DE3824598A1 - Einlage fuer feuerschutztueren mit kieselsol - Google Patents

Einlage fuer feuerschutztueren mit kieselsol

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Description

Die Erfindung betrifft ein feuerwiderstandsfähiges, den Wärmedurchgang reduzierendes Wandelement, insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür, nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.
Zur Erzielung einer hohen Feuerwiderstandsklasse bei wandartigen Bauelementen ist man bestrebt, Wärmedämmla­ gen mit Feuerschutzzonen zu kombinieren, deren Wärme­ aufnahmevermögen dadurch wesentlich erhöht ist, daß beim Temperaturanstieg im Brandfalle endotherme chemische Reaktionen oder Phasenumwandlungen ablaufen. Bekanntlich bestimmt sich die Feuerwiderstandsfähigkeit nach der Dauer, bei der bei einem bestimmten Temperaturanstieg auf der einen Seite des Wandelements die andere Seite des Wandelements unter einer bestimmten Grenztemperatur, z. B. 180°C, bleibt. Die Standzeit des Wandelementes bis zum Erreichen dieser Grenztemperatur auf der kalten Seite in Minuten ergibt die Feuerwiderstandsklasse, wo­ bei nach DIN 4102, Teil 5 z. B. die Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse F 30 eine 30minütige Standzeit bedeutet, F 90 eine 90minütige Standzeit usw. Es liegt auf der Hand, daß durch Wärmedämmaßnahmen allein nur eine begrenzte Verzögerung des Temperaturanstieges auch auf der kalten Seite erzielt werden kann, und hierzu relativ große Wanddicken erforderlich sind. Darüber­ hinaus stehen Wärmedämmstoffe mit entsprechend hohem Wärmedurchlaßwiderstand einerseits und unter den Wand­ temperaturen ausreichender Temperaturbeständigkeit an­ dererseits nicht zur Verfügung, mit Ausnahme von Asbest, das infolge seiner gesundheitsgefährdenden Auswirkungen nicht verwendet werden soll. Mineralwolle, selbst Steinwolle sintert unter den hohen Brandtemperaturen ausgehend von der heißen Seite zusammen und büßt so bei geringer Wanddicke auf der heißen Seite relativ schnell ihre Wirksamkeit als Wärmedämmaterial ein, so daß rela­ tiv große Wanddicken erforderlich sind; weiterhin weist Mineralwolle eine relativ geringe Wärmekapazität auf und kann daher den Temperaturanstieg auf der kalten Seite durch eigene Wärmeaufnahme bei geringen Wanddicken nur unwesentlich verzögern.
Als Material für eine Schicht, die durch Speicherung latenter Wärme infolge Phasenumwandlung den Temperatur­ anstieg an der kalten Seite verzögern kann, ist insbe­ sondere Gips im praktischen Einsatz. Dabei wird die re­ lativ hohe Enthalpie bei Abspaltung des Kristallwassers genutzt, was ab ca. 50°C erfolgt. Jedoch kann Gips als eine Lage mit den in der Praxis benötigten Abmessungen nur in Form sogenannter Gipskartonbauplatten gehandhabt werden, wobei eine Gipsschicht beidseitig mit Karton kaschiert ist. Die Kartonkaschierung erhöht natürlich die Brandlast und fördert die Entstehung brennbarer Schwel- und Zersetzungsgase.
Es hat daher auch nicht an Versuchen gefehlt, derartige latente wärmeaufnehmende Feuerschutzzonen aus anderen Stoffen herzustellen, die keine Kaschierungen aus orga­ nischen Stoffen oder dergleichen benötigen.
Hierzu ist aus der DE-OS 30 23 632 Natrium-Metasilicat bekannt geworden, ein Stoff, der bei ca. 48°C unter Wärmeaufnahme im eigenen Kristallwasser aufschmilzt und im schmelzflüssigen Zustand beständig ist. Hier besteht jedoch das Problem, daß die Schmelze mit relativ nied­ riger Viskosität bereits bei niedrigsten Temperaturen gebildet wird und natürlich die Tendenz hat, sich im unteren Bereich des zur Verfügung stehenden Raumes an­ zusammeln. Hierdurch wird gerade der heiße obere Bereich vollständig von dem Material der schichtförmigen Feuer­ schutzzone entblößt, so daß dort die Temperatur an der kalten Seite praktisch sprunghaft ansteigt. Nach der Lehre der DE-OS 30 23 632 soll das Natrium-Metasilicat zur Vermeidung eines allzu schnellen Abfließens in ein offenporiges Stützgerüst aus einem benetzbaren Material, beispielsweise granulierte Mineralwolle, eingebettet werden. Nach einer ähnlichen Lehre der DE-OS 30 22 945 soll zusätzlich ein Stoff mit eingebracht werden, der die Schmelze bindet und mit dieser eine teigige oder feste Masse bildet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit derartigen Maßnahmen das Abfließen der Schmelze zwar etwas verzögert, aber nicht in ausreichendem Umfang ver­ hindert werden kann. Darüberhinaus stört der niedrige Schmelzpunkt von Natrium-Metasilicat von ca. 50°C, der auch ohne Brand unter ungünstigen Einflüssen erzielt werden kann, so daß sich im Laufe der Zeit auch ohne Brandausbruch immer wieder Schmelze bilden und im Bo­ denbereich ansammeln kann, so daß im tatsächlichen Brandfall die Feuerwiderstandsfähigkeit im oberen Be­ reich des Wandelementes bereits stark verringert sein kann.
Aus der DE-OS 35 10 935 ist ein gattungsgemäßes feuer­ widerstandsfähiges, den Wärmedurchgang reduzierendes Wandelement bekannt. Beim bekannten Wandelement sind die beiden Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle mit minde­ stens einer Feuerschutzzone aus einem Granulat aus Al­ kali- oder Erdalkalikarbonat kombiniert, wobei das Gra­ nulat durch ein anorganisches Bindemittel, z. B. Magne­ siabinder, gebunden ist. Dieses bekannte Wandelement setzt zwar einem Brand einen ausreichenden Widerstand entgegen; da das Material der Feuerschutzzone jedoch aus Alkali- oder Erdalkalikarbonat in Form von Granulat be­ steht, ist die Feuerschutzzone relativ breit, was zu einer relativ großen Baudicke des Wandelements führt. Außerdem ist das bekannte Wandelement sehr schwer.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement der im Oberbegriff des Anspruches 1 an­ gegebenen Gattung zu schaffen, welches in Kombination mit Mineralfaser-Dämmlagen eine hohe Feuerwiderstands­ klasse wie F 90 gemäß DIN 4102, Teil 5 bei gegenüber dem Stand der Technik verminderter Baudicke und vermindertem Gewicht problemlos erreichen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1.
Durch die Verwendung von ausschließlich anorganischen Stoffen ist zunächst einmal sichergestellt, daß organi­ sche Stoffe fehlen, die im Brandfalle brennbare und/oder giftige Gase erzeugen könnten. Aluminiumhydroxid, Al(OH)3 (Hydrargillit) geht bei Erwärmung auf ca. 150°C in AlO(OH) (Böhmit) über, der bei ca. 400°C unter Was­ serabspaltung in Gamma-Aluminiumoxid übergeht:
2 Al(OH)₃→2 AlO(OH)→Al₂O₃
Anstelle von Aluminiumhydroxid können auch andere Hydroxide, z. B. Magnesiumhydroxid Mg(OH)2, Kalzium­ hydroxid Ca(OH)2, Eisenhydroxid Fe(OH)3 bzw. FeO(OH) eingesetzt werden, die unter Wasserabspaltung in die entsprechenden Oxide MgO, CaO, Fe2O3 usw. überführt werden. Die Umwandlung der Hydroxide in die entspre­ chenden Oxide ist eine endotherme Reaktion, wodurch Wärme aufgenommen wird. Weiterhin wird in einer Wärme verbrauchenden endothermen Reaktion Wasser freigesetzt, das in Form von Wasserdampf entweicht.
Kieselsol ist eine kolloide Lösung von amorphem Sili­ ziumdioxid in Wasser, der bei technischen Qualitäten geringfügige Mengen Alkali zur Stabilisierung zugesetzt sind. Handelsübliche Kieselsole, die als anionische oder als kationische Kieselsole vorkommen, enthalten z.B. 15 bis 45 Gew.-% Feststoff, berechnet als SiO2. Der ver­ bindenden Schicht zwischen den Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle des erfindungsgemäßen Wandelementes wird als Kieselsol vorzugsweise ein anionisches Kieselsol mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 45 Gew.-%, insbesondere 40 Gew.-% zugesetzt. Kieselsol dient in dem erfindungs­ gemäß eingesetzten Gemisch als Bindemittel und spaltet beim Übergang in den vernetzten Gelzustand und beim Altern sowie beim Erwärmen ebenfalls Wasser ab unter Bildung von Siliziumdioxid gemäß der folgenden Glei­ chung:
Si(OH)₄→SiO(OH)₂→SiO₂.
Aluminiumhydroxid in Form des Handelsartikels Martinal in im pH-Bereich zwischen 3,5 und 10,5 inert und unlös­ lich in Säuren und Laugen. Deshalb ist die Mischung von Al(OH)3 (pH etwa 9 l) und Kieselsol (pH etwa 9 bis 10) beständig.
Statt Kieselsol kann jedoch als Mischungsbestandteil ein Wasserglas, z.B. Kalium- oder Natriumwasserglas in wäß­ riger Lösung eingesetzt werden. Solche Lösungen sind stark basisch, so daß sie Aluminiumhydroxid langsam an­ greifen. Wenn diese Reaktion mit Wasserglas störend wirkt, kann als wasserabspaltendes Hydroxid Mg(OH)2, Ca(OH)2, Fe(OH)3 bzw. FeO(OH) oder ein anderes Hydroxid anstatt Aluminiumhydroxid zusammen mit Wasserglas eingesetzt werden.
Es kann aber auch ein beliebiges wasserabspaltendes Hydroxid, z.B. Mg(OH)2, Ca(OH)2, Fe(OH)3 oder FeO(OH) zusammen mit Kieselsol verwendet werden.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Wandelements wird eine Masse aus einem geeigneten wasserabspaltenden Hydroxid, z. B. Aluminiumhydroxid, und einem Kieselsol zu einer plastischen Masse verarbeitet, die auf eine Seite einer Dämmlage in gleichmäßiger Schicht aufgetra­ gen wird.
Vorzugsweise werden 70 bis 95 Gew.-% Aluminiumhydroxid und 30 bis 5 Gew.-% Kieselsol, berechnet als SiO2, insbesondere 80 bis 90 Gew.-% Aluminiumhydroxid und 20 bis 10 Gew.-% Kieselsol, z.B. 85 Gew.-% Aluminiumhydro­ xid und 15 Gew.-% Kieselsol, eingesetzt. Es ist auch möglich, anstelle eines Teils des Aluminiumhydroxids oder zusätzlich zu Aluminiumhydroxid Ton oder Tonerde in Form eines Pulvers oder einer wäßrigen Aufschlemmung zu verwenden.
Auf die noch feuchte Schicht wird eine zweite Dämmlage aufgelegt und durch leichten Druck mit der Schicht aus der plastischen Masse gleichmäßig verbunden. Durch Übergang des Kieselsols in den vernetzten Gelzustand werden die beiden Dämmlagen miteinander irreversibel verklebt und verbunden.
Für gewöhnliche Anwendungen besitzt das so hergestellte Wandelement ausreichende Feuerwiderstandsfähigkeit. Bei einer erhöhten Anforderung an die Feuerwiderstandsfä­ higkeit können noch eine oder mehrere Dämmlagen in gleicher Weise mit dem so hergestellten Wandelement sandwichartig verklebt werden. Das Verfestigen des Kieselsols erfolgt in einem Zeitraum von 2 bis 8 Stun­ den. Es kann z. B. durch Heizen oder Mikrowellen­ trocknung erheblich abgekürzt werden. Das Wasser aus dem feuchten Gemisch aus Hydroxid und einem Wasserglas oder Kieselsol verteilt sich in den benachbarten Dämmlagen und kann im Verlauf der Zeit verdunsten. Die Festigkeit der verbindenden Schicht ist jedoch nicht von einer vollständigen Entfernung des Wasser abhängig, da sie vor allem auf dem Übergang des Wasserglases bzw. Kieselsols in den vernetzten Gelzustand beruht.
Zur Erhöhung der Feuerwiderstandswerte können möglichst dicke Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle eingesetzt werden. Die Dicke der Dämmlagen ist jedoch durch die vorgeschriebene Höchstdicke von Feuerschutztüren sowie durch das hohe Gewicht von Feuerschutztüren mit sehr dicken Dämmlagen begrenzt. In der Praxis haben sich als Dämmlagen Platten mit einer Dicke von 20 bis 40 mm, insbesondere 30 mm und einer Rohdichte von 140 bis 280 kg/m2, insbesondere 200 kg/m2 gut bewährt. Die verbin­ dende Schicht aus anorganischem Material wird in einer solchen Dicke aufgetragen, daß sie nach dem Anpressen eine Dicke von 2 bis 5 mm, insbesondere 3 mm bzw. ein Flächengewicht von 5 bis 10 kg/m2, insbesondere 7 bis 8 kg/m2 besitzt. Mit einem solchen symmetrisch oder annä­ hernd symmetrisch aufgebauten Wandelement lassen sich hervorragende Feuerwiderstandswerte erzielen. Der Grund hierfür liegt vermutlich darin, daß die in diesem Falle dem jeweiligen Brand zugekehrte äußere Dämmlage aus Mineralwolle zunächst die verbindende Schicht aus anor­ ganischem Material, die gleichzeitig als Feuerschutzzone dient, dämmt und vor unmittelbarem Flammenzutritt schützt, so daß letztere erst später der vollen Flam­ menwirkung ausgesetzt ist. In diesem Fall verbleibt die zweite Dämmlage aus Mineralwolle, die auf der kalten Seite angeordnet ist, um die erforderliche Dämmung der kalten Seite zu bewirken. Diese Dämmlage ist durch die als Feuerschutzzone wirkende verbindende Schicht ge­ schützt und kann somit ihre Dämmwirkung über lange Zeit hinweg voll entfalten. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.
Es zeigt die Figur eine Ansicht des erfindungsgemäßen Wandelements.
Das Wandelement 1 besteht aus zwei Dämmlagen 2, 2 a aus Mineralwolle, die durch eine verbindende Schicht 3, hergestellt aus einem Gemisch aus einem wasserabspal­ tendem Hydroxid und einem Kieselsol verbunden sind. Die verbindende Schicht dient gleichzeitig als Feuerschutz­ schicht, da sie im Brandfalle bei ihrer Erwärmung sich zu Aluminiumoxid bzw. Siliziumdioxid umwandelt und bei dieser endothermen Umwandlung nicht nur Wasserdampf freisetzt, sondern auch eine große Menge an Energie verbraucht. Ferner bildet die verbindende Schicht 3 nach ihrer Erhitzung einen dichten Überzug für die Dämmlage 2 oder 2 a, die dem Feuer abgewandt ist. Während die dem Feuer zugewandte Dämmlage unter der Hitzeeinwirkung relativ rasch zusammensintert, verzögert die verbindende Schicht 3 das Zusammensintern der dem Feuer abgewandten Dämmlage 2 a bzw. 2, wodurch ein schneller Temperaturan­ stieg an der kalten Seite vermieden werden kann.
Das erfindungsgemäße Wandelement dient insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür. Zur Herstellung ei­ ner solchen Tür kann das Wandelement 1 in Form einer Verbundplatte vorgefertigt zwischen den Stahlblech­ schalen einer Feuerschutztür eingefügt werden. Anderer­ seits ist es möglich, eine Dämmlage in eine Stahlblech­ schale der Feuerschutztür einzulegen, die verbindende Schicht aus dem Gemisch aus einem wasserabspaltenden Hydroxid und einem Kieselsol auf die Dämmlage aufzu­ bringen und dann die zweite Dämmlage auf die verbindende Schicht in die Stahlblechschale für die Feuerschutztür einzupassen, wonach die beiden Dämmlagen getrocknet und ausgehärtet werden.
Nach einem besonders bevorzugten Verfahren setzt man dem wasserabspaltenden Hydroxid in fester Form oder in Form einer plastischen wäßrigen Aufschlemmung Kieselsol oder gelöstes Wasserglas zu, vermischt die beiden Be­ standteile z. B. in einer Förderschnecke und bringt das erhaltene homogene Gemisch auf eine der beiden Dämmlagen in einer gleichmäßigen Schicht auf. Anschließend wird die 2. Dämmlage auf die verbindende Schicht aufgebracht und angedrückt.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders wirtschaftlich, da das Verfahren konti­ nuierlich oder halbkontinuierlich durchgeführt werden kann und die Mischung nach Maßgabe ihres Verbrauches zur Herstellung der verbindenden Schicht hergestellt werden kann.

Claims (9)

1. Feuerwiderstandsfähiges, den Wärmedurchgang redu­ zierendes Wandelement, insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür, mit mindestens 2 Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle, zwischen denen eine diese Dämmlagen verbindende Schicht aus anorgani­ schem Material vorhanden ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die verbindende Schicht aus einem Gemisch aus einem wasserabspaltenden Hydroxid und einem Wasserglas oder Kieselsol hergestellt ist.
2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserabspaltende Hydroxid Aluminiumhydroxid ist.
3. Wandelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindende Schicht aus einem Gemisch von 70 bis 95 Gew.-% Aluminiumhydroxid, berechnet als Al(OH)3 und 30 bis 5 Gew.-% Kieselsol, berechnet als SiO2, hergestellt ist.
4. Wandelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gemisch aus etwa 85 Gewichtsteilen Aluminiumhydroxid und etwa 15 Gewichtsteilen Kie­ selsol besteht.
5. Wandelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gemisch an Stelle ei­ nes Teils des wasserabspaltenden Hydroxids oder zu­ sätzlich zu dem wasserabspaltenden Hydroxid einen Ton enthält.
6. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die verbindende Schicht eine geringere Dicke als jede Dämmlage hat.
7. Wandelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindende Schicht 1 bis 5 mm, insbesondere 3 mm stark ist.
8. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle Stein­ wolle ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines feuerwiderstandsfä­ higen, den Wärmedurchgang reduzierenden Wandelemen­ tes nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahren dem wasserab­ spaltenden Hydroxid in fester Form oder in Form ei­ nes plastischen wäßrigen Aufschlemmung Kieselsol oder gelöstes Wasserglas zusetzt, beide Bestandteile vermischt, das erhaltene Gemisch auf eine der 2 Dämmlagen in gleichmäßiger Schicht aufbringt und die 2. Dämmlage auf die Schicht aufbringt und andrückt.
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