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lIntumeszenzmassen
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Intumeszenæmassen sind solche in Form von Mörtel, Kitten oder Formkörpern
bzw. Beschichtung vorliegenden MassenK die bei Beflammung einen isolierenden und
feuerwiderstandsfähigen Schaum bilden, der die rUckwärtigen Bezirke gegen den Zutritt
von Hitze und Brandgasen schützt und so einen Durchtritt des Feuers verhindert.
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Solche Intumeszenzmassen bestehen üblicherweise aus einem zur - Ausbildung
eines Carbonisierungsschaumes befähigten Carbonific, zumeist handelt es sich hier
um Kohlehydrate oder ähnliche Produkte, z. B. Pentaerythrit, Polyvinylalkohol oder
sonstige Polyalkohole, - aus einem Katalysator, der die Ausbildung des Carbonisierungsschaumes
fördert, zumeist handelt es sich hier um Borate, Sulfate oder Phosphate, bzw. Phosphorsäurebildner,
- aus einem Treibmittel, das die Schaumbildung verstärkt und ggf. flsmmwidrige Dämpfe
wie Ammoniak abspaltet, hier handelt es sich zumeist um Phosphate oder Polyphosphate
des Ammoniaks oder Melamins, Guanidins usw. bzw. Melamin oder Harnstoff-Formaldehyd-Harze
als solche, - und ggf. aus einem Bindemittel, das die zumeist niedermolekularen
Komponenten in eine verarbeitungsfähige anwendungsgerechte Form bringt, zumeist
Alkydharze, Polyvinylacetat oder PVC-Dispersionen.
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Oftmals ist es von Interesse, die bei Beflammung der Intumeszenzmassen
auftretenden Brandgase mit möglichst geringen Anteilen von Ruß und anderen die Sicht
behindernden Bestandteilen auftreten zu lassen, d. h. der Anteil an organischen,
d. h.
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kohlenstoffhaltigen Komponenten in den Intumeszenzmassen sollte bisweilen
möglichst gering gehalten werden. Hier ist es möglich, wasserhaltige Silikate in
Betracht zu ziehen, die als solche Intumeszenzeigenschaften haben, diese sind aber
nicht zur Herstellung von plastischen oder flexiblen Intumeszenzmassen geeignet,
da die Silikate naturgemäß starr sind; da sie andererseits gegen C02 und Wasser
empfindlich und stark alkalisch sind, können sie auch nicht z. B. in Pulverform
eingesetzt werden. Hier stört auch ihre Hygroskopizität.
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Es besteht ein Bedarf an dauerplastischen Intumeszenzmassen, also
Intumeszenzkitten, die ein Minimum an Kohlenstoffverbindungen enthalten, andererseits
aber gutes Aufschäumen im Brandfalle verbinden mit weicher und geschmeidiger Verarbeitbarkeit
und guter Wasserfestigkeit bzw. Luftbeständigkeit.
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Es wurde nun gefunden, daß man überraschenderweise bei sehr einfachem
Aufbau solche Intumeszenzkitte erhält, die gutes Stehvermögen des Kittes auch bei
Erwärmung mit guter Intumeszenz und guter Geschmeidigkeit sowie ausgezeichneter
Wasserbeständigkeit, Halogenfreiheit und geringem Kohlenstoffgehalt verbinden, wenn
man in Pulverform vorliegendes Ethylendiaminphosphat ggf. in Kombination mit Cyanursäureabkömmlingen
und/ oder deren Salzen und/oder Füllstoffen und/oder sonstigen Hilfs- bzw. Wirkstoffen
bindet mit einem durch Metallseifen, insbesondere aber mineralisch z. B. durch Bentonite
verdicktem Schmierfett.
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Mit Hilfe dieser verdickten Schmierfette als Bindemittel formulierte
Intumeszenzmassen bzw. -Kitte haben ausgezeichnete Beständigkeiten z. B. bei Lagerung
unter Wasser bei guten brandtechnischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften,
sind selbstverlöschend einstellbar auch ohne Mitverwendung halogenhaltiger Substanzen
und zeigen gute Intumeszenzwirkung.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Intumeszenzmassen mit geringen
Kohlenstoffgehalten und guter Wasserbeständigkeit bei dauerplastischem Eigenschaftsbild,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie bestehen aus 1. Ethylendiaminphosphat,
ggf. in Kombination mit 2. Cyanursäureabkömmlingen und/oder deren Salzen) ion Kombination
mit 3. Bindemitteln auf Basis verdickter Öle bzw. Fette, ggf. in Kombination mit
4. Füllstoffen, ggf. in Kombination mit 5. Pigmenten, Farbstoffen, Aroma- oder biologischen
Wirkstoffen, Korrosionsschutznitteln, sonstigen Hilfsmitteln.
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Von besonderer Bedeutung sind Bindemittel auf Basis von mineralisch
verdickten Schmierfetten, wie Bentonitfetten.
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Von weitergehendem Interesse sind bindemittelhaltige, z. B. in Form
von Beschichtungen, Kitten oder Mörteln anwendbare Zubereitungen der Komponenten,
wobei als Bindemittel neben ggf.
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verdickten trocknenden Ölen oder sonstigen mit Luft vernetzenden Bindemitteln
oder solchen, die mit Feuchtigkeit reagieren, wie z. B. Polyisocyanate auch nicht
trocknende ggf. verdickte Öle oder Ester oder insbesondere auch Fette in Betracht
kommen.
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Von besonderem Interesse sind hier z. B. mineralisch verdickte Schmierfette,
wie etwa Bentonitfette, die auch zu überraschend hoher Wasserbeständigkeit der Zubereitungen
führen und dabei eine sehr gute Geschmeidigkeit, kombiniert mit Standfestigkeit
der Kitte bewirken.
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Als Ethylendiaminphosphat werden vorzugsweise Neutralisationsprodukte
aus Ethylendiamin und Orthophosphorsäure verstanden, es können aber auch basische
oder saure Orthophosphate in Betracht gezogen werden, gleichfalls Salze des Ethylendiamins
mit Metha-, Pyro- oder Polyphosphorsäuren,aber auch Phosphite oder Phosphenate.
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Das Ethylendiaminphosphat wird als Bestandteil der erfindungsgemäßen
Intumeszenzmassen in Mengen von etwa 5 bis 100, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-% eingesetzt.
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In den Angaben zur Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Intumeszenzmassen
ergänzen sich diese und alle für die übrigen Bestandteile gemachten Prozentangaben
insgesamt zu 100.
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Als Cyanursäureabkömmlinge werden erfindungsgemäß in Betracht gezogen:
Cyanursäure und/oder ihre Derivate, d. h. Cyanursäure bzw. Verbindungen, die sich
als Cyanursäure- bzw. Isocyansäure-Abkömmlinge verstehen lassen. Solche sind z.
B. Cyanamid, Dicnhamid, Dicyandiamid, Guanidin und dessen Salze, Biguanid, Urazol,
Urazolcyanurat, Melamincyanurat, Melaminphosphat, Cyanursäuresalze und Cyanursäureester
und -amide, insbesondere Melamin und seine Phosphate, das wegen seiner guten Zugänglichkeit
bevorzugt wird.
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Als Melamin wird vorzugsweise der Grundkörper 2,4,6-Triaminos-Triazin
verstanden, es sind Jedoch auch z. B. dessen durch thermische Behandlung oder Umsetzungen
erhältlichen Kondensationsprodukte in Betracht zu ziehen.
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Im erfindungsgemäßen Sinn werden hier auch Harnstoff, Hydrozodicarbonamid,
Guanidin, Allophanat, Biurett, Dicyandiamid, deren Polykondensationsprodukte und
vorwiegend deren wasserunlösliche Kondensationsprodukte miterfaßt.
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Auch die Formaldehyd-Kondensationsprodukte dieser N-haltigen Verbindungen
kommen erfindungsgemäß in Betracht.
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Aus GrUnden der guten Zugänglichkeiten bei guter Unempfindlichkeit
gegen Wasser wird vorzugsweise Melamin als Cyanursäure-Abkömmling verwendet.
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Als Salze der Cyanursäureabkömmlinge werden vorzugsweise Borate, Silikate,
Sulfate, Halogenide, insbesondere aber Salze mit Säuren des Phosphors verstanden,
sofern solche gebildet werden können. Von besonderem Interesse sind erfindungsgemäß
aufgrund ihrer guten Zugänglichkeit und der guten brandtechnischen Eignung Phosphate
vom Melaminphosphat-Typ. Unter diesen werden vorzugsweise Umsetzungsprodukte aus
1 Mol Melamin mit 0,01 bis 2,5, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Mol ortho-Phosphorsäure
verstanden. Es können aber auch andere Phosphorsäuren, wie etwa Poly-Meta- oder
Pyrophosphorsäure oder solche mit anderen Wertigkeitsstufen des Phosphors in Betracht
gezogen werden. Die Herstellung der Phosphate geschieht z. B. durch Umsetzung von
Melamin mit H3P04 in wässriger Suspension bei 10 - 1200cm abkühlen, filtrieren und
trocknen bei 20 - 2500C. Mischungen von Melamin mit Melaminphosphaten hohen Gehaltes
an Phosphorsäure können anstelle von Melaminphosphaten mit niedrigem Phosphorsäuregehalt
verwendet werden.
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Im generellen erfindungsgemäßen Verständnis werden hier aber auch
solche Phosphate als "Phosphate vom Melaminphosphat-Typ" bezeichnet, die sich als
im Wasser unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 1 Gew.-% löslich (in Form der gesättigten
Lösung bei Raumtemperatur) erweisen und ggf. durch Addition von Phosphorsäuren an
Verbindungen entstehen, die als Cyanursäureabkömmlinge zu bezeichnen sind, z. B.
an Cyanamid, Dicyanamid, Hydrazodicarbonamid, Dicyandiamin, Guanidin und dessen
Salze, Biguanid, Urazol, Urazolcyanurat, Nelamincyanurat, Cyanursäuresalze und Cyanursäureester
und -amide, insbesondere Melamin, das wegen seiner guten Zugänglichkeit bevorzugt
wird.
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Als Melamin wird vorzugsweise der Grundkörper 2,4,6-Triamino-s-Triazin
verstanden, es sind jedoch auch die z. B. durch dessen thermische Behandlung oder
Umsetzung mit Formaldehyd erhältlichen ggf. basisch modifizierten Kondensationsprodukte
in Betracht zu ziehen.
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Gemäß Erfindung werden hier auch Harnstoff, Guanidin, Allophanat,
Biurett, Dicyandiamid, deren Polykondensationsprodukte und vorwiegend deren wasserunlösliche
ggf. basisch modifizierte Formaldehydkondensationsprodukte miterfaßt.
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Die Erfindung bezieht im Prinzip auch die Kombination aus z. B.
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rotem Phosphor in z. B. einer den Phosphorsäuren stöchiometrisch entsprechenden
Menge und z. B. Melamin ein, da dieser beim Verbrennungsprozeß sofort in Phosphorsäuren
übergeht und dann die Phosphate des Melamin in sitz bildet.
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Die Cyanursäureabkömmlinge und/oder deren Salze sind in den erfindungsgemäßen
Intumeszenzmassen in Mengen von 0 bis 95, vorzugsweise 10 bis 75 Gew.-d enthalten.
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Als Bindemittel sind prinzipiell alle als solche bekannten Bindemittel,
wie sie z. B. zur Herstellung von Ölfarben, Alkydharzlacken oder Dispersionsfarben,
sogenannten Leimfarben, Kitten oder Spachteln seien sie physikalisch trocknend.
nicht trocknend oder reaktiv trocknend
in Betracht zu ziehen. Darüber hinaus sind aber auch die z. B. in der Polyurethanchemie
geläufigen Polyether, wie z. B. solche auf Basis von Propylenoxid oder Ethylenoxid,
Polyester z. B. hochviskose Adipinsäurepolyester geeignet oder auch hochviskose
Silikonöle, Butadienöle, Erdöl- bzw. Bitumenfraktionen.
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Von besonderem Interesse sind Formulierungen der in Pulverform vorliegenden
Salze mit verdickten Schmierfetten, z. B. mit Erdalkali-, Lithium- oder Aluminiumseifen,
insbesondere aber mit Bentoniten verdickten Fetten, da diese überraschenderweise
gleichzeitig eine gute Wasserfestigkeit der mit ihrer Hilfe herstellbaren Kittformulierungen,
als auch ein gutes Stehvermögen der Kitte bei Erwärmung vermitteln und eine besonders
geschmeidige Handhabbarkeit besitzen.
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Die Bindemittel sind in den erfindungsgemäßen Intumeszenzmassen in
Mengen von 0 bis 60, vorzugsweise 0 bis 40 Gew.-O enthalten.
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Die Bindemittel können auch Lösungsmittel enthalten.
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Als Füllstoffe kommen prinzipiell organische oder anorganische Ten
in Betracht, die in Form von Kristallen, Fasern, Blättchen, Hanteln, Kugeln oder
Hohlkugeln, porösen oder massiven Teilchen vorliegen können. Es kenn sich um Glas,
Gesteine, Ruße, Kohlen, Cellulose, Metalle handeln, auch um ggf. Wasser abapaltende
Mineralien wie Gips, Dolomite, Al-Oxidhydrate, Silikate. Von besonderem Interesse
sind als Füllstoff Silikatholperlen.
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Die Füllstoffe sind in den erfindungsgemäßen Intumeszenzmassen in
Mengen von 0 bis 75, bevorzugt 0 bis 50 Gew.- enthalten.
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Erfindungsgemäß können die Intumeszenzmassen noch Pigmente, z. B.
Eisenoxidpigmente, Ruß, TiO2, aluminiumbronzen usw.
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enthalten, außerdem ggf. Wirkstoffe für den Korrosionsschutz, für
die Abwehr biologischer Schädlinge, Geruchsstoffe usw.
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Als sonstige Hilfsmittel können auch Lösungs- bzw. flüchtige Verdünnungsmittel
in Betracht gezogen werden. In den trockenen Intumeszenzmassen sind diese Zusatzstoffe
in Mengen von 0 bis 25, vorzugsweise 0 bis 10 Gew,-O enthalten.
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Die erfindungsgemäß zugänglichen Kitte enthalten kein zusätzliches
Carbonific, sind daher relativ kohlenstoffarm und neigen aufgrund dieser Tatsache
und der Verwendung von einfachen Kohlernjasserstoff-Bindemitteln mit mineralischen
Verdicker sowie der Abwesenheit von Halogen nicht zur Qualzbildung.
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Da sie über eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit, nicht nur gegen
Luftfeuchte, sondern auch gegen Bedeckung mit Wasser verfügen, können sie auch in
Feuchtbereichen Verwendung finden.
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Sie werden zur Fugensicherung im Fassaden- und Feuchtraumbereich,
im Bereich von Fußböden und Ex-Geräten eingesetzt. Sie können zur Herstellung oder
Abdichtung von Kabelschotts, bzw.
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Kabeldurchführungen durch Wände, Gehäuse Verwendung finden, zur Ausfüllung
von Hohlräumen oder als Füllung für Kabelmänteil, Kabelmuffen und Gehäusen.
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Mit den Kitten gefüllte Kissen oder Schläuche aus Papier, Geweben
oder Folien können als Bauelemente für den vorbeugenden Brandschutz verwendet werden,
desgleichen mit den Intumeszenzmassen beschichtete ggf. als Sandwichstruktur ausgebildete
Binden oder Platten z. B. aus Baumwolle, Glasfasergeweben oder -fließen, Mineralfaserplatten
usw.
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Die Intumeszenzmassen können durch Stopfen, Spachteln appliziert werden
durch Kittpistolen, die ggf. beheizbar sind, nach Sprüh oder Rakelverfahren. Natürlich
ist es auch möglich, die Massen in mit flüchtigen Hilf slösungsmitteln verdünnter
Form oder ggf. auch als wässrige Dispersionen einzusetzen.
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Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft ohne Einschränkung erläutert
werden. Die angegebenen Teile sind Gewichtsteile und Gewichtsprozente, sofern nichts
anderes vermerkt ist.
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Zu den bevorzugten Bindemitteln zählen die mineralisch verdickten
Schmierfette, daher wird in den Beispielen als Bindemittel ein Bentonitfett Typ
G 203 der Deutschen Calypsol Gesellschaft, Düsseldorf, verwendet.
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Beispiel 1 33 Tle fein gepulvertes, durch Neutralisation erhaltenes
Ethylendiaminorthophosphat und 22 Tle Melamin, gepulvert, beide Pulver haben einen
Siebrückstand von Anteilen mit Korndurchmessern über 0,1 mm von weniger als 5 %,
werden auf einem Kneter mit 20 Tlen Bentonitfett verknetet.
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Man erhält einen Kitt mit einem bei 200 C gemessenen Penetrometerwert
nach Klein von ca. 80. Dieser Kitt klebt nicht und ist 0 auch bei Lagerung unter
75 C formstabil. Die Dichte liegt bei 1,25 g/cm3.
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Aus dem Kitt wird ein Würfel mit 1 cm Kantenlänge geformt und auf
einem Drahtnetz liegend mit einem 16 mm Meker-Brenner (Erdgas, Typ 1431, Fa. Juchheim
OHG, 5550 Bernkastel-Kues) auf der senkrechten Frontseite waagerecht beaufschlagt.
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Unmittelbar nach Beflammungsbeginn bildet sichÄein kräftiger Intumeszenzschaum
aus, nach 45 Sekunden wird die Brennerflamme kurz entfernt, es wird kein Nachbrennen
beobachtet. Dann wird weiter beflammt. Nach 1,5 Minuten wird der Brenner wieder
kurz entfernt, es zeigt sich kein Nachbrennen. Nach 3 Minuten Beflammung hat sich
das Volumen des Würfels um etwa zusätzliche 200 erhöht, es wird kein Nachbrennen
beobachtet, bei Aufschneiden des Prüfkörpers befindet sich in dem Innteren ein noch
nicht in den Intumeszenzprozeß eingetretener Materialkern.
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Das so verdeutlichte Intumeszenzverhalten wird auch beobachtet, 0
nachdem der ProbewUrfel 100 Tage bei 75 C gelagert worden ist.
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Der Probewürfel wird bei 200C 3 Tage lang in einem mit Leitungswasser
gefüllten 1 1 Becherglas der Unterwasserlagerung unterzogen. Dabei ändert sich die
Konsistenz des Materials nicht. Nach dem Abtrocknen verhält sich der Probewürfel
im Beflammungstest wie ein trocken gelagerter Vergleichskörper, entsprechend der
oben gegebenen Beschreibung. D. h., daß das Kittmaterial eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit
besitzt.
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Beispiel 2 Es wird wie bei Beispiel 1 gearbeitet, jedoch werden 10
Tle des Melamins ersetzt durch 15 Tle Melaminphosphat, welches erhalten wurde durch
Umsetzung von 1 Mol Melamin mit 0,75 Mol H3P04 in wässrigem Medium bei 950C, Trocknen
bei 1300C und Mahlen auf Korngrößen unter 0,1 mm Durchmesser.
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Der erhaltene geschmeidize und in der Wärme formstabile Kitt zeigt
im
| BeflammungstestNgemäß Beispiel |
1 das gleiche Verhalten, schäumt insgesamt jedoch nur etwa um weitere 100 Volauf.
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Nachbrennen wird nicht beobachtet. Die brandtechnischen Eigenschaften
werden durch 3tägige Wasserlagerung nicht verschlechtert.
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Beispiel 3 In die Schaumbeton-Wandfläche einer in Anlehnung an DIN
4102 konzipierten Kleinbrandkammer werden zwei Fugen von 2 cm Breite und 30 cm Höhe
bei einer Wandstärke von 10 cm eingefräst.
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Diese Fugen werden mit den Kitten gemäß Beispiel 1 und 2 gefüllt.
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Dann wird der Brandversuch mit einer Einheitstemperaturkurve gemäß
DIN 4102 durchgeführt und die Temperatur auf der Fugenrückseite gegen Raumluft gemessen
und der Rauchgasdurchtritt beurteilt: Nach 1 h ist die Fugenoberfläche auf der feuerabgewandten
Seite 760C warm, nach 2 h 1240C, nach 2,5 h wird der Versuch bei einer Temperatur
von 1410C abgebrochen.
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Die Auswertung des Versuches zeigt, daß die Fugenfüllung zu etwa 60
% in Richtung Brandraum in einen isolierenden festen Carbonisierungsschaum übergegangen
war und die restliche Fugenfüllung noch nicht angegriffen war. Es wurde also ein
hervorragen der Schutz erzielt.
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Beis iel 4 Es wird wie in Beispiel 3 gearbeitet, man verwendet jedoch
einen Kitte der aus einer Mischung von 10 Tlen Al Oxidhydrat, 40 Tlen Ethylendiaminphosphat
gemäß Beispiel 1 und 18 Tlen mit Ca-Seifen verdicktem Wälzlagerfett im Kneter hergestellt
worden ist.
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Nach 3 h Brenndauer wurde der Versuch bei einer Temperatur der Fugen-Außenfläche
von 1490C abgebrochen. Noch 4,5 cm der ehemals 10 cm tiefen Fugenfüllung waren quasi
unverändert, was die gute Schutzwirkung des Kittes verdeutlicht.