DE2732645A1 - Feuerbestaendige leichtbaustoffe und deren herstellung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, aus silikatischen Rohstoffen mit niedrigst-möglichem Raumgewicht, die durch Bindemittel gebunden werden, Bau- und Dämmstoffe, vor allem feuerbeständige Dämmstoffe, herzustellen. Als silikatischer Rohstoff dienen vorzugsweise Perlit (geschäumt), Blähton und/oder Blähglimmer (Vermiculit). Als Bindemittel werden - ebenfalls zwecks Niedrighaltung des Raumgewichtes - solche organische Harze gewählt, die sich möglichst unbrennbar verhalten und möglichst wenig zündbare Pyrolysegase abgeben. Als solche Harze dienen neben Phenolharzen auch Kondensate aus Harnstoff bzw. Melamin und Formaldehyd, wie z.B. aus der DT-OS 2 227 679 und der DT-OS 2 242 548 ersichtlich ist.

Die Aminoplastharze haben jedoch den Nachteil, dass sie nur bis etwa 150°C keine wesentlichen Veränderungen erfahren. Da die Bindekraft der Harze bis zu dieser Temperatur nicht leidet, kann die Temperatur von 150°C als maximale Dauerbelastungstemperatur für derart gebundene Dämmstoffe angesehen werden, siehe dazu die OE-PS 322 430, Seite 4.

Oberhalb von 150°C, vor allem oberhalb von 220°C zersetzen sich die Aminoplastharze jedoch rasch, und zwar praktisch völlig zu Gasen und Dämpfen. Bei Harnstoffharzen bleibt überhaupt kein Rückstand, bei Melaminharzen ein sehr geringer. Der Zusammenhalt der so gebundenen Dämmstoffe geht damit verloren.

Ziel der Erfindung ist, die als Bindemittel für feuerbeständige Leichtbaustoffe auf silikatischer Basis einzusetzenden Aminoplastharze so zu modifizieren, dass sie im Brandfall unter Beibehaltung ihrer "Unbrennbarkeit" zusätzlich eine ausreichende "Restfestigkeit" auch noch bei Temperaturen um 1 000°C behalten. Ferner soll aber auch die Forderung eines nicht zu hohen Raumgewichtes erfüllt bleiben, wobei als obere Grenze etwa 800 kg/m[hoch]3 zu nennen sind. Schließlich sollen solche Stoffe auch eine gute Wärmedämmwirkung besitzen, was erreicht wird, wenn die Wärmeleitzahl bei 20°C den Wert von 0,20 Kcal/m.H.°C nicht überschreitet.

Es konnte überraschenderweise gefunden werden, dass alle diese Kriterien für solche feuerbeständige Leichtbaustoffe erfüllt werden können, wenn als Bindemittel Harnstoff- und/oder Melaminharze bzw. Gemische derselben verwendet werden, die in üblicher Weise sauer ausgehärtet werden und denen vor der Härtung lösliche und/oder unlös- liche Kohlehydrate bzw. Derivate von solchen zugegeben werden. Diese Bindemittelmischung geht bei Temperaturen über 200°C in ein schaumiges Koksgerüst über, welches auf die im Baustoff vorliegende, silikatische Komponente auch im Brandfall noch eine bindende Wirkung ausübt. Der Zusammenhang der Platte geht also auch nach Erreichen von mehr als 1 000°C und darauffolgendes Abkühlen nicht verloren.

Dieser schaumige Koks besitzt eine beachtliche Festigkeit, wobei sich bei dessen Bildung keine nennenswerten Mengen brennbarer Pyrolysegase entwickeln.

Mit den erfindungsgemäßen Platten können hohe Feuerwiderstandsklassen erreicht werden. So besitzen solche Platten von 6 cm Dicke eine Feuerwiderstandsklasse nach ÖNORM B 3800 (bzw. DIN 4102) von mindestens F 90, je sogar die Klasse F 180 kann mit bevorzugten Ausführungsformen erzielt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demnach feuerbeständige Leichtbaustoffe auf Basis anorganisch-silikatischer Stoffe mit niedrigem Schüttgewicht, wie expandierter Perlit, Vermiculit, Blähton, Schaumglasabfällen usw. und organischer Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kohlehydrate oder deren Derivate im Ausmaß von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die fertige Mischung, als koksbildende Zusatzbindemittel enthalten und die organischen Bindemittel im Ausmaß von 20 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die fertige Mischung, solche Harnstoff-Formaldehyd- und/oder Melamin-Formaldehydharze sind, die durch Säuren oder saure Salze in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Harzmasse, ausgehärtet sind und die anorganisch-silikatischen Stoffe 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die fertige Mischung, betragen.

Als mineralische Komponente finden die für die Herstellung von Leichtbauplatten üblichen hochporösen, silikatischen Materialien, wie Perlit, Vermiculit und Blähton, Verwendung. Ihre Auswahl wird entsprechend der gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Leichtbau-Dämmstoffes vorzunehmen sein. Wegen des besonders niedrigen Schüttgewichtes dürfte geblähter Perlit in der Mehrzahl der Fälle den Vorzug verdienen.

Als Bindemittelharze kommen jene Harnstoff-Formaldehyd- bzw. jene Melamin-Formaldehyd-Kondensate bzw. beliebige Gemische und/oder Co-Kondensate der genannten Harztypen in Fragen, die sich bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur sauer aushärten lassen. Als Aushärtetemperaturen kommen vorteilhafterweise Temperaturen von 100 - 150°C besonders in Betracht. Besonders vorteilhaft ist eine Härtung unter Einfluss von Mikrowellen, da damit die Härtezeit auf Sekunden herabgesetzt werden kann.

Besonders geeignet sind Harnstoff- und/oder Melamin-Formaldehydharze, vorzugsweise solche mit einem Formaldehyd-Harnstoff-Verhältnis von etwa 1,4 bis 2,0, vorzugsweise etwa 1,5 bis 1,8, bzw. einem Formaldehyd-Melamin-Verhältnis zwischen 1,5 und 4, vorzugsweise von etwa 1,8 bis 2,5.

Diese Harze können zur erfindungsgemäßen Anwendung jeweils für sich allein oder aber auch in jedem beliebigen Verhältnis miteinander gemischt zum Einsatz gelangen.

Die zur Erzielung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Dämmstoffe notwendigen Kohlehydrate als Bildner des Koksgerüstes bei der Beflammung können wasserlösliche oder auch wasserunlösliche sein.

Als lösliche Kohlehydrate bzw. deren Derivate sind Monosaccharide (Pentosen, Hexosen), Disaccharide (z.B. Rohrzucker) und Oligosaccharide (z.B. Dextrin) zu nennen. An natürlichen bzw. halbsynthetischen Derivaten von Kohlehydraten und nahe verwandter Stoffe seien beispielsweise genannt: Mucopolysaccharide, Alginsäuren (bzw. vorzugshalber deren Ammoniumsalze) und vor allem niedrigmolekulare Sorten von Hydroxyäthylzellulose sowie Carboxymethylzellulose (in Form des Ammoniumsalzes).

Besonders preisgünstig sind hochkonzentrierte Kohlehydratlösungen, die als Zwischen- und/oder Nebenprodukte der Zuckererzeugung anfallen, also Melassen. Es stört durchaus nicht, dass diese einen gewissen Gehalt an Nicht-Zuckerstoffen aufweisen. Bei Anwendung von Melasse und anderen mehr oder minder hygroskopischen Kohlehydraten wäre allerdings zu beachten, dass diese die Austrocknung des damit gefertigten erfindungsgemäßen Dämmstoffes verzögern bzw. sogar teilweise verhindern können. Es empfiehlt sich daher, Melasse kombiniert mit anderen Kohlehydraten, z.B. stärkehaltigen Produkten, anzuwenden.

Die unlöslichen Kohlehydrate sind vor allem Stärke oder hochstärkehaltige Produkte, wie z.B. Getreidemehle. Auch Zellulose bzw. hoch zellulosehaltige Produkte sind gut brauchbar, insbesondere solche, die durch längere Mahlung besonders feinteilig sind.

Das Verfahren zur Herstellung solcher feuerbeständiger Leichtbaustoffe wird so durchgeführt, dass man 20 bis 50 Gew.-% der anorganisch-silikatischen Stoffe mit niedrigem Schüttgewicht, 20 - 75 Gew.-% Harnstoff-Formaldehyd und/oder Melamin-Formaldehydharze, 1 bis 20 Gew.-% Kohlehydrate als koksbildender Zusatz, alle bezogen auf die Gesamtmischung und 1 bis 10 Gew.-% Säuren oder saure Salze, bezogen auf die Aminoplastharzmasse, gut mischt, in entsprechende Formen füllt und aushärtet. Als saure Härter, die vorteilhaft verwendet werden können, sind z.B. Schwefelsäure, Salzsäure, Oxalsäure, Essigsäure, Ameisensäure sowie auch Ammonsalze von starken Säuren, wie z.B. Ammonchlorid oder Ammonsulfat zu nennen. Auch latente Härter, die unter Einfluss von Wasser Säuren bilden, wie z.B. Säurechlorid, sind verwendbar.

Zur praktischen Durchführung der Dämmstoff-Herstellung werden die mineralisch-silikatischen Komponenten (Perlit usw.) in einem laufenden Mischer, beispielsweise einem Freifallmischer (Betonmischmaschine) mit dem Harzbindemittel versetzt. Dieses enthält bereits das Kohlehydrat gelöst bzw. homogen suspendiert. Die Zugabe des Bindemittels erfolgt am besten durch Einsprühen; sofern dies nicht möglich ist, sollte die Zugabe in jeweils kleinen Portionen erfolgen, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung zu erzielen. Nach gründlicher Homogenisierung gibt man den Härter in Form einer nicht zu konzentrierten Lösung (nicht über 10-%ig) unter gleichmäßiger Verteilung zu. Anschließend wird das Mischgut in die vorgesehene Form, beispielsweise in eine Rüttelform oder Pressform eingeführt und dort verdichtet.

In den nachfolgenden Beispielen werden die erfindungsgemäßen Dämmstoffe näher erläutert und auch eine Prüfung auf die Feuerbeständigkeit dieser Produkte beschrieben.

Beispiel 1:

Perlit (Schüttgewicht 60 kg/m[hoch]3,

Körnung 2 - 4 mm) 42,3 Gew.-Teile

Harnstoffharz (Formaldehyd-Harnstoff-

Verhältnis 1,55, Feststoffgehalt 65 %,

Auslaufzeit nach DIN 53211 70 Sekunden 38,0 Gew.-Teile

Roggenmehl (Industriemehl) 3,8 Gew.-Teile

Wasser 15,9 Gew.-Teile

Schwefelsäure (96-%ig auf ca. 10 %

verdünnt) 0,25 Gew.-Teile

Durch Einrütteln, gefolgt von leichtem Pressen (1,5 kp/cm[hoch]2), wurden in entsprechenden Holzrahmenformen Platten von der Größe 500 x 500 x 60 mm hergestellt. Nach Aushärtung und Lufttrocknung wurden entsprechende Formkörper mit einem Raumgewicht von 240 +/- 10 kg/m[hoch]3 erhalten. Die Druckfestigkeit der Platten betrug im Mittel 12,0 kp/cm[hoch]2, die Biegezugfestigkeit 6,5 kp/cm[hoch]2, Wärmeleitzahl 0,07 Kcal/m.H.°C.

Zwei dieser Platten wurden beiderseits mit je einer 9,5 mm dicken Gipskartonplatte (Feuerschutzqualität) beklebt und einem "Wandbeflammungsversuch" gemäß DIN 18082/Blatt 2 unterzogen. Nach dreistündiger Beflammungsdauer betrug die Innentemperatur des Prüfofens 1 045°C. An der feuerabgekehrten Seite der in Prüfung stehenden Versuchskörper wurden hingegen nur 55 bis 60°C gemessen. Während der gesamten Versuchsdauer war kein Austreten zündbarer Gase an der feuerabgekehrten Seite der Prüfkörper zu beobachten. Somit waren die Bedingungen für die Brandwiderstandsklasse F 180 normgerecht erfüllt.

Nach dem Erkalten zeigten die ausgebauten Versuchsplatten folgendes Bild:

Die feuerseitigen Gipskartonplatten waren völlig zerstört bzw. abgefallen. Die anorganische Kleberschicht darunter war weitgehend erhalten. Die harzgebundene Perlitplatte war bis zu einer Tiefe von 2,5 bis 3,0 cm durch Ankohlung dunkel verfärbt und im Strukturaufbau leicht geschädigt. Die zur feuerabgewendeten Seite hin gelegenen Plattenteile waren unverfärbt und es konnten keine sichtbaren Schädigungen beobachtet werden.

Beispiel 2:

Perlit (wie in Beispiel 1) 42,3 Gew.-Teile

Harnstoffharz (wie in Beispiel 1) 38,0 Gew.-Teile

Roggenmehl 3,8 Gew.-Teile

Wasser 15,9 Gew.-Teile

Salzsäure (35-%ig auf 10 % verdünnt) 1,0 Gew.-Teil

Herstellung der Platten und Prüfung wie in Beispiel 1.

Beispiel 3:

Perlit 3 - 6 mm 22,7 Gew.-Teile

Harnstoffharz (Verhältnis Formaldehyd:

Harnstoff 1,8, Feststoffgehalt 45 %,

Auslaufzeit nach DIN 53211/4 mm Düse

20 Sekunden 72,5 Gew.-Teile

Weizenmehl 4,8 Gew.-Teile

Ammonsulfat (als 10 %ige Lösung) 1,5 Gew.-Teile

Raumgewicht 350+/- 20 kg/m[hoch]3

Druckfestigkeit 20 kp/cm[hoch]2

Biegezugfestigkeit 11,0 kp/cm[hoch]2

Wärmeleitfähigkeit 0,11 Kcal/m.H.°C

Beispiel 4:

Perlit 0 - 4 mm 20 Gew.-Teile

Perlit 0 - 1 mm 10 Gew.-Teile

Harnstoffharz (wie in Beispiel 3) 43 Gew.-Teile

Melaminharz (Verhältnis Formaldehyd:

Melamin = 2, Feststoffgehalt 55 %,

Auslaufzeit nach DIN 53211 18 Sekunden 22 Gew.-Teile

Maismehl 5 Gew.-Teile

Essigsäure konz. (auf 10 % verdünnt) 1 Gew.-Teil

Raumgewicht 300 +/- 15kg/m[hoch]3

Druckfestigkeit 15 kp/cm[hoch]2

Biegezugfestigkeit 8 kp/cm[hoch]2

Wärmeleitfähigkeit 0,09 Kcal/m.H.°C

Bei der Brandprüfung zeigten die nach den Beispielen 2, 3 und 4 angefertigten Versuchsplatten ein sehr ähnliches Verhalten wie es bei der Platte aus Beispiel 1 beschrieben ist.

Claims (4)

1. Feuerbeständige Leichtbaustoffe auf Basis anorganisch-silikatischer Stoffe mit niedrigem Schüttgewicht, wie expandierter Perlit, Vermiculit, Blähton, Schaumglasabfällen usw. und anorganischer Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass sie Kohlehydrate oder deren Derivate im Ausmaß von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die fertige Mischung, als koksbildende Zusatzbindemittel enthalten und die organischen Bindemittel im Ausmaß von 20 bis 75 Gew.-%, bezogen auf die fertige Mischung, solche Harnstoff-Formaldehyd- und/oder Melamin-Formaldehydharze sind, die durch Säuren oder saure Salze in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Harzmasse, ausgehärtet sind und die anorganisch-silikatischen Stoffe 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die fertige Mischung, betragen.

2. Feuerbeständige Leichtbaustoffe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als koksbildender Zusatz Stärke oder stärkehaltige Produkte verwendet werden.

3. Verfahren zur Herstellung der feuerbeständigen Leichtbaustoffe gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass

20 - 50 Gew.-% der anorganisch-silikatischen Stoffe mit niedrigem Schüttgewicht,

20 - 75 Gew.-% Harnstoff-Formaldehyd- und/oder Melamin-Formaldehydharze,

1 - 20 Gew.-% Kohlehydrate als koksbildender Zusatz, bezogen auf die Gesamtmischung, und

0,5 - 10 Gew.-% der als Härter verwendeten Säure oder deren saure Salze, bezogen auf die Harze der Aminoplast-Harzmasse gut gemischt, in entsprechende Formen gefüllt und ausgehärtet werden.

4. Verfahren zur Herstellung feuerbeständiger Leichtbaustoffe gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminoplastharze in Form einer Lösung mit 20 bis 70 % Feststoffgehalt eingesetzt werden.