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Brandhemmendes material mit geringem raumgewicht, verfahren zu seiner herstellung und es enthaltende verschlussmassen und konstruktionselemente
DE3728397A1
Germany
- Other languages
English - Inventor
Wulf Von Dr Bonin Harold Dr Ebneth Dietmar Dr Schaepel - Current Assignee
- Bayer AG
Worldwide applications
1987
DE
Application DE19873728397 events
1987-08-26
1987-08-26
1989-03-09
Status
Pending
Description
translated from
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.
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.
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.
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)
Hide Dependent
translated from
Claims (10)
Hide Dependent
translated from
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.