DE69307709T2

DE69307709T2 - Sich aufblähende zusammensetzungen

Info

Publication number: DE69307709T2
Application number: DE69307709T
Authority: DE
Inventors: Kenneth Arthur Evans; Robin Wainwright
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2013-07-17
Also published as: FI950179A; EP0650507A1; AU4579493A; CA2140037A1; ATE148143T1; US5532292A; FI950179A0; NO950162D0; DE69307709D1; GB9215184D0; NO306907B1; EP0650507B1; DK0650507T3; JPH08508051A; NO950162L; WO1994002545A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Intumeszenz-Zusammensetzungen und auf Beschichtungszusammensetzungen, welche solche Intumeszenz-Zusammensetzungen enthalten und welche auf verschiedene Substrate aufgebracht werden können, um so darauf eine Intumeszenz-Beschichtung zu bilden. Sie bezieht sich insbesondere auf solche Intumeszenz- und Beschichtungszusammensetzungen, welche anorganische Fasern enthalten.
Intumeszenz-Beschichtungen für das Bereitstellen von thermischem Schutz, Entflammungsverzögerung und/oder Rauchunterdrükkung sind einschlägig gut bekannt. Eine typische Beschichtungszusammensetzung für die Bereitstellung einer solchen Beschichtung enthält eine Intumeszenz-Zusammensetzung und ein filmbildendes Harzsystem.
Obwohl auf die unterschiedlichen Bestandteile der Zusammensetzungen nach Funktion Bezug genommen wird, als wenn sie unterschiedliche Materialien wären, sollte verstanden werden, daß ein einziges Material in einigen Fällen mehr als eine der angegebenen Funktionen haben kann, entweder in einem geringeren Maße, so daß es die Wirkung eines schon vorgesehenen Bestandteils ergänzt, oder in einem größeren Maße, so daß es einen sonst benötigten Bestandteil ersetzen oder teilweise ersetzen kann. So kann zum Beispiel ein filmbildender Bestandteil des Harzsystems selbst bedeutend zur Bildung von Holzkohle beitragen. Weiterhin können die Bestandteile andere wünschenswerte Eigenschaften aufweisen, wie z.B. Entflammungsverzögerung, zusätzlich zu solchen angegebenen Hauptfunktionen.
Typischerweise enthält die Intumeszenz-Zusammensetzung einen Katalysator (Schäumungsmittel), ein verkohlendes oder Holzkohle bildendes Mittel und ein Blähmittel. Diese sind nicht notwendigerweise unterschiedliche Materialien, wie vorstehend angegeben ist. Sowohl die Beschaffenheit als auch die relativen Mengen (Bereiche) dieser Bestandteile sind einschlägig gut bekannt.
Das Harzsystem enthält typischerweise ein filmbildendes Bindemittel. Es kann ein Lösungsmittel enthalten, welches entweder ein organisches Lösungsmittel oder Wasser sein kann, aber lösungsmittelfreie Systeme, z.B. für Pulverbeschichtung, sind ebenfalls möglich.
Die Intumeszenz-Zusammensetzung kann wahlweise andere Bestandteile enthalten, wie z.B. Pigmente. In einer Intumeszenz-Beschichtungszusammensetzung können Pigmente als Teil der Intumeszenz-Zusammensetzung betrachtet werden oder als zusätzliche Bestandteile dazu.
Typische Katalysatoren und/oder Schäumungsmittel sind Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat, Ammoniumpolyphosphat, Kaliumtripolyphosphat oder Kombinationen davon. Typische Verkohlungsmittel sind Pentaerythrit, Dipentaerythrit, mehrwertige Alkohole, chlorierte Paraffine und Kombinationen davon. Typische Blähmittel enthalten Melaminharze, Harnstoff, Dicyandiamid und Kombinationen davon. Eine Intumeszenz-Zusammensetzung enthält typisch 10 bis 55 Gewichtsteile Katalysator, 4 bis 35 Gewichtsteile Holzkohle bildendes Mittel und 5 bis 40 Gewichtsteile Blähmittel.
Eine typische Intumeszenz-Beschichtungszusammensetzung enthält die Intumeszenz-Zusammensetzung 1 bis 50 Gewichtsteile filmbildendes Bindemittel, 10 bis 60 Gewichtsteile Lösungsmittel und bis 40 Gewichtsteile Pigment. Das filmbildende Bindemittel kann zum Beispiel sein Polyvinylacetat, Acrylharz, Silikonharz, ein Epoxidharz, Polyurethan oder eine Kombination davon. Typische organische Lösungsmittel dafür sind Alkohole, Benzine, aromatische Kohlenwasserstoffe und Kombinationen davon, und typische Pigmente umfassen Titanoxid, Zinkoxid, Silikate, Ruß, Flammruß, Phthalocyaninblau oder -grün, Füllmittel wie z.B. Calciumkarbonat oder Baryte oder Kombinationen davon.
Erhöhte Temperaturen veranlassen die Intumeszenz-Beschichtung sowohl zum Zersetzen als auch zur Bildung von Blasen aus Gas oder Dampf (zum Beispiel Wasserdampf), welche die Beschichtung zum Aufquellen und zur Verkohlung veranlassen. Die resultierende aufgetriebene Verkohlung sieht gute thermische Isolation und Schutz für das darunterliegende Substrat vor, aber für einen effizienten Schutz ist es lebenswichtig, eine aufgetriebene Verkohlung zu haben, welche ihre Unversehrtheit aufrechterhält und einen Grad mechanischer Festigkeit aufweist, z.B. gemessen durch Druckfestigkeit. In dieser Hinsicht kann die Intumeszenz-Zusammensetzung Verbesserungsmittel enthalten, welche die Effizienz erhöhen, mit welcher die Zusammensetzung Schutz vorsieht. Typische Verbesserungsmittel enthalten Materialien wie Zinkborat, Aluminiumoxidtrihydrat (ATH), Magnesiumhydroxit (synthetisches oder natürliches Brucit), oder jedes andere thermisch zersetzbare Magnesium enthaltende Mineral (z.B. Huntit oder Hydromagnesit); (alle vorstehenden Verbesserungsmittel können auch als Blähmittel und/oder als Entflammungsverzögerer wirken) und Glasurmassen wie Ceepree (eingetragene Marke). Es wird angenommen, daß eine Weise, auf welche bestimmte dieser Materialien wirken, durch Sinterung ist, um der Verkohlung eine gute Kohäsion zu geben.
Eine weitere Klasse von Verbesserungsmitteln, für welche Interesse gezeigt wurde, ist die von anorganischen faserstoffartigen Materialien. Von diesen wird angenommen, daß sie nicht nur die Verkohlung verstärken und ihre Unversehrtheit erhöhen, sondern auch zur Begrenzung der Größe der Blasenbildung wirken. Falls große Blasen gebildet werden und auf die Oberfläche der Beschichtung durchbrechen, würde die schützende Effektivität der Beschichtung beschädigt werden.
Aus der veröffentlichten Literatur gehen weitere Einzelheiten des Standes der Technik betreffend Intumeszenz-Zusammensetzungen und Beschichtungszusammensetzungen hervor, siehe beispielsweise Hastings, US 4 879 320 (Beschichtungsmaterial einschließlich eines besonderen Typs von Aluminiumsilikat-Fasermaterial), US 4 104 073 (Intumeszenz-Farbe), US 3 284 216 (Intumeszenz- Dichtungsmasse) und "Intumeszenz-Reaktionsmechanismen", C. E. Anderson u.a., in J Fire Sciences, Band 3 (Mai/Juni 1985), beginnend auf Seite 161.
Von einem ersten Gesichtspunkt aus stellt die vorliegende Erfindung eine Intumeszenz-Zusammensetzung bereit, welche faserförmiges Material bildet aus einem salzlöslichen anorganischen Silikat, enthaltend CaO, MgO und nicht mehr als 4 Gew.% Al&sub2;O&sub3;.
Das Fasermaterial kann ein Calcium-Magnesium-Silikat sein und ist vorzugsweise glasartig. Typischerweise kann das Material 59 bis 67 Gewichtsteile Siliziumoxid, SiO&sub2;, 0 bis 3,5 Gewichtsteile Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;, 19 bis 35 Gewichtsteile Calciumoxid, CaO, und 4 bis 17 Gewichtsteile Magnesiumoxid, MgO, enthalten.
Die Fasern des faserförmigen Materials können beschichtet sein, beispielsweise durch ein Metall, wie Nickel, oder chemisch behandelt sein, beispielsweise durch einen Siliziumwasserstoff. Die Fasern können sogar durch andere Bestandteile der Intumeszenz-Zusammensetzung beschichtet sein. Solche Behandlungen können gut die Salzlösbarkeit der Faser als ein Ganzes ändern, und es ist zu verstehen, daß der Ausdruck "salzlöslich" beabsichtigt ist auf das Silikat selbst zuzutreffen.
Die Fasern des faserförmigen Materials machen typischerweise zwischen 5 und 30 Gew.% der erfindungsgemäßen Intumeszenz- Zusammensetzung aus, vorzugsweise zwischen 8 bis 18 Gew.% und noch weiter bevorzugt zwischen 8 bis 12 %. Die mittlere Faserlänge der Fasern des faserförmigen Materials liegt typischerweise zwischen 10 und 500 Micron und vorzugsweise 10 bis 300 Micron. Der Faserdurchmesser beträgt typischerweise 1 bis 10 Micron.
Die Salzlöslichkeit wird traditionell in Flüssigkeiten synthetischer Grundlage gemessen durch Vergleich mit Chrysotilasbest. Letzterer ist selbst gut löslich relativ zu anderen Asbesttypen und ist daher zum Standardmaterial in Versuchen bezüglich der Löslichkeit von Mineralfasern genommen worden. Unter "salzlöslich" wird verstanden löslicher als Chrysotilasbest. Vorzugsweise ist die Löslichkeit größer als 1.000 mal löslicher, und, noch mehr zu bevorzugen, größer als 10.000 mal löslicher.
Es wurde gefunden, daß die Löslichkeit eines bestimmten glasartigen Calcium-Magnesium-Silikat-Fasermaterials, das unter dem Namen Superwool Grade X-607 hergestellt wird, welches in weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird, über 100.000 mal löslicher ist als Chrysotilasbest, so daß jedes solche Material, welches die Lungen erreicht, nicht für eine bedeutsame Zeit überleben wird und daher nur eine geringe Aussicht hat, Schäden hervorzurufen.
Superwool Grade X-607 wird hergestellt durch Thermal Ceramics Limited, und Superwool ist eine eingetragene Marke. Im Lieferzustand enthält Superwool annähernd gleiche Gewichtsanteile an Fasermaterial und körnerförmiges (nicht faserförmiges) Material. Falls ein solches Material für die vorliegende Erfindung benutzt wird, wie in den untenstehenden Beispielen 1 und 2, würde von der zuletzt genannten Komponente erwartet werden, daß sie keinen nützlichen Effekt hat außer als ein inertes Füllmaterial zu wirken. Es ist gleichermaßen möglich, Material zu verwenden, welches entkörnt worden ist (im wesentlichen alles Fasermaterial), wie in den Beispielen A bis H in der besonderen folgenden Beschreibung, und dieses kann nützlich sein im Hinblick auf die Oberflächenbearbeitung und, möglicherweise, mechanischen Eigenschaften.
Die Salzlöslichkeit wird typischerweise gemessen durch Zerhakken der Fasern in destilliertem Wasser für 20 Sekunden, wonach soviel Flüssigkeit wie möglich abgezogen wird und die Fasern bei 110ºC getrocknet werden. Die getrockneten zerhackten Fasern werden gewogen und mit der Salzlösung in ein Zentrifugenrohr gegeben. Das Rohr wird in ein schüttelndes Inkubatorwasserbad bei Raumtemperatur gesetzt, mit einer Schüttelgeschwindigkeit von 20 Zyklen/Minute. Nach einer gewünschten Zeitspanne, normalerweise 5 oder 24 Stunden, wird das Rohr entnommen und für 5 Minuten zentrifugiert. Die überschüssige Flüssigkeit wird abgezogen und durch Atomabsorption analysiert, um die Zunahme der die Fasern umfassenden Elemente für den Vergleich mit einem Chrysotil-Standard festzustellen.
Von einem zweiten Gesichtspunkt aus sieht die Erfindung eine Beschichtungszusammensetzung für die Bereitstellung einer Intumeszenz-Beschichtung bestehend aus einer Intumeszenz-Zusammen--
Das Harzsystem in solch einer Beschichtungszusammensetzung kann trocken sein, z.B. ein Pulver für Sprühbeschichtung, oder kann auf einem Lösungsmittel basieren, wobei das Lösungsmittel wässrig oder organisch sein kann. Das Harz des Harzsystems kann zum Beispiel sein oder einschließen ein Acrylpolymer oder -copolymer, ein Vinylidenchlorid-Copolymer, ein PVA-Copolymer, ein Alkydharz, ein Epoxyharz oder ein Polyesterharz.
Typisch bilden die Fasern des faserförmigen Materials der Beschichtungszusammensetzung 2 bis 20 Gew.% der Zusammensetzung, vorzugsweise 3 bis 12 Gew.%, und noch weiter zu bevorzugen 4 bis 10 %. In den unten beschriebenen Beispielen 1 und 2 bilden sie 5 Gew.% der Beschichtungszusammensetzung. Die Fasern des Fasermaterials können beschichtet sein durch ein Harzsystem und/oder Komponenten der Intumeszenz-Zusammensetzung.
Die Erfindung stellt auch eine Methode für das Beschichten eines Substrats unter Verwendung einer solchen Zusammensetzung und ein so beschichtetes Substrat bereit.
Wir haben gefunden, daß Zusammensetzungen für die Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Intumeszenz-Beschichtung eine erhöhte Schutzwirksamkeit vorsehen, verglichen mit anderen Intumeszenz-Zusammensetzungen, einschließlich solcher, die andere Typen von Fasermaterial enthalten. Sie haben einen zusätzlichen Vorteil, daß eine einzige dicke Beschichtung gebildet werden kann, im Unterschied zu anderen Zusammensetzungen, welche mehrere (z.B. zehn) dünne Beschichtungen erfordern, um eine ausreichende Dicke aufzubauen zur Erzielung des gewünschten Schutzgrades.
Eine Erwägung, die wichtig ist in der Bewertung der Leistungsfähigkeit einer Intumeszenz-Beschichtung ist das Ausmaß, zu welchem Rauch- und Kohlenmonoxidbildung unterdrückt wird. Eine weitere Erwägung von steigender Bedeutsamkeit in diesen Zeiten ist das Ausmaß, zu welchem die Freisetzung von organischen Lösungsmitteln in die Atmosphäre vermieden werden kann, um dadurch die Atmosphärenverschmutzung zu reduzieren und nachteilige Wirkungen auf die die Beschichtung aufbringende Person zu vermeiden.
Wir kennen nur eine sehr kleine Zahl von kommerziell hergestellten Intumeszenz-Beschichtungszusammensetzungen, welche kein auf organischem Lösungsmittel fußendes Harzsystem verwenden. Wenn bekannte Fasern enthaltende Intumeszenz-Zusammensetzungen benutzt werden, ist es schwierig, diese mit einem Harzsystem auf Wasserbasis zu kombinieren, um so ein Produkt mit ausreichend hohem Fasergehalt für gute Leistungsfähigkeit zu erzielen.
Demgegenüber haben wir mit dieser Erfindung Fasermaterialien angegeben, welche leicht kompatibel mit Harzen auf Wasserbasis sind, wie auch mit Harzen auf Basis organischer Lösungsmittel. Für solche Beschichtungen auf Wasserbasis ist beobachtet worden, daß sie verringerte Rauch- und Kohlenmonoxidemission ergeben, verglichen mit solchen aus bekannten Zusammensetzungen auf Lösungsmittelbasis, so daß sowohl dieses Problem als auch das der Freisetzung organischer Lösungsmitteldämpfe während der Anwendung durch die Verwendung dieses besonderen Typs von Fasermaterial angesprochen ist.
Die Erfindung wird weiterhin beschrieben unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele 1 und 2 und die Zusammensetzungen A bis H als (K) bezeichnet, und die beigeschlossene Figur, zusammen mit Vergleichsbeispielen und Zusammensetzungen, welche nicht in den Bereich der Erfindung fallen.
Die einzige beigefügte Figur illustriert die Zeit-Temperatur- Kurve, die in reduziertem Maßstab (kennzeichnend) den BS476 Teile 20 und 21 Ofen-Versuchen folgt.
Eine typische Intumeszenz-Pulvermischungszusammensetzung entsprechend der Erfindung, welche eingearbeitet sein kann in ein filmbildendes Harzsystem, um eine erfindungsgemäße Zusammensetzung bereitzustellen, besteht aus den folgenden Bestandteilen:
Kombinationen von Bestandteilen mit der gleichen Funktion können verwendet werden oder einzelne Komponenten.
Eine bevorzugte Mischung ist wie folgt zusammengesetzt (Gewichtsteile):

BESTANDTEIL

Ammoniumpolyphosphat 42
Melamin 18
Pentaerythrit 15
Dicyandiamid 10
Superwool Grade X-607 8
Ceepree 5
Zinkborat 2
Dieser Ansatz wird als Mischung K bezeichnet und ist gut geeignet für die Einarbeitung in auf dem Wasser schwimmende Harze, aber sollte auch gut funktionieren in warmhärtenden, thermoplastischen und auf Öl basierenden Harzsystemen. Ähnliche Mischungen, die nicht zu der Erfindung gehören, in denen der Superwool-Bestandteil ersetzt wird durch Aluminiumoxid/Silika-Fasern (des Typs veröffentlicht in US 4 879 320 - Hastings) oder durch Zinkborat, werden nachfolgend als Mischung A/S bzw. Mischung Z bezeichnet.
In der Mischung K ist die Superwool körnerfreies Material, d.h. im wesentlichen alles Fasern, und die Zusammensetzung wurde ermittelt als 60 bis 67 Gewichtsteile Silikonoxid, SiO&sub2;; 0 bis 3,5 Gewichtsteile Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;; 26 bis 35 Gewichtsteile Calciumoxid, CaO; und 4 bis 6 Gewichtsteile Magnesiumoxid, MgO.
Typische Zusammensetzungen für auf dem Wasser schwimmende oder auf Öl basierende Intumeszenz-Beschichtungszusammensetzungen sind wie folgt:
* Kleine Mengen von Lösungsmittel können zugegen sein, falls nicht ausreichend getrocknet.
Das auf dem Wasser schwimmende Bindemittel könnte sein:
ein Vinyl-Acryl-Copolymer, wie das unter der Marke Haloflex 202 von ICI plc. im Handel befindliche;
ein Polyacrylharz, wie Maincote HG-54 von Röhm und Haas Company;
ein PVA-Copolymer;
ein Styrol-Acryl-Copolymer; oder
ein Vinylidenchlorid-Copolymer, wie Polidene 33-075 von Scott- Bader Company Ltd.
Maincote und Polidene sind registrierte Marken.
Ein für die Verwendung mit einem Xylol-Lösungsmittel geeignetes Bindemittel ist das unter dem Markennamen Vilkyd 122x50 (Alkyd) von Varnish Industries Ltd. im Handel befindliche.
Typische Zusammensetzungen für Intumeszenz-Beschichtungszusammensetzungen basierend auf thermohärtenden Bindemitteln sind wie folgt:
* Kleine Mengen von Lösungsmittel können zugegen sein, falls nicht ausreichend getrocknet.
Das Bindemittel könnte sein:
CY1301/HY1300, ein Bisphenol-A-Typ Epoxidiamin-System von Ciba Geigy; oder
P2400 Uralac Polyester/PT810 TGIC von DSM bzw. Ciba Geigy.

ANFÄNGLICHE AUSFÜHRUNGSVERSUCHE

In Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1A war das Harzsystem auf Wasser basierend und enthielt 40 Teile Wasser und 120 Teile Scott-Bader Polidene-Harz (ein Acrylharz). Das Harzsystem von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2A enthielt 120 Teile von Ciba-Geigy CY1301/HY1300-Epoxid mit 40 Teilen Xylol als organisches Lösungsmittel.
Ansätze wurden wie folgt hergestellt: Gewichtsteile
Amgard und Ceepree sind eingetragene Marken.
Für die Zwecke dieser Beschreibung enthalten die Intumeszenz- Zusammensetzungen alle die Bestandteile dieser Ansätze mit der Ausnahme des Harzsystems und der optionellen Ausnahme des Titandioxids (das soll heißen, die Zusammensetzung kann oder kann nicht das letztere enthalten).
In den Beispielen 1 und 2 war die Superwool nicht entkörnt, und die vorstehend angegebenen Gewichte schließen den körnerförmigen Bestandteil ein, d.h. die Menge an Superwool- Fasern ist etwa 20 Gewichtsteile (5 Gew.%). Die Zusammensetzung der hier verwendeten Superwool-Fasern wurde ermittelt auf 59 bis 64 Gewichtsteile Silikondioxid, SiO&sub2;; 0 bis 3,5 Gewichtsteile Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;; 19 bis 23 Gewichtsteile Calciumoxid, CaO; und 14 bis 17 Gewichtsteile Magnesiumoxid, MgO.
Jeder Ansatz wurde auf eine Seite einer kleinen Aluminiumplatte zu einer Dicke von 500±50 µm aufgetragen. Eine Butan- Lötlampenflamme wurde dann auf die Beschichtung zur Einwirkung gebracht, und die Temperatur auf der Rückseite der Platte wurde unter Verwendung eines Thermoelements gemessen.
Weiterhin wurde jeder Ansatz zu einer Dicke von 500±50 µm auf eine Seite einer kleinen Stahlplatte aufgetragen, welche dann bei 700ºC für 3 Stunden in einen Ofen gesetzt wurde. Eine Butan-Lötlampenflamme wurde dann auf die Beschichtung zur Einwirkung gebracht, und die Temperatur auf der Rückseite der Platte wurde unter Verwendung eines Thermoelements gemessen.
Die in beiden Versuchstypen gemessenen Temperaturen sind in Celsiusgraden in der folgenden Tabelle angegeben
Daher ist ersichtlich, daß die Beispiele 1 und 2 effektiver sind als die Vergleichsversuche zur Verhinderung der Wärmeübertragung. Zusätzlich erschienen die Verkohlungen aus dem Ofen mechanisch stärker für die Beispiele 1 und 2 relativ zu den Vergleichsbeispielen zu sein.

WEITERE LEISTUNGSFÄHIGKEITSVERSUCHE

Auf dem Wasser schwimmende, auf Öl basierende und thermohärtende bevorzugte Zusammensetzungen wurden hergestellt durch Einrühren der vorstehend beschriebenen Mischungen K, Z oder A/S in jedes auf dem Wasser schwimmendes, auf Öl basierendes oder thermohärtendes Harzsystem wie untenstehend (alles in Gewichtsteilen) für den Vergleich mit zwei im Handel erhältlichen Intumeszenz-Farben angegeben ist, nämlich:
Nullifire S602 (unbekannter Harztyp in Xylol) und No-Fire C(auf dem Wasser schwimmendes Acrylsystem).

Zusammensetzung A

Intumeszenz-Pulvermischung K, A/S oder Z 55
Haloflex 202 30
Wasser 15

Zusammensetzung B

Intumeszenz-Pulvermischung K, A/S oder Z 55
Polidene 33-075 33
Wasser 12

Zusammensetzung C

Intumeszenz-Pulvermischung K 55
PVA-Copolymer (von Kemira Coatings) 30
Wasser 15

Zusammensetzung D

Intumeszenz-Pulvermischung K 55
Styrol-Acryl-Copolymer (von Kemira Coatings) 36
Wasser 9

Zusammensetzung E

Intumeszenz-Pulvermischung K 55
Maincote HG-54 43
Wasser 2
Zusammensetzung F
Intumeszenz-Pulvermischung K 45
CY1301 Epoxidharz 41,3
HY1300 Aminhärter 13,7

Zusammensetzung G

Intumeszenz-Pulvermischung K 45
P2400 Polyesterharz 50
PT810 Härter 5

Zusammensetzung H

Intumeszenz-Pulvermischung K 55
Vilkyd 122x50-Harz 36
Aceton 9
In diesen Zusammensetzungen wurde die Menge des zugesetzten Lösungsmittels nach Maßgabe des Lösungsmittelgehalts des Harzbestandteils eingestellt; die Fasermenge in den Beschichtungszusammensetzungen ist 4,4 Gew.% und in der trockenen Zusammensetzung 6 Gew.%, für jede der Zusammensetzungen A bis E und H. In den Zusammensetzungen F und G, in welchen kein Lösungsmittel zugegen ist, enthalten sowohl die Beschichtung und die trockene Zusammensetzung 3,6 Gew.% Fasern.
Auf dem Wasser schwimmende Epoxid- und auf Öl basierende Beschichtungen wurden entweder durch Aufbürsten oder Gießen auf Stahlsubstrate aufgebracht. Die Intumeszenz-Polyesterzusammensetzung wurde hergestellt durch Extrusion einer geschmolzenen Mischung aus Polyester und Mischung K, Z oder A/S, und das feste Extrudat wurde zerkleinert, gesiebt und zur Beschichtung eines Stahlsubstrats durch Pulverbeschichtung mit einer elektrostatischen Spritzpistole verwendet. Jede Beschichtung wurde geprüft, sowohl naß als auch trocken, um die Fluidkonsistenz und Qualität der Oberflächengüte festzustellen.

Aussehen (naß)

Intumeszenz-Pulvermischungen waren in die meisten Harzsysteme dispergiert, um eine glatte Konsistenz zu ergeben. Jedoch waren Aluminiumoxid/Silica-Fasern nicht kompatibel mit den meisten der auf Wasser schwimmenden Harze. Nur Haloflex 202- und Polidene 33-075-Harzsysteme ergaben verwendbare Beschichtungen in diesem Fall.

Flexibilitätsversuche

Die Flexibilität jeder Beschichtung wurde durch das Erichson- Eindrückungsverfahren geprüft, in welchem ein Kugellager veranlaßt wird, sich langsam in die Unterseite einer beschichteten Stahlplatte einzudrücken, wobei das Ausmaß der Eindrückung, die zur Erzeugung von Bruch notwendig war, gemessen und aufgezeichnet wurde auf einen Maßstab von 0 bis 15 mm. Die Beschichtungsdicke für jeden Ansatz war etwa 500 µm.

Kleine kennzeichnende BS 476 Teile 20 und 21-Versuche

BS 476 Teil 20 spezifiziert eine Temperaturanforderung und einen Apparat für ihre Erzielung, und die Kreise in der Figur zeigen die Temperaturbetriebsbedingungen für eine in die Versuchsapparatur eingeführte Metallplatte. Der tatsächlich zur Untersuchung jedes Ansatzes verwendete Apparat war kleiner als die offizielle Version, woraus eine Änderung der Temperaturbetriebsbedingungen zu denjenigen resultierte, die durch Quadrate angegeben sind, mit einem langsameren anfänglichen Temperaturanstieg. Von den Resultaten aus dieser Apparatur wird erwartet, daß sie "kennzeichnend" sind für die Resultate aus dem Versuch im großen Maßstab. In dieser Apparatur war die Zeit für eine unbeschichtete Metallplatte um 550ºC zu erreichen 30 Minuten, im Vergleich zu 11 Minuten in der offiziellen Version. BS 476 Teil 21 legt eine Prozedur fest, die zur Untersuchung struktureller Glieder bestimmt ist.
Eine ausreichende Masse von jedem Ansatz wurde auf eine Stahlplatte der Größe 6 cm x 10 cm aufgebracht, um eine Trockenfilmdicke von 1 mm vorzusehen. Ein Loch wurde in die Unterseite der Platte für die Einführung eines Thermoelements gebohrt. Die Platte wurde mit Keramikwolle bedeckt, wobei nur die beschichtete Oberfläche freigelassen wurde, und die Anordnung wurde in einen Elektroofen gesetzt, der in der Lage war, einen durchschnittlichen Temperaturanstieg von 15ºC/Minute bis zu einem Maximum von 1000ºC zu erzielen. Die Zeit, in welcher die Platte eine Temperatur von 550ºC erreichte, wurde für jeden Beschichtungsansatz aufgezeichnet, und die Höhe der Verkohlung wurde am Ende jedes Versuchs gemessen.
In diesem Versuch wird eine Differenz von einer Minute als bedeutsam betrachtet.

Rauchversuche

Eine ausreichende Menge jeden Ansatzes wurde auf eine Stahlplatte der Größe 7,5 cm x 7,5 cm aufgebracht, um eine Trockenfilmdicke von 1 mm vorzusehen. NBS-Rauchversuche wurden dann gemäß BS6401 1983 (Nichtentflammodus) durchgeführt und die spezifische optische Dichte Ds für jeden Ansatz als Mittelwert von drei Messungen aufgezeichnet.
Bis hierher hat sich die Beschreibung stark auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Intumeszenz-Zusammensetzungen in der Ausbildung von Beschichtungszusammensetzungen und die Anwendung der Beschicktungszusammensetzungen auf zusammenhängende Substrate wie solche aus Stahl konzentriert. Jedoch können erfindungsgemäße Intumeszenz-Zusammensetzungen alternative Verwendungen haben; sie können zum Beispiel als aktive Füllstoffe für jedes Polymermaterial dienen, und die lösungsmittelfreie Beschichtungszusammensetzung von Beispiel G kann in der Tat als gefülltes Polymer betrachtet werden, weil das Polymer eine Masse festen Kunststoffmaterials ist, bevor es zu Pulver gemahlen wird. Intumeszenz-Mastix- und Dichtungszusammensetzungen sind ebenfalls einschlägig gut bekannt, und eine erfindungsgemäße Intumeszenz-Zusammensetzung könnte auch als ein aktives Füllmaterial für diese Verwendung dienen.
Darüber hinaus sind erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzungen nützlich anwendbar auf andere Formen von Substraten, zum Beispiel Fasermatten des Typs, welcher in Möbeln (insbesondere Flugzeugsitzen) als eine Zwischenlage zwischen einem Schaumpolster und einer Gewebeabdeckung verwendet werden könnte, um den Schaum gegen eine äußere Feuerquelle zu schützen.
Glas- oder Mineralfasermatten oder Faserpapiere werden gewöhnlich mit einem Bindemittel zusammengehalten, und sobald Hitze einwirkt, zersetzt sich das Bindemittel und macht die Matte weich und brüchig. Um die Wirksamkeit einer erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung bei einer thermischen Isolierung des Bindemittels in der Gegenwart von Feuer zu testen, wurde in Anlehnung an FAR (Fire Proof and Fire Restistance Tests) Teil 23 ein Versuch ersonnen.
Aus kontinuierlichen Glasfäden bestehende Fasermatten Vetrotex, mit und ohne eine Beschichtung entsprechend der Zusammensetzung von Beispiel A (K), und Superwool X607-Papier, mit und ohne eine Beschichtung entsprechend der Zusammensetzung von Beispiel A (Z), wurden bei 1000ºC für 5 Minuten in einen Ofen gesetzt. Falls nach Abkühlung die Matte ein Gewicht von 50 gm in der Form eines langen Glasstabes tragen konnte, hatte sie den Test bestanden, aber falls die Fasern brachen, versagte die Matte (FAR Teil 23 gibt an, daß sich die getesteten Teile für die Zuerkennung eines Bestehens in einem arbeitsfähigen Zustand befinden müssen).
Die beiden unbeschichteten Matten fielen aus, und die beiden beschichteten Matten bestanden den Test. Somit kann die Verwendung einer erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung die Zersetzung des Fasermattenbindemittels signifikant verzögern.

Claims

1. Intumeszenz-Zusammensetzung mit einem darin eingearbeiteten salzlöslichen anorganischen Silikat-Fasermaterial, enthaltend CaO, MgO und nicht mehr als 4 Gew.% Al&sub2;O&sub3;.

2. Intumeszenz-Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der die Fasern des Fasermaterials aus einem Calcium-Magnesium-Silikat gebildet sind.

3. Intumeszenz-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in der das Fasermaterial glasartig ist.

4. Intumeszenz-Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in der die Fasern des Fasermaterials eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 10 und 500 Mikrometer haben.

5. Intumeszenz-Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in der die Fasern des Fasermaterials beschichtet oder chemisch behandelt sind.

6. Intumeszenz-Zusammensetzung nach Anspruch 5, in der die Fasern eine metallische Beschichtung haben.

7. Intumeszenz-Zusammensetzung nach Anspruch 5, in der die Fasern mit Siliciumwasserstoff behandelt sind.

8. Intumeszenz-Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in der die Fasern des Fasermaterials 5 bis 30 Gew.% der Zusammensetzung bilden.

9. Beschichtungszusammensetzung für die Bereitstellung einer aufschäumenden Beschichtung, enthaltend eine Intumeszenz-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und ein filmbildendes Harzsystem.

10. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 9, in der das Harzsystem auf Wasser basiert.

11. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 9 oder 10, in der das Harzsystem ein Acrylharz einschließt.

12. Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 10, in der das Harzsystem ein PVA-Copolymer einschließt.

13. Beschichtungszusammensetzung, geeignet für die Bereitstellung einer Intumeszenz-Beschichtung durch Pulverbeschichtung, umfassend eine Intumeszenz-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einem wärmeaushärtenden Harzpulver.

14. Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, in der die Fasern des Fasermaterials 2 bis 20 Gew.% der Beschichtungszusammensetzung bilden.

15. Zusammensetzung, welche ein Polymer enthält oder welche in Form eines Mastixharzes oder einer Dichtungsmasse vorliegt und welche auch eine Intumeszenz-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält.