DE2759132A1 - Flammenbestaendige und feuerfeste produkte - Google Patents
Flammenbestaendige und feuerfeste produkteInfo
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Description
10 254/Dr.U/Si 30. Dezember 1977
U.S. Serial No. 755,596 Filed December 30, 1976
RALPH MATALON Cherry Hill, New Jersey 08034 / USA
Flammenbeständige und feuerfeste Produkte
Eine große Vielzahl von bisher als Werkstoffe eingesetzten Materialien sind gegenüber Feuer unbeständig, d.h. sie verbrennen
oder schmelzen oder erleiden sonstwie einen Hitzeabbau bis zu einem Punkt, bei dem sie entflammbare, flüchtige
Gase entwickeln oder ihre Formbeständigkeit bei einem Kontakt mit einer Flamme oder beim Erhitzen verlieren. Derartige,
gegenüber Feuer unbeständige Werkstoffe, ob nun in Form von getrennten, regelmäßigen oder unregelmäßigen Teilchen,
oder in Form von Grobfolien oder Platten oder Lamina-
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ten, wie beispielsweise polymere Materialien, Platten aus expandierten Polystyrolperlen, Polyurethanschaum, Kork,
Platten aus Holzteilchen und Glasfaserwatte, mußten deshalb gegen Feuer mittels thermischer Schutzschichten geschützt
werden.
Eine Platte aus expandierten Polystyrolperlen ist ein Werkstoff, der sich infolge seiner niedrigen Glas- oder
Erweichungstemperatur von zum Beispiel etwa 100° C für ein Polystyrol mit einem Molekulargewicht von gleich oder grosser
als etwa 50 000, besonders schwierig gegen Feuer schützen
läßt. Die früher durchgeführten Versuche zur Verbesserung des Verhaltens von Platten aus expandierten Polystyrolperlen
unter Feuereinwirkung, bei denen entweder selbstlöschende oder feuerhemmende Additive zugesetzt wurden,
erwiesen sich als unzulänglich. Die sogenannten chemischen feuerhemmenden Mittel unter Einsatz von Halogenen, Peroxiden,
Phosphor- und/oder Metalloxiden, wie beispielsweise Antimontrioxid und Molybdäntrioxid, lieferten keinen Beitrag
zur Verringerung der Thermoplastizität des Polystyrols, wenn man dieses einer Flammeneinwirkung aussetzte
und nur einen sehr geringen Beitrag zur Erhöhung der Nichtentflammbarkeit.
Ebenso erwies sich das vorherige Beschichten der Polystyrolperlen vor dem Verpressen mit thermoplastischen
Harzen oder hitzehärtenden geschäumten Harzen für
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- if -
eine wirksame Herabsetzung der Brennbarkeit der Polystyrolprodukte
als unzulänglich. Von den Additiven nach dem Stande der Technik kann höchstens gesagt werden, daß sie
selbstlöschende Mittel sein können, das heißt, daß die
Flamme erlischt, wenn das der Flamme ausgesetzte Polystyrol aus dem Flammenbereich entfernt wird. Aus diesem Grunde
wird nach den derzeitigen Sicherheitsbestimmungen zur Verhinderung von Bränden gefordert, daß über dem Polystyrol
ein Isolationsprodukt mit einer Dicke von 1,27 cm (1/2 inch) aus Portlandzement-Verputz oder eine Gipsplatte angebracht
wird, wodurch der Sicherheitsfaktor im Falle eines Brandes durch Verzögerung der Rauchentwicklung und Verringerung der
Flammenausbreitung verbessert wird.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, gegen Feuer unbeständige Materialien,
insbesondere Polystyrol, bis zu einem solchen Grad flammenbeständig und feuerfest zu machen, wie er bisher mit den
derzeit vorgeschlagenen selbstlöschenden und feuerhemmenden Additiven nicht erhalten werden konnte. Weiterhin wird angestrebt,
flammenbeständige und feuerfeste Produkte, flammenbeständige
und feuerfeste Oberzugsmaterialien und in diesen verwendbare flüssige Härter zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden flammenbeständige
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und feuerfeste Produkte geschaffen, die
(1) ein gegen Feuer unbeständiges Material umfassen, das mit
(2) einem einzigartigen Überzugsmaterial beschichtet ist. Das vorstehend erwähnte, gegen Feuer unbeständige Material
ist ein solches, das gewöhnlich innerhalb eines Temperaturbereiches brennt oder schmilzt oder in anderer Weise durch
Hitzeeinwirkung einen Abbau bis zu dem Punkt erleidet, wo brennbare flüchtige Gase entwickelt werden oder es seine
Formstabilität verliert, wenn es mit einer Flamme in Kontakt gebracht oder einer Hitzeeinwirkung ausgesetzt wird.
Derartige, gegen Feuer unbeständige Materialien umfassen insbesondere polymere Materialien, Polystyrolperlen und
-schaum, und ferner auch Polyurethanschaum, Kork, Holzteilchen, Glasfasern und ähnliche Werkstoffe. Andere gegen Feuer
unbeständige Materialien schließen natürliche oder geschäumte thermoplastische Materialien oder synthetische thermoplastische
Materialien, wie beispielsweise Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Copolymere von Styrol und Äthylen, etc.,
ein. Das gegen Feuer unbeständige Material kann in Form von getrennten Teilchen von regelmäßiger, unregelmäßiger oder
faserartiger Gestalt, oder in Form von Grobfolien oder Platten, oder in Form von Laminaten, vorliegen. Die Erfindung
kann auch auf diejenigen Materialien angewandt werden, die als feuerbeständig anzusehen sind, z.B. Stahl, Aluminium und
andere Metalle und Legierungen.
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Das Überzugsmaterial kann vor dem Härten auf das gegen Feuer unbeständige Material als überzug oder Grundmasse
für teilchenförmiges Material oder als überzug und Grundmasse
für Grobfolien oder teilchenförmiges Plattenmaterial, oder als überzug, Grundmasse und laminierende Klebschicht
bei der Herstellung von Laminaten aus zwei oder mehreren identischen oder verschiedenen Grobfolien oder Platten
aufgebracht werden.
Das in den flammenbeständigen und feuerfesten Produkten der Erfindung eingesetzte gehärtete Überzugsmaterial weist
eine Reihe von einzigartigen Eigenschaften auf. So ist das gehärtete. Überzugsmaterial imstande (nach dem Erweichen
und Fließen) zu intumeszieren, beginnend bei einer niedrigen
Temperatur, die beträchtlich unterhalb der beginnenden Intumeszenz-Temperatur der bisher bekannten feuerhemmenden
intumeszenten überzügen, und bei oder unterhalb etwa des Maximums des Temperaturbereichs liegt, in welchem das gegen
Feuer unbeständige Material bis zu dem Punkt abbaut, wo brennbare Gase entwickelt werden oder es seine Formstabilität
verliert. Daher intumesziert bei Anwendung von Hitze oder Einwirkung von Flammen das überzugsmaterial reichlich
unter Bildung einer thermisch isolierenden Schaumbarriere mit einer niedrigen Schaumdichte im Bereich von etwa 3,2
bis ca. 32 kg/m^ (0,2 bis etwa 2 pounds per cubic foot;
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1 pound per cubic foot = 16,019 kg/m^) und einer im allgemeinen
geschlossenen,fein unterteilten Zellstruktur auf dem
gegen Feuer unbeständigen Material. Die thermisch isolierende Schaumbarriere wird nach fortgesetzter Exposition
während einer beträchtlichen Zeit in einen porösen Koks oder Rückstand übergehen. Der poröse Koks oder Rückstand
ist nicht/brennbar, besitzt eine angemessene Isolationsfestigkeit und Nichtentflammbarkeit, um ein Entflammen
und den üblichen durch die Hitze bedingten Abbau des gegen Feuer unbeständigen Materials derart zu verhindern, daß
das feuerunbeständige Material während eines längeren Zeitraums nicht durch Hitzeeinwirkung bis zu dem Punkt abbaut,
bei welchem brennbare, flüchtige Gase entwickelt werden oder das Material seine Formbeständigkeit verliert. Die
Eigenschaften der Tieftemperatur-Intumeszenz und der isolierenden thermischen Barriere des Überzugsmaterials schützen
daher das überzogene, gegen Feuer unbeständige Material, einschließlich sogar Polystyrolschaum.
Im Gegensatz zu früheren Definitionen von "Intumeszenz",
nach denen das Schäumen und Verkohlen des intumeszenten Materials als gleichzeitige Vorgänge angesehen wurden, bedeutet
der Ausdruck "Intumeszenz" in der vorliegenden Erfindung
die Bildung eines schützenden isolierenden Schaums. Der Schaum tritt als stabile, hitzebeständige, zusammen-
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hängende Masse auf, die nichtentflammbar ist und eine genügende Festigkeit aufweist, um einem weiteren Erhitzen oder
einem Aussetzen gegenüber Flammeneinwirkung in signifikanter Weise beständig zu sein. Er ist manchmal gelb oder orange
gefärbt und verkohlt nicht und wird nicht schwarz, ausgenommen bei fortgesetzter oder ununterbrochener Einwirkung
von Flammen oder starker Hitze.
Der Beginn der Intumeszenz des Überzugsmaterials wurde mittels
eines Thermomechanical Analyzers gemessen, der eine visuelle Ablesung und das Messen von Temperaturwerten für
die dimensionalen und viskoelastischen Veränderungen einer,
in einem Standardofen erhitzten, im feeten Zustand befindlichen
Probe ermöglicht. Eine Temperaturprogrammierung des Instrumentes ist vorgesehen. Bei Versuchen an vielen, die
vorliegende Erfindung verkörpernden Oberzugsmaterialien bei einem programmierten Temperaturanstieg von 10° C pro
Minute, fand der Beginn der Intumeszenz bei so niedrigen
Temperaturen wie etwa 75° C und bis zu so hohen Temperaturen von etwa 150° C statt, obwohl ein Erweichen und leichtes
Fließen des Überzugs bei Temperatmren im annähernden Bereich von etwa 20° C bis etwa 70° C beobachtet wurde, der
beträchtlich unterhalb der Temperatur liegt, bei welchem die Intumeszenz begann. Bei den.meisten der untersuchten
Proben fing die Intumeszenz im Bereich von 100° C bis 120° C
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an, und es war die Grüße der Intumeszenz verringert, wenn sie nicht bei Temperaturen im Bereich von etwa 140 C bis
150 C einsetzte. Andererseits zeigten kommerziell verfügbare,
feuerhemmende, intumeszente überzüge einen Beginn der
Intumeszenz bei höheren Temperaturen von l60° C bis 260° C,
wenn sie in gleicher Weise untersucht wurden.
Das Überzugsmaterial ist gewöhnlich auf dem gegen Feuer unbeständigen Material in einem Gewichtsverhältnis im Bereich
von etwa 0,04 : 1 bis etwa 4:1, üblicherweise in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 0,4 : 1 bis
etwa 2:1, und häufig in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 1 zugegen. Als allgemeine Regel gilt, daß die Plamijienbeständigkeit
und Feuerfestigkeit um so besser ist, je höher das Gewichtsverhältnis von Überzugsmaterial zu dem gegen
Feuer unbeständigen Material liegt. Kostenfaktoren können eine Beschränkung dieses Gewichtsverhältnisses auferlegen.
Das gehärtete Überzugsmaterial umfaßt das harzartige Reaktionsprodukt
von (a) einem flüssigen Harzbildner mit (b) einem flüssigen Härter. Der flüssige Harzbildner wird mit
dem flüssigen Härter in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 1 : 10 bis etwa 10 : 1, vorzugsweise in einem
Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 1 : 2 bis etwa 6:1, und besonders bevorzugt in einem Gewichtsverhältnis von etwa
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1 : 1 umgesetzt. Die Härtungsreaktion findet bei Raumtemperatur (oder darüber zur Verkürzung der Reaktionszeit)
statt, wenn das Überzugsmaterial selbsthärtend ist, und wird bei leicht erhöhten Temperaturen bewirkt, wenn das
Überzugsmaterial hitzehärtbar ist.
Erwünschte flüssige Harzbildner sind in den US-Patentschriften 3 551 365, 3 808 159 und 3 821 200 beschrieben und umfassen
das flüssige polymere Produkt einer erhitzten Mischung aus
(a^) etwa 25 bis etwa 80 Gewichtsprozent, und vorzugsweise
etwa 37 bis etwa 78 Gewichtsprozent eines reduzierenden Zuckers,
(a2) etwa 5 bis etwa 62 Gewichtsprozent, und vorzugsweise
etwa 15 bis etwa 45 Gewichtsprozent 85£iger Phosphorsäure
,
(a,) etwa 2 bis etwa 20 Gewichtsprozent, und vorzugsweise
etwa 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent von zumindest einem Verflüssiger, und
(ajj) etwa 0 bis etwa 15 Gewichtsprozent, und vorzugsweise
etwa 1 bis etwa 4 Gewichtsprozent eines mehrwertigen Phenols mit zumindest zwei Hydroxygruppen in einer
meta-Stellung.
Repräsentative Beispiele von geeigneten reduzierenden Zuckern umfassen Monosaccharide und Disaccharide, wie bei-
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so
spielsweise Dextrose und durch Hydrolyse von Kohlenhydraten hergestellte kommerzielle Glucose, Fructose, Galactose,
Mannose, Lactose, und dergleichen, und deren Mischungen mit höheren Sacchariden, wie sie in Maissirup, Stärke und
Mehl gefunden werden, wobei Dextrose bevorzugt wird. Jedoch kann Rohrzucker oder Sucrose nicht verwendet werden, da er
ein nichtreduzierender Zucker ist. Die Phosphorsäure ist gewöhnlich 85#ig, obwohl auch eine niedriger konzentrierte
Phosphorsäure eingesetzt werden kann, vorausgesetzt, daß in dem Falle, wo Wasser als Verflüssiger der Reaktionsmischung
dient, eine Kompensation durch eine Verringerung des in der Reaktionsmischung anwesenden freien Wassers erfolgt.
Geeignete Verflüssiger schließen V/asser und/oder niedere aliphatische Alkohole mit zweifacher oder mehrfacher
Alkoholfunktion ein, wie beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Diäthylenglykol, Glycerin,
und dergleichen. Der bevorzugte Verflüssiger ist Wasser, da die Gegenwart der aliphatischen Alkohole mit zweifacher
oder mehrfacher Alkoholfunktion zur Bildung einer entzündlichen Atmosphäre und zu einer Verstärkung des Aufloderns
an der Oberfläche führen kann, wenn man das gehärtete Überzugsmaterial einer Flamme aussetzt. Brauchbare mehrwertige
Phenole besitzen zumindest zwei Hydroxygruppen in einer meta-Stellung, wobei die mehrwertigen Phenole, welche
Resorcin, Pyrogallol und Phloroglucin einschließen, die Här-
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te des gehärteten Überzugsmaterials und seine Stabilität gegenüber Feuchtigkeit verbessern. Der flüssige Harzbildner
ist ein reduzierendes Zucker-Copolymeres oder -Terpolymeres,
welches chemisch gebundene, wiederkehrende saure Phosphatgruppen oder -einheiten und wiederkehrende phenolische
Gruppen oder Einheiten enthält, falls der phenolische
Reaktionsteilnehmer für seine Herstellung verwendet worden ist. Kleine Mengen an Harnstoff können, wie nachstehend
diskutiert, ebenso in den flüssigen Harzbildner inkorporiert sein.
Der flüssige Harzbildner kann durch Auflösen oder Dispergieren des reduzierenden Zuckers in dem Verflüssiger, der
gewöhnlich Wasser ist, hergestellt werden. Nach Herstellen der Lösung oder Dispersion wird, falls ein solches verwendet, das mehrwertige Phenol unter Rühren zugesetzt und anschließend ein Teil oder die gesamte Phosphorsäure zugegeben. Das Reaktionssystem wird zum Sieden erhitzt (oder unterhalb des Siedepunktes, falls das Erhitzen unter erhöhtem Druck erfolgt) und bei etwa 115° C bis 130° C während
eines Zeitraums von 5 bis 20 Minuten oder länger gehalten, wonach es auf Räumtemperatur abgekühlt und gegebenenfalls
die restliche Phosphorsäure zugesetzt wird. Dieses System kann bei einer höheren Temperatur gehalten werden, wenn der
Anfangswassergehalt verringert wird.
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Tabelle I Flüssiger Harzbildner (HB)
HB-Formulierungs-Nr.
123456789 10 11 12
OO »Ο QO
Komponenten:
Phosphorsäure (85£ig) Wasser Diäthylenglykol
Mehrwertiges Phenol, z.B. Resorcin
Reduzierender Zucker, z.B. Dextrose oder kommerzielle Glucose
Stärke Mehl Harnstoff Oxalsäure Diainmoniumphosphat Monoäthanolamin
41 36 31 31 29 24 20 38,5 41 33 37,5
5 6 4 6 - - 2,9 3 5 2,5
56
59
65 65 76 80 52,6
56
38 *?
16
CD —* OJ
Repräsentative Beispiele von für die Herstellung des flüssigen Harzbildners (HB) verwendeten Formulierungen sind in
der vorstehenden Tabelle I niedergelegt.
Es kann ein beliebiger geeigneter Härter in Verbindung mit dem flüssigen Harzbildner zur Herstellung des Reaktionsproduktes daraus eingesetzt werden, sofern der Härter imstande
ist, den flüssigen Harzbildner bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen allmählich zu härten, und
flüssig ist, und unter der weiteren Voraussetzung, daß das daraus hergestellte Reaktionsprodukt durch eine Tieftemperatur-Intumeszenz
unter Bildung einer voluminösen, thermisch isolierenden Schaumbarriere von niedriger Dichte gekennzeichnet
ist. Der bevorzugte Härter enthält Formaldehyd und insbesondere Harnstoff-Formaldehyd-Verbindungen
mit einem Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 2:1. Der Härter kann in
Form einer Mischung von Materialien vorliegen, die Polymere oder Mischungen von Polymeren bilden kann. Typische
Beispiele von Formaldehyd-Härtern umfassen Formaldehyd und
Furfurylalkohol; Formaldehyd und Harnstoff; Formaldehyd, Harnstoff und Furfurylalkohol; Formaldehyd, Harnstoff und
Glucose; und Formaldehyd, Harnstoff, Furfurylalkohol und Glucose. In den obigen Formaldehyd-Härtern, die Furfurylalkohol
und Harnstoff enthalten, sollte das Molverhältnis von
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at
Harnstoff zu Furfurylalkohol oberhalb etwa 1 : 1 und bis zu etwa 9 : 1 sein, während in denjenigen Härtern, die
Glucose enthalten, das Molverhältnis von Harnstoff zu Glucose im Bereich von etwa 6 : 1 bis etwa 2 : 1 liegen sollte,
Bei der Herstellung derartiger Formaldehyd-Härter können Natriumhydroxid, Caprinsäure und Verflüssiger, wie beispielsweise
Cyclohexanol, Diäthylenglykol, Glycerin und Hexylenglykol zugegen sein. Der eingesetzte Formaldehyd
liegt vorzugsweise in Form von Paraformaldehyd vor.
Die Härter können beispielsweise nach einem Verfahren hergestellt werden, nach welchem man den Reaktor mit Natriumhydroxid
(falls verwendet), Wasser, alkoholischen Verflüssigern (falls verwendet), Furfurylalkohol (falls verwendet)
und dem Paraformaldehyd beschickt, auf 115° C bis 120° C während eines Zeitraums von 10 bis 30 Minuten oder bis zum
Erhalt eines klaren Reaktionsgemisches erhitzt, auf 85° C bis 90° C (falls erforderlich) abkühlt, die Glucose (falls
verwendet) zusetzt, auf 115° C bis 120° C während eines Zeitraums von 5 bis 25 Minuten oder bis zum Erhalt eines
klaren Reaktionsgemisches erhitzt, auf 80° C bis 85° C (falls erforderlich) abkühlt, den Harnstoff zusetzt, auf
110° C bis 120° C während eines Zeitraums von 20 bis 25 Minuten oder bis zum Erhalt eines klaren Reaktionsgemisches
erhitzt, dio Caprinsäure (falls verwendet;) zusetzt, während
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as
eines Zeitraums von etwa 10 Minuten auf 115° C bis 120° C
erhitzt, abkühlt und den Reaktor entleert. Wahlweise können die Härter hergestellt werden, Indem man den Reaktor
mit dem Wasser und der Glucose beschickt, den Harnstoff zu der vorstehend gebildeten Wässerigen Lösung der Qlucose
zusetzt, während eines Zeitraums von 15 Minuten oder bis zum Erhalt eines klaren Reaktionsgemischeβ auf 115° C bis
120° C erhitzt, auf 70° C (falls erforderlich) abkühlt, das Natriumhydroxid und die Verflüssiger, den Furfurylalkohol (falls verwendet) und den Paraformaldehyd zusetzt, während eines Zeitraums von 20 bis 30 Minuten oder bis zum
Erhalt eines klaren Reaktionsgemisches auf 110° C bis 120° C erhitzt, die Caprinsäure (falls verwendet) zugibt,
während eines Zeitraums von etwa 10 Minuten auf 115° C bis 120° C erhitzt, abkühlt und den Reaktor entleert.
Repräsentative Beispiele von eur Herstellung des flüssigen Formaldehydhärters (FH) verwendeten Formulierungen sind in
der nachfolgenden Tabelle II niedergelegt.
Die flammenbeständigen und feuerfesten Eigenschaften des
erfindungsgemäßen Produktes können weiter durch die bevorzugte Ausführungsform verbessert werden, nach welcher das
Überzugsmaterial ferner eine kleine Menge im Bereich von etwa 0,02 bis etwa 0,3 Gewichtsteile pro 1 Gewichtsteil des
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Tabelle II Formaldehydhärter (FH)
FH-Formulierungs-Nr.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Komponenten:
O Paraformaldehyd 16 24,0 27,0 21,9 24,4 25,4 26,2 25,8 25,8 35,3 30,7 40,1 25,4 23,8 24,4 26,9
£ ο Furfurylalkohol 84 57,0 49,0 24,2 12,7 9,8 5,4 - - 22,4 6,0 - - - 5,1 -
1^ S Harnstoff - 15,9 20,0 22,7 27,8 29,2 30,4 30,6 30,6 38,2 39,6 46,6 29,5 27,6 28,3 29,8
ζ 00
% ^ Glucose - 27,3 29,0 29,4 30,4 30,6 30,6 - 19,7 - 29,5 40,7 35,1 35,7
m ο
--I *·* Cyclohexanol _______2,3- _______
** Glycerin ________2,3- ------
Diäthylenglykol ______ -3^- _______
Hexylenglykol - - - - - - - - 3,1 -
1,4 1,2 1,2 2,5 2,6 3,6 3,6 3,6 2,9 2,3 3,4 3,5 3,3 3,4 3,8
Wasser - 1,0 2,1 2,7 3,6 3,6 4,0 4,0 4,0 1,0 1,5 9,6 12,1 4,6 3,7 3
Caprinsäure - 0,70,7- - - - - - 0,20,20,3-
_ir_
flüssigen Harzbildners eines Expandier- oder Treibmittels, wie beispielsweise Harnstoff, Ammoniumphosphat, Ammoniumsulfat,
Monoäthanolamin, Diäthylamin, Morpholin, Dicyandiamid,
Oxalsäure und dergleichen Verbindungen, oder Mischungen daraus, enthält. Diese Additive sind gewöhnlich
in der Hitze abbaubar und setzen bei einer niedrigen Temperatur im Bereich von etwa 80° C bis etwa 120° C in Gegenwart
des Überzugsmaterials ein Gas frei, wie beispielsweise Ammoniak, Kohlendioxid oder Wasserdampf. Dicyandiamid ist
kein bevorzugtes Expandier- oder Treibmittel, da es kostspieliger als Harnstoff ist.
Das Überzugsmaterial kann ferner auch, falls gewünscht, verträgliche Additive, wie beispielsweise Füllstoffe, z.B.
Diatomeenerde, Vermiculit, anorganisches oder organisches Feingut und Mikrokapseln, die in der Hitze expandierfähig
sind, Farbstoffe, wasserabweisende Mittel, gepulvertes Metall oder Metalloxide (z.B. MgO, AIpO,), und dergleichen,
enthalten.
Für Bedingungen, bei denen Wasserbeständigkeit erwünscht
oder gefordert ist, können zu diesem Zweck die Bestandteile des überzußsmaterials oder der Additive ausgewählt werden,
und dennoch die gewünschten Eigenschaften der Flammenbekoit
und der Feuerfestigkeit mit der begleitenden
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erhöhten Intumeszenz schaffen. Beispielsweise wurde gefunden, daß Resorcin in dem Überzugsmaterial zu den Wasserunlöslichkeitseigenschaften
des Überzugsmaterials beiträgt. Ebenso ist ein niedrigerer Phosphorsäuregehalt für die
Wasserunlösliohkeit von Vorteil, jedoch muß ausreichend Phosphorsäure in einer Menge zugegen sein, um das gewünschte
Überzugsmaterial herzustellen.
Das Überzugsmaterial wird durch Zusammenmischen des flüssigen Harzbildners mit dem flüssigen Härter bei Raumtemperatur
hergestellt, oder bei einer leicht erhöhten Temperatur, z.B. bei 38 C, falls dies zur Erniedrigung der Viskosität
der Mischung und ein dadurch bewirktes erleichtertes Mischen erforderlich ist. Das eventuelle und bevorzugte Expandieroder
Treibmittel und/oder Additive können in dem flüssigen Harzbildner gelöst oder vorher, während oder nach dem Zeitpunkt
zugegeben werden, in welchem der flüssige Harzbildner zusammen mit dem flüssigen Härter gemischt wird.
Das Überzugsmaterial kann auf das gegen Feuer unbeständige Material mit Hilfe irgendeines geeigneten Beschichtungsverfahrens,
wie beispielsweise Sprühbes chi entlang, Tauchoder
Eintauchbeschichtung, Walzenbeschichtung oder dergleichen,
bei Raumtemperatur oder höher, aufgebracht werden.
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Wenn das gegen Feuer unbeständige Material in Form einer Grobfolie oder einer Schicht vorliegt, kann es auf einer
oder auf beiden Seiten beschichtet, und, falls gewünscht, mit einem Verkleidungsmaterial versehen werden, das vorzugsweise ebenfalls ein flammenbeständiges Material ist.
Ein feuerfestes Strukturelement in Form einer Platte kann ebenso durch Laminieren einer Vielzahl von Schichten aus
gegen Feuer unbeständigem Material hergestellt werden, wobei viele oder alle Schichten einen Film des feuerfesten,
intumeszenten Überzugsmaterials tragen. Viele der die vorliegende Erfindung verkörpernden Oberzugsmaterialien haben
Klebstoffeigenschaften und verbinden so die Schichten miteinander zu einer laminierten Struktur. Wenn außer dem
Überzugsmaterial Klebstoffe verwendet werden, sind sie vorzugsweise zumindest feuerhemmend, so daß sie die flammenbeständigen und feuerfesten Eigenschaften der laminierten
Platte nicht beeinträchtigen:· Falls gewünscht, können die
Schichten unter Zuhilfenahme von Wärme laminiert werdenj
die ferner auch zum Härten des Überzugsmaterials dienen kann.
Im Falle von Teilchen aus gegen Feuer unbeständigem Material, wie beispielsweise thermoplastische Teilchen, Polystyrolperlen, expandierbare Polystyrolperlen, oder teilweise expandierte expandierfähige Polystyrolperlen, können die TeB.-
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chen mit dem Überzugsmaterial gemischt und zu einer Grobfolie oder Platte, wünschenswerterweise in einer geeigneten
Form, geformt werden. Die Form kann dann zur Aushärtung des Überzugsmaterials erhitzt werden und es kann im Fall von
expandierbarem Polystyrol die Hitze auch die Polystyrolteilchen zu einer festen Masse verschmelzen oder agglomerieren.
Geeignete Heizverfahren sind Konvektion oder Strahlung unter Verwendung von verschiedenen Heizquellen. Die Hochfrequenzheizung
ist eine wünschenswerte Methode. Die Hochfrequenzverformung ist eine bekannte Form einer angewandten Heizung
beim Verformen von Polystyrolschaum-Platten und kann dielektrische oder hochfrequente Ströme bei niederen oder hohen
Frequenzen verwenden. Heizen mit einem Mikrowellenofen ist ebenfalls ein verfügbares Verfahren zur Herstellung von
brauchbaren Grobfolien oder Platten, die sowohl das gegen Feuer unbeständige Material und das feuerfeste Überzugsmaterial enthalten. In dem Fall von expandierbaren oder
teilweise expandierbaren Polystyrolteilchen, die mit einem flammenbeständigen Überzugsmaterial gemischt worden sind,
kann die Kombination in einer geeigneten Form mittels Dampf oder Heißluft zu einer Platte geformt werden. Die Wärme bewirkt
das Zusammenschmelzen der Polystyrolteilchen und kann außerdem eine chemische Reaktion in dem Überzugsmaterial,
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wie beispielsweise ein Aushärten desselben, verursachen.
Die Hochfrequenzheizung ist, wenn sie in der vorliegenden Erfindung angewandt wird, von Vorteil, da die Überzugsmaterialien, welche die vorliegende Erfindung verkörpern,
einen hohen Leistungsverlustfaktor aufweisen und rasch gehärtet werden können, gemeinsam mit der Sicherstellung der
Klebwirkung zwischen dem feuerfesten Überzugsmaterial und dem gegen Feuer unbeständigen Material. Wenn das Überzugsmaterial mit expandierfähigen oder teilweise expandierten
Polystyrolteilchen gemischt und in einer Plattenform erhitzt wird, härtet die Hochfrequenzheizung das Überzugsmaterial, verbindet es haftend mit den Polystyrolteilchen,
und bewirkt zusätzlich ein Verschmelzen oder Agglomerieren der Polystyrolteilchen zu einem strukturierten Brett oder
einer strukturierten Platte mit guter Festigkeit und Isoliereigenschaften, zusammen mit den gewünschten Eigenschaften
der Flammenbeständigkeit und der Feuerfestigkeit. Wenn gefordert oder gewünscht, kann das Überzugsmaterial geringfügig
zur Erzielung der gewünschten Reaktion gegenüber dem angewandten Elektronenstrom variiert werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung flammenbestSndige
und feuerfeste Produkte, die aus einem gegen Feuer unbeständigen Material geformt sind, das mit einem
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polymeren Material überzogen ist, das fähig ist, bei einer niedrigen Temperatur beginnend zu intumeszieren und in Verbindung
mit dem gegen Feuer unbeständigen Material Klebstoffeigenschaften
aufweist. Bei Einwirkung von Hitze oder Flammen auf die Produkte intumesziert das Überzugsmaterial
in erheblichem Umfang unter Ausbildung einer schützenden, thermisch isolierenden Schaumbarriere, welche eine Entzündung
des gegen Feuer unbeständigen Materials oder einen Abbau desselben bis zu einem Punkt, wo entzündliche Gase entwickelt
werden oder es seine Formbeständigkeit verliert, verhindert. Eine fortgesetzte Einwirkung von Hitze oder
Flammen führt zu einer Verkohlung des Schaums, jedoch werden die Produkte während eines überraschend langen Zeitraumes
nicht zerstört.
Die gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten flammenbeständigen und feuerfesten Produkte werden
durch die nachfolgenden repräsentativen Beispiele näher erläutert.
In einem modifizierten "Bureau of Mines Burn Through"-Test
an DYLITE M~57A-expandiertem Polystyrol wurde eine geformte Verbundprobe (vgl. Fußnote (a) in der nachstehenden Tabelle
IV) mit den Abmessungen 30,48 cm χ 30,48 cm χ 2,54 cm
- 23 -
809828/0755
(12 inch χ 12 inch χ 1 inch) auf einem Dreifuß gehalten;
diese Probe befand sich 5,08 cm (2 inch) über dem äußersten
Ende eines Fisher-Brenners. Die Flamme des Fisher-Brenners
wurde auf eine Höhe von 11,43 cm (4 1/2 inch) mit einem Innenkegel von 3,81 cm ( 1 1/2 inch) Länge eingestellt.
Ein Kern-Wischtuch wurde auf der Oberseite der Probe placiert, die dann über die Flamme gebracht wurde. Die Durchbrenn-Zeit wurde durch Entzündung des Kern-Wischtuches angezeigt.
Es wurde eine maximale Expositionszeit von 5 Minuten (300 Sekunden) angewandt.
Die mit diesem Test erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III niedergelegt.
Alle obigen Versuche wurden mit geformten Verbundstoffen
bzw. Platten durchgeführt. Speziell hergestellte Laminate
mit einer Dicke von 2,54 cm (1 inch) mit zwei Schichten
(hergestellt aus vorgebauschtem, verformten und verschmolzenem Polystyrol und anschließend beschichtet derart, daß
das Oberzugsmaterial als Bindemittel zwischen den zwei Schichten und als eine äußere Oberflächenschicht dient)
verhielten sich ebenfalls gut, wobei sie in dem Test in 300 Sekunden nicht durchbrannten.
- 24 -809828/0753
III
Vers.-Nr.
Harzbildner Härter
(HB) (PH)
(HB) (PH)
Gew.-Verh. von HB/PH Gew.-Verh. von Zeit bis zum Überzugsmaterial/ Durchbrennen
DYLITE (Sek.)
Bemerkungen
Vergleich
1
2
3
2
3
Kein
HB-2
HB- 2
Kein
HB-3 | PH- H |
HB-2 | PH-6 |
HB-2 | FH-6 |
HB-2 | FH-6 |
PH-6
FH-6
HB-2 FH-15
HB-2 FH-9
HB-2 FH-9
Kein
Kein
2/1
2/1
2/1 1/1
300
300
300 60
M-57A; Dichte
16,02 kg/m5 (1,0 pcf)
2/1 | 190 | Kein Durchbrennen |
2/1 | 300 | Kein Durchbrennen |
2/1 | 300 | |
1/1 | 65 | |
Verkleidet mit Aluminiumfolie - kein Durchbrennen
DYLITE von regulärer Qualität - kein Durchbrennen
Kein Durchbrennen
ro
cn CO
CO
Ergebnissen ist zu ersehen, daß die verpreßte Verbundprobe aus Polystyrolperlen ohne irgendein gehärtetes Überzugsmaterial
darauf (Kontrollversuch) eine niedrige Durchbrenn-Zeit von lediglich 5 Sekunden aufwies, im Gegensatz zu den
Versuchen mit den Proben 1 bis 8 gemäß Erfindung, bei denen die verpreßten Verbundproben aus Polystyrolperlen mit einer
Vielzahl von gehärteten Überzugsmaterialien darauf erheblich höhere Durchbrenn-Zeiten im Bereich von 65 Sekunden
bis 300 Sekunden aufwiesen. Da 300 Sekunden die maximale Expositionszeit aller Versuche war, erfolgte bei den Versuchen
2, 3 und 5 bis 7 überhaupt kein Durchbrennen.
In diesem Beispiel wurde der "Standard Coast Guard Flammability"-Test
an DYLITE M-57A und F-61»A-verschäumtem Polystyrol
(EPS) in Form von verpreßten Verbundproben [vgl. Fußnote (a) in der nachfolgenden Tabelle IV] durchgeführt,
wobei die Versuchsergebnisse in der nachfolgenden Tabelle IV niedergelegt sind.
Bei einem Kontrollversuch mit einer DYLITE-Perlplatte mit einer Dichte von 16,02 kg/nr (1,0 pcf) ohne irgendein Überzugsmaterial
auf den expandierten Polystyrolperlen entzündete sich die Perlplatte bei einer niedrigen Entzündungstemperatur
von etwa i|02° C. Demgegenüber entzündeten sich in
1809 8 28/07 53
IV
"Coast Guard Flammability"-Test
Vers.-Nr.
Harzbildner | HB-2 | HB-2 | HB-2 | HB-2 | HB-2 | |
Härter | FH-9 | PH-6 | FH-6 | FH-6 | FH-6 | |
OO | ||||||
O | Monoäthanolamin {%) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
cd | ||||||
828 | Gewichtsverhältnis: Harzbildner/Härter |
1/2 | 1/1 | 1/2 | 1/2 | 1/2 |
O | DYLITE EPS; Typ | M-57A | M-57A | M-57 A | M-57A | M-57 A |
cn | Gewichtsverhältnis: | |||||
Überzugsmaterial/ η VT TrTTC ν 3·/ |
1/1 | 2/1 | 2/1 | 1/1 | 2/1 |
Andere
HB-2 HB-2
FH-6 FH-6
2
1/2 1/2
M-57A F-64A
2/1 2/1
Verkleidet mit Verkleidet 0,05 bis 0,08 mm mit hitze-(2-3 mil) EPS- verklebter
Schaumfolie Aluminiumfolie
Durchschnittliche Dichte: kg/m3 |
29 | ,48 | 46 | ,46 | 49 | ,34 | 32 | ,84 | 52 | ,22 | 57 | ,67 | |
I | (pcf) | (1 | ,84) | (2 | ,90) | (3 | ,08) | (2 | ,05) | (3 | ,26) | (3 | ,60) |
ΓΟ |
Tabelle IV (Portsetzung) "Coast Guard Flammability"-Test
Vers.-Nr.
Durchschn. Abweichung: ± kg/m^
(± pcf)
"Coast Guard Flaninability"
Durchschn. Entzündungszeit
(Sek.)
Durchschn. Entzündung« temp. (0G)
Entzündete Proben/
5 Üfttersüchte Proben
Temperatur in 0C am
Versuchsende bei den Proben, die sich nicht entzündeten.
(0,02)
W.
510
0,96 1,12 1,76
(0,06) (0,07) (0,11)
128
469
514
600
426
0,64 | 0,96 | 1,60 |
(0,04) | (0,06) | (0,10) |
600 | 600 | 243 |
-- | -- | 455 |
0 | 0 | 3 |
460
460
470
(a) Preßteilherstellung: Der Harzbildner und der Härter werden gut miteinander vermischt und das resultierende Überzugsmaterial unter Durchmischung mit einem elektrischen Mischer zu DXLITE-Vorschaum zugegeben. Der Verbundstoff wird in
die Foim überführt und unter trockener Hitze 3 bis 5 Minuten bei 104° C bis 121° C verpreßt. Die Abkühlzeit beträgt
5 Minuten.
(b) Maximale Versuchezeit = 10 Minuten (600 Sekunden)
den Versuchen 1 bis 7 (5 Proben pro Versuch) gemäß Erfindung die meisten der expandierten Polystyrolperlplatten
überhaupt nicht (26 aus insgesamt 35 Proben), obwohl die Temperatur am Ende der Versuchszeit von 600 Sekunden im
Bereich von 426° C bis 514° C lag. Außerdem hatten die 9
anderen Proben in den Versuchen 1 bis 7, die sich nicht entzündeten, eine durchschnittliche Entzündungstemperatur,
die beträchtlich höher als die Entzündungstemperatur von 402° C für die Kontrollprobe war, nämlich Temperaturen von
455° C bis 469° C.
In diesem Beispiel wurden verpreßte Verbundproben aus expandierten
Polystyrolperlplatten nach dem "Standard UL Tunnel"-Test mit den in der nachfolgenden Tabelle V niedergelegten
Ergebnissen untersucht. Das expandierte Polystyrol war DYLITE M-57A mit einer nominellen Dichte von 16,02 kg/m^
(1,0 pcf). Der Harzbildner (HB) und der Härter (PH) wurden miteinander zur Herstellung des Überzugsmaterials (ausgenommen
im Kontrollversuch 7) gemischt, welches dann zu dem Vorschaum zugegeben, in einem Hobart-Mischer gemischt und
in Holzformen zur Herstellung von 10,16 cm (4 inch) dicken
Platten verpreßt wurde. Jedes der untenstehenden Überzugsmaterialien enthielt ferner 2 % Monoäthanolamin und 3 bis 5%
Methanol. Im Versuch 6 hatte das Perlbrett eine Haut aus Aluminiumfolie.
- 29 -
809828/0753
"I | 1 | JL Tunnel"-Tesi | 3 | t | H | 5 | 6 | 7 (Vergleich) | |
HB-2 | HB-2 | HB-2 | HB-3 | HB-2 | Kein | ||||
Vers.-Nr. | FH-6 | 2 | FH-6 | FH-9 | FH-4 | FH-6 | Kein | ||
Harzbildner | 1/1 | HB-2 | 1/2 | 1/2 | 1/1 | 1/1 | — | ||
Härter | 2/1 | FH-6 | 1/1 | 2/1 | 2/1 | 2/1 | — | ||
Gew.-Verh. HB/FH | 57,03 (3,56) |
1/2 | 36,21 (2,26) |
53,51 (3,34) |
56,71 (3,54) |
59,59 (3,72) |
16,02 (1,00) CO |
||
Gew.-Verh. Überzugsmaterial/DYLITE | 43,6 | 2/1 | 92,5 | 53,6 | 77,5 | 43,6 | 15 | ||
Fertiggestellte Platten; Dichte: kg/m* (pcf) |
12,5 | 54,95 (3,43) |
31,0 | 5,6 | 0 | 9,0 | 33,6 | ||
11UL Tunnel"-Test: Flammenausbreitung | 165 | 30,8 | 725 | 362 | 669 | 323 | 845-1150 | ||
Beigesteuerter Brennstoff | 0 | ||||||||
Entwickelter Rauch | 210 | ||||||||
4ο
Aus den in der vorstehenden Tabelle V niedergelegten Ergebnissen für die Versuche 1 bis 6 gemäß Erfindung gegenüber
dem Kontrollversuch 7 ist es ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Produkte einen geringen BrennstoffZuschuß und
eine geringe Rauchentwicklung aufweisen. Es ist wichtig zu vermerken, daß das Material, mit Ausnahme der Kontrollprobe,
während des Versuchs an seinem Platz an der Decke des Tunnels ohne Anzeichen eines Tropfens und nachfolgender
Entzündung von geschmolzenem Polymeren am Boden des Tunnels blieb, was gewöhnlich bei der Kontrollprobe beobachtet
wurde. Weiterhin überlebte oder überdauerte über 50 % von jeder Probe den Test, wohingegen im Falle der
Kontrollprobe 90 % bis 100 % der Probe verbraucht wurde.
Dies ist besonders bemerkenswert, wenn man sich vergegenwärtigt, daß das Standardtest-Verfahren Vorsorge für einen
10 Minuten-Test in Tabelle V trifft.
In diesem Beispiel wird der oben beschriebene "Modified Bureau of Mines Burn Through"-Test und der oben beschriebene
"Coast Guard Flammability"-Test an Laminaten durchgeführt, die aus 1,27 cm (1/2 inch) dickem Polyurethanschaum hergestellt
worden waren, beide mit (Versuch 1) und ohne (Versuch 2) eine Kraft-Papierzwischenschicht, unter Verwendung
eines aus einem Harzbildner (HB-2) und einem Härter (FH-15)
- 31 809828/0753
in einem 1 : l-Gewichtsverhältnis hergestellten überzugsmaterials,
das in einer Menge von 536,9 g/m (50 g pro square foot) aufgebracht worden war und verglichen mit
einem Kontrollversuch ohne das Oberzugsmaterial. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VI niedergelegt.
Vers.-Nr. Verglei ch
Modifizierter "Bureau of
Mines Burn Through"-Test j 10 300 300 Zeit bis zum Durchbrennen
(Sek.)
(Sek.)
Bemerkung — Kein Durcn- Kein Durchbemerkung
brennen brennen
"Coast Guard PlamniabilityM-Test:
Durchschn. Enzündungszeit h~ OftO ,7O
(Sek.) *7 292 iiZ
Durchschn. Entzündungstemperatur (o C)
Entzündete Proben/5 un- ,- 2
tersuchte Proben "*
Temperatur in 0C am Ver-
sxichsende für diejenigen ü7ft
Proben, die sich nicht "" H{0
entzündeten.
809828/4751
Aus den in der vorstehenden Tabelle VI angegebenen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß der Polyurethanschaum ohne
irgendein gehärtetes Überzugsmaterial darauf (Kontrollversuch) eine niedrige Durchbrenn-Zeit in dem "Modified Bureau
of Mines Burn Through"-Test von lediglich 10 Sekunden hat im Gegensatz zu den Versuchen 1 und 2 gemäß Erfindung, bei
denen der Polyurethanschaum mit einem gehärteten Überzugsmaterial darauf am Ende der maximalen Expositionszeit von
300 Sekunden noch nicht durchgebrannt ist. In dem "Coast Guard Flammability"-Test entzündeten sich in der Versuchsreihe
alle fünf Proben des Polyurethanschaun;s ohne gehärtetes Überzugsmaterial bei einer niedrigen Entzündungstemperatur
von 4l8° C nach einem Zeitraum von lediglich 47 Sekunden.
Im Gegensatz hierzu entzündeten sich in den Versuchen 1 und 2 gemäß Erfindung, bei denen der Polyurethanschaum
mit dem Überzugsmaterial bedeckt war, 6 von den insgesamt 10 Proben nicht, obwohl die Temperatur am Ende des
Zeitraums von 600 Sekunden im Eereich von 460° C bis 478° C
lag. Darüber hinaus hatten die 4 anderen Proben der Versuchsreihen
1 und 2, welche sich entzündeten, eine durchschnittliche Entzündungstemperatur, die beträchtlich höher
als die Entzündungstemperatur von 418° C für die Kontrollprobe
war, nämlich 450° C bis 491° C.
- 33 809828/0753
Beispiel 5
Proben von gewöhnlichem Sperrholz wurden mit einer von drei verschiedenen, kommerziell verfügbaren Intumeszenzfarben
oder mit einem typischen Überzugsmaterial gemäß Erfindung beschichtet und der Flamme eines Fisher-Brenners während
eines Zeitraumes von 1 Minute ausgesetzt. Die Ergebnisse des "Open Flamew-Tests sind in der nachfolgenden Tabelle
VII wiedergegeben.
Die bemerkenswerte Überlegenheit der Überzugsmaterialien gemäß Erfindung über die kommerziell verfügbaren Intumeszenzfarben
ist aus den in der nachstehenden Tabelle VII niedergelegten Versuchsergebnissen offensichtlich.
In einem anderen Versuch wurde eine extrudierte Polyäthylenschaumplatte
mit einer Gittergeometrie mit dem Überzugsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet und
an der Luft getrocknet. Nach In-Berührung-bringen mit einej
Flamme intumeszierte der überzug, wobei die Gitteröffnungei
verschlossen und so der Abbau des Polymeren und die anschließende Entzündung verhindert wurden. Nach Entfernung
der Intumeszenz-Kohle wurde festgestellt, daß das Polyäthy
len im wesentlichen intakt war.
809828/0753
Tabelle VII
überzug
GO NJ OO
Typ
Konzentration g/m2 (g/ft.2)
"Open Flame"-Test
Intumeszenz
Kohle gebildet
Auftreten Tiefe
mm (inch)
Holz entzündet
Piretect WT-102
Piretect PC-210
Ball Chem. G-3232
Überzugsmaterial (Gew,-Verh. von
HB-2/PH-6 5 1/1)
269
(25)
172,2 (16)
172,2 (16)
322,9 (30)
Ja
Nein Ja
Ja
Ja
Nein Ja
Ja
<1,587 («1/16)
6,35
38,1 (1 1/2)
Ja
Ja Nein
Nein
Die folgenden zwei Beispiele liefern Vergleichsergebnisse über die Feuchtigkeitsbeständigkeit von Verbundpreßlingen
(Beispiel 7) und Laminaten (Beispiel 8) gemäß Erfindung.
Es wurden Oberzugsmaterialien aus HB-2 und FH-6 in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 unter Zusatz von IO Jt Methanol
und 2 % Monoäthanolamin hergestellt. Diese wurden mit expandierbaren
Polystyrolteilchen im Gewichtsverhältnis von Überzugsmaterial zu Perlen wie 3 ϊ- 1».2 : 1 und 1 : 1 gemischt
und zu Zylindern von annähernd 10,2 cm (4 inches) im
Durchmesser und 25,k cm (10 inches) Länge verpreßt. Die
Preßlinge wurden während eines Zeitraums von 10 Sekunden einem Hochfrequenzstrom ausgesetzt» wodurch man Preßlinge
rait ausgezeichneter Verschmelzung, die vollständig trocken
waren, erhielt. Eine Probe wurde mit einer Mikrowellenheizung behandelt.
Die Proben wurden in einem geschlossenen Raum mit einer
relativen Feuchtigkeit von über 80 % gelagert. Alle Proben
wurden während eines Zeitraums von 1000 Stunden dieser hohen Feuchtigkeit ausgesetzt. Bei Prüfung während und nach dieser
Behandlung ergab sich kein Anzeichen irgendeiner Auftrennung der Proben oder irgendeiner nachteiligen Wirkung
der Feuchtigkeit mit Ausnahme einer leichten oberflächlichen Klebrigkeit. :
. '. -■ J ■..■■; : - 36 -
008828/0151 f a
Kontrollproben, die in einem Ofen mit zirkulierender Luft erhitzt worden waren, überstanden die Behandlung mit hoher
Feuchtigkeit über einen Zeitraum von 24 Stunden, jedoch waren sie am Ende eines Zeitraums von 96 Stunden aufgetrennt
oder zerkrümelt.
Proben von Laminaten mit zwei Perlplatten-Schichten von 2,54 cm (1 inch) Dicke wurden zusammen mit einer Schicht
Kraft-Papier dazwischen laminiert, mit einem Überzugsmaterial an jeder Seite des Kraft-Papiers.
Das verwendete Überzugsmaterial war aus HB-2 und FH-I5 in
einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 unter Zusatz von 0,5 % Monoäthanolamin hergestellt worden.
Ein Satz der Proben wurde bei Raumtemperatur während einer Woche gehärtet und die Proben zeigten beim Aufenthalt in
der Kammer mit hoher Luftfeuchtigkeit nach 72 Stunden Anzeichen von partieller Delaminierung und nach 144 Stunden
waren sie vollständig delaminiert.
Einige der Proben wurden in einem Ofen mit Heißluftzirkulation während eines Zeitraums von 8 Stunden bei I5O0 C und
dann während eines Zeitraums von 1 Woche an der Luft gehär-
- 37 809828/0753
tet. Die Proben zeigten nach einem Aufenthalt von 72 Stunden in der Kammer mit hoher Luftfeuchtigkeit eine partielle
Delaminierung.
Zusätzliche Proben wurden in einem Mikrowellenofen während eines Zeitraums von 10 Sekunden gehärtet und zeigten nach
IM Stunden in der Kammer mit einer relativ hohen Luftfeuchtigkeit
kein Zeichen einer Delaminierung.
Ähnliche Laminate, die unter Verwendung eines Überzugsmaterials aus HB-2 und PH-6, manche unter Zusatz von 0,5 %
Monoäthanolamin und 10 % Methanol, und manche unter Zusatz von 2 % Monoäthanolamin und 10 % Methanol hergestellt worden
waren, ließ man bei Raumtemperatur stehen. Nachdem sie einer hohen Feuchtigkeit ausgesetzt worden waren, waren sie
am Ende eines Zeitraums von Ί8 Stunden vollständig delaminiert
.
Wie oben bereits erwähnt> beginnt die Intumeszenz des Überzugsmaterials
gemäß Erfindung bei tiefen Temperaturen von 75° C bis 150° C, die viel niedriger sind als die Temperatur
oder der Temperaturbereich, bei welchem das gegen Feuer unbeständige Material flüchtige Stoffe abzugeben beginnt
oder seine Formbeständigkeit verliert. Andererseits zeigen die aus dem Stand der Technik bekannten feuerhemmenden
809821^0753
Claims (1)
1. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt, enthaltend
(1) ein gegen Feuer unbeständiges Material, das mit
(2) einem Überzugsmaterial beschichtet ist, welches bei Flammeneinwirkung oder Erhitzen bereits bei einer
niedrigen Anfangstemperatur im Bereich von etwa 75° C bis etwa 150° C unter Bildung einer thermisch isolierenden
Schaumbarriere auf dem gegen Feuer unbeständigen Material reichlich intumesziert, wobei sich die
thermisch isolierende Schaumbarriere bei fortgesetzter Flammeneinwirkung oder Erhitzen über einen längeren
Zeitraum hinweg in einen porösen, nichtbrennbaren Koks oder Rückstand mit einer, für eine Verhinderung der
Entflammung und des üblichen Hitzeabbaus des gegen
Feuer unbeständigen Materials adäquaten Isolationsfestigkeit und Nichtentflammbarkeit verwandelt.
2. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Überzugsmaterial ein harzartiges Reaktionsprodukt aus Phosphorsäure und einem reduzierenden Zucker, zusammen
mit einem Härter, ist.
ORIGINAL INSPECTH)
3. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Überzugsmaterial zu gegen Feuer
unbeständigem Material im bereich von etwa 0,04 : 1 bis etwa M : 1 liegt.
4. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
2,dadurch gekennzeicnnet, daß das Überzugsmaterial ferner noch ein Treibmittel enthält.
5. Flaminenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
I5 dadurch gekennzeichnet, daß
die thermisch isolierende Schaumbarriere eine Sohaumdiehte
im Bereich von etwa 3,2 bis etwa 32 kg/m^ (etwa 0,2 bis
etwa 2 pounds per cubic footj 1 pound per cubic foot = 16,019 kg/m-5) besitzt.
6. Flammenbestä'ndiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
!,dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial eine polymere Zubereitung ist.
7. Flaminenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
!,dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Überzugsmaterial zu gegen Feuer
unstabilem Material im Bereich von etwa 0^04 : 1 bis etwa
0O9828/O7S3
4 : 1 liegt, das Überzugsmaterial das harzartige Reaktions
produkt aus
(a) etwa 1 Gewichtsteil bis etwa 10 Gewichtsteilen eines
flüssigen Harzbildners und
(b) etwa 10 Gewichtsteilen, beziehungsweise bis etwa
1 Gewichtsteil eines flüssigen Härters enthält,
wobei der flüssige Harzbildner das flüssige polymere Produkt einer erhitzten Mischung aus
Ca1) etwa 25 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent
eines reduzierenden Zuckers,
(a2) etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 62 Gewichtsprozent
852iger Phosphorsäure,
(a,) etwa 2 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent zumindest eines Verflüssigers, ausgewählt aus der
Klasse bestehend aus Wasser und zweiwertigen und mehr wertigen niederen aliphatischen Alkoholen, und
(ajj) etwa 0 Gewichtsprozent bis etwa 15 Gewichtsprozent
eines mehrwertigen Phenols mit zumindest zwei Hydroxy
gruppen in einer meta-Steilung, ausgewählt aus der Klasse bestehend aus Resorcin, Pyrogallol und Phloroglucin
^
umfafit-
8. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß
809828/0761
das Überzugsmaterial ferner
(3) eine kleine Menge im Bereich von etwa 0,02 Gewichtsteilen bis etwa 0,3 Gewichtsteilen pro 1 Gewichtsteil
des flüssigen Harzbildners eines Expandier- oder Treibmittels, das in Gegenwart des Überzugsmaterials bei
einer niedrigen Temperatur im Bereich von etwa 80 C bis etwa 120° C durch Hitze abbaubar ist und ein Gas
freisetzt,
enthält.
9· Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
8,dadurch gekennzeichnet, daß das Expandier- oder Treibmittel Harnstoff, Ammoniumphosphat,
Ammoniumsulfat, Monoäthanolamin, Diäthylamin, Morpholin,
Dicyandiamid und/oder Oxalsäure ist.
10. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß
der flüssige Härter Formaldehyd enthält.
11. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der flüssige Härter Formaldehyd und Furfurylalkohol enthält.
12. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach An-
809829/0763
spruch 10,dadurch gekennzeichnet, daß
der flüssige Härter Formaldehyd und Harnstoff in einem Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff im Bereich von etwa
1 : 1 bis etwa 2 : 1 enthält.
13. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der flüssige Härter Formaldehyd, Harnstoff und Furfurylalkohol enthält.
14. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 13,dadurch gekennzeichnet, daß
das Molverhältnis von Harnstoff zu Furfurylalkohol in dem
flüssigen Härter im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 9 : 1
liegt.
15. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß
der flüssige Härter Formaldehyd, Harnstoff und Glucose enthält und das Molverhältnis von Harnstoff zu Glucose im Bereich von 6 : 1 bis etwa 2:1 liegt.
16. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß
der flüssige Härter Formaldehyd, Harnstoff, Furfurylalkohol
-HA-
und Glucose enthält, wobei das Molverhältnis von Harnstoff zu Furfurylalkohol im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 9 :
und das Molverhältnis von Harnstoff zu Glucose im Bereich von etwa 6 : 1 bis etwa 2 : 1 liegt.
17· Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
7jdadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Überzugsmaterial zu gegen Feuer
unbeständigem Material im Bereich von etwa 0,4 : 1 bis etwa 2 : 1 liegt.
18. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, daß
das Gewichtsverhältnis von Überzugsmaterial zu gegen Feuer unbeständigem Material etwa 1 : 1 beträgt.
19. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß
das harzartige Reaktionsprodukt etwa 1 Gewichtsteil bis etwa 6 Gewichtsteile des flüssigen Harzbildners und etwa
2 Gewichtsteile beziehungsweise bis etwa 1 Gewichtsteil des flüssigen Härters enthält.
20. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 19,dadurch gekennzeichnet, daß
805628/0763
- 45 -
das harzartige Reaktionsprodukt etwa 1 Gewichtsteil des flüssigen Harzbildners und etwa 1 Gewichtsteil des flüssigen
Härters enthält.
21. Plammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß
das gegen Feuer unbeständige Material Polystyrol ist.
22. Plammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet, daß
das Polystyrol verschäumtes Polystyrol ist.
23. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß
das gegen Feuer unbeständige Material Polyurethanschaum ist.
2h. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
1,dadurch gekennzeichnet, daß das gegen Feuer unbeständige Material Polyäthylenschaum ist.
25. Plammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß
das gegen Feuer unbeständige Material Holzteilchen enthält.
26. Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach An-
- HS -609828/0763
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegen Feuer unbeständige Material Glasfasern enthält.
27· Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
1,dadurch gekennzeichnet, daß das gegen Feuer unbeständige Material Kork ist.
28. Flajnmenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegen Feuer unbeständige Material in Form von Folien
bzw. Grobfolien vorliegt.
29· Flammenbeständiges und feuerfestes Produkt nach Anspruch
1,dadurch gekennzeichnet, daß
das gegen Feuer unbeständige Material in Laminat-Form vorliegt.
30. Flammenbeständiges und feuerfestes Überzugsmaterial
für eine Verwendung als überzug auf einen gegen Feuer unbeständigen
Material um dieses flammenbeständig und feuerfest zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß
das überzugsmaterial ein harzartiges Reaktionsprodukt aus
Phosphorsäure und einem reduzierenden Zucker, zusammen mit einem Härter, und ferner ein Treibmittel enthält, damit das
überzugsmaterial bei Flammeneinwirkung oder Erhitzen bei
809826/0763
- JHP -
einer niedrigen Temperatur im Bereich von etwa 75° C bis
etwa 150° C zu intumeszieren beginnt, wobei nach fortgesetzter Flammeneinwirkung oder fortgesetztem Erhitzen das
Überzugsmaterial unter reichlicher Intumeszenz eine thermisch isolierende Schaumbarriere auf dem gegen Feuer unbeständigen
Material ausbildet, welche sich bei längerer Flammeneinwirkung oder längerem Erhitzen in einen isolierenden
und nichtentflammbaren porösen Koks oder Rückstand verwandelt, der eine Entflammung und einen Hitzeabbau des
beschichteten, gegen Feuer unbeständigen Materials verhindert.
31. Flüssiger Härter, dadurch gekennzeichnet,
daß er Formaldehyd, Harnstoff und Glucose enthält, wobei das Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff
im Bereich von etwa 1,5 : 1 bis etwa 2 : 1 und das Molverhältnis von Harnstoff zu Glucose im Bereich von etwa
6 : 1 bis etwa 2 : 1 liegt.
32. Flüssiger Härter, dadurch gekennzeichnet,
daß er Formaldehyd, Harnstoff, Furfurylalkohol und Glucose enthält, wobei das Molverhältnis von
Formaldehyd zu Harnstoff im Bereich von etwa 1,5 : 1 bis
etwa 2:1, das Molverhältnis von Harnstoff zu Furfurylalkohol im Bereich von etwa 1 : 1 bis etwa 9 : 1 und das MoI-
809828/0711
verhältnis von Harnstoff zu Glucose im Bereich von etwa 6 : 1 bis etwa 2 : 1 liegt.
33· Strukturiertes, nichtentflammbares, flammenbeständiges
Produkt, dadurch gekennzeichnet, daß es ein entflammbares Material in Verbindung mit einer Vielzahl
von Filmbereichen aus Harzzubereitungen enthält, wobei die Harzfilm-Bereiche ausreichend nahe beieinanderliegen,
so daß bei Einwirkung von Hitze und/oder Flammen auf das Produkt das Material nicht brennt oder tropft, und wobei
die Harzfilm-Bereiche die Eigenschaft besitzen, einen
Schaum von ausreichender Strukturfestigkeit und Feuerbeständigkeit zu erzeugen, der das Material über längere,
ununterbrochene Zeiträume hinweg isoliert und schützt.
809828/0763
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