ig in Wasser,

18 g H-POh, 86 $ig, Orthophosphorsäure,

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6O g Triammoniumphosphat, (NR\),,POh,
5OO g Wasser und

540 g vorgeschäumte Polystyrolpartikel vom Schüttgewicht 15 g/l und einer Teilchengröße von 0,5 bis 2 mm.

Das obige Gemisch wird in einem Mischer ca. 10 Minuten intensiv gerührt, so daß sich dabei eine leichte Schaumbildung ergibt. Danach wird die Mischung in eine Aluminiumform gegeben und in einer hydraulischen Presse zu einer Platte von 740 χ 740 χ 50 unter Verdichtung von 16,7 % zusammengepreßt bei gleichzeitiger Erwärmung auf 100⁰C. Kondensationszeit ca. I5 Minuten.

Nach Trocknung bei ca. 80°C hat die Platte folgende Eigenschaf= ten;

Rohdichte nach DIN 53 420; ca. 120 kg/m⁵ Druckfestigkeit _{h DIN 5}, ^₂₁, , , _kD/_om2 bei 10 % Stauchung ^UdC" ^υ±" -⁵J? ^j.. j?, ;> κρ/cm Biegefestigkeit nach DIN 53 423; 3,6 kp/cm² Scherfestigkeit nach DIN 53 422s 2,5 kp/cm²

bii^moc^{elfcZahl nach DIN 55 6l2s} °'°⁵⁴ ^cal/mhgrad Wasseraufnahme nach DIN 53 4281

nach 24 Stunden · 13*5 Volumenprozent

nach 48 Stunden 14,8 Volumenprozent

Diese Hartschaumplatte eignet sich gut als Kernschicht beim Aufbau von Bauelementen folgender Zusammensetzung:

3,2 mm Glasal, verklebt mit Epoxidharz auf 1,0 mm Asbestpappe, verklebt mit Natronwasserglas/Talkum-Mischung ICO : 60 auf
50,0 mm Schaumstoffplatte gemäß Beispiel, verklebt mit obiger Wasserglas-Mischung auf

1,0 mm Asbestpappe, verklebt mit Epoxidharz auf 0,1 mm Alu-Folie, verklebt mit Epoxidharz auf 5,0 mm Int emit.

Ein solches Element, Größe 500 χ 500 mm, zeigte bei Prüfung auf Feuerwiderstandsdauer (DIN 4102) nach 90 Minuten Beflammung bei Einheitstemperatur eine Oberflächentemperatur von 155°C über Raumtemperatur«

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Beispiel 3
Es wird folgende Mischung angesetzt;

2^,00 kg einer 54 $igen wäßrigen härtbaren Lösung eines Vorkondensationsproduktes aus 65 % Melamin-Formaldehydharz, 29 % Harnstoff-Formaldehydharz und 6 % Phenol-Formaldehydharz,

1,000 kg 50 $ige Ameisensäure in Wasser, 23,000 kg Talkum, feinteilig und

5,625 kg vorgeschäumte Polystyrolpartikel vom Schüttgewicht 12,5 g/l und einer Teilchengröße von 0,5 bis 2 mm

und in einem Rührwerk ca. 10 Minuten lang gemischt. Das schüttfähige Gemisch wird zwischen Holzverschalungen, die mit Polyäthylenfolie ausgekleidet sind, eingeschüttet und von Hand schwach zusammengepreßt. Man erhält nach 8 Stunden und nach Entfernen der Verschalung einen harten Schaumstoffblock der Abmessungen 200 x 100 χ 16 cm, der nach 14 Tagen praktisch trocken ist.

Von dem Block wird eine Platte der Größe 200 χ 200 χ 5 cm "abgesägt; sie hat folgende Eigenschaften;

Raumgewicht

Druckfestigkeit
bei 10 $ Stauchung

Zugfestigkeit

Scherfestigkeit

Biegefestigkeit

nach	DIN	53	420 s	130	kg/cirr
nach	DIN	53	421:	4,9	kp/cm²
nach	DIN	53	571;	• 3,3.	ρ kp/cm
nach	DIN	53	422 s	3,2	kp/cm²
nach	DIN	53	423 s	6,2	ρ kp/cm
nach	DIN	52	612 s	0,0561	kcal/m

Ein Prüfelement der seitlichen Abmessungen 500 χ 500 mm und des Aufbaues;

3,2 mm Internit, verklebt mit Epoxidharz auf 1,0 mm Asbestpappe, verklebt mit Natronwasserglas/Talkum-Mischung 100 : 60 auf
50,0 mm Schaumstoffplatte gemäß Beispiel, verklebt mit obiger

Wasserglasmischung auf
1,0 mm Asbestpappe, verklebt mit Epoxidharz auf 3,2 mm Internit

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zeigte bei der Prüfung auf Feuerwiderstandsdauer bei Beflammung nach DIN 4102 bei der verminderten Temperaturkurve von 65O⁰C nach 90 Minuten eine Oberflächentemperatur von 98⁰C über Raumtemperatur.

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Claims

- ίΐ - ο.Ζ. 30 169 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von harten Schaumstoffen mit hoher Feuerwiderstandsdauer und niedriger Wärmeleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus

a) geschäumten Rundpartikeln aus einem thermoplastischen
Styrolpolymerisat,

b) einer wäßrigen Lösung von 50 bis 300 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Styrolpolymerisates, eines härtbaren Harzes auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes und

c) einem feinteiligen anorganischen Füllstoff in Mengen von 25 bis 200 Volumenteilen, bezogen auf 100 Volumenteile
des Harzes,

um mindestens 10 % seines Volumens -zusammendrückt und das Harz bei Temperaturen unterhalb der Siedetemperatur der wäßrigen Lösung aushärtet,

2. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Phase des Gemisches vor dem Aushärten durch rasches Zuführen von Luft anschäumt.

3. Harte Schaumstoffe mit hoher Feuerwiderstandsdauer und niedriger Wärmeleitfähigkeit, enthaltend ein Gemisch von

a) geschäumten Rundpartikeln aus einem thermoplastischen Styrolpolymerisat,

b) 50 bis 300 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Styrolpolymerisates, eines ausgehärteten Harzes auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes
und

c) einem feinteiligen anorganischen Füllstoff in Mengen von 25 bis 200 Volumenteilen, bezogen auf 100 Volumenteile des Harzes.

4. Verwendung der Schaumstoffe nach Anspruch 3 zur Herstellung von feuerwiderstandsfähigen Bauelementen.

BASF Aktiengesellschaft
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