DE2636430B2 - Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterialien - Google Patents

Description

entfernt, sondern vor der Formgebung aus der flüssigen Lösung. Mit handelsüblichen und technisch ausgereiften Trockenapparaturen ist es möglich, Alkalisilikatlösungen sehr schnell und rationell zu bei Raumtemperatur schüttgutartigen Produkten mit definierten Restwassergehalten zu trocknen. Die dem bisher angewendeten Herstellverfahren für Brandschutzplatten eigenen Vorteile, wie leichte Formgebung, besonders für flächige Formteile, sicheres Einbetten von Füllstoffen, Fasern, Geweben usw. zeichnen auch das erfindungsgemäße Verfahren aus. Die Nachteile des bekannten Verfahrens, wie das aufwendige Entwässern und Verfestigen der Formteile, werden durch Vorverlegung dieses Prozesses vor die Formgebung weitgehend vermieden.

Man geht aus von einer flüssigen Alkalisilikat/Wasser-Mischung mit einem Wassergehalt von 45 bis 95, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.%. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Natrium-, Kalium- oder Lithium-Silikate mit einem Molverhältnis Me₃O : SiO₂ von 1:1 bis 1 : 6, insbesondere 1 : 2,5 bis 1 : 4. Die wäßrige Lösung wird nun mit üblichen Trockenapparaturen, z. B. Walzentrocknern, Sprühtrocknern, Sprühtürmen oder Vakuumtrocknern auf einen Wassergehalt von 6 bis 40, vorzugsweise 15 bis 35 Gew.% getrocknet.

Das Trocknen sollte bei Massetemperaturen unter 100° C durchgeführt werden, da Alkalisilikate, die bei höheren Temperaturen getrocknet worden sind, im allgemeinen die Eigenschaft verlieren, im Brandfall aufzuschäumen, selbst wenn sie noch genügend Restwasser enthalten. Die meisten Trockengeräte arbeiten jedoch bei Lufttemperaturen von weit über 100° C besonders rationell, so daß es mitunter vorkommt und sich gar nicht vermeiden läßt, daß die Massetemperatur von 100° C kurzzeitig oder auch länger überschritten wird. In diesen Fällen ist es dann angebracht, die bei der thermoplastischen Verarbeitung erhaltenen Formteile nach der Formgebung und gegebenenfalls Beschichtung vor der Weiterverarbeitung einige Tage, vorzugsweise 2 bis 10 Tage bei Temperaturen zwischen 10 und 50° C zu lagern. Die Formteile gewinnen dabei ihre Fähigkeit, im Brandfall zu schäumen, zurück.

Beim Trocknen der Alkalisilikatlösung entsteht eine pulverförmige, riesel- oder schüttfähige Masse, die bevorzugt aus Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,01 bis 1,0, vorzugsweise von 0,05 bis 0,3 mm besteht. Im allgemeinen fällt beim Einsatz üblicher Trockner, z. B. Sprühtrockner, ein Pulver mit einem verhältnismäßig breiten Teilchengrößenspektrum an, d.h., man erhält neben vielen feinen Teilchen auch grobe Anteile. Dies ist in vielen Fällen von Vorteil, da man so beim Schütten des Pulvers eine dichtere Packung der Teilchen erhält, die dann berder Verformung sich leichter verpressen lassen. Die Teilchengrößenverteilung kann noch verbreitert werden, wenn durch spezielle Düsenkonstruktionen der Sprühgeräte Tröpfchen unterschiedlicher Größe erzeugt werden, was nach dem Trocknen zu Teilchen unterschiedlicher Größe führt. Infolge unterschiedlich langer Verweildauer im Trockner werden die kleinen Teilchen stärker getrocknet als die großen; die Angabe über den Wassergehalt stellt also einen Mittelwert dar. Dieses Gemisch aus gröberen und feineren, feuchteren und trockeneren Teilchen ist überraschend gut rieselfähig und zeigt keine Neigung zuni Kleben in Vorrats- und Dosierbehältern. Der Restwassergehalt des Gemisches kann - falls erforderlich - leicht korrigiert werden durch Zugabe von Spuren von Wasser oder Aufsprühen von Dampf, ohne daß die Rieselfähigkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Durch diese Μαβί nähme kann im Bedarfsfall eine bessere Haftung bei der Verformung oder ein leichteres Einbetten von faserartigen Stoffen erreicht werden.

Trotz des Einsatzes von Teilchen mit unterschiedlichem Wassergehalt und damit auch unterschiedlicher

ι» Expansionsfähigkeit werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Brandschutzmaterialien erhalten, die im Brandfall einen homogenen, brandhemmenden Schaum ergeben.

Die in der Verfahrensstufe A hergestellte, vorzugs-

i> weise riesel- oder schüttfähige Masse wird in der Stufe B - falls erwünscht — mit Verstärkungsmitteln und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen vermischt und gleichzeitig oder anschließend durch Erhitzen auf Temperaturen von 40 bis 110° C, vorzugsweise auf

in 70 bis 100° C in den plastischen Zustand überführt. Als Verstärkungsmittel können textile, metallische oder mineralische Fasern, Gewebe, Matten oder Gitter eingearbeitet werden. Hierbei werden mechanisch besonders stark beanspruchte Formteile erhalten; bei

_>"i Anordnung der Verstärkungsmittel in einer Ebene erfolgt das Aufschäumen im Brandfall in definierter Richtung senkrecht zu dieser Ebene. Besonders bevorzugt werden Glasfasern in Mengen von 1 bis 25, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmischung, eingearbeitet. Zusätzlich können zur Erzielung besonderer Effekte noch übliche Farbstoff, Pigmente, Schäumhilfsmittel, Netzmittel sowie zur Erhöhung der Schmelztemperatur Kohlehydrate, die beim Erhitzen ein Kohlenstoffgerüst bilden, zugesetzt werden.

Das Plastifizieren kann auf verschiedenen Apparaturen durchgeführt werden; bevorzugt wird die pulverförmige Masse auf ein endlos laufendes Stahlband aufgeschüttet und dort mittels Strahlungs- oder Kon-

4» taktheizung oder auch durch Heißlufteinwirkung erhitzt. Man kann das Erhitzen aber auch unter Einwirkung von Druckkräften gleichzeitig mit dem Preßvorgang der Stufe C, beispielsweise aufgeheizten Walzen oder Extrudern vornehmen.

Zum Verformen der plastischen Masse können alle üblichen Preßapparaturen, wie Stempel- oder Plattenpressen, Walzenpressen, Kalander, Walzwerke mit glatten oder profilierten Walzen oder auch Schnekkenpressen angewandt werden. Dabei können Formteile beliebiger Form und Größe, wie z. B. Platten, Endlosstreifen oder bandartige Profile erzeugt werden. Bevorzugt werden Bänder einer Dicke von 0,5 bis K) mm hergestellt, die gegebenenfalls anschließend zu Streifen einer Breite von 2 bis 100 cm längs geschnitten werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile bedürfen keiner oder höchstens noch geringer Nachtrocknung.

Die Formteile werden dann abgekühlt und können

bo vorteilhaft gleich anschließend mit Überzügen zum Schutz gegen mechanische Beschädigung und vor allem gegen Wasserverlust und das Eindringen von Wasser und CO₂ versehen werden. Als Überzugsmittel können Kunststoff- oder Metallfolien dienen, vor-

_b5 zugsweise werden die Formteile aber mit Lacken auf Basis von Polyvinylchlorid, Epoxidharzen oder Polyurethanen beschichtet, die anschließend gegebenenfallsausgehärtet werden. Die Beschichtung der Form-

teile kann dauerhaft und vollständig durch Tauchen,, Besprühen oder Streichen erfolgen. Dies kann auf einfache Weise direkt nach der Formgebung geschehen, so daß die den Formteilen zur Verformung mitgeteilte Wärme zur Aushärtung der Oberflächenbeschichtung ausgenützt werden kann. Besonders bei: großen Durchsatzleistungen wirkt sich diese Beschleunigung des Aushärtens kostensparend aus.

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

Beispiel 1

In einem Sprühtrockner wird ein Natronwasserglas mit einem Wassergehalt von etwa 65% und einem Molverhältnis von Na₂O : SiO₂ von 1 : 3,3 eingedüst und bei Temperaturen der Trockenluft um 110° C getrocknet. Der Restwassergehalt wird auf 34 Gew.% eingestellt. Das pulverförmige Gemisch mit einem Teilchendurchmesser von 0,2 mm wird über einen mit einer zahnkammartigen Zuteilleiste versehenen Vorratstrichter zu 6 getrennt nebeneinander liegenden endlosen Pulverstreifen aufeinStahlbandaufgetragen.

Durch Infrarotstrahler, senkrecht nach unten wirkend, werden diese Streifen auf eine Massetemperatur von ca. 95° C aufgeheizt. Das Stahlband wird durch ein Walzwerk geführt, dessen untere Walze glatt ist, während die obere Walze mit 6 keilförmigen Nuten von 25 bis 27 mm Breite und 3 mm Tiefe versehen ist. Die Nuten pressen und formen die pulverartigen und geheizten Stränge jeweils zu endlosen Profilen von 25 X 3 mm. Durch Ablenken des Stahlbandes nach unten lösen sich die Stränge, werden über Rollbahnen in ein zweites Walzwerk geführt, dessen Nuten die Stränge auf das endgültige Maß von 25 X 2,5 mm fertigwalzen. Der Wassergehalt der Stränge beträgt jetzt 33 Gew.%. Die 6 Stränge durchlaufen anschließend ein Tauchbad mit einem Polyurethan-Lack, wobei eine Schicht von etwa 0,1 mm Dicke aufgetragen wird, die in einem anschließenden Härtekanal vernetzt wird. Die Stränge werden aufgewickelt, auf Länge geschnitten und verpackt.

Beispiel 2

In einem Sprühtrockner wird handelsübliche Natriumsilikatlösung (Wassergehalt 65 %) eingedüst und zu einem Gemisch aus fein- und grobteiligen Partikeln mit einem Restwassergehalt von 36% verarbeitet. Das auf Raumtemperatur abgekühlte Material wird in einem Zwangsmischer mit auf 8 mm Länge geschnittenen Glasfasern im Verhältnis 20 : 1, bezogen auf die Mischung, gemischt.

In einer Stempelpresse wird durch Füllschieber zuerst etwa 50% der Form mit dieser Mischung gefüllt, die Form in die endgültige Füllage abgesenkt und von ) Hand ein auf entsprechendes Maß geschnittenes, halbrund vorgeformtes Gewebe aus 0,5 mm starkem Draht mit einer Maschenweite von 15 X 15 mm eingelegt. Die Form wird mittels Füllschieber vollständig gefüllt und der Preßvorgang wie bekannt durch Vorpressen, Entlüften und Nachpressen durchgeführt. Ober- und Unterstempel sind geheizt (Massetemperatur 95° C). Die Gesamtpreßzeit richtet sich nach der Größe und besonders nach der Stärke des Preßteils, in diesem Fall einer Halbschale mit Glasfaser- und Drahtgewebeeinlage mit 100 mm Länge, 100 mm Durchmesser und 5 mm Wandstärke.

Die so hergestellten Halbschalen werden auf Gestellen durch ein Tauchbad zur Oberflächenbeschichtung mit einem Lack auf Epoxidharzbasis gegeben,

2« nach klebfreiem Aushärten sortiert und verpackt.

Beisp iel 3

Nach Beispiel 1 vorbereitetes, körniges und pulverförmiges Alkalisilikat wird mit Glasfascrabschnitten (Länge 6 mm) in einem Mischer gemischt und als flacher Strang auf ein Stahlband aufgetragen, von unten und oben bei einer Massetemperatur von 95° C angewärmt und durch eine glatte Walze vorverdichtet. Nach Ablauf vom Stahlband durchläuft der Strang ein Profilwalzwerk, in dem gleichzeitig 7 endlose streifenförmige Profile geformt werden. Sie durchlaufen ein Tauchbad zur Oberflächenversiegelung mit einem Polyurethanlack, einen Härtekanal und werden aufgewickelt.

Beispiel 4

Eine nach Beispiel 1 hergestellte Masse mit einem Restwassergehalt von 34% wird über eine Zellenradschleuse einem Profilwalzwerk ähnlich einer Brikettierpresse zugeführt, wobei bei einer Massetemperatur von 90° C sattelförmige Preßteile der Dimension 30 X 15 X 2 mm hergestellt werden, die als schüttgutartige Füllkörper, ähnlich Raschig-Ringen, einen großen Luftdurchgang durch die Schüttung ermöglichen, und die beim Einwirken von hohen Temperaturen, z. B. im Brandfall, das der Füllung vorgegebene Volumen ausschäumen. Die sattelförmigen Preßlinge werden zum Schutz gegen Wasser- oder CO₂-Einwirkung im Wirbelbett allseitig mit Polyurethanlack versiegelt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:

A Eine flüssige Alkalisilikat/Wasser-Mischung mit einem Wassergehalt von 45 bis 95 Gew.% wird auf einen Wassergehalt von 6 bis 40 Gew.% getrocknet;

B die entstandene pulverförmige Masse wird gegebenenfalls mit Verstärkungsmitteln und anderen Zusatzstoffen vermischt und durch Erhitzen auf Temperaturen von 40 bis 110° C in den plastischen Zustand überführt;

C die plastische Masse wird gleichzeitig oder anschließend durch Pressen verformt und

D die erhaltenen Formteile werden abgekühlt und gegebenenfalls mit Überzügen versehen.

2. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzniaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen der flüssigen Alkalisilikat/ Wasser-Mischung bei Massetemperaturen unter !00° C erfolgt.

3. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Trocknen der flüssigen Alkalisilikat/Wasser-Mischung eine Wassertemperatur von 100° C zeitweise überschritten wird, wobei dann die fertigen Formteile nach der Formgebung und gegebenenfalls Beschichtung vor der Weiterverarbeitung 2 bis K) Tage bei H) bis 15° C gelagert werden.

4. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Trocknen in Stufe A entstandene Masse riesel- oder schüttfähig ist und aus feinen Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser zwischen 0,01 und 1,0 mm besteht.

5. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe B als Verstärkungsmittel metallische, textile oder mineralische Fasern, Gewebe, Matten oder Gitter eingearbeitet werden.

6. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsmittel Glasfasern in Mengen von 1 bis 25 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmischung, eingearbeitet werden.

7. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Masse in Stufe C zu Bändern einer Dicke zwischen 0,5 und K) mm geformt wird, die gegebenenfalls zu Streifen einer Breite von 2 bis 100 cm längs geschnitten werden.

8. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile nach dem Abkühlen in der Verfahrensslufe D mit Überzügen versehen werden.

9. Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile mit Lacken beschichtet werden, die gegebenenfalls anschließend gehärtet werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, zur Herstellung von Brandschutzmaterial durch thermoplastische Verarbeitung von vorgetrockneten Alkalisilikaten mit definiertem Wassergehalt.

Es ist bekannt, daß Formteile, z. B. Platten oder Streifen aus wasserhaltigen Alkalisilikaten im Brandfall durch die Einwirkung von hohen Temperaturen einen feinzelligen, festen, nicht brennbaren und wärmeisolierenrlen Schaum bilden, der auch durch Entwicklung eines Schäumdrucks in der Lage ist, Fugen, Spalten und sonstige öffnungen und Durchgänge in Baukörpern vor dem Durchtritt von Feuer und Rauch wirksam zu schützen.

In den DT-AS 1 169832, 1176546 und 1471005 ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Brandschutzplatten beschrieben. Dabei werden in eine gegossene Schicht einer Alkalisilikatlösung oder -suspension verstärkende Fasern oder Gewebe eingebettet; anschließend wird das Wasser durch Erhitzen teilweise entfernt und die Schicht zu einer Platte verfestigt. Das Trocknen von schichtförmigen Teilen mit verhältnismäßig großer Dicke ist jedoch aufwendig und zeitraubend, vor allem, wenn sie individuell und in großen Stückzahlen hergestellt werden. In der Praxis beträgt die Trockenzeit bei der Herstellung von handelsüblichen Brandschutzplatten aus wasserhaltigen Alkalisilikaten auch bei Einsatz von leistungsfähigen Trockenanlagen mindestens 1 bis 4 Stunden.

Aus dem Aufsatz von Dr. R. Breu in »Fire International« Vol. 4, No. 44 (1974), Seite 82, ist bekannt, daß Brandschutzplatten aus wasserhaltigem Natriumsilikat in einem Temperaturbereich von 60 bis 100° C sich plastisch verformen lassen.

In der DT-OS 2055283 ist ein Verfahren zur Herstellung von Silikatschäumen für Bauelemente beschrieben, bei dem ein feinteiliges Alkalisilikat, das weniger als 5% Wasser enthält, bis zu einem Wassergehalt von 5 bis 30% hydratisiert und anschließend verschäumt wird. Eine alternativ denkbare Arbeitsweise zur Herstellung von Silikatschäumen, bei der Alkalisilikatlösungen gezielt entwässert werden würden, wird als nachteilig bezeichnet, da sie aufwendig sei und zu uneinheitlicher Wasserabspaltung führe. Es wurde nun gefunden, daß Brandschutzmaterialien besonders günstig hergestellt werden können, wenn man zunächst eine Alkalisilikatlösung durch Vortrocknen in eine riesel- oder schüttfähige Masse überführt und diese anschließend durch thermoplastische Verarbeitung zu den gewünschten Formteilen verpreßt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Brandschutzmaterial, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:

A Eine flüssige Alkalisilikat/Wasser-Mischung mit einem Wassergehalt von 45 bis 95 Gew.% wird auf einen Wassergehalt von 6 bis 40 Gew.% getrocknet,

B die entstandene pulverförmige Masse wird gegebenenfalls mit Verstärkungsmitteln und anderen Zusatzstoffen vermischt und durch Erhitzen auf Temperaturen von 40 bis 110° C in den plastischen Zustand überführt,

C die plastische Masse wird gleichzeitig oder anschließend durch Pressen verformt und
D die erhaltenen Formteile werden abgekühlt und

gegebenenfalls mit Überzügen versehen.
Das auszutreibende Wasser wird hierbei nicht aus den geformten, meist großflächigen und dicken Teilen