DE3728397A1 - Brandhemmendes material mit geringem raumgewicht, verfahren zu seiner herstellung und es enthaltende verschlussmassen und konstruktionselemente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein brandhemmendes Material enthaltend Kunststoff aus einer wäßrigen Dis­ persion, zumindest partiell abgebundenes hydraulisches Bindemittel, hydratisierten Füllstoff, Melamine und ge­ gebenenfalls Hilfsstoffe, sowie ein Verfahren zur Her­ stellung solcher Materialien und Verschlußmassen und Konstruktionselemente, die solche Materialien enthalten oder daraus bestehen.

Brandhemmende Materialien der zuvor genannten qualita­ tiven Zusammensetzung sind bekannt. Sie werden herge­ stellt, indem man die Komponenten vermischt und das Gemisch aushärten läßt. So hergestellte Materialien weisen z.B. Raumgewichte zwischen 1 und 1,1 g/cm³ auf. Sollen solche brandhemmenden Materialien ein geringeres Raumgewicht aufweisen, so ist es bekannt, bei deren Her­ stellung poröse Füllstoffe zuzusetzen, z.B. Holz, Perlit, Blähgraphit, Silikathohlperlen etc. Auf diese Weise kann man brandhemmende Materialien mit Raumgewich­ ten von 0,75 bis 1,1 g/cm³ erhalten (siehe EP-A 1 57 143). Solche Raumgewichte sind für manche Zwecke noch nicht ausreichend niedrig. Außerdem haben die bekannten brandhemmenden Materialien mit relativ geringen Raumgewichten den Nachteil, daß bei ihrer Herstellung und bei der Bearbeitung nach ihrer Aushärtung Staubfreiheit nicht gewährleistet ist.

Weitestgehende Staubfreiheit bei der Herstellung und nachträglichen Bearbeitung von brandhemmendem Material ist jedoch beispielsweise dann erforderlich, wenn mit solchen Materialien Wände oder Wanddurchbrüche bei elektrischen und/oder elektronischen Geräten oder bei Räumen, die solche Geräte enthalten (z.B. Rechenzentren) gegen Brände geschützt werden sollen.

Es wurde nun ein brandhemmendes Material enthaltend Kunststoff aus einer Kunststoffdispersion, zumindest partiell abgebundenes hydraulisches Bindemittel, hydra­ tisierten Füllstoff, Melamine und gegebenenfalls Hilfs­ stoffe gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine schaumartige Struktur aufweist, die auf der Kunststoffdispersion basiert.

Der Kunststoff wird in das erfindungsgemäße Material in Form einer, vorzugsweise wäßrigen, Kunststoffdispersion eingebracht, der man zuvor, z.B. durch Einschlagen, Ein­ rühren oder Eindüsen von Gasen, z.B. von Luft oder Stickstoff, eine schaumartige Struktur gegeben hat. Geeignete Kunststoffdispersionen enthalten einen Kunststoff mit einer Glastemperatur von beispielsweise weniger als 15°C, vorzugsweise solche mit einer Glastem­ peratur von -75 bis +10°C. Ganz besonders bevorzugt sind wäßrige Kunststoffdispersionen, die 10 bis 50 Gew.-% Ethylen-Copolymere enthalten.

Erfindungsgemäße Materialien können beispielsweise 1 bis 60 Gew.-% Kunststoff(e) enthalten. Vorzugsweise beträgt diese Menge 3 bis 30 Gew.-%. Hier und im folgenden be­ ziehen sich Angaben in Gew.-% auf das wasserfreie erfin­ dungsgemäße Material.

Als hydraulische Bindemittel kommen beispielsweise Ze­ mente in Frage, wie Magnesiumchloridzemente, Portland­ zemente, Puzzolanzemente, Hochofenzemente, Schnellzemen­ te und Metalloxidzemente. Bevorzugt sind Calciumsulfat- Bindemittel, wie α-Gips, β-Gips, Stuck-Gips, Putz-Gips und Anhydrit. Besonders bevorzugt ist Stuckgips, gege­ benenfalls in verzögerter Form.

Erfindungsgemäße Materialien können beispielsweise 3 bis 90, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% hydraulische(s) Binde­ mittel enthalten. Das oder die Bindemittel liegen zumin­ dest partiell in abgebundener Form vor. Vorzugsweise sind sie vollständig abgebunden.

Beispiele für hydratisierte Füllstoffe sind hydrati­ sierte Alkalisilikate, Zeolithe, Phosphate, Silikate, Magnesiumhydroxide, Borate, Aluminiumoxidhydrate, Tonerden und kristallwasserhaltige Mineralien wie Aluminohydrocalcit, Dawsonit, Ettringit, Hydrocalomit, Hydroganat, Hydromagnesit, Hydrotalkit, Nesquehonit, Scarbroit, Taumasit und Wärmlandit. Bevorzugt sind Aluminiumhydroxide, Aluminiumoxidhydrate und hydra­ tisierte Tonerden.

Erfindungsgemäße Materialien enthalten hydratisierte(n) Füllstoff(e) beispielsweise in Mengen von 0,5 bis 80, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%.

Als Melamine kommen beispielsweise das Melamin selbst (= 2,4,6-Triamino-s-triazin), durch thermische Behand­ lung von Melamin oder Umsetzung von Melamin mit Form­ aldehyd erhältliche Kondensationsprodukte, Melaminsalze (z.B. Phosphate), Cyanursäure und deren Derivate und Isocyanursäure und deren Derivate in Frage. Genannt seien insbesondere Cyanamid, Dicyanamid, Dicyandiamid, Guanidin, Salze des Guanidins, Bisguanid, Urazol, Ura­ zolcyanurat, Melamincyanurat, Cyanursäuresalze, Cyanur­ säureester, Cyanursäureamide, Harnstoff, Hydrazodicar­ bonamid, Allophanat, Biuret, deren Kondensationsprodukte und deren wasserlösliche Formaldehydkondensationspro­ dukte. Bevorzugt ist Melamin.

Erfindungsgemäße Materialien können beispielsweise 0,25 bis 80, vorzugsweise 10 bis 60 Gew.-% Melamin(e) ent­ halten.

Hydratisierte Füllstoffe und Melamine können zusammen beispielsweise 10 bis 90 Gew.-% des erfindungsgemäßen brandhemmenden Materials ausmachen. Das Gewichtsver­ hältnis von hydratisierten Füllstoffen plus Melaminen einerseits zu hydraulischen Bindemitteln andererseits beträgt vorzugsweise mindestens 1:1, besonders bevorzugt 1,1:1 bis 4:1.

Als gegebenenfalls zusätzlich im erfindungsgemäßen brandhemmenden Material vorhandene Hilfsstoffe kommen beispielsweise in Frage: an sich bekannte Beschleuniger oder Verzögerer (für das Abbinden des hydraulischen Bindemittels), Fließhilfsmittel, Hydrophobierungsmittel, Verdicker, Verflüssiger, nicht-hydratisierte Füllstoffe, Abschirmhilfen (z.B. Borverbindungen oder Metalle), Kor­ rosionsschutzmittel, Biozide, Geruchsstoffe, Farbstoffe, Tenside, Pigmente, Phosphorsäurespender und/oder Phos­ phate.

Solche Hilfsstoffe können insgesamt beispielsweise zu 0 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 25 Gew.-% in den erfindungsgemäßen brandhemmenden Materialien vorhanden sein.

Bei nicht-hydratisierten Füllstoffen kann es sich z.B. um Sand, Tonerde, Kieselerde, Kreide, Mineralfasern, Hohlkörper, Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, organische Fasern und/oder Kunststoffgranulat handeln.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Materialien wenigstens einen Phosphorsäurespender und/oder ein Phos­ phat als Hilfsstoff. Diese erhöhen den Zusammenhalt der Materialien und deren Feuerwiderstandsfähigkeit und ver­ mindern deren Rißbildungsanfälligkeit. Als Phosphorsäure­ spender und/oder Phosphate kommen z.B. roter Phosphor und organische und/oder anorganische Phosphorverbindun­ gen in Frage, beispielsweise Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumphosphate, Alkali-, Erdalkali-und Ammoniumhydro­ genphosphate, Alkali-, Erdalkali- und Ammonium-pyro-, -poly- und -meta-phosphate, Ammonium-und Aminsalze (z.B. mit Melamin, Harnstoffen, Harnstoff-, Melamin-, und Ei­ weißharzen) von Phosphorsäuren, sonstige Salze und Ester von Phosphor-, Phosphon- und Phosphinsäuren und Phospha­ zene. Bevorzugt sind hier Alkali-, Erdalkali- und Ammo­ niumphosphate, das Neutralisationsprodukt von Ethylen­ diamin und ortho-Phosphorsäure und Addukte aus 0,1 bis 3 Mol Melamin mit einem Mol ortho-Phosphorsäure.

Erfindungsgemäße Materialien können vor der Aushärtung und/oder Trocknung beispielsweise insgesamt von 35 bis 60 Gew.-% Wasser enthalten. Vorzugsweise beträgt dieser Wassergehalt 40 bis 55 Gew.-%. Das Wasser kann dabei in freier Form vorliegen (z.B. als solches hinzugefügt oder in Form der Kunststoffdispersion eingebracht), als Kristallwasser oder in z. B. chemisch gebundener Form (z.B. an das hydraulische Bindemittel und/oder den hydratisierten Füllstoff). Nach der Aushärtung können erfindungsgemäße Materialien beispielsweise 10 bis 35 Gew.-% Wasser enthalten, wobei das Wasser wie vorstehend beschrieben vorliegen kann. Vorzugsweise beträgt der Wassergehalt ausgehärteter erfindungsgemäßer Materialien 15 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 18 bis 25 Gew.-%. Die festen Komponenten des erfindungsgemäßen Materials liegen vorzugsweise in kleinteiliger Form vor. Geeignete Korngrößen sind beispielsweise solche unter 0,5 mm. Be­ vorzugt sind Korngrößen unter 0,1 mm, beispielsweise solche von 2 bis 60 µm.

Es ist ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen brandhemmenden Materialien, daß sie eine schaumartige Struktur aufweisen, die auf der wäßrigen Kunststoffdis­ persion basiert. Beispielsweise kann man eine solche schaumartige Struktur realisieren, indem man die Kunst­ stoffdispersion, gegebenenfalls nach Zusatz eines Ten­ sids, intensiv mit einem Gas vermischt, wobei eine schaumartige Struktur entsteht, danach unter Erhaltung der schaumartigen Struktur die anderen Bestandteile zumischt und das Gemisch aushärten läßt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines brandhemmenden Materials aus einer Kunststoffdispersion, einem hydraulischen Bindemittel, hydratisiertem Füllstoff, Melaminen und gegebenenfalls Hilfsstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine im wesentlichen die Kunststoffdispersion enthalten­ de Komponente intensiv mit einem Gas vermischt bis eine schaumige, nicht mehr in sich kollabierende Masse ent­ steht, anschließend die sonstigen Bestandteile unter Er­ haltung der Schaumstruktur zumischt und die Masse aus­ härten läßt.

Die einzelnen Bestandteile und deren Mengen können so sein wie weiter oben detailliert beschrieben worden ist.

Im einfachsten Fall kann man das erfindungsgemäße Ver­ fahren beispielsweise durchführen, indem man aus der Kunststoffdispersion durch Einrühren oder Einschlagen von Luft eine schaumige Masse entstehen läßt, die in der Konsistenz etwa steif geschlagener Sahne entspricht, und dann die anderen Bestandteile zumischt. Die primäre schaumige Masse kann man nicht nur aus der reinen Kunst­ stoffdispersion herstellen, die Kunststoffdispersion kann zu diesem Zeitpunkt bereits weitere Bestandteile der fertigen Masse enthalten. Vorzugsweise ist die Kunststoffdispersion zu diesem Zeitpunkt frei von an­ deren Bestandteilen, insbesondere frei von hydraulischen Bindemitteln.

Anstelle von Luft können auch andere Gase verwendet wer­ den, beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Sauer­ stoff, oder beliebige Gemische dieser Gase. Das Gas kann auch auf andere Weise intensiv mit der Kunststoffdisper­ sion vermischt werden, beispielsweise durch Eindüsen des Gases in die Kunststoffdispersion oder durch gemeinsames Verdüsen von Kunststoffdispersion und Gas. Wichtig ist, daß nach dem intensiven Vermischen von Kunststoffdisper­ sion und Gas eine schaumige, nicht mehr in sich kolla­ bierende Masse vorliegt. In diese werden dann die son­ stigen Bestandteile zugemischt, beispielsweise durch Rühren. Wichtig ist dabei, daß die schaumartige Struktur erhalten bleibt, auch wenn der Schaum im allgemeinen da­ bei seine ursprüngliche Steifigkeit nicht behält, son­ dern gießfähig wird. Abschließend läßt man die Masse aushärten, was beispielsweise bei Temperaturen im Be­ reich 0 bis 40°C und in Zeiträumen von beispielsweise 5 Minuten bis 5 Stunden erfolgen kann.

Nach dem Zusammenmischen aller Bestandteile und vor dem Aushärten kann das Gemisch beispielsweise vergossen oder verstrichen und der beabsichtigten Verwendung zugeführt werden, z.B. als Verschlußmasse, Beschichtungsmasse oder zur Herstellung eines Konstruktionselements.

Die erfindungsgemäßen und erfindungsgemäß hergestellten brandhemmenden Materialien haben eine Reihe von über­ raschenden Vorteilen. Sie haben ein geringes Raumge­ wicht, beispielsweise ein Raumgewicht von weniger als 0,7 g/cm³, vorzugsweise ein Raumgewicht im Bereich 0,3 bis 0,6 g/cm³. Überraschend ist vor allem, daß der aus der Kunststoffdispersion hergestellte feste Schaum beim Einmischen der weiteren Komponenten nicht kollabiert. Die Materialien sind, obwohl schaumartig, nur mäßig wär­ meisolierend, was sie für den Brandschutz besonders ge­ eignet machen, da sie bei einem Brand entstehende Hitze aufnehmen können und somit die Zeit bis zum Hitzedurch­ gang verlängern. Sie entwickeln im Brandfall nur wenig Rauchgase und einen durchsichtigen Rauch, was die Brand­ behämpfung erleichtert. Während des Aushärtens findet keine oder nur eine minimale Schrumpfung statt, was die Verarbeitung erleichtert. Bei schaumartigen Massen ist jedoch eine größere Schrumpfung zu erwarten gewesen als bei einer kompakten Masse. Während der Herstellung und insbesondere bei einer nach der Aushärtung erforderli­ chen Nachbearbeitung (z.B. durch Bohrung) ist Staubfrei­ heit gewährleistet, d.h. in der Nähe befindliche staub­ empfindliche Geräte (z.B. elektronische Rechner) müssen dann nicht besonders geschützt werden. Außerdem können derartige Nachbearbeitungen auf einfache Weise vorgenommen werden, da die Materialien nur mäßig hart sind und bei nicht zu großer Schichtdicke z.B. mit einem Schraubendreher durchstoßen werden können. In erfin­ dungsgemäßen Materialien eingegossene Kabel können auch leicht wieder daraus herausgezogen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich auch Ver­ schlußmassen und Konstruktionselemente welche aus den weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Materialien bestehen oder diese enthalten.

Derartige Verschlußmassen enthalten im allgemeinen keine weiteren Bestandteile und können beispielsweise zum brandhemmenden Verschließen von Rohr- und/oder Kabel­ durchbrüchen durch Mauern, Wände und/oder Gehäuse, zum Abdichten von Fugen (beispielsweise Mauerfugen, Über­ gänge von Fenster zu Rahmen) und zum Ausfüllen von Hohl­ räumen (beispielsweise in Stahlkonstruktionen) verwen­ det werden.

Bei Konstruktionselementen, welche erfindungsgemäße Materialien enthalten oder daraus bestehen kann es sich beispielsweise um Platten, Sandwiches, Fertigteile und Halbzeuge handeln, die vollständig aus solchen Materia­ lien bestehen oder z.B. damit beschichtet sind.

Beispiele Beispiel 1

800 g einer 25 gew.-%igen wäßrigen Ethylen-Vinylacetat- Polymerdispersion wurden innerhalb von 180 Sekunden mit einem schnellaufenden Rührer stark gerührt und dabei so viel Luft eingeschlagen, daß eine schlagsahneähnliche Masse entstand. Danach wurde ein pulverförmiges Gemisch, bestehend aus 250 g Stuckgips, 250 g Aluminiumhydroxid, 250 g Melamin, 50 g Calciumhydrogenphosphat und 2 g Fe₂O₃-Pigment zugegeben und ebenfalls mit hoher Rührer­ geschwindigkeit weitere 180 Sekunden weiter gerührt. Es wurde eine feinporige, schaumige, feuchte Masse erhal­ ten.

Nach 4 Minuten Rührzeit wurde eine Viskosität von 2300 mPa×s erhalten. Nach 5 Minuten stieg die Viskosität auf etwa 2700 mPa×s an, nach 9 Minuten betrug sie über 4500 mPa×s. Nach 12 Minuten war die Masse nur noch streichfähig, nach etwa 15 Minuten so weit abgebunden, daß sie nicht mehr verformt werden konnte.

Nach der Trocknung lag das Raumgewicht des Materials bei 0,49 g/cm³. Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur war das Produkt praktisch trocken. Die Biegezugfestigkeit betrug 1 bis 1,5 N/mm². Die Druckfestigkeit, gemessen nach DIN 1167/7, lag bei 0,7 N/mm².

Beispiel 2

In 800 g einer 25 Gew.-%igen, wäßrigen Ethylen-Vinyl­ acetat-Polymerdispersion wurde mit einem Schneebesen innerhalb von 2 Minuten so stark Luft eingerührt, daß die Masse eine schaumartige Konsistenz zeigte. Dann wurden unter weiterem Rühren innerhalb von 1 Minute in pulvriger Form zugegeben:

400 g Stuckgips,
200 g Aluminiumhydroxid und
200 g Melamin.

Es wurde 1 Minute weitergerührt und eine Masse von fein­ poriger schaumiger Struktur erhalten. Diese Masse wurde zum Füllen einer offenen Form mit den Innenmaßen 4×4×16 cm verwendet. Die Verfestigungszeit der Masse begann nach 9 Minuten, gerechnet ab der Zugabe der pulvrigen Mischungs-Komponenten. Nach 3 Stunden wurde das Formteil der Form entnommen und bei Raumklima zum Trocknen gelagert. Der Trockenvorgang war nach 4 Tagen beendet; es wurde Gewichtskonstanz erreicht. Das Raum­ gewicht des Formteils betrug 0,54 g/cm³; die Druck­ festigkeit betrug 0,68 MPa.

Claims (10)

1. Brandhemmendes Material enthaltend Kunststoff aus einer Kunststoffdispersion, zumindest partiell ab­ gebundenes hydraulisches Bindemittel, hydratisier­ ten Füllstoff, Melamine und gegebenenfalls Hilfs­ stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es eine schaum­ artige Struktur aufweist, die auf der Kunststoff­ dispersion basiert.

2. Brandhemmendes Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kunststoff Ethylen- Copolymere, als hydraulische Bindemittel Zemente oder Calciumsulfat-Bindemittel, als hydratisierte Füllstoffe hydratisierte Alkalisilikate, Zeolithe, Phosphate, Silikate, Magnesiumhydroxide, Borate, Aluminiumhydroxide, Aluminiumoxidhydrate, Tonerden oder kristallwasserhaltige Mineralien, als Melamine 2,4,6-Triamino-s-triazin, durch thermische Behand­ lung von Melamin oder Umsetzung von Melamin mit Formaldehyd erhältliche Kondensationsprodukte, Me­ laminsalze, Cyanursäure, Cyanursäurederivate, Iso­ cyanursäure oder Isocyanursäurederivate und als Hilfsstoffe gegebenenfalls Beschleuniger, Verzö­ gerer, Fließhilfsmittel, Hydrophobierungsmittel, Verdicker, Verflüssiger, nicht-hydratisierte Füll­ stoffe, Abschirmhilfen, Korrosionsschutzmittel, Biozide, Geruchsstoffe, Farbstoffe, Tenside, Pig­ mente, Phosphorsäurespender und/oder Phosphate enthalten.

3. Brandhemmendes Material gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Hilfsstoff Phosphorsäurespender und/oder Phosphate enthält.

4. Brandhemmendes Material gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 60 Gew.-% Kunststoff, 3 bis 90 Gew.-% hydraulische Binde­ mittel, 0,5 bis 80 Gew.-% hydratisierte Füllstoffe, 0,25 bis 80 Gew.-% Melamine und 0 bis 50 Gew.-% Hilfsstoffe enthält, jeweils bezogen auf das wasserfreie erfindungsgemäße Material, sowie 25 bis 60 Gew.-% Wasser in freier und/oder gebun­ dener Form (vor der Aushärtung).

5. Brandhemmendes Material gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schaumartige Struktur erhalten worden ist durch intensive Ver­ mischung der Kunststoffdispersion mit einem Gas.

6. Verfahren zur Herstellung eines brandhemmenden Ma­ terials aus einer Kunststoffdispersion, einem hy­ draulischen Bindemittel, hydratisiertem Füllstoff, Melaminen und gegebenenfalls Hilfsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine im wesentlichen die Kunststoffdispersion enthaltende Komponente inten­ siv mit einem Gas vermischt bis eine schaumige, nicht mehr in sich kollabierende Masse entsteht, anschließend die sonstigen Bestandteile unter Er­ haltung der Schaumstruktur zumischt und die Masse aushärten läßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffdispersion bei der intensiven Vermischung mit einem Gas noch keine hydraulischen Bindemittel enthält.

8. Verfahren nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Masse bei Temperaturen im Bereich 0 bis 40°C und in Zeiträumen von 5 Minu­ ten bis 5 Stunden aushärten läßt.

9. Verschlußmassen, dadurch gekennzeichnet, daß sie brandhemmende Materialien entsprechend den An­ sprüchen 1 bis 5 enthalten oder aus diesen be­ stehen.

10. Konstruktionselemente, dadurch gekennzeichnet, daß sie brandhemmende Materialien gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 enthalten oder aus diesen bestehen.