DE2830641A1 - Blaehbare feuerhemmende produkte - Google Patents

Description

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota, V.St.A.

Blähbare feuerhemmende Produkte

Trotz vieler Bemühungen hat man in den vergangenen Jahren nie

ein feuerhemmendes Asphalt-Dachdeckmaterial erreicht, das gewerblich genauso gut angenommen worden und verbreitet gewesen wäre wie die üblichen, nicht feuerhemmenden Versionen.

Dieee Bemühungen gingen iu unterschiedliche Riohtungeit Die Verwendung von Mineralfasern als !Füllstoff in den Asphaltschichten oder als Faserersatz des Dachfilzes, um den Anteil brennbaren Materials zu verringern und das Fließen und die Angreifbarkeit des Asphalts bei einem Feuer zu begrenzen (vergl. die US-PSn 2.555.4o1, 3.332.83o und 3.369.956), die Aufnahme von feuerhemmenden Chemikalien in das Daohdeckmaterial (US-PS 2.667,425) und/oder die Verwendung zusätzlicher oder schwererer Lagen des Dachkies. Einige dieser Bemühungen haften ein Eindeckmaterial ergeben, das ausreichend feuerhemmend waa?» um vom Underwriter¹s Laboratory die Klassenbezeiohnung A im Gegensatz zu der Klassenbezeichnung 0 für normales Asphalt· Eindeckmaterial - zu erhalten. Selbst diese Lösungen sind noob

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nicht die Lösung des Problems, denn sie erhöhen entweder die Kosten der Eindeckung erheblich, erfordern spezielle Herstellungsanlagen oder -verfahren oder ergeben einen nur marginalen Feuerschutz, Bspw. bestehen einige handelsübliche Eindeckmaterialien mit Glasfaserfilz den "Brennstempel"-Test ('.burningbrand test¹) des Underwriter's Laboratory an 2o mm (3/4 in.) dicken Dacheindeckungen, nicht jedoch an 1o mm (3/8 in.) dicken Eindeckungen, wie sie derzeit für die Verwendung an Bauten genehmigt sind.

Eine andere Lösung mehrerer Forscher war, eine Schicht blähbarer Teilchen in das Eindeckraaterial aufzunehmen, die, wie in der US-PS 2.782.129 festgestellt, bei einem Feuer zu einer "feuerfesten Stütze bzw. einem starren Schwamm aufschäumen soll, der den Asphalt absorbiert, ein Fließen verhindert und eine wirksame Feuersperre für das darunterliegende Dach bildet,

Diese US-Patentschrift schlägt die Verwendung von ungeblähtem Vermiculit aus blähbarem Material vor, das als Teilchenschicht zwischen zwei Lagen asbestgefülltem Asphalt angeordnet ist. Die U3-PS 3_V216.8Ü3 schlägt ebenfalls die Verwendung von Vermiculit in einem teil- oder vollgeblähtem Zustand in einer jiindeckstruktur vor, die auf dem Dach selbst aufgebaut wird. Die US-PS 3.365.322 nennt die Nachteile des Vermiculits: es ist zu teuer und läßt sich wegen seines geringen Gewichts nur schwer gleichmäßig in einer Daoheindeokung unterbringen; die

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Patentschrift schlägt daher vor, das Vermiculit durch Hineral- teilohen zu ersetzen, die einen blähbaren Überzug aus Natriumsilicat und Borax tragen.

Keiner dieser Versuche mit blähbarem Eindeckmaterial ist so wirkungsvoll wie eine der anderen beschriebenen Lösungen gewesen. Eindeckmaterial nach der US-PS 5.365.322 wurde zwar einige Zeit angeboten, aber ohne wesentlichen Erfolg. Die beschichteten Teilchen blähten nur sehr schwach und der Feuerwiderstand hing von der Anwesenheit von Asbestfasern als Füllstoff im Asphalt ab. Ein solcher gefüllter Asphalt ist mit herkömmlichen Auftragsvorrichtungen nur schwer zu verarbeiten, ist teuer, giftig und auch in anderer Hinsicht nachteilig. Zusätzlich werden die beschichteten Hineralkörnchen auf das Eindeckmaterial in Gewichten von 1oo bis 125 kg pro 1 om χ 1oiu-Abschnitt Eindeckmaterial aufgerieselt, so daß die Kosten des Eindeckmaterials und dessen G-ewicht sich erhöhen. Schließlich war die Beschichtung der Körnchen wasserlöslich; in der fast kontinuierlichen aufgerieselten Schicht laugten sie leicht aus, so daß ihre Blähbarkeit verlorenging.

Vermiculit, wie es die US-PS 2.782.129 und 3.216.ÖÜ3 vorschlagen, bläht nur zu einem geringem Volumen auf und auch nur dann, nachdem das Feuer bereits beträchtliche Temperaturen erzeugt hat.

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Der Stand der Technik legt also in keiner Weise nahe, wie man unter Ausnutzung des Blähvorgangs ein wirkungsvolles und wirtschaftliches feuerhemmendes Asphalt-Eindeckmaterial für Dächer erreichen kann.

Die vorliegende Erfindung schafft ein neuartiges Eindeckmaterial der blähbaren Art, das jedoch auf wirtschaftliche und wirkungsvolle Weise eine Feuerhemmwirkung aufweist, die ihm eine breite Nutzbarkeit verleiht. In seinein grundsätzlichen Aufbau kann das neue Eindeckmaterial wie bekannte blähbare Eindeckmaterialien ausgeführt sein, d.h. mit einem Dachfilz, mindestens einer Asphaltschicht auf dem- Filz, einer Schicht Körner, die teilweise in die Asphaltschicht auf dem Dachfilz eingebettet sind, sowie einer Schicht blähbarer Teilchen innerhalb des Eindeckmaterials, die sich aufblähen, wenn das Eindeckruaterial einem Feuer ausgesetzt ist„ Weiterhin handelt es sich bei dein blähbaren Stoff in dem neuartigen Eindeckmaterial um hydratisiertes lösliches Silicat, das, wie bereits. erwähnt, auch in der Vergangenheit in feuerhemmendem Eindeckmaterial für die Beschichtung von I-iineralkörnchen eingesetzt worden ist.

irotz solcher Gemeinsamkeiten ist das Eindeckmaterial nach der vorliegenden.Erfindung dort wirksam, wo es das blähbare Eindeckmate»rial nach dem Stand der 'fechnik nicht war. Ein erster Unterschied gegenüber den Eindeckmaterialien nach dem

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Stand der Technik ist, daß die blähbaren Teilchen in dem Eindeckmaterial nach "der vorliegenden Erfindung im Kern aus hydratisiertem löslichem Süicat bestehen, nicht in der Beschichtung wie bei den beschichteten Hineralkörnchen nach dem Stand der Technik. Trotz angestellter Bemühungen mit hydratisiertem löslichem Süicat ist bisher kein hydratisiertes lösliches Silioat in Teilchenform auf dem Markt erhältlich gewesen, wie es in dem Eindeckmaterial nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; desgl. ist nirgendwo..ein solches teilchenförmiges hydratisiertes lösliches Silioat als blähbarer feuerhemmender Zusatzstoff vorgeschlagen worden. Der Anmelderin ist nunmehr gelungen, ein gewerblich praktikables Herstellungs verfahren für solche Teilchen (wie im folgenden beschrieben 'wird) zu entwickeln; es hat sich iierausgesteilt, dai3, wenn man diese Teilchen als Schicht in ein Eindeckmaterial aufnimmt, sie eine IFeuerhemmwirkunä verleihen, die der bekannter blähbarer Eindeckmaterialien weit überleben ist.

! Ein weiterer Grund für die überlegene ßlähbarkeit des Eindeck- ; materials nach der vorliegenden Erfindung ist der Schutz, den

die hydratisieren löslichen Silicatglasteilchen gegen einen ; Feuchtigkeitsangriff bieten. Feuchtigkeit laugt Alkalimetalloxide aus löslichen Süicatteilchen aus und reduziert damit j deren Fähigkeit zu blähen. Einen gewissen Schutz gegen einen solchen Angriff kann man mit besonders dicken Asphal,tschichten,

besonders hohen Konzentrationen blähbarer Teilchen oder Struk-

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türen erreichen, in denen die Teilchen zwischen undurchlässigen Folien eingepackt sind. Die Wirksamkeit solcher Verfahrensweisen wird unterstützt durch die Konzentration der in der vorliegenden Erfindung eingesetzten blähbaren Teilchen. Da jedes einzelne blähbare Teilohen im Eindeckmaterial nach der vorliegenden Erfindung zu einem, großem Volumen aufbläht, kommt man mit weniger Teilohen aus, so daß die Teilchen sich besser mit einem feuchtigkeitshemmenden Aufbau umgeben und isolieren lassen. ^!

j Die vorliegende Erfindung erreicht einen noch besseren ieuchtig-j keitsschutz durch ein neuartiges hydratisiertes lösliches Silicatteilchen, das eine bisher unbekannte Schutz beschichtung i trägt. Diese Schutzbeschichtung weist einen Bestandteil auf, | der in Gegenwart von Wasser zu einem Metallkation ionisiert, das mit dem Silication des Kernteilchens reagieren kann. Die Reaktion zwischen dem hetall- und dem Silication ergibt ein ^: Reaktionsprodukt, das weniger wasserlöslich als das Kernteil- : chen ist, so daß sich eine Schutzschicht auf dem Teilchen bildet. Diese Schutzschicht ist dahingehend selbstheilend, daß Öffnungen, die sich in der Schutzschicht evtl. bilden, von selbst heilen, so daß die Wirkung von Wasser auf das Kernteilchen eingeschränkt und dessen Blähbarkeit erhalten werden.

• Die Schutzbeschichtung ist weiterhin der Schlüssel für die

^; bequeme Herstellbarkeit der blähbaren Teilchen. Vor der vor-

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liegenden Erfindung lagen dem Fachmann zwei Verfahren zur Her- ί

Stellung von leuchen aus hydratisiertem löslichem Silicat vor; | das Eintrocknen handelsüblicher lösungen aus löslichen Silicaten zu einem Feststoff mit dem erforderlichen Wassergehalt.und das Hydratisieren handelsüblichen wasserfreien löslichen Silicatmaterials. Beide Verfahren haben ihre Probleme: Das Trocknenim ersten Verfahren führt zu einer dünnen Schicht, die die Verdunstung verzögert und das Verfahren erheblich in die Länge zieht, .während dc,s Zusetzen von Jaaser im zweiten Verfahren zu einer agglomerierten glasartigen Lasse zührt, aie man nur schwer zu den erforderlichen reilcnengröisen zerkleinern kann. Diese Schwierigkeiten sind uun mit der Lntdec^un^ überwunüen worden, o-cuj sich wasserfreies lösliches jilic&tmaterial, das man auf die gewünschte i'eilchen^röüe zerstoßen uat, mit der beschriebenen ,jciiutaDescnichtuno versehen und d&nn unter der Järme und dem Druck eines Autoklaven auf den _&ewünscnten Feuchtigkeitsgehalt Hydratisieren läist, so dau man gebrauchsfertige unverkluiupte i'eilchen erhält.

i3ei einem anderen Herstellungsverfahren kann man einen J ous wasserfreieiii löslichem Silicatiaaterial mit flüssigem löslichem Jiliciib zu den gewünschten i'eilcüen^öioen a^bloiueriere mit der beschrie uenen Benutzoeschientunti verseilen und dann erwärmen, um ulähbare i'eilcnen aus nydr&tisierteiü löslichem Silicat zu erreichen (bei der Lrwärmuiiä wird dabei das in dem

flüssigen löslicnen ö

vorhandene ..'■ sser im gesamten ieil-

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chen verteilt, um es blähbar zu machen). Teilchen aus agglomeriert em Staub haben den Vorteil, daß sie beim Blähen zu einem vielzelligen Produkt mit höherer Brechfestigkeit ("crush strength") aufgehen.

Eine weniger wünschenswerte Alternative zur Herstellung von Teilchen, die für die Erfindung brauchbar sind, ist, unbeschichtete leuchen aus wasserfreiem löslichem Silicat in einem Bett aus inerten Teilchen (wie bspw. Ton) zu hydratisieren. 13 ine 3chutzbeschichtung nach der vorliegenden Erfindung kann man auf bereits hydratisierte T-eilchen und auch auf wasserfreie Teilchen aufbringen.

liifol^e des tfeuehtigkeitsWiderstands der beschichteten Teilchen aticii der vorliegenden .urfinuung, ihrer geringen Größe und ihrer \ at r-xCöii Jl-Lio&rkeit lassen sie sich uequem und wirtschaftlich : in .,.oiJii.-lteixidöckiuatferialien taifneiiiueii, onne daß man die üb- :

!ionen ilerctellun^sverfcdiren wesentlich umstellen muß. Dabei ι

ι i-coi-iiüt LiicJii χΛ±τ reciit _öerin_oen Teilcnenmen^en gxo Flächeneinheit S

de ti '„,iriüeckiu&terialß aus; die Teilchen können dabei unmittelbar i _rui aie ;-.uf normal em i^sphalteindecküiaterial bereits vorhandenen icatBii ^uf^erieselt und in aiese eingebettet werden.

Die Ji .lh oar .zeit, die ein Lindeclouaterial nach der vorliegenden

j zei^t, läiot si cn aurcn .jyiil der i.enge der blähbaren n eiurj coll&ii. öciion eine kleine Teilcnenmeiige erteilt

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dem Eindeckmaterial ein erhebliches Blähvolumen und eine starke Peuerhemmwirkung. Eindeckmaterial nach der vorliegenden Erfindung besteht den Brandstempeltest des Unterwriter¹s Laboratory bei 2o- und bei 1o mm dicken Lagen und tatsächlich auch einen strengeren Labortest, bei dem ein Bunsenbrenner etwa 3o min lang fortwährend über eine 15ο χ 15o mm-Probe des aufgebauten, d.h. wie Dachschindeln überlappten Eindeckmaterials gezogen wird, wobei jedoch das Material auf ein Stück ungetränkte Pappe aus organischem Pilz, nicht eine Dachhaut gelegt wird. Bei keinem dieser Tests durchdringt die Flamme dabei die Probe.

Ausgedehnte Tests bm Einaeckutaterial n&ch der vorliegenden Erfindung in Prüfanla^en sowie oeschleunigte Alterungstests haben _öezeigt, dci-3 sich die beschriebene jj'eueriiemaiwirkuni-, während der gesamten Nutzungsdauer eines üindeckmaterials erhält. Die G-esamtkombination der Eigenscnaften stellt einen wesentlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Eindeckmaterialien

! dar und schafft zum ersten LaI die Löslichkeit, ein asphalt-

^! getränktes Eindeckmaterial auf Dachfilz basis in einer Form an-' zubieten, die zugleich stark feuerhemmend und wirtschaftlich . ist.

lieben der Verwendung in Eindeckmaterialien lassen sich die be- ; schichteten Teilchen nach der vorliegenden Erfindung in eine breite Vielfalt von liaterialien aufnehmen, und zwar von festen * Schaumstoffen bis zu flüssigen Beschichtungsmaterialien. Der

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Ipeuchtigkeitswiderstand und die hohe Blähbarkeit der Teilchen machen ihre Verwendung zweckmäßig und wirkungsvoll, und dies bei mäßigen Kosten.

Zusätzlicher Stand der iechnik zur vorliegenden Erfindung läßt sie wie folgt zusammenfassens

Nach J.G. Vail, "Soluble Silicates» (1952), Reinhold Publishing Company, Vol.2, S. 481» beginnt die US-Patentliteratur über die Blähbarkeit von löslichen Silicaten im Jahre 1883 mit der US-PS 283.789, die eine Zellmasse aus geschäumtem Silicat als Wärmeisolierung für feuersichere Safes angibt. Die US-PS 1.041.565 von 1912 lehrt ein teilchenföriui^es lösliches Silico.t >

i (bespw. Natrium- oder Kaliuinsilicat), das sich zu einem zell- ι

förmi^en bzw. geschäumten katerial auftreiben läßt, das man :

als Wärmeisolierung einsetzen kann. !

Die Patentliteratur gibt schon früh Wege an, um die löslichen | Silicatgläser unlöslich zu machen. Die US-PS 419.657 von 189o lehrt eine Behandlung von zellförmigen Silicatgläsern mit Chemikalien wie Calciumchlorid, Säuren wie Schwefel- oder Salzsäure sowie löslichen Oxiden und Salzen von anderen als Alkalimetallen - einschl. Oxiden wie jJarium- oder Strontiumhydroxid und Salzen wie Calcium- oder j£-.riumnitrit. Weiterhin ist in dieser Patentschrift angegeben, das Zellmaterial durch Beschichten mit Paraffin, i'rookenölen, Asphalt, Gummi und

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zerschmolzenen oder gelösten unlöslichen Hetallseifen oder Oleaten oder Stearaten sowie lösungen von Harzen oder Gummis wasserundurchlässig zu machen.

Die bereits erwähnte US-PS 3.365.322 schlägt vor, die blähbaren beschichteten Teilchen mit Asphaltemulsionen, Siliconen oder Latexemulsionen zu beschichten, um eine Wasseraufnahme zu verhindern. .

Ein weiteres Beispiel für den Stand der Technik hinsichtlich . der Verwendung blähoaxer Silicatstoxfe zur l^eueriiemuiung iat die Angabe im erwähnten Buch von Vail (auf Seite 4^3), daß man

: Holzträger mit schweren oilicatlösunken beschichtet habe, um die jfcjrandgefahr zu verringern.

Schließlich schlägt die US-PiJ 917.5-45 vor, rietriumsilicat in

' Eindeckmaterialien als Kieuer einzusetzen, um eine Lage Asbest j

mit einer Lage aus organischen i'asern zu verkleben und so ein feuer- und wassersicheres material auszuoilden. Diese Patent-

' schrift legt jedoch nicht nahe, dgjj aas ^atriumöilicat auch wie in dem neuartigen üindeckmaterial nach der vorliegenden Erfindung - teilchenföriiiit, oder Dlähüar isein kann.

Joweit aekannt, lo_ut nichts ciua aem jc:-,rid der l&imui-Is. ein asphalt_oe trJ.uk tes Eiudecicuacerial iiii' ut ohfil^u: uiü ini t einer Schicht -:u.a l'eilcheii .-.-_vus nydratisiertem löbliciieiii oilicat aur

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dar. Desgl. lehrt der Stand der Technik keine e,e schäumt en, aber noch blähbaren teilchenförmigen Silicatgläser, die mit einer Beschichtung versehen sind, die die Teilchen schützt, ihre Blähbarkeit erhöht und.sie auf einfache ,■/eise herstellbar macht.

Die Jj¹Xg. 1 ist ein Schnitt durch ein beispielhaftes Eindeckmaterial 1o nach der vorliegenden Erfindung. Dieses Eindeckmaterial 1o läßt sich wie folgt herstellen: Ein Dachfilz 11 wird getränkt und auf der Oberseite i;iit einer Asphaltmasse zu einer Schicht 12 bes chi elite χ. Dc/.mi Τύ,ήτ luaii ulahot-re lösliche Silics,tteilcüen 1 '■) ;..uf den uesciiichxeten Dc.chfilz rieseln, ViO sie sich teilweise in die Jchicht 12 einbetten, .jine icüioxit H einer ASxjnaltmasse wird dtam auf aie i'eilciien aer vorliegenden Erfindung aufgebracht und man scniittet uie iiörner 1 ο t;af die Schicht 14 i-.uf, in die sie sich teilweise einbetten. Schließlicj.1 tr.i_ut man eine Unterlage 10 e.us einer Asphaltiuacse ,:uf die Unterseite aer 1'¹H ζ schicht 11 auf und ifeiit sie ..lit einer .Scnicht 17 Glimmerstaub oder ., Uiii die Unterseite des ii&torialß ^ilebfrei

'ΔΜ jiiu-CXlCi'l.

_·ί^ο L i&t ein Jciinitt durch ein tjnpisches bläJibares -ieilcuen Ί j n;-,cü aer vorliegenden Jrfindun^ mit einem ea 'do uno. einer 3ciiuOaüeschichtung, 21,

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die das Teilchen.umgibt.
Fig. 3 ist ein Diagramm der Blähwirkung ale li^unktion des Wassergehalts für beschichtete 'feilchen nach der Torliegenden Erfindung und unbeschichteten, aber ansonsten gleichen Teilchen.

Watriumsilicate sind bevorzugt als Silicatglas in den blähbaren Teilchen nach der vorliegenden Erfindung wegen ihrer geringen Kosten. Es lassen sich aber auch Silicate aus anderen Alkalimetallen verwenden - bspw. solche aus Kalium und Lithium. Die

eingesetzten Silicate köimen auch unterschiedliche Verhältnisse Siliziuiiidioxiä/Alks.liuiettü.loxid aufweisen; oilicate mit einem ' Verhältnis von etxvt: 2:1 sind jedocxi bevorzugt, da sie weniger wasserlöslich sind als die mit kleineren Verhältnissen.

Die blähbaren leuchen können erhebliche Größenunterschiede aufweisen; wie in i'abelle I ^ezeigt, ändert sich das Blähvolumen jedoch lait der Teilchen^rölie.

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	2830641	- 2580	4o	22oo	2oo
		- 2000	20	14OO	2oo
		- 84o	1o	71o	175
	Blähvolumen von Natriumsilicatteilchen (SiOp/NapO = 3,22, mit 13 i& Wasser hydratisiert)	- 59o	500	175
	Teilchengröße Blähvolumen einer Bereich ( /um) mittl.Durchmesser 2ml-3?rot>e (ml) ' (/um)	- 42o	35o	16o
	2ooo	- 297	23o	125
	840	- 176	150	11o
	59o	- 127	102	9o
- Π -	• 42o		dO	ao
Tabelle I	; 297	- 74	67	Yo
176	62	53	5o
125	2ό	25
ι ■> > JJ	H	3
ι 7°	6	3
62
44
es...
ca.
ca.

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Übersteigt die Teilchengröße der Tabelle ein r.inimum, nimmt das Blähvolumen, d.h. das Volumen, zu dem sich ein 'Teilchen aufbläht, erheblich zu. Die angegebenen Teilchen mit einer Durohschnittsöröße von etwa 25 /um nehmen auf ein lilähvolumen vom mehr als Ιο-fachen zu, 'teilchen mit einem Durchschnittsgröße von etwa 1oo /um auf das mehr als 4-o-fache. Teilchen na,ch der vorliegenden Erfindung sollten für die meisten Anwendungen als Feuerhemmzuschlag mindestens auf das vierfache und vorzugsweise auf das mindestens 4-o-fache Volumen blähen. S¹Ur die höchste Volumenzunahme beim 31ahen werden vorzugsweise Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 3oo ,um (ciie sn_&e_o6Denen ,ierte für den i.inimal- und den ± j.nimalüurcnmesser gelten für nur yo Vol.-,J der Teilchen, da nach dem Sie Den einige aer veroleioeiideii -ieilchen auß&rnalo der i-,etz_bröijeü liefen) verwendet. Ji¹Ur die üeste Verv/enaung in üindeckmaCerialien sollten axe feilchen im Durchschnitt einen Durchuiesser von weni_öer als 2 mm und vorzugsweise weniger als 1 mm aufweisen. i<'iir üpezialzwecke lassen sich jedoch auch -Teilchen mit Durohmessern von mehreren Zentimetern einsetzen.

Die Teilchen olähen je nacn vorlie_üendeiu „'asser^enalt unterschiedlich. Die Kurve 1 in Jj¹I₀. 3 stellt die a/öhän^ig des xilähverhaltens innerhalb eines typiscnen Tempertuturbereichs (d.h. etwa 2oo bis 3oo°C) für beschicntete iiatriumsilicatteilchen der allgemein im Beispiel 1 unten beschriebenen .art, aber mit unterschiedlichem Wassergehalt aar, während die Kurve 2

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eine entsprechende Kurve für unbeschichtete Teilchen ist. Dabei stellen die Kurven das Yolumen in Millilitern dar, auf das eine 2-ml-Probe aufbläht.

Um ein brauchbares Blähvolumen zu erreichen, sollte das lösliche Silicat im allgemeinen mindestens 3 /o und vorzugsweise mindestens 1o /O Wasser enthalten. Das stärkste Blähen tritt oei dem dargestellten Natriumsilicat bei etwa 15 % Wasser ein, jjei größeren Viasseranteilen als 15 % nimmt das Blähe» wieder ab, obgleich das Material noch für Wasseranteile von etwa 3o % bläht, bei denen das lösliche Silicat sich bereits in Wasser lo;.-/t. Jypiücherveise lassen sich keine we sent liehen Vorteile ίΐ ; Ια 2o ,L wasser erreichen.

uei uieser ^ext-a^ea Löslicnkeit tritt eine ausreichende Dissoziation auf,-so αεω das i.ete.llka.tionen für die Selbste^^tioii mi"c den üilicctiouen im üernteilchen entstehen.

einer li-jri^ketOi^en i-'ettsaure, otearinsdure ist die bevorzugte ioö jj'ettsaure, aber andere wie Dspw. die Olein- oder

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,,-.uiroiiu ü:-; α _A„ernt eil dien in aen Descnicnteten teilchen nach der vorliegenden Jrf induiit, in v/c-.sser- vollständig löslich sein ^: ^MiU, entnd.lt die jeschiciitun_& jesteaidteile, deren Löslichkeit ■ in .n.sser oei itaunitemperctur vveni_öer i,J.s o,2 g/cm beträgt.

Hie uevoi-iu^te ociiutzoesciiiciitun^, die den dauernaftesten und j _orüudlichsten Zeuchti_oi:eitsschutζ uietet, ist ein l'let

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Palmitinsäure, lassen sich ebenfalls einsetzen. Weiterhin ist zwar Calcium das bevorzugte tie tall; es lassen sich jedoch auch andere Metalle wie die Erdalkalimetalle Barium und Magnesium sowie Aluminium und Zink einsetzen.

In den bevorzugten, oben beschriebenen Beschichtungen wurde die beste Wasserstabilität erreicht, wenn die Beschichtung das Metall als ionisierbare Verbindung in einer größeren Menge enthielt als für die stöchiometrische Assoziation mit dem Anion der langkettigen Fettsäure erforderlich. Der Metallüberschuß solcher metallkationenreichen Beschichtung,en läßt sich ospw. cils Hydroxid, Carboriat, Chlorid oaer Fluorid des ketails erreicnen. ΐνριscherweise ist die den i-_Aetyllüüerschuiä liefernde ionisierbare Verbindung, aie vorzugsweise in einer Lenge vorliegt, die mindestens \/Z Vol.-,J der Schutzbeschichtung ausmacht, löslicher als das hetallsalz der langkettigen Fettsäure.

Andere wasserunlösliche Bestandteile lassen sich in Schutz?- beschichtungen nach der vorliegenden Erfindung entweder als Ergänzung oder als Ersatz für das ketallsalz einer langkettigen Fettsäure aufnehmen. Bspw. kann man hier organische Polymerisatschichten wie von Polyäthylen, polypropylen, Wachs, Epoxyharzen oder ürethsoiharzen einsetzen. Ein ionisierbarer Bestandteil, der i-.etallkationen für die Reaktion mit dem oilication der Kernteilchen liefert, sollte in solchen Beschicntungen enthalten sein, um die beste ",/asserstabilität zu

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- 21 erreichen.

Ein weiterer !Bestandteil, den man vorzugsweise in Schutzbeschichtungen auf den Teilchen nach der Erfindung aufnimmt, ist ein wasserabstoßendes Siliconmittel. Es ist eine große Anzahl solcher Mittel bekannt, die Feuchtigkeit von einer Oberfläche abweisen, auf die sie aufgetragen sind. Die Verwendung solcher wasserabstoßenden Beschichtungen hat sich als ein wesentlicher Beitrag zur Feuchtigkeitsstabilität erwiesen, die die Schutzbeschichtung bietet.

Die Dciuerstabilität der bescnicnteten feilchen nach der vorliegenden Erfindung hat sich sowohl in Lcaiezeit-Alterun^stests auf Da.chnautkonstruktionen und in oesci.ileuni^,ten Laoortests erwiesen, Dei denen die l'eilchen vollständig in Wasser untergetaucht und ihr BlähverhsJ.ten in Abhängigkeit von der Zeit

' bestimmt wurde. Bei den letzteren Tests zeigten bspw. Watrium-

ϊ silicatteilchen entsprechend dem Beispiel 1 nach 4° Tagen im ι Wasser beim Erwärmen den noch ein urauchbares Blähverhalten. j Unterwirft man !■Tatriumsilicatteilchen des Beispiels 1, aber ι ohne Schutz beschichtung, dem gleicnen Test, blähen sie nach '■ 1 bis 3 Tagen Behandlung überhaupt nicht mehr, \ienn man weiter-

hin Ij'3,triumsilicatteilchen entsprechend dem des Beispiels 1, j aber mit einem Überzug aus Oalciuuistearat, bei denen das Calcium und das Stearat in stöchiometrischen Anteilen vorliegen, den gleichen Tests unterzieht, nimmt das Blähen der Teilchen schon

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nach 6 ois 9 i'agen auf diejenigen Werte au, die die teilchen des Beispiels 1 erst nacli 4o i'agen Behandlung zeigen.

Die Schutzbeschichtung auf den beschichteten i'eilchen läßt sicn nach bekannten Verfahren aufbringen. Bspw. kann man die Kernteilchen mit dem BeSchichtungsmaterial mischen, während letzteres flüssig ist, bspw. durch Schmelzen oder Lösen. Dann läßt man die Beschichtung zu einer im wesentlichen kontinuierlichen Schicht härten - bspw. durch Abkühlen, i'rocknen oder eine Reaktion. Bei einem·brauchbaren Beschichtungsverfahren beschichtet man die ±Cernteilciien zunächst mit einem verflüssig-DCL.ren i'eil aer Jeschicntun^- üS£jw. _Oeschiuolzener Stearinsäure, bei Raumtemperatur flüssi_oer Ql&insäure, geschmolzenem Polymerisat wie Polyäthylen oder einer flüssigen ungehärteten eines upoxynarzes mit einem UUrter. jevor aann die

; ab_öeicühlt oder _öehärtet isx, oi°'^{c luari}· äie anderen Jestejadteile wie opw. die da,s i..etallkation liefernde · Substanz zu, indem man ospw. diese Substanz in Pulverform mit den beschichteten ieilchen iuischt. Bspw. läßt sich Ualciumhydroxid-Pulver bequem mit teilchen miscnen, die zunächst mit ^escniaolzener Stearinsäure Deschientet worden sina. Hacn diesem tischen ist das G£lciumhydroxid teilweise in den atearinsäureüDerzug eingebettet. Das Calcium reagiert daoei mit der Stearinsäure

ι zu fast unlöslichem Ot,lciumste£rat; nicht uiiigesetztes üalcium-

j hydroxid Dleiot in der Schicht erhalten una liefert üoer-

. schüssige Calciumkationen für eine oelDstheilfunktion.

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Alternativ zu dem oben angegebenen Verfahren kann man ein iietallkationen lieferndes Mittel wie Calciumhydroxid in andere bestandteile der Schutzbeschichtung - bspw. die Stearinsäure .aufnehmen, oevor man die Kernteilchen überzieht. Im Pall des üs-leiumhydroxids und der Stearinsäure entsteht bei diesem Vorwäschen Galciumstearat und muß geschmolzen werden, bevor man die Kernteilchen beschichten kann.

.Jie in Fig. 1 gezeigt, brauchen die blähbaren Teilchen im Eindeckmaterial nach der vorliegenden Erfindung nicht dicht gepackt au seid, d.s. sie beim .Jlahen eiii wesentlich größeres Volumen einueuabü. jjie oesoni cute ten i'eilcneii nach- aer vorliegenden Lrliiiäuii^ lassen sich iiu allgeiueinen in einer kenge von nicht mehr uiti etwa ^ljo ic_o und üülicaerv/eise von nicht mehr als etwa 25 kg pro 10il a 10ji-Aüsotmitt des iiUx^ele^ten !,inaeckuiaterials vorrjexieu. i.inäestens ο ^b ^unci vorzugsweise mindestens 1 ο k_& der

uiiaüit mau L·^ all^eiaeinen pro 1om χ 1 oui-ÄDSchnitt auf. li sie im allgexaeinen in eine Aspiaaltschicht auf deia

ein^eoettet ist, lLiist die i'eilchenschicht sich auch ;iiuer,swo iji jindeclauaterial unter Dringen - bspw. im i'ila selbst.

xi zu Üireiii i.atzen in ^iiideciimaterialien sind die bebcaicliteten Teilchen nacxi aer vorliegenden Erfindung auch als louerliCiumenae üusütae zu einer Vielzrail von i-Olyiuerisatgegenat.iuäeu - oiiiiscnlieulich starren oder flexiulen ücneiumstoffen, ..•όλ,ι- uaer jltvctwaren, tius^e^jreisten oaer ^e^ossenen ϊ'ο.

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elastomeren Gegenständen usw. einsetzbar. Derartige Gegenstände können aus Polyurethanen, Epoxyharzen, Polyestern und dergl. hergestellt sein. Weiterhin kann man die Teilchen in verschiedene Beschichtungsstoffe zur Ausbildung feuerhemmender Aufträge aufnehmen; derartige !ßeschichtungsmaterialien weisen im allgemeinen einen flüssigen !rager auf, der beim Auftragen zu reiner dünnen Schicht in vorbestirmnter Umgebung zu einem festen Schicht erstarrt. Weiterhin kann man die 'feilchen in lockerer Mischung anderen Pulverstoffen zusetzen, um diese feuerhemmend zu machen. Zusätzlich zum Schutz eines Substrats gegen Feuer wirken die Teilchen nach der Erfindung auch als Wärmeisolierung; bspw. läßt sich eine Beschichtung mit einer Schicht Teilchen nach der vorliegenden Erfindung zum Schutz von Stahl trägern gegen dc\s Erreichen von Teitiperrj-tuven in einem j/'euer verwenden, bei denen die Träger aiifan_oen würden durcnzunän^en. Weiterhin kann i-ian Teilchen nach aer vorliegenden Erfindung, auch zu anderen ^: Zwecken ulinen und verwenden - "ospw. kann man sie auf einer , Uausteile blänen und sie in die wände oder andere Teile des Gebäudes eis 'wärmeisolierun^ coif nehmen...

Die Erfindung soll uiit den folgenden Beispielen weiter erläutert v/erden.

Beispiel 1

' 1oo Teile wasserfreie Kstriumsilicatglasteilchen mit einem Verhältnis 3io₀:lian0 von 5,22 und einem Größenbereich von etwa

C. c-

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3oo bis 84oyum wurden in einem Ofen auf -i2o°C (25o°P) erhitzt. Nachdem sie diese Temperatur erreicht hatten, wurden die Teilchen in einen Zementmixer geschüttet und 2 Teile Stearinsäurepulver zugegeben; dabei schmolz die Stearinsäure und bildete auf den Teilchen eine Beschichtung. Nach etwa 1o-minütigem Mischen wurden 2 Teile Calciumhydroxid zugegeben und weitere 1o min gemischt. Dann wurde ein Teil eines wasserabstoßenden Siliconmittels (DÖ-772-Natriumsiliconat der Fa. Dow Corning) zugegeben undto min eingemischt.

Die oeschächteten Teilcnen wurden in Schalen zu einer Bettiefe von ewa 5 cm abgefüllt, die schalen locker mit Aluminiumfolie £.ib_oedeckt und in einem Autoklaven Dei einer Dampftemper?./fcur von 14o ü (2J5 i¹) zwei otunaen lan^ hydratisiert. Mach dem entfernen aus dem Autoklaven waren die Teilchen freifließend, iu-tten einen Viasser^ehalt von 1o Gew.-,j und blähten sich beim erwärmen um etwa das 65-fache auf. -Das Bläiiverhalten wurde oesbixomt, indem proben von je 2 ml allmählich in eine mit einer ' Heizplatte beheizte Aluminiumpfaniie auf mehr als 2o5 ΰ (400⁰Jj¹) j

geschüttet wurden, wobei die Teilchen sich sofort aufblähten. {

Die geblähten Teilchen wurden dann aufgenommen und ihr Volumen iu einem keßzylinder bestimmt.

Teilchen nach dem Stand der Technik wurden in ein Standard- j

ι ISindeckmaterial auf die in jjⁿig. 1 gezeigte weise eingebracht. j

Die ScniGutgewichte pro 1om χ 1om-Abschnitt des aufgelegten

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Eindeckmaterials betrugen 1oo k_ö für die Schicht 12, 15 kg, für die Schicht 13 und 3oo kg für die Schicht H. Beim Prüfen nach dem Brennstempel - sowie strengeren La'oortests war das Feuer nicht in der Lage, diese Proben zu durchbrennen.

Proben des oben beschriebenen üindeckmaterials wurden auf - | Dächer an eingeschränkten Prüforten fünf Jahre lang vorge-

halten; nach dem Abnehmen zeigten sie keine sichtbare Änderung ; und bestanden erneut den .Brennstempel und andere, strengere ^! Labortests.

"Beispiel 2

Da.s Beispiel 1 wurde mit _üröi3eren Losen in einem Dreheutoklaven v/iederholt. Statt 2 i'eilen Jc.lciuuaiydrox^d wurden "feile eingesetzt. Die größere Lenge bildete eine dickere Beschichtung auf den Teilchen aus und verbesserte ihre Plieüeigenschaften, oime ihr jjlähvernalteii zu beeinträchtigen.

Beispiel 3

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wooei jedoch das wasserab- _r stoßende Siliconmittel weggelassen wurde. Beim Testen nach dem oben beschriebenen beschleunigten Alterungstest zeigten die resultierenden ^!j?eichen nacn 2o-tä_aiger Behandlung ein brauchbcires Blähverhalten.

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Beispiel 4 und 5

Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei jedoch, anstelle der Stearinsäure entweder Oleinsäure (Beispiel 3) oder Palmitinsäure (.Beispiel 4) eingesetzt wurde. In dem beschleunigten Alterungstest zeigten die mit OajLcium-üleat behandelten Teilchen eine nutzDare Lebensdauer von 6 Ta^en in v/asser, die mit Calciumpalmitat behandelten Teilchen eine solche von 7 Tagen.

Beispiel 6 bis B

Das Beispiel 3 wurde mit Matriumsilicatteilchen wiederholt, wobei jedoch anstelle des Calciuiiihydroxids entweder Aluminiumhydroxid (Beispiel 6), i.agnesiunihydroxid (Beispiel 7) oder

Jr-riuiüiiyarcCviu (Beispiel 0) eingesetzt wurde. Beim beschleunig-GGii jxlteruu^stest hatten aie aluminiunistec^atbehandelten „•eil ehe η eine .LeDerisüauer von G ϊ ;.·.&, en, die mit jariuaistearat eine .üeüensa;xier von y Tc,_oen.

-j und 1o

ve.ü Beispiel 5 vairae wiederholt, v/ooei jedoch anstelle der _;L..Griui:i£3iliCt tteilchen im Beispiel y Lithiumsiliccvt (Verxi<a.ltiiis 3XO₁-UC^o = 2,!?o) und ixa Beispiel 1o iialiurasilicat (jiu,.:^_f-0 = Z₉^o) verwendet wurden.· jieim lirwariuen auf etwa .ioo^üj ulihten die Teilcnen auf ein Vielfaches ihres Volumens.

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.•joispiel 11

ü: β jeispiel 5 wui-ae wieuernolt, vvouei jeaocn aie ijterrinsaure aurcii VL Teile aieari_uuiehtes poljätir; lenpulver ersetzt und 'ei Teile -JulcruLuir/aroxia verwendet wurae.a. Jtiiu üeöcxileuni_uten Alterun_ostest hatten aie uescxiicnceten ^eilüxieii eixie LeDensü;uer von b 2c-^Gn,

12

Go jjeile von ieiloiion ΐιε.οη Beispiel 3 wurden in 1oo Teile einer i-liscliuxiö von Teilen L und β von Vorläufern eines _oie£s-Ocxen starren liretiiiiisoii.-.tuustoffs mit einer !lichte von etv/ε o,o3;2 _o/c.ii (der i?r., j.'ree-i.ian üneniic." 1 Jorxjorr.tion, Port .,'cshin^ton, v/isconsin) eiii^eiaisoii'u, aie ^..iacnun^ in Senilen i^etjOusen una auui liärten soenen^elcsöGii. i.tcn de.»i entfernen ;-;as den Gcixslen wurden aie _oeiilrteten Prooen iic.cn aen Prüfvorschriften des uxiderv.Titer¹ ε Lc-oorc.tory für aie i'lammbiirkeit von i'unststoff en c-uf oereitet una atmi aexü horizontal brenntest (Test l-.'r. 94 ϋ"3ί·') una aem Vertikal or emit es υ (Tost I-ir. 94 VL-G) für die iriassifiaierun_o von ./eri-zstoffen unterworfen. Die Proben bestpjtiden beide Tests.

Beispiel 13

1o Teile 'Teilchen des Beispiel 3 wurden in eine kisellung aus_ 1oo Teilen 3?olyol (TP74O der ϊ'ε,. '.,'-^αιαοΐΐο Oneiaical Corporation;) und ~y^:j Teilen Polyisocy;:nat (uouaur i.iiS der jfi■. I-.oDajO ein^e-" iiiiGcht und aie „ischun_o iuit o,3 Teilen j31eioctOi;t katalj^rsiert.

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Pro JGu ViUrdüa ^eiiärtet, Ul-Gu aen /orsourif tun uer Ünter^ri ter' ."j. üor;'. tux j xiir aie ^laiamu^r-veits^riifun^ .·αι kunststoff 311 voroeh-..iidelx uau tic υ xiori/äontalur&nnc&sO (x'öst _:'o. j 4 ajj) unci dem Vertikalteot (Jest Uo. '-j'\ '/.,-ο) üir ai« ^lassifiai von ./er^cuoxfen unterworfen. jjit l'roüca oestsiideu oeide

jeispiel I4

Uiibeücnicntete L'atriuiiisilioi:/cteiloaeu (jiü:i.':₍₁o = 3,22) in

ti

i IJurciiiiiesseroereicii von 3oo ois 040 /Lim, die au ei .i"i.".SBer^oiial"C von etwa 14 λ> üyiir,_ ti Giert w:-ren, wurden in ein ,jiaaeo.a.iatöria.1 uacn .J¹I₀. 1 a,uf_oexi0miueu. jjiü G-ewiciite ent- üjx'· üuexi den iu jeisrjiel 1 ui_oe_oüüenen, v^obei jedoch die ...c-ii-uro 15 der jlinteilcnen ein -ievviüa"i; von 1oo k^ pro 1 üiii 1 ολι-Λοücnuitt ciGs .>.:uf_oele_oten „jinaeoluiiauöi-i^ Is u^/cte. Ii;. oh 5 Jfiiren 7erv/eilti.f:.uer auf einem präxd;. cn üei_ote d;-.s j al in einuu ieuer iiUuier noon uiu nucüorros !u

Ibo Jöilo M- s ö er freier ii";-.triui.isiliüc ta b; ao mit einem Yerliältniai jio. ;_;,'\ _Oo = 3,22 una einer jL9ilonen₀röijo von weniger ;.la et^r. 3oo /tun wurden in einem iioutrt-^iuouer mit 40 x'eilen fliisüi^eai :,i triuiuGÜic'.¹1 .iiit einem Vernältiiiü ,JiO₀:^; _Oo von 3,22 und einem i;.sser.vntöil von etwa b2 /j ^emisant, v^^lonievxex'te l'eil- ^eoilüeb und die i'eilchen Im U-röUenbereicii von 3oo

j4o /um aus^esieot. Diese l'eilcnen ivurdexi auf -die im jeispiel 1 ueGonriooene ".,"eise mit 2 l'eilen J tear ins -lure und 5 x'eilen

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j üesciiicncet luio. uuüü iu eine^ Gx'eu ebv; 4

J"cd. erwärmt. Die rösalcierondeu Joilüxieu. ol=.uiueri üioii bei cuf 3υο 'J t.uf etv/c. a? s ^ü-i'.-'üiie Volumen.

Alternativ kann iuiüi die i'eilcnen nerctellen, iuaeu uii.ii. uta Kern nur mit üalciiumiydroxid und ohne .jxerrinsaure bescnicii.tet, ougleich die QJeilcnen αεηη xvuiirend des Jescnioiitens niciat aic gleichen j^uten ^lieiiei^erisciiaften c.ufvveisen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1 „) Dacndeckmaterial, das in parallelen ScM eilt en aus einem Dachfilz, mindestens einem Asphalt auftrag auf dem Dachfilz, einer Schicht liindeckkörnchen in dem Aspnaltauftra^, die teilweise im Eindeekmaterial eingebettet sind, und einer Schicht ulähoarer 'feilchen innerhalo des Bindeckmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die blähbaren i'eilchen einem Durchmesser von mindestens 25 /um und einem Kern aus hydratisiertem löslichem Silicatglas aufweisen.

   2« Dachdeckmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uaJ3 die Schicht aus blähbaren Teilchen zwischen 5 und 5o kg pro 1om χ 1om-Al)schnitt des aufgelegten Deckmaterials wie^t.

   3. Eindeckmaterial nach Anspruch 1, dadurch feekennzeichnet, daß die Schicht der blähbaren i'eilchen weniger als 25 kg pro 1om χ lom-Abschnitt des ausgelegten Eindeckmaterials wiegt.

   OR'GINAL fNSPECTED

   3. L'in.decio.iaterial naon ^nsorucu 1, ζ oder 3, u<_aurcn _tJfc.-:enu zeicnne G, cUl· axe j_'feilcnen einen

   o,1 und 2 »mn :. ^Tafv»eisen.

   l nacxx ^uas^ruüxi 1 uis 4, aLaurcü ^eicfciiii net, dcüJ die üläiiüai'en xeilohen üus ^atritLuöilict ό -uiu öine^i Vernal tnis oiliüiuiiidioxia üu i-.'atriuiuojciu von iuenr -.Is L : 1 bestellen.

   6. liiiideoiuuacerial nacxi iiusprucxi 1 "ois 5, ds.durcii ,-,ekennzeicn net, dcii die üUiioaren ieilcnen eine _ue_oen j'eucnci^.ceit wiaers fcεndsfaxii^e jiesGxiicxitiin_o tragen, die einen Jests udteil enthalt, der in Ge^env/^.rt von ,/isser ionisiert, llh ein i.etc.ll-

   i au liefern, üas mit α em oiliüction aes ^eriiteiloneus zu v;eni_toer ^t-.saerlöslioxien ^eaKtionsproaux^t rei.^ifcrexi i^tuui, 8.1s des 3iliCc!.fc_olcvS aes i.ernteiloxiens, so ciaJo aie ,,irKUii^ von Wasser auf aas i^ernteilcnen eiii_oeöcnrcmi:'C vvird.

   f. ijindeokiiiaterial nach Ausprucn 6, dadurcn _nekennzeicimet, dciii die Schutz De s chi chtun^ aus einem i.ett.llsalz einer ketti^en Fettsäure besteht.

   ί Ö. üindeckmaterial nach Anspruch 7, dadurch ^Kennzeichnet, daß die SchutzDeschichtung weiterhin mehr ixetallkationen enthält, als für die stöchiometrische Assoziation mit dem Anion des Salzes erforderlich.

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   "A _M

   y. Lr e^üii ^''eaCiiti^itsit toiaeriptiiiUofiUii^e i'eilcnen, die nutz Dar a ilia i^;ir aio uer£>ttoiluü_o abs ^iiiaecsiuaterials riacii AnS_x^rUCn 6, άί uurcxi _r,fa.--;c±xu^eiüiinet, α;:.-.· sie luö einem ^vernteilciien mit eine,·. jjurcii^iesGer von uiuaestens k'b >uni o.ua n^aratisierteiii lös-

   liCiJL.i.:i ..:ilic; t_olas una einer aieses ^.!ernteilciien uui^eüenden xeao].ii;i₀kei-GSöioixereii ^cxiutzüoöünioxrcunu oesteiien, wobei die .;uixiit^r0ösuiiiontun₀ t'ixi ,,itttl eii'Cnält, u&s in üe^enwart von i>'ü3c3r ioniöiert una ein i..e"b;:.llkation liefert, aas ωΐχ deu oilic. ι ues i^emteilcnens au einem Proaukt gerillterer Ί/asserluslicxiiieit als aer aes :jilicf..t_olc'.ses aes x'eilcnens ree.^iert, do ο.-: ...ι axe ,.iriLUxit, von ,.-:,sser cai' d:..£> kernteilchen ein^e-G dir -iiiii; ü v/ ir a,

   Ίο. iO-ilcnen nacii Aasgruuh. 9, dadurcn ^efcennaeiohnet, daü die ■jCxiutisoeoCiiiontuiiij ein 1 .et alls ti ζ einer lan_öketti_faen Fettsäure und luc-ar· iLe'üelü-iationeii aufweist, als xür die stöcniometrisclie Assoaiation mit dem Anion des ,'Jalises erforderlicii sind.

   11. i'eilcxien nacii ^nspruGn y una 1o, dadurch gekennzeichnet, ur.-.„ aaü ^ernteilciien aus iiii^-ceixiander verbundenen kleineren lösiionen jilicatteilcneu oesteht.

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