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Verfahren zur Herstellung von Beschichtungsmassen und porösen Stoffen
mit verbessertem Brandverhalten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Beschichtungsmassen und porösen Stoffen mit verbessertem Brandverhalten.
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Die Aufgabenstellung der Erfindung ist es, auf der Basis vop Kunstharzen
in Verbindung. mit organischen
und/oder anorganischen Stoffen neue
Beschichtungsmassen und poröse Materialien herzustellen, die andere chemischphysikalische,
mechanische oder metallische Eigenschaften haben, als die bisher bekannten Materialien,
z.B. in bezug auf Brandverhalten, Chemikalienbeständigkeit, Wärme- und Flammbeständigkeit.
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Der schwache Punkt aller Kunststoffe ist vor allem das Brand- und
Wärmeverhalten. Es wurde gefunden, dass Furanharzmischkondensate das Brandverhalten,
die Wärme- und Flammbeständigkeit sowie die Rauchentwicklung von organischen und/
oder anorganischen Stoffen vor allem von Kunstharzen,wie z.B. Polyester, Polyurethan,
Epoxy, Alkyd, Latex und sogar auch von Bitumen äusserst günstig beeinflussen.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man
wäs sri ge bzw. wässrig-alkoholische Furanharzmischkondensate auf der Basis Kresol
und/oder Melamin und/oder Phenol und/oder Harnstoff allein oder im Gemisch mit anderen
Kunstharzen und/oder mit organischen und/oder anorganischen Zuschlagstoffen mischt
und gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, insbesondere Säuren, härtet.
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Dabei können durch die hohen exothermen Temperaturen, die bei der
Vermischung von Furanharz und Säure entstehen und steuerbar sind, andere zugemischte
Kunstharze gegebenenfalls ohne weitere Reaktionssysteme ganz oder teilweise ausgehärtet
werden.
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Zusätzlich können die an sich bisher fUr Treibschäume bekannten Oxidations-
und Reduktionsmittel verwandt werden. Als
Säure haben sidhPhosphorsäure
und Oxalsäure als besonders vorteilhaft erwiesen. Jedoch sind auch andere organische
Säuren, wie z.B. Ameisensäure und Maleinsäure, geeignet.
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Auch andere anorganische Säuren, ausser HDP04, sind an sich geeignet,
sind jedoch aus Korrosionsgrunden weniger vorteilhaft.
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Der Vorteil bei der Verwendung von Kunstharzen auf wässriger Basis
liegt darin, dass die Einmischung der verschiedensten wässrigen oder wasserverträglichen
organischen oder anorganischen Stoffe, wie z.B. Kunstharze, Alkohole, Ester, Säuren,
hydraulische Bindemittel und dergleichen als Pulver, Lösungen, Suspensionen, Emulsionen
durch Einmischen, Einrühren, Eingiessen oder EindUsen bedeutend einfacher ist, und
dass das Wasser gleichzeitig mit organischen Materialien, wie z.B. Zement und/oder
Gips etc. reagiert und damit eine zusätzliche Strukturfestigkeit erreicht w ird,
wobei die exotherme Wärme und der entstehende Dampfdruck eine schnelle Aushärtung
bewirken.
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Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können somit Kunstharze, die
wasserverträglich sind und/oder Anteile von Wasser enthalten, verwendet werden.
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Da die exothermen Temperaturen von 20t bis über 200t eingestellt werden
können, ist auch hier eine grosse Variationsbreite für das Verfahren gegeben. Bei
höheren Temperaturen laufen die chemischen, sowie auch die hydraulischen Reaktionen
und/oder metallorganischen Vernetzungen leichter, schneller und günstiger ab. Es
entsteht eine Verbindung zwischen hydraulischen Bindemitteln und Kunstharzen, wobei
man zusätzlich
Haftvermittler verwenden kann. Für Estrichbeschichtungen
sowie Druckausgleichsplatten kann man den Sand als Füllstoff und/oder Bitumen-Polyester
mitverwenden.
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Die aus Kunstharzmischkondensaten hergestellten Stoffe lassen sich
noch verbessern, indem man weitere Stoffe, wie z.B. Ton oder Kaolin und/oder Chinaclay
und/oder Diatomeenerde und/oder Asbest und/oder Glimmer und/oder Aluminium und/oder
Natriumsilikat und/oder Aluminiumphosphat und/oder Aluminiumchromphosphat und/oder
Aluminiumalfthalat zuführt.
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In Verbindung mit der Phosphorsäure finden weitere chemische und
metallorganische Vernetzungen statt.
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Das Endprodukt kann bei Beflammung glasähnliche, keramische oder metallische
Struktur annehmen. Bei dieser Variante verwendet man zusätzlich Stoffe wie Bauxit,
Diaspor, Metalloxide, Natriumverbindungen, Bor, Natriumborat, Aluminiumsilikat,
Aluminiumhydroxid, Feldspat, Schie-fermehl, Calciumoxid, Dolomit u.a.
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Die Rauchentwicklung und die Flammhöhe der Materialien sowie die Entstehung
von brennbaren Gasen ist gering. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens
besteht darin, dass nicht nur die Temperatur, sondern auch die Reaktionszeiten steuerbar
sind, und dass als Säure vorzugsweise Phosphorsäure verwendet wird. Phosphorsäure
bildet mit Metallen Phosphate, die nicht korrodierend wirken. Es treten auch keine
Korrosionsprobleme auf. Gleichzeitig erhöht die Phosphorsäure die Flammfestigkeit
der Stoffe.
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Durch die Verwendung der vielseitigen organischen und anorganischen
bzw. metallischen, chemischen, mineralischen Produkte
im erfindungsgemässen
Verfahren ergeben sich bei der entstehenden exothermen Wärme und dem entsprechenden
heissen Dampfdruck neue, überraschende technische und chemische Prozesse.
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Durch das erfindungsgemässe Verfahren entstehen vollkommen neue Kunstharz-Produkte,
die den Charakter der jeweiligen Zusatzstoffe tragen. Solche Zusatzstoffe sind z.B.
Zement, Zementasbest, Gips, Holzmehl, Bitumen, Bitumen Polyester, Metalloxide, Tonerde,
Diatomeenerden,Prozellanerden, Glimmer, Asbest, Vermiculit, Silicate, Carbonate,
Glasperlen, Blähmaterialien (z.B. Siliperl) etc.
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Durch die Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten entsteht eine ganze
Skala von neuen Produkten, die wiederum für eine Fülle von Anwendungsbereichen verwendbar
sind, da sie eine Vielzahl von gewünschten und geforderten Möglichkeiten und Eigenschaften
in einem einzigen Produkt vereinigen.
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Hohe Isolierung gegen Kälte, Wärme, Schall, ein gutes Brandverhalten,
insbesondere»FlammSestigkeit, keine Entwicklung brennbarer Gase, kein Nachflammen,
kein Nachglimmen, geringe Rauchentwicklung, geringe Flammhöhe, bedeutende Erhöhung
der Zündtemperatur, starke Reduzierung der Wärmestrahlung und -weitergabe sind die
hervorragenden Eigenschaften, die mit den erfindungsgemässen Produkten erhalten
werden.
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Weiterhin können die Stoffe wärmedämmend, wärmeleitend, elektrisch
isolierend oder elektrisch leitend und/oder strahlenabsorbierend eingestellt werden.
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Ein poröses Material.ist widerstandsfähiger gegen Brand als hohe
ein
festes Material, da das poröse Material die Wärme bedeutend schlechter weiterleitet.
Ein Material, das sich bei Wärmeeinwirkung in einen porösen Kohleschaum verwandelt,
ist gleichfalls besser als ein nichttreibendes Material, da auch der Kohleschaum
eine gute Wärmeisolierung ergibt. Die Endprodukte können aber auch so eingestellt
werden, dass sie eine nichttreibende, feste Kohleschicht ergeben. Als Zuschlagstoffe
zum Erhalt von Kohleschaum aus den Beschichtungsmassen bei Hitze- bzw. Flammeinwirkung
können Zucker, Dextrose, Harnstoff, ein- oder mehrwertige Alkohole, z.B. Glyzerin,
Manganammoniumphosphate, Magnesiumammoniumphosphate und dergleichen genannt werden.
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Viele Brandprobleme lassen sich mit dem vorgenannten Verfahren lösen
oder verbessern. Fast alle Kunstharze zeigen in Verbindung mit Furanharzmischkondensaten
ein bedeutend besseres Brandverhalten, so dass auf die Einmischung halogenierter
üblicher flammhennender Chemikalien in den meisten Fällen verzichtet werden kann.
Je nach Verwendungszweck der Endprodukte können jedoch als Zuschlagstoffe bekannte
Flammenfeststoffe verwendet werden. Als solche können z.B. angeführt werden: flammhemmende
Materialien auf Grundlage von Bor, Phosphor, Brom, Chlor, und/oder ihre Modifikationen,
Abkömmlinge und Derivate. Weiterhin sind für diesen Zweck besonders geeignete Stoffe:
Antimontrioxid, Natriumsilikate, Aluminiumverbindungen, wie Aluminiumphosphat, Aluminiumchromphosphat,
Kaolin, Chinaclay, hochdisperse Kieselsäure, Silicone, Chlorparaffine, gegebenenfalls
Chlorkautschuk, Salze der Alginantsäure, Zirkonverbindungen, Ceriterden, Thorium,
Tridibrompropylphosphat, Kupferphthalocyanin, Kaliumtripolyphosphat, Dicyandiamid,
Anilin, Calciumcarbonat, Metalloxide.
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Die erhaltenen Materialien können z.B. in Benzin-, insbesondere Flugzeugbenzintanks,
bei Brandwänden im Bergbau, für Brandschotten in Fabriken oder im Stahlhallenbau,
im Schiffbau oder auch als vorbeugender Brandschutz für Kabel-und Kabeldurchbrüche
und dergleichen mehr eingesetzt werden.
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Weiterhin besteht nach dem Verfahren die Möglichkeit, metallische,
mineralische, thermoplastische Materialien einzumischen, die bei Flamm- und Wärmeeinwirkung
schmelzen oder sintern und beim Erkalten eine feste Decksicht ergeben.
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Als vorteilhaft haben sich z.B. Zirkonverbindungen erwiesen, die bei
600% Wärme als Licht abstrahlen, hochdisperse Kieselsäure, Tridibrompropylphosphat,
Chinaclay, Dolomit und/oder mit Silicaten vorbehandelte Zuschlagstoffe, wie Holzmehl,
Kuns tstoffprodukte und/oder Kunststoffschaum und/oder Kunststoffschaumabfälle.
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Durch die Verwendung von porösen organischen und/oder anorganischen
Zuschlagstoffen wird die Wärmeweitergabe erheblich reduziert. Die chemischen Produkte
können als brandfeste Isolierstoffe verwandt werden. Als poröse anorganische Zuschlagstoffe
können z.B. Perlit, Vermiculit, Siliperl> aufgeschäumter Ton und/oder als organische
Zuschlagstoffe Styropor, Hart- und/oder Weichpolyurethanschaum, Polyesterschaum,
Aminoplastschaum, zerkleinerte Abfälle von allen bekannten Kunstharzschaumstoffen,
verwandt werden, die gegebenenfalls mit anderen Stoffen vorbehandelt werden.
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Styrolderivate bzw. Styropor und PU-WMichschaum, die sonst
eine
starke Brennbarkeit zeigen, brennen nicht mehr.
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Die Beschichtungsmasse kann hierbei so eingestellt sein, dass sie
eine feste, leidit poröse Kohleschicht von 2-3 mm oder auch einen stark treibenden
Kohleschaum von 10-15 cm erhält.
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Da die Kohleschicht wärmeisolierend wirkt, sind die Styroporkugeln
nach dem Beflammen noch ca. 20-30 Minuten vorhanden.
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Danach nimmt die Beschichtungsmasse die poröse Struktur der porösen
Zuschlagstoffe an, so dass sie auch ohne einen auftreibenden Kohleschaum eine wärmeisolierende
Wirkung hat.
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Als Zuschlagstoffe können nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung vor allem Abfallstoffe auf Kunststoff und/ oder Cellulosebasis, insbesondere
Schaumkunststoffabfälle verwandt werden, die in Verbindung mit den Bindemitteln
neue Isolierplatten ergeben, die ein besseres Wärmeflammverhalten zeigen als es
die bekannten Kunststoffschäume alleine tun, z.B. auf der Basis Styropor, Hart-
und Weichpolyurethan, Aminoplast-, Polyäthylenschaum.
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Die Wiederverwendung von Kunststoffabfällen und/oder Papier und/oder
Textilien stellt ein erhebliches Unweltschutzproblem dar, welches durch die Erfindung
gemildert werden kann.
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Durch den Erfindungsgedanken ergeben diese Stoffe neue, sogar verbesserte
Produkte.
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Sie zeichnen sich durch geringe Rauchentwicklung, geringe Brennbarkeit
und Chemikalienbeständigkeit aus.
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Das Kohlegerüst kann bei Beflammung auftreibend oder als feste Kohlenschicht
eingestellt werden. Selbst gegenüber dem Phenolharz zeichnen sich die Bindemittel
durch geringere Rauchentwicklung und durch ein festeres Kohlegerüst aus.
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Bei Mitverwendung von Bitumen zeigt sich, dass das erstellte Material
beim Beflammen sich nicht mehr verflüssigt.
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Weitere Zusatzstoffe erfüllen unterschiedliche Aufgaben, wie Kresol,
Resorcin, Kupfersulfat und Paraformaldehyd,dienen zur Verhütung von.Fäulnis und
Schimmelbildung, Bitumen und/ oder Teer zum Erreichen einer höheren Dampfdichtigkeit
usw.
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Die nach dem Erfindungsgedanken hergestellten Produkte kann man pulvern
und das Pulver als brandverbessernden Zuschlagstoff in organische und/oder anorganische
Bindemittel einmischen.
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Es ist bei der Vielzahl der herstellbaren Produkte verständlich, dass
die bisherigen Angaben keineswegs als absolute obere Grenze für die Möglichkeiten,
die das erfindungsgemäße Verfahren bietet, zu erachten ist. Auch sind die Möglichkeiten
der Anwendung hiermit keineswegs erschöpft.
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Man kann alle bisherigen bekannten Massnahmen, die bei Polyurethan-,
Acryl-, Alkydharz, Latex oder Epoxyharz verwendet werden, selbstverständlich bei
dem vorgenannten Verfahren auch verwenden und/oder Platten, Rohre, Formstücke, nach
den bekannten Herstellungsverfahren fertigen lassen.
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Die Herstellung der Platten,Formstücke, kann im Rühr-, Spritz-oder
Giessverfahren
oder mit Bandanlagen erfolgen. Es können hierzu die bekannten Geräte für die Herstellung
von Kunstharzprodukten verwendet werden. Die bisherigen Einsatzgebiete und Anwendungen
der Kunstharzschäume und Beschichtungsmassen sind auch für die nach dem erSindungsgemässen
Verfahren hergestellten Massen möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens noch verschiedenartig
abgewandelt werden.
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Beim Zusammenführen der verwendeten Komponenten, wie z.B.
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durch Mischen, Spritzen, Rühren,wird normalerweise das Furanharzmischkondensat
vorgelegt. Hierzu wird das Fremdharz, sofern dies Verwendung findet, hinzugegeben.
Sodann werden die gewählten Zusatzstoffe, einzeln oder im Gemisch, hinzugefügt.
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Hierbei ist es vorteilhaft, die Reihenfolge des Zusatzes der Zuschlagstoffe
derart zu wählen, daß die flüssigen bzw.
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niederviskosen Stoffe vor den festen bzw. stark verdickenden Stoffen
zugefügt werden. Der Säurezusatz erfolgt vorteilhaft, nachdem alle Substanzen zusammengegeben
sind.
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Nachstehend werden einige Materialien angegeben, deren Anwendung im
erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft ist. Ganz allgemein sei darauf hingewiesen,
daß sich wasserverträgliche Harze als Zusatz zu Furanharzmischkondensat besonders
eignen.
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Bei der Zumischung von Polyester sind ungesättigte hochpolymerisierbare
Polyester besonders günstig, die ggf. wenig Monostyrol enthalten können.
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Nachstehend werden einige Materialien angeführt, deren Verwendung
im erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt ist.
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Als Furanharzmischkondensate auf Basis von Harnstoff, Melamin oder
Phenol können besonders vorteilhaft handelsübliche Produkte verwendet werden, die
eine Viskosität von ca. 160 - 300 cps einen Feststoffgehalt von ca. 25 - 70 % einen
Furfurylgehalt bei ca. 10 - 80 ffi und einen pH-Wert bei 6,5 - 7,5 aufweisen.
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Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurden
Furanharzmischkondensate verwendet, die 25 - 30 % Furfurylalkohol, 20 - 25 % H20,
und 12 - 14 % N2-Anteil und eine Viskosität von 180 - 220 cps aufwiesen (z.B. FH
75, Fa. Klüser, Wuppertal, Deutschland).
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Ein anderes bevorzugtes Furanharzmischkondensat wies einen Anteil
von 48 - 50 % Furfurylalkohol, 9 - 9,3 % N2-Anteil 14 - 16 % H20 und eine Viskosität
von 180 - 220 cps auf (z.B. FH 200; Fa. Klüser, Wuppertal, Deutschland).
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Als besonders bevorzugtes Phenol-Furan-Harz wurde ein Produkt mit
60 % Furanharzanteil und 40 % Phenolharzanteil aufgefunden.
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Es können jedoch auch andere handelsübliche Produkte verwendet werden.
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Als Polyester kann mit Vorteil z.B. angewandt werden: Polygal-Gießemulsion
E 81 (Fa. Bayer AG, Leverkusen, Deutschland) oder Palatal 6 (BASF AG, Ludwigshafen,
Deutschland).
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Als vorteilhafte wasserverträgliche .Epoxidharze können angeführt
werden, z.B. Handelsprodukte wie: Versadukt 429 und Europox 716 BN (Fa. Schering
AG, Bergkamen, Deutschland).
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Ein bevorzugtes Harnstorf-Formaldehydharz, das besonders günstige
Ergebnisse liefert, ist z.B. Schaumharz 293 (BASF AG, Ludwigshafen, Deutschland).
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Als Acryl- bzw. Methacrylharz sind Handelsprodukte der Fa.
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Roehm & Haas, Darmstadt, verwendbar, z.B. Monomer Muster 1.
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Als vorteilhaftes Alkydharz kann schließlich Resydral VWA 3811 (Chemische
Werke Albert, Wiesbaden, Deutschland) genannt werden.
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Als Mengenanteile der jeweiligen Komponenten werden die nachstehenden
mit Vorteil angewandt, die jeweils auf 100 Gewichtsteile Furanharzmischkondensat
bezogen sind (alle Teile in Gewichten): I Furanharzmischkondensat 100 Gewichtsteile
II Fremdharz, sofern verwendet, Polyesterharz: 1-75, besonders bevorzugt 5-50 Gew.-Teile
Epoxydharz: 1-65, besonders bevorzugt 3-45 Gew.-Teile
Polyurethanharz:
1-55, besonders bevorzugt 3-40 Gew.-Teile Acrylharz: 1-75, besonders bevorzugt 5-55
Gew.-Teile Alkydharz: 1-70> besonders bevorzugt 3-45 Gew.-Teile Latex: 1-70,
besonders bevorzugt 3-45 Gew.-Teile III Zuschlagstoffe: Anorganische Zuschlagstoffe:
1-250, besonders bevorzugt (z.B. Zement, Chinaclay, etc.) 5-150 Gew.-Teile Organische
Zuschlagstoffe: 1-200, besonders bevorzugt 3-130 Gew.-Teile (Kunstschaumstoffe,
wie PU-Schaum, Phenolharzschaum, etc.) Bei Verwendung poröser Stoffe, wie z.B. Vermiculit,
Perlit, Siliperl, sind Mengen bis zu 90 Teilen bevorzugt.
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IV Säure: 2 - 40 Gewichtsteile