DE4327280A1 - Feuerfestes Isoliermaterial und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein feuerfestes Isoliermaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin be­ zieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Isoliermaterials.

Es ist bekannt, bei einer großen Vielfalt von Gebäudekon­ struktionen Isoliermaterialien zur Wärmeisolation zu ver­ wenden. Solche Isoliermaterialien schließen Mineralwollen, keramische Wollen und Isoliererzeugnisse ein, die aus ge­ schäumten oder expandierten Kunststoffmaterialien herge­ stellt sind. Mineralfaserisoliererzeugnisse, insbesondere diejenigen, die auf Steinwolle aufgebaut sind, werden ge­ wöhnlich in Anwendungsfällen benutzt, bei denen eine gute Beständigkeit gegen Feuerbeschädigung erforderlich ist, beispielsweise beim Schutz eines Stahlgerüstwerkes, wie es bei modernen Gebäudekonstruktionstechniken eingesetzt wird. Eine Funktion der Isolation besteht im allgemeinen darin, ein mögliches Verziehen des Stahles und infolgedes­ sen einen teilweisen oder vollständigen Zusammenbruch des Gebäudes zu verzögern, wenn die Konstruktion einem Feuer ausgesetzt ist, und zwar für eine Zeitdauer, die ausrei­ chend ist, um das Gebäude vollständig zu räumen. Bei einem weniger starken Feuer kann die Isolation auch bei der Re­ duzierung von Schadenskosten wirksam sein, indem konstruk­ tive Beschädigungen bei einem Minimum gehalten werden. Bei weiteren Anwendungen können geeignete Isoliermaterialien auch dazu eingesetzt werden, die Ausbreitung des Feuers von einem Gebäudebereich auf einen anderen zu stoppen oder zu verzögern. Typische Beispiele solcher Anwendungsfälle sind der Einsatz von Isolationsmaterialien in Wanddurch­ brüchen, welche der Durchführung von Versorgungsleitungen rund um das Gebäude herum dienen, oder unter aufgehängten Boden- und Deckenkonstruktionen.

Die herkömmlicherweise eingesetzten Isolationsmaterialien, beispielsweise Platten aus Steinwolle, sind zur Erreichung des angestrebten Feuerschutzgrades weitgehend wirksam. Je­ doch ist es erforderlich, die Steinwolle in beträchtlichen Dicken einzusetzen, beispielsweise von 30 bis 100 mm und mit einer relativ hohen Dichte, im allgemeinen über 160 kg/m³. Dementsprechend kann in manchen Anwendungsfällen, bei denen eine Feuerbeständigkeit erforderlich ist, das Isoliermaterial einen beträchtlichen Raum im Gebäude ein­ nehmen, der sonst für andere Zwecke ausgenutzt werden könnte. Ferner kann die Masse eines großen Isolationsvolu­ mens auch dort von Nachteil sein, wo Bodenbelastungen kri­ tisch sind.

Es ist auch bekannt, derartige Isoliermaterialien im Schiffbau einzusetzen, bei dem es nachteilig wäre, es mit einer übermäßigen Gewichtsmasse zu tun zu haben, die durch ein großes Volumen an Isoliermaterial gebildet wird.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Feuerbe­ ständigkeit solcher Isoliermaterialien zu verbessern, um die Probleme bei bekannten Isoliermaterialien wenigstens teilweise zu beheben.

Dementsprechend vermittelt die vorliegende Erfindung ein feuerfestes oder feuerbeständiges Isoliermaterial mit ei­ nem Substrat aus Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf einer seiner Oberflächen eine feuerfeste Beschichtung hat, die dann, wenn sie einem Feuer ausge­ setzt ist, eine kohlehaltige Verkohlungsschicht bildet so­ wie eine anorganische glasartige Phase, die an dem Sub­ strat haftet und die Verkohlungsschicht vor einer Oxyda­ tion bei hoher Temperatur schützt.

Die Erfindung vermittelt auch ein Verfahren zur Herstel­ lung eines feuerbeständigen Isoliermaterials, wobei das Verfahren ein Isoliersubstrat verwendet und dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß auf eine Oberfläche des Substrats eine feuerfeste Beschichtung aufgebracht wird, die dann, wenn sie einem Feuer ausgesetzt wird, eine kohlehaltige Verkohlungsschicht sowie eine anorganische glasartige Pha­ se ausbildet, die am Substrat haftet und die Verkohlungs­ schicht vor einer Oxydation bei hoher Temperatur schützt.

Vorzugsweise umfaßt die feuerfeste Beschichtung ein Epoxy­ harz und wenigstens einen feuerbeständigen Zusatzstoff, der bei Feuer die anorganische glasartige Phase ausbildet.

Das feuerfeste Isolationsmaterial gemäß der Erfindung kann dazu benutzt werden, in einem Gebäude ein Stahlgerüst vor Feuer zu schützen oder einen Feuerschutz zwischen benach­ barten Stockwerken oder aneinander grenzenden Räumen eines Gebäudes zu gewährleisten.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr lediglich in Form von Beispielen mit Bezug auf die beilie­ gende Zeichnung beschrieben, welche eine Schnittansicht eines feuerbeständigen Isoliermaterials gemäß einer bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

In der Zeichnung ist eine Isoliertafel oder Isolierplatte 2 aus Mineralwolle dargestellt, die insbesondere aus Steinwolle zusammengesetzt ist. Die Platte 2 trägt eine Überzugsschicht 4 aus einer feuerfesten Zusammensetzung. Die Überzugsschicht 4 umfaßt eine Epoxydharzverbindung, die wenigstens einen feuerbeständigen Zusatzstoff ein­ schließt. Die Zusammensetzung der Überzugsschicht 4 wird nachstehend im einzelnen beschrieben. Die Überzugsschicht 4 ist mit Bezug auf die Dicke der Platte 2 relativ dünn. Die Zufügung einer relativ dünnen Schicht aus einer feuer­ beständigen Zusammensetzung auf die Oberfläche der Iso­ lierplatte 2 erwies sich als sehr wirksam, und zwar entwe­ der im Hinblick auf eine Steigerung der Feuerfestigkeit bei einer vorgegebenen Dicke der Isolierung oder bei der Aufrechterhaltung der Feuerfestigkeitseigenschaften der Isolierung, selbst wenn diese eine verringerte Dicke hat­ te. Wenn das Isoliermaterial Steinwolle ist, die mäßig po­ rös ist, ist die feuerbeständige Verbindung, welche auf die Isolierplatte 2 aufgebracht wird, eine Flüssigkeit, aus der die Überzugsschicht 4 gebildet wird. Diese Flüs­ sigkeit kann in kontrollierbarer Weise in die Steinwolle eindringen, so daß die thermisch stabilen Steinwollefa­ sern als Verstärkung wirken und eine Abstützung der feuer­ festen Zusammensetzung bilden. Normalerweise wird die feuerfeste Zusammensetzung, die auf einer Epoxyharzbasis beruht, auf die Oberfläche der Mineralfaserplatte aufge­ sprüht, um eine Überzugsschicht 4 auf der Platte auszubil­ den, die in deren Oberfläche bis zu einer Tiefe von etwa 5 bis 8 mm eindringt. Alternativ kann die flüssige, feuer­ feste Zusammensetzung auch auf das Basisisoliermaterial mit Hilfe einer Beschichtungswalze, einem Streichblatt oder mit Hilfe einer Schleier-Beschichtungsvorrichtung aufgebracht werden, wobei die Auswahl dieser Aufbringtech­ niken von den Eigenschaften der flüssigen, feuerfesten Verbindung und der erforderlichen Feuerfestigkeit des iso­ lierenden Endprodukts abhängt.

Wenn das Isoliermaterial aus einem anderen Werkstoff als Mineralwolle besteht, beispielsweise aus einem Material mit einer niedrigeren Erweichungstemperatur, beispielswei­ se Glaswolle, kann es vorteilhaft sein, wenn die Überzugs­ schicht in die Oberfläche des Isoliermaterials mit einer geringeren Tiefe oder im wesentlichen überhaupt nicht ein­ dringt. Beispielsweise ist bei einem Glaswollesubstrat die Beschichtung auf der Oberfläche des Glasfasersubstrats nur etwa 0,5 mm dick, wobei die feuerbeständige Verbindung mit Hilfe eines Streichblatts aufgebracht wird.

Die feuerfeste Zusammensetzung schließt ein Kunststoffharz ein, welches als ein Basispolymerisat wirkt, das, wenn es einem Feuer ausgesetzt wird, eine kohlehaltige Verkoh­ lungsschicht erzeugt, welche einen verbesserten Feuer­ schutz vermittelt. Das Basispolymerisat wirkt auch als ein Bindemittel für andere feuerfeste Bestandteile des Über­ zugs. Das Kunststoffharz kann ein Epoxyharz, ein ungesät­ tigtes Polyesterharz oder ein Polyurethanharz sein. Ein Epoxyharz wird bevorzugt. Das Epoxyharz wird ausgewählt aus Bis-Phenol-A- oder Bis-Phenol-F-Harz, oder es kann ein epoxydiertes Kunstharz des Novalac-Typs sein. Ein ge­ eignetes Bis-Phenol-F-Epoxyharz wird von der Firma Shell Chemicals, U.K. unter dem Handelsnamen Epikote 862 ver­ trieben. Erfindungsgemäß können auch Mischungen dieser Epoxyharze eingesetzt werden. Die Viskosität des Epoxyhar­ zes wird so modifiziert, daß es als Flüssigkeit auf das Isoliermaterialsubstrat aufgetragen werden kann. Das Ep­ oxyharz wird vorzugsweise mit aliphatischen Expoxyharzen verdünnt, um die Viskosität der Epoxyharzmischung zu redu­ zieren. Typische aliphatische Epoxyharze zur Einstellung der Viskosität sind: Diepoxide, beispielsweise Diglyzidyl­ äther und Non-Glyzidylätherdiepoxide. Insbesondere können die aliphatischen Epoxyharze aus folgenden Verbindungen ausgewählt werden: Butadiendiepoxid, Diglyzidyläther, Bu­ tandioldiglyzidyläther und Diäthylenglykoldiglyzidyläther. Ein am meisten bevorzugter aliphatischer Epoxyharzzusatz ist ein Polyoxyalkylendiglyzidyläther, der unter dem Wa­ renzeichen DER 736 von der Firma Dow Chemicals, U.K. ver­ trieben wird. DER 736 hat ein Epoxy-Äquivalentgewicht von 175 bis 205 mmol/kg und eine Viskosität von 30 bis 36 mPa·s bei 25°C. Jedoch erwiesen sich Alkandioldiglyzi­ dyläther, beispielsweise Butandioldiglyzidyläther, bei der Reduzierung der Viskosität des Epoxyharzes als wirksamer als Polyoxyalkylendiglyzidyläther, ohne die Feuerfestig­ keitseigenschaften der Zusammensetzung nachteilig zu be­ einflussen.

Die aliphatischen Diepoxyde sind Epoxyharze, die mit Epoxyharzaushärtemitteln reagieren und ein integraler Be­ standteil der Molekülstruktur des ausgehärteten Epoxyharz­ systems werden. Bei Ausübung der Erfindung können irgend­ welche geeignete Aushärtemittel, die für die Aushärtung von Epoxyharzen bekannt sind, eingesetzt werden. Bevorzug­ te Aushärtemittel oder Härter sind Trialkoxyboroxine, bei­ spielsweise Trimethoxyboroxin (TMB) oder Tributoxyboroxin. TMB ist im Handel von der Firma Strem Chemicals, Inc, Newburyport, Mass. USA, verfügbar. Alternativ kann der Härter auch Tri-m,p-kresolborat oder ein Amin enthalten.

Es ist vorzuziehen, ein anderes Aushärtemittel als ein Amin zu benutzen, da die Verwendung eines Amin-Härters relativ mehr Rauch erzeugt, wenn es einem Feuer unterwor­ fen wird. Ein Bor enthaltendes Aushärtemittel, beispiels­ weise Trimethoxyboroxin oder Tributoxyboroxin, das weniger kostspielig als Trimethoxyboroxin ist, hat den Vorteil, daß die Anwesenheit des Bors in der Zusammensetzung zur Ausbildung einer glasartigen Boratphase führt, wenn die feuerfeste Zusammensetzung einem Feuer ausgesetzt wird. Diese Phase unterstützt und begünstigt die erhöhte Stabi­ lität der kohlehaltigen Verkohlungsschicht, welche sich bei der Zersetzung der organischen Komponenten, insbeson­ dere der Bestandteile des Epoxyharzes, bildet, und bewirkt sowohl die Verhaftung der Verkohlungsschicht mit dem Iso­ liermaterialsubstrat als auch den Verbleib der Verkoh­ lungsschicht als kohärente, nicht bröckeligen Schicht. Die glasartige Boratphase bildet somit einen harten Überzug, welche die Verkohlungsschicht auf dem Isoliermaterial ein­ schließt, so daß dieses in hohem Maße feuerfest ist. Die glasartige Phase haftet fest an dem Substrat und die me­ chanische Imprägnierung der Verkohlungsschicht mit dem Glas gewährleistet, daß die Verkohlungsschicht hierdurch fest an der Oberfläche des Substrats oder der Unterlage gehalten ist. Daneben trägt die Beschichtung der Verkoh­ lungsschicht mit der anorganischen Glasphase dazu bei, daß die Verkohlungsschicht bei hohen Temperaturen nur ein ge­ ringes Abtragungsverhältnis hat, so daß die Verkohlungs­ schicht bei solchen Temperaturen durch Luft nicht oxydiert wird. Die erfindungsgemäß hergestellten Überzüge wurden in Feuerversuchen bei Temperaturen bis zu etwa 820°C getes­ tet. Die Verkohlungsschicht blieb dabei durch die glasar­ tige Phase auf der Substratoberfläche geschützt, nachdem das Isoliermaterial derartigen Temperaturen unterworfen worden war. Die Verkohlungsschicht wurde infolge einer Hochtemperaturoxidation in Luft nicht von der Substrat­ oberfläche entfernt.

Die Zusammensetzung des Epoxyharz/Aushärtemittelsystems wird so eingestellt, daß es in dem nicht ausgehärteten Harz eine Viskosität hat, die es gestattet, die Zusammen­ setzung auf das Isoliersubstrat aufzusprühen oder dessen Oberfläche in anderer Weise mit dieser Zusammensetzung zu überziehen. Ein typischer Viskositätsbereich der flüssigen Beschichtung reicht von 2500 bis 2600 mPa·s bei 25°C. Vorzugsweise umfassen die Epoxykomponenten etwa 30 Gew.% der gesamten Zusammensetzung, wobei etwa 70 Gew.% der ge­ samten Zusammensetzung Zusatzstoffe sind, insbesondere feuerbeständige und feuerverzögernde Zusatzstoffe. Die flüssige feuerbeständige Zusammensetzung kann insbesondere bis zu etwa 70% an langkettigem Epoxyharz enthalten, bei­ spielsweise Bis-Phenol-F-Epoxyharz. Die flüssige feuerbe­ ständige Zusammensetzung kann bis zu etwa 70% an alipha­ tischem Epoxyharz umfassen, beispielsweise DER 736 oder einen Alkandioldiglyzidyläther, beispielsweise Butandiol­ diglyzidyläther. Diese beiden Bereiche werden offensicht­ lich in der endgültigen Zusammensetzung eingestellt, um zu gewährleisten, daß die Zusammensetzung die angestrebte Viskosität hat und auch die angenäherte letzte Epoxystruk­ tur, um sicherzustellen, daß die feuerfesten Zusatzstoffe in der Überzugsschicht abgestützt und festgehalten sind. Die flüssige feuerbeständige Zusammensetzung umfaßt auch 5 bis 20 Gew.% des Aushärtemittels, insbesondere dann, wenn das Aushärtemittel ein Trialkoxyboroxin ist.

Die flüssige feuerbeständige Zusammensetzung entsprechend den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung schließt daneben auch ein borhaltiges Aushärtemittel für das Epoxy­ harzsystem ein, beispielsweise Trimethoxyboroxin, eine Borverbindung, die für das Epoxyharz kein Aushärtemittel ist, die jedoch die Kohlestabilität durch gesteigerte Bo­ ratglasbildung verbessert.

Die Verwendung einer solchen borhaltigen Verbindung in ei­ ner Epoxyharzzusammensetzung ist in EP-A-0500317, veröf­ fentlicht am 26. August 1992, offenbart. Die Borverbin­ dung, die kein Aushärtemittel für das Epoxyharz ist, kann ein sterisch gehinderter Borester oder ein sterisch gehin­ dertes Boranhydrid sein, wobei die sterische Hinderung verhütet, daß die Borverbindung als ein Aushärtemittel für das Epoxyharz funktioniert. Eine solche Borverbindung ist im allgemeinen eine Verbindung, die nicht als eine Lewis- Säure wirksam ist und mit den Epoxygruppen des Harzes nicht reagiert. Jedoch können Borverbindungen verwendet werden, die nur langsam mit den Epoxyharzen reagieren, so daß dann, wenn das Aushärtemittel zugegen ist, es bevor­ zugt mit dem Epoxyharz reagiert, so daß nur eine geringe oder keine Reaktion zwischen der Borverbindung, die kein Aushärtemittel ist, und dem Epoxyharz vorliegt. Die bevor­ zugten Borester, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, haben einen relativ hohen Anteil an Bor und somit einen relativ hohen Anteil an BO-Bindungen, was bedeutet, daß dann, wenn der Borester einem Feuer ausgesetzt wird, bei Zersetzung der zugegebenen Borverbindungen Boratglas ge­ bildet wird. Vorzugsweise sind die Borester Polyborate, beispielsweise Biborate, und das Boranhydrid ist mit Bezug auf Borate bifunktionell. Dies reduziert nicht nur die Flüchtigkeit des Borgehalts in der Borverbindung, wodurch der Glasbildungseffekt und damit der Feuerwiderstand ver­ bessert wird, wenn die Zusammensetzung einem Feuer ausge­ setzt wird, sondern führt auch dazu, den Glasbildungsgrad aufgrund der erhöhten BO-Bindung in der Zusammensetzung zu verbessern. Es wurde gefunden, daß die bevorzugten Bor­ ester, welche Biborate sind, bei Erhitzung breite Zerset­ zungsprofile haben, das heißt, sie neigen dazu, sich über einen weiten Temperaturbereich hinweg zu zersetzen und auch bei hohen Temperaturen. Dies begünstigt den Glasbil­ dungsprozeß und ergibt einen erhöhten Feuerwiderstand. Vorzugsweise ist die zugegebene Borverbindung eine organi­ sche Borverbindung, die wenigstens 5 Gew.% Bor, gewöhnlich 5 bis 20 Gew.% Bor und insbesondere 5 bis 8 Gew.% Bor ent­ hält.

Beispiele geeigneter Borester sind die Trialkylborester der allgemeinen Formel B(OR)₃, wobei R bin Radikal mit 1 bis 18, vorzugsweise 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist. Bevor­ zugte Borester dieser Formel sind diejenigen, bei denen R eine sekundäre oder tertiäre Alkylgruppe oder eine Aryl­ gruppe mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen ist. Ein bevorzugter Borester ist BORESTER 5 (Tri-n-Oktylborat, eine farblose Flüssigkeit mit einem Gehalt an 2,7 Gew.% Bor).

Andere bevorzugte Borester sind diejenigen, die von einem Diol und Borsäure abgeleitet sind, welche dazu neigen, ei­ nen hohen Borgehalt in Kombination mit einem hohen Grad an sterischer Hinderung zu haben. Besonders bevorzugte Bor­ ester sind Trialkylenbiborate, bei denen die Alkylengruppe 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthält, beispielsweise BORESTER 35 Tri-(1,3-Butandiol)biborat, eine farblose bis schwach gelbe Flüssigkeit mit einem Gehalt an Bor von 7,1 Gew.%, BORESTER 7, Tri(2-methyl-2,4-pentandiol)biborat, eine farblose Flüssigkeit mit einem Borgehalt von 5,9 Gew.%, und BORESTER 15, Trioktylenglykoldiborat, eine Flüssigkeit mit einem Borgehalt von 4,76 Gew%.

Ein Beispiel eines sterisch gehinderten Boranhydrids ist BORESTER 33, Hexylenglykolboranhydrid, eine farblose bis schwach gelbe Flüssigkeit, die 7,5 Gew.% Bor enthält. BOR­ ESTER ist ein Warenzeichen und die hier in Bezug genomme­ nen BORESTER-Verbindungen sind im Handel über die Firma US Borax Inc, Anaheim, Kalifornien, USA, erhältlich.

Andere Borester die bei Ausübung der Erfindung Einsatz finden können, sind: ungesättigte Borate, beispielsweise BORESTER 22, Triallylborat (C₉H₁₅O₃B, Borgehalt 5,94 Gew.%); Aminoborester, beispielsweise BORESTER 20, Tri­ äthanolaminborat (C₅H₁₂O₃NB, Borgehalt 6,89 Gew.%), BOR­ ESTER 21, Tri-iso-propanolaminborat (C₉H₁₂O₃NB, Borgehalt 5,44 Gew.%) und BORESTER 110, 2-(B-Dimethylaminoethoxy)-4-4 Methyl-1,3,2Dioxaborinam, (C₈H₁₈BNO₃, Borgehalt 5,8 Gew.%); und Polyboratester, beispielsweise Methylpolyborat [(CH₃O)₃B]₂(B₂O₃)_x, worin x = 2 bis 3, Borgehalt nicht we­ niger als 20 Gew.%. Die Aminoborester könnten insbesondere zusammen mit Amin-Aushärtemittel für das Epoxyharz einge­ setzt werden.

Vorzugsweise enthält die feuerfeste Zusammensetzung etwa 1 bis 20 Gew.% der zugefügten Borverbindung, wenn die Bor­ verbindung in Form eines Boresters vorliegt.

Andere Bestandteile, die in die feuerbeständige Zusammen­ setzung eingeschlossen werden können, schließen ein: Phos­ phate und Phosphite, beispielsweise diejenigen, die in GB-B-2092594 und GB-B-2058076 vorgeschlagen sind, und auch halogenierte, gewöhnlich chlorierte, organische Verbindun­ gen, wie sie aufgrund ihrer flammenverzögernden Eigen­ schaften eingesetzt werden. Beispiele solcher geeigneter Phosphate schließen ein: Tris-2-chloräthylphosphat (TCEP), Tris(dichlorisopropyl)phosphat (TCDP), Tris(monochloriso­ propyl)phosphat, Tributoxyäthylphosphat, Trioktylphosphat, Diphenylchlorphosphat, (im Handel erhältlich von Aldrich Chemical Company, Gillingham, Dorset, England), chlori­ nierte Diphosphatester (im Handel erhältlich von Albright and Wilson Ltd, Warley, West Midlands, England, unter der Bezeichnung AMGARD V6 und AMGARD V7), und Phosphate mit hohem Molekulargewicht, beispielsweise solche, wie sie von Albright and Wilson unter den Bezeichnungen AMGARD V19 und ANTIBLAZE 19 vertrieben werden. Phosphonate, beispielswei­ se das von Albright and Wilson vertriebene AMGARD DMMP, Dimethylmethylphosphonat, kann ebenfalls eingesetzt werden.

Beispiele geeigneter Phosphite sind: Tris-2-Chloräthyl­ phosphit (TCEPi), Diphenylphosphit und Dibutylphosphit.

Die zugegebenen Phosphat- oder Phosphitverbindungen kön­ nen in einer Menge von etwa 5 bis 20 Gew.% in der feuer­ beständigen Zusammensetzung anwesend sein.

Die feuerbeständige Zusammensetzung schließt vorzugsweise auch Calciumkarbonat in einer Menge bis zu etwa 15 Gew% ein. Die Calciumkarbonatpartikel sind vorzugsweise mit ei­ nem Stearat beschichtet, um zu ermöglichen, daß das Cal­ ciumkarbonat gleichmäßig in der flüssigen, feuerfesten Zu­ sammensetzung dispergiert wird. Das Calciumkarbonat wirkt als ein Flammenunterdrückungsmittel, da es sich in einem Feuer zersetzt und ein schwer schmelzbares Oxid in Gestalt von Calciumoxid sowie Kohlendioxidgas vermittelt, welches dahingehend wirkt, die Flammen zu unterdrücken und die thermische Oxidation zu reduzieren. Das schwer schmelzbare Oxid durchdringt die Verkohlungsschicht und unterstützt die Stabilisierung dieser Schicht. Derartige beschichtete und unbeschichtete Calciumkarbonatteilchen, wie sie für einen Einsatz gemäß vorliegender Erfindung geeignet sind, werden von ICI Chemicals, UK. unter dem Handelsnamen Winnofil vertrieben.

Die feuerfeste Zusammensetzung kann Magnesiumkarbonat und/ oder Magnesiumhydroxid als Flammenunterdrückungsmittel einschließen, und zwar als Alternative oder zusätzlich zu Calciumkarbonat.

Die feuerbeständige Zusammensetzung schließt auch vorzugs­ weise ein endothermisches Kühlmittel ein. Ein bevorzugter derartiger Zusatzstoff ist Aluminiumoxidtrihydrat (Al(OH)₃), welches im Handel von Croxton and Garry Ltd, Surrey, Eng­ land, unter den Handelsnamen Trihyde OL104, OL107 und OL111 und dem Trihydebereich im allgemeinen vertrieben wird. Wenn Aluminiumoxidtrihydrat erhitzt wird, zersetzt es sich zu Aluminiumoxid und Wasser, und zwar in Verbindung mit einer endothermischen Reaktion. Dies führt zu einer Abkühlung der feuerbeständigen Beschichtung auf eine Tem­ peratur unter diejenige, die für eine Aufrechterhaltung des Verbrennungsprozesses notwendig ist. Die Zersetzungs­ reaktion führt auch zur Entwicklung von Wasserdampf, wel­ cher den brennbaren Brennstoff in den festen und gasförmi­ gen Phasen verdünnt, so daß die untere Entzündungsgrenze der Gasmischung nicht überschritten wird. Dies kann Rauch­ erzeugung verringern, wenn die Beschichtung einem Feuer ausgesetzt wird. Das gebildete Zersetzungsoxid verbessert die mechanischen Eigenschaften der Verkohlungsschicht, die aus der Pyrolyse der polymeren und organischen Komponenten gebildet wird. Somit steigert die Anwendung von Aluminiumoxid­ trihydrat die Feuerfestigkeit der Beschichtung in großem Maße. Ein endothermischer Zersetzungszusatzstoff, bei­ spielsweise Aluminiumoxidtrihydrat, kann bis zu etwa 40 Gew.% in der Zusammensetzung vorhanden sein. Ein alternatives endothermisches, feuerverzögerndes Mittel ist hydratisier­ tes Zinkborat, welches im Handel über US Borax Inc, Ana­ heim, Kalifornien, USA, unter dem Handelsnamen Firebrake vertrieben wird.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann die feuerresistente Zusammensetzung bis zu einem gewünschten Grad anschwellend ausgebildet werden, so daß dann, wenn die feuerbeständige Beschichtung einem Feuer ausgesetzt wird, eine leicht poröse Verkohlungsschicht aus der Wir­ kung der gasförmigen Zersetzungsprodukte resultiert, die aus der Beschichtung freigegeben werden. Für manche feuer­ resistente Isolierprodukte und für bestimmte Anwendungen, bei denen solche Produkte eingesetzt werden, kann die An­ wesenheit eines anschwellenden Materials in dem feuerfes­ ten Überzug für die Steigerung des Feuerverhaltens günstig sein. Dies kann durch Einschluß anschwellender Materialien in die Zusammensetzung erreicht werden, beispielsweise Phosphorverbindungen, insbesondere das oben erwähnte CTEP.

Die zugegebenen Borverbindungen, beispielsweise Borat­ ester, wirken als sekundäre anschwellende Materialien und verbessern den Schwelleffekt. Die Zugabe von Aluminiumoxidtri­ hydrat veranlaßt eine Unterdrückung des Schwelleffekts, da die Verbindung dazu neigt, bei Zersetzung zu schrumpfen. Es ist auch möglich, chemische Blähreagenzien, wie sie schon für eine Anwendung in anschwellenden Werkstoffen be­ kannt sind, in die Zusammensetzung zu inkorporieren, um die Schwellung zu verbessern. Der Calciumkarbonatzusatz­ stoff kann als ein solches Blähmittel wirken. In der feuerresistenten Zusammensetzung können die Mengen dieser verschiedenen Bestandteile so eingestellt werden, daß in der letztendlich sich ergebenden Beschichtung der ge­ wünschte Schwellgrad entsteht.

Bei Herstellung des flammfesten Isoliermaterials gemäß der Erfindung wird zuerst die Viskosität der flüssigen, feuer­ beständigen Zusammensetzung durch Vermischung des Epoxy­ harzes oder der Epoxyharze mit Flüssigkeiten niederer Vis­ kosität verringert, beispielsweise Phosphat- oder Borat­ ester. Die anorganischen festen Materialien, beispielswei­ se Aluminiumhydroxid, Zinkborat oder behandeltes Calcium­ karbonat werden anschließend allmählich in die Mischung eingegeben, und zwar mit Hilfe eines Hochschermischers. Im Falle besonders viskoser Zusammensetzung kann eine leichte Erwärmung Anwendung finden, um die Viskosität zu reduzie­ ren und auf diese Weise eine innigere Durchmischung zu er­ zielen. Im Falle eines partienweisen Produktionsprozesses ist das Aushärtemittel für die Epoxyharze der letzte Be­ standteil, der in die flammenresistente Mischung einge­ rührt wird, so daß sich eine brauchbare Topfzeit in der Größenordnung von einer Stunde ergibt. Im Falle eines kon­ tinuierlichen Aufbringprozesses kann der Katalysator do­ siert und direkt in die feuerbeständige Zusammensetzung eingemischt werden, und zwar unmittelbar vor deren Auf­ bringung auf das Isoliermaterialsubstrat. Wie oben ange­ geben, wird die flüssige feuerfeste Zusammensetzung auf das Isoliermaterial als ein Oberflächenüberzug durch Auf­ sprühen oder in anderer Weise aufgebracht. Nach dem Auf­ bringen kann das Aushärten der flüssigen feuerfesten Zu­ sammensetzung durch leichtes Erwärmen beschleunigt werden, obwohl optimale Feuerbeständigkeitseigenschaften im all­ gemeinen dann erreicht werden, wenn man das Material bei Umgebungstemperatur während mehrerer Tage aushärten läßt.

Das Ausmaß des zusätzlichen Feuerschutzes, welches durch das Aufbringen der feuerfesten Epoxyharzzusammensetzung erreicht wird, wurde dadurch getestet, daß die erfindungs­ gemäßen feuerbeständigen Isoliermaterialien dem Auftreffen einer Hochtemperatur-Gasflamme ausgesetzt wurden. Die Dicke und insbesondere der Zusammenhalt und die Stabilität der so gebildeten Verkohlung ergaben eine gute Indikation mit Bezug auf den zusätzlichen Feuerschutz, der durch die feuerfeste Schicht gewährleistet wird. Der Versuch ergab auch eine Bestimmung des Vergleichsgrades der Rauchemis­ sion und Oberflächenentflammung zwischen den verschiedenen Zusammensetzungen, und es ist offensichtlich erwünscht, sowohl Rauchemission als auch Entflammung minimal zu hal­ ten.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die nachstehenden Bei­ spiele weiter erläutert.

In dem folgenden Vergleichsbeispiel und Beispiel wird ein Glaswollesubstrat auf Feuerfestigkeit getestet. Es ist je­ doch zu beachten, daß Glaswolle-Isolationsplatten im all­ gemeinen nicht für Feuerschutzzwecke eingesetzt werden, und zwar wegen des relativ niedrigen Erweichungspunktes des Glases. Dennoch vermittelt die Verwendung von Glaswol­ le in dem nachfolgenden Vergleichsbeispiel und Beispiel eine gute Indikation mit Bezug auf das besondere Niveau des Feuerschutzes, das durch die feuerbeständige Beschich­ tung gemäß der Erfindung vermittelt wird.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Glaswolle-Isolierplatte, etwa 18 mm dick, wurde einer Gasflamme bei einer Temperatur von rund 700°C unterworfen. Die Gasflamme brannte nach einer Zeitdauer von etwa 20 Se­ kunden ein Loch vollständig durch die Glaswolle-Isolier­ platte hindurch.

Beispiel 1

Das Glaswolle-Isoliermaterial des Vergleichsbeispiels 1 wurde mit einer feuerbeständigen Epoxyharzzusammensetzung beschichtet, die auf der Glaswolle des Isoliermaterials eine feuerresistente Überzugsschicht ausbildete, wobei diese Zusammensetzung erfindungsgemäß ausgebildet war. Ei­ ne typische feuerfeste Zusammensetzung, wie sie in diesem Beispiels verwendet wurde, umfaßte 25 Teile Bis-Phenol-F- Epoxyharz, 25 Teile DER 736 aliphatisches Epoxyharz, 30 Teile Aluminiumoxidtrihydrat, 10 Teile TCEP, 2 Teile BORESTER 33 und 8 Teile Trimethoxyboroxin, wobei alle Teile Ge­ wichtsteile waren. Die Beschichtung wurde durch Aufstrei­ chen der Flüssigkeit auf die Oberfläche der Glaswolleplat­ te aufgebracht. Die Dicke der Überzugsschicht betrug etwa 0,5 mm. Die beschichtete Oberfläche wurde der gleichen Gasflamme wie im Vergleichsbeispiel 1 unterworfen. Nach einer Zeitdauer von etwa 5 bis 10 Minuten ergab sich eine verkohlte und glasartige Oberfläche auf dem Glaswollesub­ strat, jedoch war kein Loch durch das Substrat hindurch gebrannt. Die Oberfläche des Substrates hatte ihren Zusam­ menhalt beibehalten.

Das erfolgreiche Verhalten der feuerresistenten Beschich­ tung auf Glaswolle gemäß diesem Beispiel erweitert mög­ liche Anwendungen von Glaswolleerzeugnissen, bei denen die Produkte feuerresistent sein sollen. Derartige Anwendungen waren bisher normalerweise bei Glaswolleprodukten nicht in Betracht gezogen worden. Glaswolle hat bestimmte vorteil­ hafte Eigenschaften gegenüber Steinwolle, beispielsweise geringere Dichte bei gleichem Isolationswert, und daher kann es die vorliegende Erfindung ermöglichen, Glaswolle- Isoliererzeugnisse, die mit einem feuerbeständigen Überzug gemäß der Erfindung beschichtet sind, dort einzusetzen, wo es bisher nicht möglich war, Glaswolleprodukte zu benutzen.

Claims (26)

1. Feuerfestes Isoliermaterial mit einem Substrat (2) aus isolierendem Werkstoff, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (2) auf einer seiner Ober­ flächen eine feuerfeste Beschichtung (4) hat, die dann, wenn sie Feuer ausgesetzt wird, eine durch Verkohlung entstandene Kohleschicht sowie eine an­ organische glasartige Phase ausbildet, die an dem Substrat haftet und die Kohleschicht vor einer Hochtemperaturoxidation schützt.

2. Isoliermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Be­ schichtung (4) ein Epoxyharz und wenigstens einen feuerfesten Zusatzstoff umfaßt, der bei Kontakt mit Feuer die anorganische glasartige Phase aus­ bildet.

3. Isoliermaterial nach Anspruch 2, bei dem das Ep­ oxyharz eine Mischung aus einem ersten Epoxyharz, nämlich aus wenigstens einem Bis-phenol-F-, Bis- Phenol-A- oder Novolac-Epoxyharz und einem zweiten aliphatischen Epoxyharz umfaßt.

4. Isoliermaterial nach Anspruch 3, bei dem das zwei­ te aliphatische Epoxyharz ein Polyoxyalkylendigly­ zidyläther oder ein Alkandioldiglyzidyläther ist.

5. Isoliermaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die das Epoxyharz enthaltende Beschichtung (4) auf das Isoliermaterialsubstrat (2) als Flüs­ sigkeit mit einer Viskosität von 2500 bis 6000 mPa·s bei 25°C aufgebracht ist.

6. Isoliermaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das Epoxyharz mit einem borhaltigen Aus­ härtemittel ausgehärtet ist.

7. Isoliermaterial nach Anspruch 6, bei dem das Aus­ härtemittel ein Trialkoxyboroxin ist.

8. Isoliermaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem wenigstens ein feuerfester Zusatzstoff ei­ ne organische Borverbindung einschließt, die für das Epoxyharz kein Aushärtemittel ist.

9. Isoliermaterial nach Anspruch 8, bei dem die orga­ nische Borverbindung ein Boratester oder Boranhy­ drid ist.

10. Isoliermaterial nach einem der voranstehenden An­ sprüche, bei dem die Beschichtung (4) ein an­ schwellendes Material einschließt.

11. Isoliermaterial nach einem der voranstehenden An­ sprüche, bei dem das Substrat (2) Mineralwolle um­ faßt.

12. Isoliermaterial nach einem der voranstehenden An­ sprüche, bei dem die Beschichtung auf das Substrat (2) als eine Flüssigkeit aufgebracht und an­ schließend ausgehärtet ist.

13. Ein Verfahren zum Herstellen eines feuerfesten Isoliermaterials unter Bereitstellung eines iso­ lierenden Substrats (2), dadurch gekennzeichnet, daß man auf wenigstens eine Oberfläche des Sub­ strats (2) eine feuerfeste Beschichtung (4) auf­ bringt, die dann, wenn sie Feuer ausgesetzt wird, eine durch Verkohlung erhaltene Kohleschicht und eine anorganische Glasphase ausbildet, die an dem Substrat haftet und die Kohleschicht vor einer Hochtemperaturoxidation schützt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Beschich­ tung (4) ein Epoxyharz umfaßt, welches wenigstens einen feuerfesten Zusatzstoff einschließt, der bei Kontakt mit Feuer die anorganische glasartige Pha­ se bildet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Epoxyharz eine Mischung aus einem ersten Epoxyharz, nämlich wenigstens ein Bis-phenol-F-, Bis-phenol-A- oder Novolac-Epoxyharz, und einem zweiten aliphatischen Epoxyharz umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das zweite aliphatische Epoxyharz ein Polyoxyalkylendiglyzi­ dyläther ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die epoxyharzhaltige Beschichtung (4) auf das isolierende Substrat (2) als eine Flüssigkeit mit einer Viskosität von 2500 bis 600 mPa·s bei 25°C aufgebracht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das Epoxyharz mit einem borhaltigen Aushärte­ mittel ausgehärtet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Aushärte­ mittel ein Trialkoxyboroxin ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem wenigstens ein feuerfester Zusatzstoff eine organische Borverbindung einschließt, die für das Epoxyharz kein Aushärtemittel ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die organische Borverbindung ein Boratester oder Boranhydrid ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem die Beschichtung (4) ein anschwellendes Mate­ rial einschließt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem das Substrat (2) Mineralwolle umfaßt.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, bei dem die Beschichtung (4) auf das Substrat (2) als Flüssigkeit aufgebracht und anschließend ausgehär­ tet wird.

25. Verwendung eines feuerfesten Isoliermaterials ge­ mäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Erzeugung eines Feuerschutzes bei einem Stahlgerüstwerk in einem Gebäude.

26. Verwendung eines feuerfesten Isoliermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zur Erzeugung eines Feuerschutzes zwischen benachbarten Stockwerken oder benachbarten Räumen in einem Gebäude.