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Die
Erfindung bezieht sich auf flammenverzögernde Zusammensetzungen. Insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich,
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Herstellung von Polystyrol-Verbundmaterialien,
die ein gewisses Ausmaß an
Unversehrtheit beibehalten, wenn sie Feuerbelastungen ausgesetzt
werden, und die eine beachtlich verringerte Entflammbarkeit haben.
Diese Schäume
können
in Strukturen verwendet werden, in denen Feuerbarrieren benötigt werden,
die thermische Isolatoren und feuerbeständig sind.
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Expandierter
Polystyrolschaum in Quader- oder Plattenform wird im Allgemeinen
als Isolierung in Gebäudekonstruktionen
und insbesondere als Kern von isolierenden Sandwich-Paneelen und
-Wänden
typischerweise in Kühlanwendungen
verwendet. Die Deckschichten derartiger Wände oder Paneele bestehen im Allgemeinen
aus dünnem
vorab-beschichtetem Stahl. Die Strukturen können unter Verwendung von Klebstoffen
oder mechanischen Befestigungsvorrichtungen oder durch eine Kombination
davon zusammengefügt
werden. Der Schaumblock kann auch als thermische Isolierung in Gebäudekonstruktionen
verwendet werden.
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Das
herkömmliche
Verfahren für
die Herstellung von Quadern bzw. Platten oder Formen aus Polystyrolschaum
erfolgt folgendermaßen:
- (a) Unexpandiertes Polystyrol wird vom Hersteller
in Form eines Granulats geliefert, das nach Partikelgröße klassiert
ist. Dieses Polystyrol-Granulat hat einen in ihm gelösten Anteil
an Pentan.
- (b) Die Granulat-Körner
werden gewöhnlicherweise
durch Dampf in einem hohen Fluidbett bzw. Wirbelbett wärmebehandelt.
Wenn die Körner
vom Boden des Wirbelbetts nach oben gelangen, erweichen sie, und da
das Pentan aus der Feststoff-Lösung
verloren geht, bewirkt das freigesetzte Gas ein Expandieren der erweichten
Polystyrol-Granulatkörner
bis auf das fünfzigfache
ihres ursprünglichen
Volumens. Die Körner werden
näherungsweise
kugelförmig
mit einer sehr niedrigen Dichte. Die expandierten Polystyrol-Perlen bzw.
-Kügelchen
werden im Oberteil des Bettes gesammelt. Die Perlen enthalten immer
noch eine kleine Menge Pentan nach diesem primären Expansionsprozess.
- (c) Die trockenen Perlen bzw. Kügelchen werden in Formen eingeleitet,
deren Wände
von zahlreichen kleinen Öffnungen
durchdrungen sind, die zu Hauptkammern hinter jeder Wand führen. Die
Ladung kann komprimiert werden. Es wird Dampf bei Drücken, die
1,5 bar nicht überschreiten,
in das die Polystyrol-Perlen enthaltende Gefäß eingeleitet. Die Polystyrol-Granulatkörner erweichen,
und das restliche Pentan wird freigesetzt. In dieser zweiten Stufe
ist die Volumenexpansion der Ladung bzw. Füllung von den Wänden der Form
umschlossen, wodurch die Perlen bzw. Kügelchen zusammengedrückt werden
und zu einer einzigen leichten Masse aus expandiertem Polystyrolschaum
verschmolzen werden.
- (d) Wenn die Form die Gestalt eines Blocks hat, werden die Blöcke aus
expandiertem Polystyrol anschließend in Platten bzw. Scheiben
geschnitten. Diese Platten bzw. Scheiben werden als Kerne der erwähnten isolierenden
Wände oder
Paneele verwendet.
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Das
US-Patent 4,233,361 (ARCO 11/1980) offenbart isolierende Polystyrol/Phenol-Paneele,
bei denen ein schäumendes
Resol/Phenol-Harz um die expandierte Polystyrol-Perle geschäumt wird
und die schäumende
Wirkung durch Verwendung starker Säuren gefördert wird. Das Patent
EP 0832919 A1 offenbart
ein ähnliches
Material, bei dem vorab-expandierte Polystyrol-Kügelchen
mit Phenolharz beschichtet und mit Mikrowellen ausgehärtet werden.
SA 876051 offenbart ein ähnliches
System, bei dem die vorab-expandierten Polystyrol-Kügelchen
mit einem geschäumten
Phenolharz beschichtet und ausgehärtet werden.
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Bezüglich des
Stands der Technik offenbart die Anmeldung
EP 92309426.2 (BPC) ein Verfahren
zum kalten Aushärtenlassen
von Phenolharzen mit partiellen Phosphatestern von Karbon-Polyolen, die von
einem Verfahren abgeleitet sind, das in AT A 1790-91 (CFB) offenbart
ist, wobei es sich um die Arbeit des vorliegenden Autors handelt.
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All
diese bisherigen Produktionssysteme haben spezielle Schwierigkeiten
bei der Produktion aufgrund des Ausmaßes und der Menge an benötigtem Polystyrol-Block.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt dieser Erfindung wird eine Struktur in Form einer
Verbundplatte bereitgestellt, wobei die Struktur aufweist: einen
thermisch isolierenden Kern, der aus einer Vielzahl expandierter Polymer-Kügelchen
bzw. Polymer-Perlen
gebildet ist; zwei daran angeordnete Deckschichten, die den Kern zwischen
ihnen sandwichartig einbetten, wobei die Deckschichten aus einem
nicht-entflammbaren Material gebildet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Deckschichten an dem Kern durch eine Klebstoff-Zubereitung angeklebt
sind, die einen Klebstoff und abschieferbaren Graphit aufweist.
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Eine
feuerverzögernde
Mischung kann ein Phenolharz, einen Flammenverzögerer und vorteilhafterweise
ein Aushärtungsmittel
zum Erleichtern des Aushärtens
des Phenolharzes aufweisen.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands kann bereitgestellt
werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen
einer Vielzahl expandierbarer Polymer-Kügelchen bzw. Polymer-Perlen;
Beschichten der Perlen bzw. Kügelchen
mit einer Mischung, die Phenolharz, einen Flammenverzögerer und
vorteilhafterweise ein Aushärtungsmittel
zum Erleichtern des Aushärtens
des Phenolharzes aufweist, um eine feuerverzögernde Zusammensetzung zu bilden;
Anordnen der Zusammensetzung in einer Form und Zuführen von
Wärme an
die Zusammensetzung, um die Kügelchen
bzw. Perlen zu expandieren und das Aushärten des Phenolharzes zu bewirken.
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Eine
feuerverzögernde
Zusammensetzung kann vorgesehen werden, welche ein Phenolharz, einen Flammenverzögerer, vorteilhafterweise
ein Aushärtungsmittel
zum Erleichtern des Aushärtens
des Phenolharzes sowie eine Vielzahl expandierbarer Polymer-Kügelchen bzw. Polymer-Perlen
aufweist. Vorzugsweise weisen die Polymer-Kügelchen bzw. Polymer-Perlen
Polystyrol auf.
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Die
Menge an Polymer-Kügelchen
in der Zusammensetzung kann zwischen etwa 40 Gewichtsprozent und
etwa 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen etwa 45 Gewichtsprozent
und etwa 65 Gewichtsprozent und noch bevorzugter bei etwa 50 Gewichtsprozent
oder etwa 62 Gewichtsprozent bis etwa 63 Gewichtsprozent liegen.
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Das
Phenolharz kann in der Zusammensetzung in einer Menge im Bereich
von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise
von etwa 12 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent und noch bevorzugter
in einer Menge von etwa 15 Gewichtsprozent vorliegen.
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Das
Aushärtungsmittel
kann in der feuerverzögernden
Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von etwa 5 Gewichtsprozent
bis etwa 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 6 Gewichtsprozent
bis etwa 15 Gewichtsprozent der feuerverzögernden Zusammensetzung und
noch bevorzugter in einer Menge von etwa 8 Gewichtsprozent bis etwa
9 Gewichtsprozent vorliegen.
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Der
Flammenverzögerer
kann in der feuerverzögernden
Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von etwa 1 Gewichtsprozent
bis etwa 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 4 Gewichtsprozent
bis etwa 20 Gewichtsprozent und noch bevorzugter in einer Menge
von etwa 16 Gewichtsprozent vorliegen.
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Feuerfester,
schwer entflammbarer expandierter Polystyrol-Schaum kann hergestellt werden durch Abwandeln
des herkömmlichen
Formprozesses, um die expandierten Polystyrol-Kügelchen mit einer Mischung
aus Phenolharz, neutralen und partiellen Phosphatestern und/oder
chlorierten Flammenverzögerern zu
beschichten. Vorzugsweise sorgt man dafür, dass die Mischung gleichzeitig
die Kügelchen
expandiert und das Phenolharz durch Dampfbeaufschlagung aushärtet. Das
flammenverzögernde
System kann in die Polystyrol-Kügelchen
sowohl eindringen als diese auch umgeben.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von schwer entflammbaren, feuerfesten
expandierten Polystyrolschaum-Blöcken,
-Paneelen oder -Formteilen kann vorgesehen werden, wobei die expandierten
Polystyrol-Kügelchen
in einer Mischung aus flüssigem
Re sol/Phenol-Harz, niederviskosem Phosphor und/oder chlorierten
Flammenverzögerern
und partiellen Säure-Phosphatestern
von Karbon-Polyolen beschichtet werden und durch das Einleiten von
Dampf in die in starren Formen enthaltene Mischung ausgehärtet werden.
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Vorzugsweise
erzeugt die Mischung einen Phosphorgehalt der ausgehärteten Masse
von mehr als 3% und kann Phenolharze mit mehr als 25% des Gesamtgewichts
der Bestandteile der Mischung enthalten.
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Ein
Vorteil des bevorzugten Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass es keinen Schritt oder Prozess benötigt, der über das
hinausgeht, was in dem herkömmlichen
Prozess für
die Herstellung von Polystyrol-Produkten verwendet wird. Die Nützlichkeit
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung besteht darin, dass der flammenresistente Polystyrolblock
mit denselben Vorrichtungen und innerhalb derselben Prozesszeiten
wie bei der herkömmlichen
Produktion hergestellt werden kann. Außerdem hat die Verwendung von
Phosphatester-Aushärtungsmitteln
bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
den Vorteil, dass der Phosphorgehalt angehoben wird, um die flammenverzögernde Eigenschaft
zu bewirken.
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Weder
das Eindringen der Flammenverzögerer
in das expandierte Polystyrol noch die Begünstigung der starren Verschmorungsschichten
lässt sich
durch die im Stand der Technik offenbarten Niedertemperatur-Aushärtungssysteme
erzielen.
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Das
Phenolharz kann jedes beliebige flüssige Resol/Phenol-Harz sein, doch vorzugsweise
ist es ein nicht-wässriges
Resol/Phenol-Harz wie z.B. in
GB
2291881 (dieses Autors) beschrieben. Diese Materialien zeichnen
sich durch das Nicht-Vorhandensein
von Wasser und durch das Vorhandensein von Diethylethylphosphonat
als nicht-reaktives Streckmittel aus. Nach der endgültigen Expansion
verbleibt ein Teil des Wassers in dem expandierten Polystyrolblock.
Weiteres Wasser wird durch die Kondensations-Polymerisation des Phenolharzes
erzeugt, so dass die bei dieser Vorgehensweise verwendeten wässrigen
Resol/Phenol-Harze noch mehr Wasser in dem ausgehärteten Block
hinterlassen. In der Praxis lässt
man den nassen Block altern, bevor er in Abschnitte zerteilt und
maschinell bearbeitet wird. Die Verwendung wässriger Phenolharze verlängert diese
Reifungsdauer stark.
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Das
Aushärtungsmittel
kann eine Verbindung aufweisen, die Phosphor bzw. einen phosphoreszierenden
Stoff enthält.
Der Flammenverzögerer
kann eine Verbindung aufweisen, die Phosphor bzw. einen phosphoreszierenden
Stoff enthält.
Der Flammenverzögerer
kann niederviskose Phosphatester- oder Phosphonatester-Flammenverzögerer aufweisen,
die dem Phenolharz beigemischt werden können. Hierbei kann es sich um
Diethylethylphosphonat, Dimethylmethylphosphonat, Trichloroethylphosphat,
Triethylphosphat, Tris-2-Chlorisopropylphosphat, Tris-1,3-Dichlorisopropylphosphat
oder einen beliebigen anderen aliphatischen niederviskosen flüssigen Phosphat-
oder Phosphonatester handeln, wobei vorzugsweise dafür gesorgt wird,
dass der Ester nicht mehr als drei Kohlenstoffatome hat. Dieser
niederviskose Phosphatester kann verwendet werden, um chlorierte
Paraffin-Flammenverzögerer,
die mit dem Phenolharz nicht kompatibel sind, aufzulösen und
zu dispergieren.
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Das
partielle Säure-Phosphatester-Aushärtungsmittel
kann zu dieser Mischung hinzugefügt
werden. Das Aushärtungssystem
ist vorzugsweise ein flüssiger
partieller Phosphatester aus Karbon-Polyolen. Ein geeignetes Produkt
ist das handelsübliche
Produkt Budit 380 (chemische Fabrik Budenheim). Dieser oder jeder andere
beliebige partielle Phosphatester, der durch die in AT A 1790-91
gegebenen Verfahren hergestellt wird, eignet sich zur Verwendung
in dem System. Andere saure Phosphatester von Karbon-Polyolen funktionieren innerhalb
dieses Systems in passender Weise, solange gewährleistet ist, dass der Säurewert
größer als
300 mg KOH/g ist und der Phosphorgehalt 17 übersteigt.
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Eine
Klebstoffzubereitung kann ein Klebstoffmaterial und einen abschieferbaren
Graphit aufweisen.
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Der
abschieferbare Graphit kann in der Klebstoffzubereitung in einer
Menge im Bereich von etwa 7 Gewichtsprozent bis etwa 35 Gewichtsprozent,
vorzugsweise im Bereich von etwa 7 Gewichtsprozent bis etwa 25 Gewichtsprozent
und noch bevorzugter in einer Menge von etwa 20 Gewichtsprozent
vorhanden sein.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das weiter oben beschriebene Verfahren des
Stands der Technik abgewandelt durch Beschichten der expandierten
Kügelchen
bzw. Perlen, die von der primären
Expansion wie in (b) abgeleitet sind, mit Phenolharz, das gelöste Flammenverzögerer und
partielle Säure-Phosphatester
von Karbon-Polyolen enthält.
Zusätzlich
kann das Gemisch weiter abgewandelt werden durch Hinzufügen von
Metalloxiden der Gruppe 6b des Periodensystems, wie z.B. Wolframoxid.
Das Metalloxid kann in der Zusammensetzung in einer Menge im Bereich
von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise
etwa 6 Gewichtsprozent bis etwa 9 Gewichtsprozent, noch bevorzugter
etwa 7 Gewichtsprozent bis 8 Gewichtsprozent vorliegen. Bei einigen
Ausführungsbeispielen
kann das Metalloxid in einer Menge von etwa 7,2 Gewichtsprozent
vorliegen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die mit der Harzmischung beschichteten expandierten Polystyrol-Kügelchen
in die Form eingeleitet und demselben Dampf-Heizzyklus ausgesetzt,
wie weiter oben bei (c) beschrieben. Wenn die Polystyrol-Kügelchen durch die Phenolharz-Mischung
expandieren, wird ein Teil des Phenolharzes und der gelösten Flammenverzögerer (die
das saure Phosphat-Aushärtungssystem
enthalten) in dem Polystyrol gelöst,
wodurch eine Polymerlegierung gebildet wird. Der Rest des ausgehärteten Phenolsystems
bildet eine Matrix an der Grenzfläche der Expansion jedes Kügelchens.
Somit bewirkt der Dampf nicht nur das Expandieren des Polystyrols
wie im herkömmlichen
Fall, sondern bewirkt auch oder unterstützt das Aushärten des
Phenolharz-Systems zu einem Festkörper und wirkt dahingehend,
dass ein Teil der Flammenverzögerer
in das Polystyrol eindringt.
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Wenn
das wie oben hergestellte Polystyrol-Phenolharz Wärme- und den Feuerbelastungen
ausgesetzt wird, beobachtet man ein völlig anderes Verhalten im Vergleich
zu nicht-modifiziertem expandiertem Polystyrol. Ein Teil des Polystyrols
kann zu flüchtigen
entflammbaren Fraktionen pyrolysieren, die in der Feuerbehandlung
verbrennen, doch wird dieser Effekt durch einen Teil der Flammenverzögerer verringert,
die nicht-entflammbare
flüchtige
Gase erzeugen. Die Hauptwirkung der Erfindung besteht jedoch darin,
dass der durch den Prozess erzielte hohe Phosphorgehalt zusammen
mit dem Phenolharz eine flammenresistente isolierende Verschmorung
verursachen, die aus einer hohlen Restmatrix besteht, die an der
dem Feuer ausgesetzten Oberfläche
hergestellt werden soll. Diese isolierende Verschmorung verringert
die Verbrennung der darunter liegenden Schichten beachtlich. Außerdem verhindert
sie, dass die darunter liegenden Schichten des Feststoffmaterials
schmelzen und anschließend
in das Feuer tropfen, wie dies üb licherweise
während
der Verbrennung von herkömmlichem
expandiertem Polystyrolschaum beobachtet wird.
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Die
stabile Verschmorungs-Formation und somit die Beständigkeit
der Paneele unter den Feuerbedingungen kann noch weiter erhöht werden
durch Hinzugeben von abschieferbarem Graphit zu dem Klebstoff, der
die äußeren Deckschichten
mit dem modifizierten Polystyrolkern verbindet.
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Bezüglich des
Stands der Technik wurden expandierte Polystyrol-Kügelchen
und Phenolharz zuvor kombiniert, um feuerverzögernde Paneele und Strukturen
durch eine Vielzahl von Verfahren zu erzeugen, die alle das Vorbereiten
der Strukturen erfordern, indem man versucht, die Hohlräume zwischen
den Kügelchen mit
geschäumtem
oder kalt-ausgehärtetem
Phenolharz auszufüllen.
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Die
Erfindung lässt
sich am besten anhand der folgenden Beispiele veranschaulichen und
spezifizieren.
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Wenn
man eine der in Tabelle 1 gezeigten Formulierungen verwendet, wird
das chlorierte Paraffin, falls es verwendet wird, durch Umrühren in
dem flüssigen
Phosphat-Weichmacher aufgelöst.
Diese Mischung wird dem Phenolharz hinzugefügt, und es wird umgerührt. Der
partielle Phosphatester wird dann dem Phenolharz hinzugegeben. Wenn
die gemischten Komponenten auf Umgebungstemperatur gehalten werden,
hat die Mischung eine Topfzeit bzw. Standzeit von bis zu vier Stunden
mit Ausnahme des Falls, bei dem in wässriger Umgebung schwebende
Phenolharze verwendet werden, wie in Beispiel 6, bei dem die Topfzeit
bzw. Standzeit nicht mehr als 30 Minuten betragen kann.
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Die
Polystyrol-Kügelchen
werden von den primären
expandierten frisch ausgewählt
und enthalten üblicherweise
2 bis 5 Gewichtsprozent restliches Pentan. Die flammenverzögernde Phenolmischung
wird in die expandierten Polystyrol-Kügelchen eingerührt, indem
man einen Planeten-Pastenmischer (Teigmischer), einen Bandmischer
oder irgendeinen anderen langsam drehenden Mischer verwendet, der
eine Taumelwirkung erzeugen kann. Das Mischen wird fortgesetzt,
bis die Polystyrol-Kügelchen
mit der flammenverzögernden Phenolmischung
gleichmäßig beschichtet
sind, und die Masse wird dann in die Form eingeleitet. Es kann etwas
Druck ausgeübt
werden, um die Öffnung
der Form bei Bedarf zu Kompaktieren.
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Es
wird Dampf in die Form eingeleitet, und zwar auf dieselbe Weise
und mit demselben Zeitzyklus wie im herkömmlichen Fall, wenn diese Form
für nicht-flammenverzögertes Produkt
verwendet wird. Der geformte Block wird aus der Form entfernt, und
man lässt
ihn auf die normale Weise reifen, wodurch das Produkt nach und nach
sein Restwasser verliert. Wenn das Produkt ein blockgeformtes Produkt
ist, das herkömmlicherweise zu
Paneelen zerkleinert wird, kann es vorkommen, dass es mit heißen Drähten nicht
geschnitten werden kann, sondern mit einem Reibedraht oder Bandsägen geschnitten
werden muss.
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Es
können
Krümelabfall
oder gealterte expandierte Polystyrol-Kügelchen
verwendet werden, doch es bedarf eines beachtlichen Ausmaßes an Kompression
der Befüllung,
um einen angemessenen Zusammenhalt des Formproduktes zu gewährleisten.
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Die
Beispiel-Formulierungen 1 bis 10 der obigen Tabelle 1 zeigen, dass
in einigen Fällen
der Phenol-Polystyrol-Schaum eine beachtliche Zunahme der physikalischen
Festigkeit im Bereich des zwei- bis dreifachen von unmodifiziertem
expandiertem Polystyrolschaum mit einer nur geringfügigen Zunahme
der thermischen Leitfähigkeit
hat. In allen Fällen
wird der herkömmliche
expandierte Polystyrolschaum als entflammbar betrachtet, wenn er
einer Prüfung
unter den DIN 4102 Brandshaft-Bedingungen ausgesetzt wird. Ähnliche
Ergebnisse erhält
man unter Verwendung der Messvorschrift BS 476 Teil 7. Der unmodifizierte
expandierte Polystyrolschaum ist daher unklassifizierbar.
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Im
Gegensatz hierzu ergibt der phenolmodifizierte Schaum Flammenausbreitungswerte
zwischen den Klassen 1 und 3 bei der Messvorschrift BS 476 Teil
7. Ähnliche
Ergebnisse verbesserter Feuer-Wirksamkeit werden erzielt unter der
Voraussetzung, dass das Gewicht der modifizierenden Phenolharz-Mischung
einschließlich
neutraler und partieller Phosphatester stets oberhalb von 40% des
Gewichts expandierter Polystyrol-Kügelchen
liegt, und dass die Harzmischung Komponenten enthält, die
einen Phosphorgehalt von oberhalb 6% ergeben, wodurch ein minimaler
Phosphorgehalt von 3% in der Gesamtmischung erzeugt wird. Genauso sollte
der Phenolharz-Gehalt im Allgemeinen oberhalb von 15% der Gesamtmischung
liegen. Unterhalb dieses Wertes beobachtet man eine ungenügende Verschmorungs-Stabilität.
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Im
Rahmen der herkömmlichen
Feuerprüfungs-Messungen
beobachtet man ein gewisses Ausmaß an Verbrennung (Flammenausbreitung),
die jedoch in Gegenwart von chlorhaltigen Flammenverzögerern,
wie in den Beispielen 4 und 7 der Tabelle 1, geringer ist. Die restliche
Verschmorung bildet eine offenzellige Struktur, die in der Lage
ist, ein weiteres Eindringen der Verbrennung zu verhindern und ohne
zu schmelzen und ohne Herabtropfen von geschmolzenem Polystyrol
sich selbst zu halten bzw. abzustützen.
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Die
beiden bisherigen Messvorschriften der Reaktion des Feuers messen
jedoch lediglich die Flammen-Oberflächenausbreitung, während das
SBI-Gerät
eine Verbrennung mit höherem
Wärmefluss
erzwingt und das Feuerwachstum kalorimetrisch durch Sauerstoff-Anreicherung
bestimmt. Passende und akzeptable Feuerreaktions-Bewertungen können erzielt
werden, indem man Kombinationen von Phenolharz mit phosphat- und
chlorhaltigen Weichmachern verwendet. Gemäß der EU-Richtlinie für Produkte
am Bau werden Metalloxide eingebaut, die synergistisch als rauch-
und flammenunterdrückende
Mittel wirken, wie in Beispiel 8 bis 10.
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Wenn
der modifizierte Polystyrolschaum als Isolationskern zwischen nicht-entflammbaren
Deckschichten verwendet wird und einer Zellulose-Feuerprüfung als
Barrierepaneel ausgesetzt wird, kann es vorkommen, dass das Polystyrol
etwas Rauch aus einer anaeroben Pyrolyse erzeugt, doch bleibt die
Verschmorung erhalten, um die Deckschichten abzustützen und
den Zusammenhalt der Feuerbarriere beizubehalten.
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Der
Kern solcher Verbundstrukturen neigt unter Feuerbedingungen zur
Kontraktion. Unmodifizierte Polystyrolkerne schmelzen einfach und
verflüchtigen
sich. Die Wirkung des auf die Polystyrol-Kügelchen aufgetragenen Phenolharzes,
wie weiter oben beschrieben, besteht darin, einen netzartigen Schaum
zu hinterlassen, der zur Aufrechterhaltung der Isolation dient.
Schon Phenolschäume
allein haben jedoch eine ausgeprägte
Neigung zur Kontraktion unter Feuerbedingungen, insbesondere dann,
wenn sie als Kerne zwischen nicht-entflammbaren Deckschichten verwendet
werden. Die gemäß diesem
Verfahren eingebrachten Phosphat-Weichmacher verringern zwar diese
Wirkung, doch kann die Kontraktion sowohl von Polystyrol als auch der
Phenol/Polystyrol-Mischungen ausgeglichen werden.
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Herkömmlicherweise
werden Verbundpaneele aus Polystyrolkernen mit dünnen Stahl-Deckschichten aufgebaut,
indem man die Deckschichten an dem Kern mit einem Klebstoff befestigt.
Wenn dieser Klebstoff durch Hinzugabe von abschieferbarem Graphit
modifiziert wird, kompensiert die Expansion dieses Graphits unter
Feuerbedingungen die beobachtete Kontraktion.
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Abschieferbarer
Graphit besteht aus nativem Graphit, der mit verschiedenen Säuren wie
Schwefelsäure,
Salpetersäure
oder Fluorwasserstoffsäure
(Flusssäure)
behandelt wird, so dass diese Beimischungen zusammen mit Wasser
zwischen den Ebenen der Graphitkristalle mit bis zu 10% des Gewichts
des Endproduktes eingeschlossen werden. Setzt man derartige behandelte
Graphite einer Wärmebehandlung
aus, so werden die eingeschlossenen Materialien als Gas freigesetzt
und bewirken eine Expansion des Graphits bis auf das 250-fache seines
ursprünglichen
Volumens.
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Die
Wirkung kann durch die folgenden Beispiele veranschaulicht werden.
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Kerne
aus verschiedenen Polystyrolschaum-Formulierungen mit einer Dicke
von 100 mm und in Form von Quadraten mit 600 mm Seitenlängen wurden
mit einer Schicht aus feucht aushärtendem Polyurethan-Klebstoff überzogen,
der üblicherweise
bei derartigen Konstruktionen verwendet wird. Für diese Beispiele wurde als
Klebstoff das Produkt A 7525 von Apollo Chemicals als feucht-aushärtender
Klebstoff verwendet, der für
die übliche
Praxis stellvertretend ist. Diesem Klebstoff wurden zwischen 7 Gewichtsprozent
und 25 Gewichtsprozent abschieferbarer Graphit hinzugegeben und
dispergiert. Unterhalb einer Beimischung von 7% reicht die Expansion
des abschieferbaren Graphits nicht aus, um die Kontraktion der Kerne
vollständig
zu kompensieren. Oberhalb einer Beimischung von 35% werden die Fließ- und Hafteigenschaften
des Klebstoffs ernsthaft und unakzeptabel beeinträchtigt.
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Die
Deckschichten von 1 mm dickem plastisol-beschichtetem Stahl wurden
an die Polystyrolkerne gepresst und ausgehärtet. Es wurden Thermoelemente
an einer Fläche
jedes Paneels befestigt, und das Paneel wurde an einem Ofen zusammengebaut,
der in der Lage ist, die Zellulose-Feuerkurven EN 1363-1 (BS476
Teil 20) zu reproduzieren. Die Paneele wurden dann dieser Feuerkurve
ausgesetzt und die Rückflächen-Temperatur
aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Es
können
somit unter Verwendung von Polystyrol isolierende, Paneele bzw.
Tafeln mittels herkömmlicher
Verfahren aufgebaut werden, die in der Lage sind, erweiterte Feuerschutzwerte
zu erzielen, und die außerdem
aus Kernen zusammengesetzt sind, die unter jeder aktuellen Messvorschrift
der Feuerreaktion bessere Ergebnisse erzielen.
