EP0353540A2 - Einlage für Feuerschutztüren mit Kieselsol - Google Patents

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EP0353540A2
EP0353540A2 EP89113178A EP89113178A EP0353540A2 EP 0353540 A2 EP0353540 A2 EP 0353540A2 EP 89113178 A EP89113178 A EP 89113178A EP 89113178 A EP89113178 A EP 89113178A EP 0353540 A2 EP0353540 A2 EP 0353540A2
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EP
European Patent Office
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layer
wall element
element according
water
hydroxide
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EP89113178A
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EP0353540A3 (de
EP0353540B2 (de
EP0353540B1 (de
Inventor
Hans Kummermehr
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Saint Gobain Isover G+H AG
Original Assignee
Gruenzweig und Hartmann AG
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Application filed by Gruenzweig und Hartmann AG filed Critical Gruenzweig und Hartmann AG
Publication of EP0353540A2 publication Critical patent/EP0353540A2/de
Publication of EP0353540A3 publication Critical patent/EP0353540A3/de
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Publication of EP0353540B2 publication Critical patent/EP0353540B2/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B5/00—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor
    • E06B5/10—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor for protection against air-raid or other war-like action; for other protective purposes
    • E06B5/16—Fireproof doors or similar closures; Adaptations of fixed constructions therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/78—Heat insulating elements
    • E04B1/80—Heat insulating elements slab-shaped
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/70—Door leaves
    • E06B3/7015—Door leaves characterised by the filling between two external panels
    • E06B2003/7042—Door leaves characterised by the filling between two external panels with a fire retardant layer

Definitions

  • the invention relates to a fire-resistant, heat-reducing wall element, in particular as an insert for a fire-retardant door, according to the preamble of claim 1 and a method for its production according to the preamble of claim 14.
  • the fire resistance is determined by the duration at which a certain temperature increase on one side of the wall element, the other side of the wall element below a certain limit temperature, for. B. 180 ° C remains.
  • the service life of the wall element until this limit temperature is reached on the cold side in minutes gives the fire resistance class, whereby according to DIN 4102, Part 5 z. B. the classification in fire resistance class F 30 a 30-minute service life F 90 means a 90-minute service life, etc.
  • thermal insulation measures alone can only delay the rise in temperature to a limited extent on the cold side, and that this requires relatively large wall thicknesses.
  • thermal insulation materials with a correspondingly high thermal resistance on the one hand and under the wall temperatures sufficient temperature resistance on the other hand are not available, with the exception of asbestos, which is not to be used infologe its health-endangering effects.
  • Mineral wool such as rock wool, sinters together from the hot side under the high fire temperatures and thus loses its effectiveness as a thermal insulation material relatively quickly on the hot side, so that relatively large wall thicknesses are required;
  • mineral wool has a relatively low heat capacity and can therefore only delay the temperature rise on the cold side by its own heat absorption at low wall thicknesses.
  • Gypsum in particular is in practical use as a material for a layer that can delay the temperature rise on the cold side due to the storage of latent heat due to phase change.
  • the relatively high enthalpy is used when the crystal water is split off, which occurs from approx. 50 ° C.
  • gypsum as a layer with the dimensions required in practice can only be handled in the form of so-called gypsum plasterboard, with a layer of gypsum being laminated on both sides with cardboard.
  • the cardboard lining naturally increases the fire load and promotes the formation of flammable smoldering and decomposition gases.
  • DE-OS 30 23 632 sodium metasilicate has become known, a substance which melts at about 48 ° C. while absorbing heat in its own crystal water and is stable in the molten state.
  • the problem here is that the melt with a relatively low viscosity is formed even at the lowest temperatures and, of course, has a tendency to accumulate in the lower region of the available space.
  • the hot upper area is completely bared of the material of the layered fire protection zone, so that the temperature on the cold side rises there in a sudden leap.
  • the sodium metasilicate should be embedded in an open-pore support structure made of a wettable material, for example granulated mineral wool, to avoid draining away too quickly.
  • a substance is also to be introduced which binds the melt and forms a doughy or solid mass with it. It has been shown that the outflow of the melt can be delayed with such measures. Another question is the low melting point of sodium metasilicate of approx.
  • the heat transfer reducing wall element is known.
  • two insulation layers made of bound mineral wool combined with at least one fire protection zone made of a granulate made of alkali or alkaline earth carbonate, the granulate being coated with an inorganic binder, e.g. B. magnesia binder.
  • This known wall element offers sufficient resistance to fire; however, since the material of the fire protection zone consists of alkali or alkaline earth carbonate in the form of granules, the fire protection zone is relatively wide, which leads to a relatively large structural thickness of the wall element. In addition, the known wall element is very heavy and prone to breakage.
  • the invention has for its object to provide a wall element of the type specified in the preamble of claim 1, which in combination with mineral fiber insulation layers a high fire resistance class such as F 90 according to DIN 4102, Part 5 with a reduced thickness and reduced compared to the prior art Can easily reach weight.
  • Substances are used as hydroxides or binders to ensure that no flammable and / or toxic gases are generated in the event of a fire.
  • As water-releasing hydroxides aluminum hydroxide Al (OH) 3 or z.
  • Magnesium hydroxide Mg (OH) 2, calcium hydroxide Ca (OH) 2, - iron hydroxide Fe (OH) 3 or FeO (OH) are used, which are converted into the corresponding oxides Al2O3, MgO, CaO, Fe2O3 etc. with elimination of water .
  • the conversion of the hydroxides into the corresponding oxides is an endothermic reaction, whereby heat is absorbed becomes. Furthermore, water is released in a heat-consuming endothermic reaction, which escapes in the form of water vapor.
  • the binder has the function of binding the water-releasing hydroxide in the form of a layer on at least one insulation layer.
  • Aluminum hydroxide Al (OH) 3 (hydrargillite) changes to AlO (OH) (boehmite) when heated to approx. 150 ° C, which changes to gamma-aluminum oxide at approx. 2 Al (OH) 3 ---- ⁇ 2 AlO (OH) ---- ⁇ Al2O3
  • aluminum hydroxide is available in a variety of different preparations, e.g. B. available as a martinal (registered trademark of the Martinswerk, Bergheim) on the market.
  • the measure of using the water-releasing hydroxide in different fractions with at least two particle size ranges leads to a higher packing density of the hydroxide.
  • increasing the packing density has the advantage that more mass with endothermic and water-releasing properties can be introduced into the layer and, on the other hand, that the proportion of the more expensive binder can be reduced if necessary.
  • the increase in the packing density leads to less shrinkage of the layer during drying, as a result of which crack formation can be largely suppressed.
  • the average grain size of the finest fraction is less than 2 microns ensures that this fraction fits well into the packing gaps formed by the spherical packing of the largest fraction with an average grain size below 100 microns and in particular lower 30 microns and thereby a tightly packed Compound of the dehydrating hydroxide, e.g. B. the aluminum hydroxide is formed.
  • Silica sol is a colloidal solution of amorphous silicon dioxide in water, to which small amounts of alkali are added to stabilize it in technical qualities.
  • Commercial silica sols which occur as anionic or as cationic silica sols contain, for example, 15 to 45% by weight of solids, calculated as SiO2.
  • Anionic silica sol with a solids content of 30 to 45% by weight, in particular 40% by weight, is preferably added to the layer between the insulating layers of bound mineral wool of the wall element according to the invention as silica sol.
  • silica sol serves as a binder and also splits off water during the transition to the crosslinked gel state and during aging and during heating, with the formation of silicon dioxide according to the following equation: Si (OH) 4 ---- ⁇ SiO (OH) 2 ---- ⁇ SiO2.
  • Aluminum hydroxide in the form of the commercial article Martinal is inert in the pH range between 3.5 and 10.5 and is insoluble in acids and alkalis. Therefore the mixture of Al (OH) 3 (pH about 9.1) and silica sol (pH about 9 to 10) resistant.
  • a water glass e.g. Potassium or sodium water glass can be used in aqueous solution.
  • Such solutions are strongly basic so that they slowly attack aluminum hydroxide. If this reaction interferes with water glass, Mg (OH) 2, Ca (OH) 2, Fe (OH) 3 or FeO (OH) or another hydroxide instead of aluminum hydroxide or a mixture of such hydroxides together with water glass can be used as the water-releasing hydroxide will.
  • any water-releasing hydroxide e.g. Mg (OH) 2, Ca (OH) 2, Fe (OH) 3, FeO (OH) or a mixture of such hydroxides can be used together with silica sol.
  • the silica sol solidifies in the layer over a period of 2 to 8 hours. It can e.g. B. can be significantly shortened by heating or microwave drying.
  • the water from the moist mixture of hydroxide and a water glass or silica sol is distributed to a small extent in the underlying insulation layer and can evaporate over time.
  • the strength of the layer is not dependent on the complete removal of the water, since it is based primarily on the transition of the water glass or silica sol to the crosslinked gel state.
  • a second layer of insulation can also be placed on top of the still damp layer and evenly bonded to the layer made of the plastic mass by light pressure.
  • the silica sol By changing the silica sol to the cross-linked gel state, the two insulation layers are irreversibly connected or glued to one another in this procedure.
  • the binder is an organic substance, such as a polysaccharide, a polysaccharide derivative, in particular a polysaccharide ether, preferably a cellulose ether, such as. B. Tylose (registered trademark) or adding a synthetic resin has the advantage that drastic savings in binder can be achieved if necessary by this measure.
  • the organic additive for example tylose, even if it is used in fire-irrelevant concentrations of well below 1% by weight, based on the mixture of hydroxide and binder, still has such a bondability or adhesive strength of the hydroxide / binder Mixture has the effect that the usual binder concentration can be reduced by a factor of approx. 2 to 5. This results in an economical saving of binders, especially the relatively expensive silica brine.
  • the wall element produced in this way has sufficient fire resistance for normal applications. If there is an increased requirement for fire resistance, one or more insulation layers can be stacked in the same way with the wall element produced in this way.
  • the thickest possible insulation layers made from bound mineral wool can be used.
  • the thickness of the insulation layers is limited by the prescribed maximum thickness of fire protection doors and by the high weight of fire protection doors with very thick insulation layers.
  • panels with a thickness of 20 to 40 mm, in particular 30 mm and a bulk density of 140 to 280 kg / m2, in particular 200 kg / m2, have proven themselves as insulation layers.
  • the layer of inorganic material is applied in a thickness of 2 to 5 mm, in particular 3 mm, so that the layer 3 has a basis weight of 5 to 10 kg / m2, in particular 7 to 8 kg / m2.
  • the outer insulation layer made of mineral wool facing the respective fire initially insulates the layer of inorganic material, which also serves as a fire protection zone, and protects it from direct flame access, so that the latter is only later exposed to the full flame effect .
  • the second mineral wool insulation layer remains, which is arranged on the cold side in order to effect the required insulation on the cold side. This insulation layer is protected by the layer acting as a fire protection zone and can therefore fully develop its insulation effect over a long period of time.
  • the layer has a nonwoven, in particular a nonwoven made of glass fibers, the cracking in the layer of water-releasing hydroxide and binder during the drying process and in particular during rapid drying, for. B. reduced or prevented under 4 min at 600 ° C.
  • the fleece is integrated into the solidifying mass so that a heterogeneous layer is formed which contains water-releasing hydroxide, e.g. B. aluminum hydroxide, inorganic binder, e.g. B. contains silica sol and the fleece.
  • Another advantage of this measure is that the layer has a reinforcement due to the fleece lying on it, which improves handling during production.
  • rock wool as mineral wool has the advantage that it is very temperature-resistant on the one hand and, on the other hand, inexpensive in the required packaging, e.g. B. is to be produced as a plate.
  • the figure shows a view of the wall element according to the invention.
  • the wall element 1 consists of two insulating layers 2, 2a made of mineral wool, between which a layer 3, made of a mixture of a water-releasing hydroxide and a silica sol, is arranged.
  • Layer 3 serves as a fire protection layer since, in the event of a fire, it converts to aluminum oxide or silicon dioxide when heated and not only releases water vapor during this endothermic conversion, but also a large one Amount of energy consumed. Furthermore, the layer 3 forms a tight protective shield for the insulation layer 2 or 2a, which is turned away from the fire.
  • the layer 3 delays the sintering together of the insulation layer 2a or 2 facing away from the fire, as a result of which a rapid rise in temperature on the cold side can be avoided.
  • the wall element according to the invention serves in particular as an insert for a fire-retardant door.
  • the wall element 1 can be prefabricated on the one hand in the form of a double-layer plate sandwich and inserted between the sheet steel shells of a fire protection door.
  • an insulation layer in a steel sheet shell of the fire protection door it is possible to insert an insulation layer in a steel sheet shell of the fire protection door, to apply the layer of the mixture of a water-releasing hydroxide and a silica sol to the insulation layer and then to fit the second insulation layer on the layer in the steel sheet shell for the fire protection door, after which the two insulation layers be dried and cured.
  • aluminum hydroxide is used as the water-releasing hydroxide in two fractions with different grain size ranges
  • silica sol is used as the inorganic binder.
  • silica sol for example, dissolved water glass can also be used as the inorganic binder.
  • the ingredients are mixed e.g. B. in a screw conveyor and brings the homogeneous mixture obtained onto one of the two insulation layers in a uniform layer. Then layer 3 is dried or, if necessary, the second insulation layer is applied to the still moist layer, pressed on and dried.
  • tylose is used as an organic additive
  • a further advantageous embodiment uses a glass fiber fleece to reinforce layer 3, which for example has a weight of 50 g / m 2.
  • the fleece is on the layer 3 of aluminum hydroxide and binder z. B. applied by rolling, the fleece is connected to the layer 3 after drying and curing.
  • a fleece applied to the hydroxide mixture reduces the formation of cracks, particularly when the layer 3 is subjected to rapid drying, e.g. B. 3 min at 600 O C.
  • the embodiment of the process according to the invention is particularly economical since the process can be carried out continuously or semi-continuously and the mixture can be produced in accordance with its consumption for the production of the layer.

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Abstract

Ein feuerwiderstandsfähiges, den Wärmedurchgang reduzierendes Wandelement (1) mit mindestens 2 Dämmlagen (2, 2a) aus gebundener Mineralwolle enthält eine zwischen den Dämmlagen (2, 2a) angeordnete Schicht (3), die aus einem Gemisch aus einem wasserabspaltenden Hydroxid und einem anorganischen Bindemittel wie Wasserglas oder Kieselsol hergestellt ist. Die Schicht (3) erhöht die Feuerwiderstandsfähigkeit des Wandelementes (1), das daher insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür geeignet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein feuerwiderstandsfähiges, den Wärmedurchgang reduzierendes Wandelement, insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür, nach dem Ober­begriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
  • Zur Erzielung einer hohen Feuerwiderstandsklasse bei wandartigen Bauelementen ist man bestrebt, Wärmedämmla­gen mit Feuerschutzzonen zu kombinieren, deren Wärme­aufnahmevermögen dadurch wesentlich erhöht ist, daß beim Temperaturanstieg im Brandfalle endotherme chemische Reaktionen oder Phasenumwandlungen ablaufen. Bekanntlich bestimmt sich die Feuerwiderstandfähigkeit 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, wo­bei nach DIN 4102, Teil 5 z. B. die Einstufung in die Feuerwiderstandsklasse F 30 eine 30-minütige Standzeit bedeutet, F 90 eine 90-minütige 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. Darüber­hinaus stehen Wärmedämmstoffe mit entsprechend hohem Wärmedurchlaßwiderstand einerseits und unter den Wand­temperaturen ausreichender Temperaturbeständigkeit an­dererseits nicht zur Verfügung, mit Ausnahme von Asbest, das infologe seiner gesundheitsgefährdenden Auswirkungen nicht verwendet werden soll. Mineralwolle, wie 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 rela­tiv große Wanddicken erforderlich sind; weiterhin weist Mineralwolle eine realtiv 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 dem Temperatur­anstieg an der kalten Seite verzögern kann, ist insbe­sondere Gips im praktischen Einsatz. Dabei wird die re­lativ 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 orga­nischen 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 nied­riger Viskosität bereits bei niedrigsten Temperaturen gebildet wird und natürlich die Tendenz hat, sich im unteren Bereich des zur Verfügung stehenden Raumes an­zusammeln. Hierdurch wird gerade der heiße obere Bereich vollständig von dem Material der schichtförmigen Feuer­schutzzone 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 de 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 gezeigt, daß mit derar­tigen Maßnahmen das Abfließen der Schmelze verzögert werden kann. Eine andere Frage ist der niedrige Schmelz­punkt von Natrium-Metasilicat von ca. 50°C, der auch ohne Brand unter ungünstigen Einflüssen erzielt werden kann, so daß sich in einem ungünstigen Fall auch ohne Brandausbruch Schmelze bilden und im Bodenbereich ansam­meln kann, was aber im Brandfall die Feuerwiderstands­fähigkeit des Wandelementes in der Regel nicht stark verringert.
  • Aus der DE-OS 35 10 935 ist ein gattungsgemäßes feuer­widerstandsfähiges, den Wärmedurchgang reduzierendes Wandelement bekannt. Beim bekannten Wandelement sind die beiden Dämmlagen aus gebundener Mineralwolle mit minde­stens einer Feuerschutzzone aus einem Granulat aus Al­kali- oder Erdalkalikarbonat kombiniert, wobei das Gra­nulat durch ein anorganisches Bindemittel, z. B. Magne­siabinder, 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 be­steht, ist die Feuerschutzzone relativ breit, was zu einer relativ großen Baudicke des Wandelements führt. Außerdem ist das bekannte Wandelement sehr schwer und bruchanfällig.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement der im Oberbegriff des Anspruches 1 an­gegebenen Gattung zu schaffen, welches in Kombination mit Mineralfaser-Dämmlagen eine hohe Feuerwiderstands­klasse 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 vorrichtungstechnisch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und verfahrenstechnisch due die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 14.
  • Als Hydroxide bzw. Bindemittel werden Stoffe verwendet, die sicherstellen, daß im Brandfalle keine brennbaren und/oder giftigen Gase erzeugt werden. Als wasserabspal­tende Hydroxide können Aluminiumhydroxid Al(OH)₃ oder z. B. Magnesiumhydroxid Mg(OH)₂, Kalziumhydroxid Ca(OH)₂,- Eisenhydroxid Fe(OH)₃ bzw. FeO(OH) eingesetzt werden, die unter Wasserabspaltung in die entsprechenden Oxide Al₂O₃, MgO, CaO, Fe₂O₃ usw. überführt werden. Die Um­wandlung der Hydroxide in die entsprechenden 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.
  • Das Bindemittel hat hierbei die Funktion das wasser­abspaltende Hydroxid auf wenigstens einer Dämmlage in Form einer Schicht zu binden.
  • Aluminiumhydroxid Al(OH)₃ (Hydrargillit) geht bei Er­wärmung auf ca. 150°C in AlO(OH) (Böhmit) über, der bei ca. 400°C unter Wasserabspaltung in Gamma-Aluminiumoxid übergeht:
    2 Al(OH)₃ ----→ 2 AlO(OH) ----→ Al₂O₃
    Außerdem steht Aluminiumhydroxid in einer Vielzahl von unterschiedlichen Präparationen, z. B. als Martinal (eingetragenes Warenzeichen des Martinswerkes, Bergheim) auf dem Markt zu Verfügung.
  • Die Maßnahme, das wasserabspaltende Hydroxid in unter­schiedlichen Fraktionen mit mindestens zwei Korngrößen­bereichen einzusetzen, führt zu einer größeren Packungs­dichte des Hydroxids. Die Erhöhung der Packungsdichte hat einerseits den Vorteil, daß mehr Masse mit endo­thermen und wasserabspaltenden Eigenschaften in die Schicht eingetragen werden kann und andererseits, daß der Anteil des teureren Bindemittels bei Bedarf gesenkt werden kann.
  • Selbstverständlich können - insbesondere zur weiteren Einsparung von Bindemittel - mehrere hinsichtlich ihrer Korngröße aufeinander abgestimmte Fraktionen unter Um­ständen auch unterschiedlicher wasserabspaltender Hydroxide verwendet werden.
  • Desweiteren führt die Erhöhung der Packungsdichte zu einer geringeren Schwindung der Schicht während des Trockens, wodurch eine Rißbildung weitgehend unterdrückt werden kann.
  • Dadurch, daß die mittlere Korngröße der feinsten Frak­tion under 2 µm liegt, ist gewährleistet, daß diese Fraktion sich gut in die durch die Kugelpackung der größsten Fraktion mit einer mittleren Korngröße unter 100 µm und insbesondere untere 30 µm ausgebildeten Packungslücken einfügt und hierdurch ein dicht gepackter Verbund des wasserabspaltenden Hydroxides, z. B. des Aluminiumhydroxids gebildet wird.
  • Kieselsol ist eine kolloide Lösung von amorphem Sili­ziumdioxid 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 Schicht zwischen dem 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 erfindungsgemäß 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 Gleichung:
    Si(OH)₄ ----→ SiO(OH)₂ ----→ SiO₂.
    Aluminiumhydroxid in Form des Handelsartikels Martinal ist im pH-Bereich zwischen 3,5 und 10,5 inert und unlös­lich in Säuren und Laugen. Deshalb ist die Mischung von Al(OH)₃ (pH etwa 9,1) und Kieselsol (pH etwa 9 bis 10) beständig.
  • Statt Kieselsol kann jedoch als Mischungsbestandteil ein Wasserglas, z.B. Kalium- oder Natriumwasserglas in wäß­riger Lösung eingesetzt werden. Solche Lösungen sind stark basisch, so daß sie Aluminiumhydroxid langsam an­greifen. 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 oder eine Mischung solcher Hydroxide zusammen mit Wasserglas eingesetzt werden.
  • Es kann aber auch ein beliebiges wasserabspaltendes Hydroxid, z.B. Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Fe(OH)₃, FeO(OH) oder eine Mischung solcher Hydroxide 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 aufgetra­gen wird.
  • Das Verfestigen des Kieselsols in der Schicht erfolgt in einem Zeitraum von 2 bis 8 Stunden. Es kann z. B. durch Heizen oder Mikrowellentrocknung erheblich abgekürzt werden. Das Wasser aus dem feuchten Gemisch aus Hydroxid und einem Wasserglas oder Kieselsol verteilt sich zu einem geringen Teil in der unterliegenden Dämmlage und kann im Verlauf der Zeit verdunsten. Die Festigkeit der Schicht ist jedoch nicht von einer vollständigen Ent­fernung des Wassers abhängig, da sie vor allem auf dem Übergang des Wasserglases bzw. Kieselsols in den ver­netzten Gelzustand beruht.
  • Es kann jedoch auch auf die noch feuchte Schicht eine zweite Dämmlage aufgelegt und durch leichten Druck mit der Schicht aus der plastischen Masse gleichmäßig ver­bunden werden. Durch Übergang des Kieselsols in den vernetzten Gelzustand werden bei dieser Vorgehensweise die beiden Dämmlagen miteinander irreversibel verbunden bzw. verklebt.
  • Dem Bindemittel einen organischen Stoff, wie ein Poly­saccharid, ein Polysaccharidderivat, insbesondere ein Polysaccharidether, vorzugsweise ein Celluloseether, wie z. B. Tylose (eingetragenes Warenzeichen) oder ein Kunstharz zuzusetzen, hat den Vorteil, daß durch diese Maßnahme bei Bedarf drastische Einsparungen an Binde­mittel erzielt werden können. Dies liegt darin begrün­det, daß der organische Zusatz, beispielsweise Tylose, auch wenn er in brandtechnisch irrelevanten Konzentra­tionen von weit unter 1 Gew.-% bezogen auf die Mischung aus Hydroxid und Bindemittel eingesetzt wird, noch eine solche Bindefähigkeit bzw. Klebekraft des Hydroxid/Bin­demittel-Gemisches bewirkt, daß die sonst übliche Bin­demittelkonzentration um einen Faktor von ca. 2 bis 5 vermindert werden kann. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Einsparung von Bindemittel, insbesondere des relativ teuren Kieselsoles.
  • 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.-% Aluminiumhydroxid und 15 Gew.-% Kieselsol, eingesetzt. Es ist auch mög­lich, anstelle eines Teils des Aluminiumhydroxids oder zusätzlich zu Aluminiumhydroxid Ton oder Tonerde oder ein Tonmineral in Form eines Pulvers oder einer wäßrigen Aufschlämmung zu verwenden.
  • Für gewöhnliche Anwendungen besitzt das so hergestellte Wandelement ausreichende Feuerwiderstandsfähigkeit. Bei einer erhöhten Anforderung an die Feuerwiderstandsfä­higkeit können noch eine oder mehrere Dämmlagen in gleicher Weise mit dem so hergestellten Wandelement sandwichartig gestapelt werden.
  • 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 Schicht aus anorganischem Material wird in einer Dicke von 2 bis 5 mm, insbesondere 3 mm aufgetragen, so daß die Schicht 3 ein Flächengewicht von 5 bis 10 kg/m², insbesondere 7 bis 8 kg/m² besitzt. Mit einem solchen Wandelement 1, welches bei Bedarf symmetrisch aufgebaut sein kann, 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 Schicht aus anor­ganischem Material, die gleichzeitig als Feuerschutzzone dient, dämmt und vor unmittelbarem Flammenzutritt schützt, so daß letztere erst später der vollen Flam­menwirkung ausgesetzt ist. In diesem Fall verbleibt die zweite Dämmlage aus Mineralwolle, die auf der kalten Seite angeordnet is, um die erforderliche Dämmung der kalten Seite zu bewirken. Diese Dämmlage ist durch die als Feuerschutzzone wirkende Schicht geschützt und kann somit ihre Dämmwirkung über lange Zeit hinweg voll ent­falten.
  • Dadurch, daß die Schicht ein Vlies, insbesondere ein Vlies aus Glasfasern aufweist, wird die Rißbildung in der Schicht aus wasserabspaltendem Hydroxid und Binde­mittel während des Trocknungsvorganges und insbesondere während einer Schnelltrocknung, z. B. unter 4 min bei 600°C vermindert bzw. verhindert. Das Vlies wird hiebei in die erstarrende Masse integriert, so daß eine hete­rogene Schicht gebildet wird, die wasserabspaltendes Hydroxid, z. B. Aluminiumhydroxid, anorganisches Binde­mittel, z. B. Kieselsol und das Vlies enthält.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist es, daß die Schicht aufgrund des ihr aufliegenden Vlieses eine Ar­mierung aufweist, die die Handhabbarkeit während der Produktion verbessert.
  • Steinwolle als Mineralwolle einzusetzen, hat den Vor­teil, daß diese zum einen sehr temperaturbeständig ist und zum anderen kostengünstig in der erforderlichen Konfektionierung, z. B. als Platte herzustellen ist.
  • 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, 2a aus Mineralwolle, zwischen denen eine Schicht 3, hergestellt aus einem Gemisch aus einem wasserabspaltendem Hydroxid und einem Kieselsol, angeordnet ist. Die Schicht 3 dient dabei als Feuerschutzschicht, 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 Schicht 3 nach ihrer Erhitzung einen dichten Schutzschild für die Dämmlage 2 oder 2a, die dem Feuer abgewandt ist. Während die dem Feuer zugewandte Dämmlage unter der Hitzeein­wirkung relativ rasch zusammensintert, verzögert die Schicht 3 das Zusammensintern der dem Feuer abgewandten Dämmlage 2a bzw. 2, wodurch ein schneller Temperaturan­stieg an der kalten Seite vermieden werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Wandelement dient insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür. Zur Herstellung ei­ner solchen Tür kann das Wandelement 1 einerseits in Form eines doppellagigen Plattensandwiches vorgefertigt und zwischen den Stahlblechschalen einer Feuerschutztür eingefügt werden. Andererseits ist es möglich, eine Dämmlage in eine Stahlblechschale der Feuerschutztür einzulegen, die Schicht aus dem Gemisch aus einem was­serabspaltenden Hydroxid und einem Kieselsol auf die Dämmlage aufzubringen und dann die zweite Dämmlage auf die Schicht in die Stahlblechschale für die Feuerschutz­tür einzupassen, wonach die beiden Dämmlagen getrocknet und ausgehärtet werden.
  • Weiterhin ist auch die Vorfertigung einer über die Schicht 3 verbundenen Verbundplatte möglich, die dann nach Aushärtung der Schicht 3 als einstückiges Wandele­ment 1 dient.
  • Nach einem besonders bevorzugten Verfahren setzt man Aluminiumhydroxid als wasserabspaltendes Hydroxid in zwei Fraktionen mit unterschiedlichen Korngrößenberei­chen sowie Kieselsol als anorganisches Bindemittel ein. Bevorzugt ist hierbei eine Mischung von 15,3 Gew.-% Aluminiumhydroxid mit einem Korngrößenbereich von 0,9 bis 1,3 µm, 61,2 Gew.-% Aluminiumhydroxid mit einem Korngrößenbereich von 15 bis 25 µm in fester Form oder in Form einer plastischen wäßrigen Aufschlämmung sowie 23,5 Gew.-% Kieselsol. Anstelle des Kieselsols kann auch beispielsweise gelöstes Wasserglas als anorganisches Bindemittel verwendet werden.
  • Die Verwendung eines wasserabspaltenden Hydroxids mit zwei unterschiedlichen Korngrößenfraktionen bewirkt durch das Ausfüllen der Packungslücken der gröberen Fraktion durch die Partikel der kleineren Fraktion eine dichtere Packung des sich endotherm umwandelnden Hy­droxid-Materials. Ferner kann hierdurch relativ teures Bindemittel eingespart werden.
  • Aufgrund des angegebenen Konzentrationsverhältnisses zwischen Hydroxid und Bindemittel wird eine Durchfeuch­tung der unterliegenden bzw. der ggf. aufgelegten Dämm­lage weitgehend vermieden, da das wasserabspaltende Hydroxid nicht mehr absedimentiert und damit nicht in die Fasern der Dämmlage eingespült wird.
  • Die Bestandteile vermischt man z. B. in einer För­derschnecke und bringt das erhaltene homogene Gemisch auf eine der beiden Dämmlagen in einer gleichmäßigen Schicht auf. Anschließend wird die Schicht 3 getrocknet oder ggf. die zweite Dämmlage auf die noch feuchte Schicht aufgebracht, angedrückt und getrocknet.
  • Es ist jedoch auch vorteilhaft möglich, durch einen ge­ringen, brandtechnisch hinsichtlich seiner Menge irre­levanten Zusatz eines organischen Stoffes, wie z B. Tylose oder Stärke, Kieselsol oder Wasserglas aus Ko­stengründen zu ersetzen, da solche Polysaccharide bzw. Polysaccharidderivate schon in geringen Mengen eine re­lativ hohe Klebekraft haben und somit das anorganische Bindemittel zum Teil ersetzen können. Dies gilt eben­falls für eine Vielzahl von wasserlöslichen Kunstharzen.
  • Wenn Tylose als organischer Zusatz Verwendung findet, wird bevorzugt eine Mischung aus 96,5 Gew.-% Aluminium­hydroxid, 3,45 Gew.-% Kieselsol und 0,05 Gew.-% Tylose, bezogen auf die trockene Mischung, zur Herstellung der Schicht 3 verwendet. Dies entspricht einer Einsparung von weit mehr als der Hälfte der üblichen Kieselsol­menge.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform verwendet zur Armierung der Schicht 3 ein Glasfaservlies, welches beispielsweise ein Gewicht von 50 g/m² aufweist. Das Vlies wird auf die Schicht 3 aus Aluminiumhydroxid und Bindemittel z. B. durch Aufwalzen aufgebracht, wobei das Vlies nach Trocknung und Aushärtung mit der Schicht 3 verbunden ist.
  • Weiterhin bewirkt die Verwendung eines auf die Hy­droxidmischung aufgebrachten Vlieses eine Verminderung der Rißbildung, insbesondere wenn die Schicht 3 einer Schnelltrocknung z. B. 3 min bei 600OC unterzogen wird.
  • Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders wirtschaftlich, da das Verfahren kontinuier­lich oder halbkontinuierlich durchgeführt werden kann und die Mischung nach Maßgabe ihres Verbrauches zur Herstellung der Schicht hergestellt werden kann.

Claims (21)

1. Feuerwiderstandsfähiges, den Wärmedurchgang redu­zierendes Wandelement, insbesondere als Einlage für eine feuerhemmende Tür, mit mindestens zwei Dämmla­gen aus gebundener Mineralwolle, zwischen denen eine Schicht aus zumindest überwiegend anorganischem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Gemisch aus einem wasserab­spaltenden Hydroxid und einem Bindemittel herge­stellt ist.
2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserabspaltende Hydroxid Aluminiumhydroxid ist.
3. Wandelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß das wasserabspaltende Hydroxid in unterschiedlichen Fraktionen mit mindestens zwei
4. Wandelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße der feinsten Fraktion unter 2 µm liegt.
5. Wandelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße der gröbsten Fraktion unter 100 µm und vorzugsweise unter 30 µm liegt.
6. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Kieselsol und/oder Wasserglas ist.
7. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, daß das Bindemittel einen or­ganischen Zusatz, ausgewählt aus der Gruppe beste­hend aus: Polysacchariden, Polysaccharidderivaten, insbesondere Polysaccharidethern, vorzugsweise Cel­luloseethern und Kunstharzen, in brandtechnisch ir­relevanter Konzentration enthält.
8. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­durch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Ge­misch von 70 bis 93 Gew.-% Aluminiumhydroxid, be­rechnet als Al(OH)₃ und 30 bis 5 Gew.-% Kieselsol, berechnet als SiO₂, hergestellt ist.
9. Wandelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus etwa 85 Gewichtsteilen Alumi­niumhydroxid und etwa 15 Gewichtsteilen Kieselsol besteht.
10. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­durch gekennzeichnet, daß das Gemisch an Stelle ei­nes Teils des wasserabspaltenden Hydroxids oder zu­sätzlich zu dem wasserabspaltenden Hydroxid einen Ton bzw. ein Tonmineral enthält.
11. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­durch gekennzeichnet, daß die Schicht eine geringere Dicke als jede Dämmlage hat.
12. Wandelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­net, daß die Schicht 1 bis 5 mm, insbesondere 3 mm stark ist.
13. Wandelement nach 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ein Vlies, insbesondere ein Vlies aus Glasfasern aufweist.
14. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­durch gekennzeichnet, daß die Mineralwolle Stein­wolle ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines feuerwiderstandsfä­higen, den Wärmedurchgang reduzierenden Wandelemen­tes nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahren dem wasserab­spaltenden Hydroxid in fester Form oder in Form ei­ner plastischen wäßrigen Aufschlämmung ein Binde­mittel zusetzt, beide Bestandteile vermischt, das erhaltene Gemisch auf eine der zwei Dämmlagen in gleichmäßiger Schicht aufbringt, trocknet und die zweite Dämmlage auf die getrocknete Schicht oder ggf. auf die noch feuchte Schicht aufbringt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Kieselsol oder gelöstes Wasser­glas verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­zeichnet, daß dem Bindemittel ein organischer Stoff, bestehend aus: Polysacchariden, Polysaccharidderi­ vaten, insbesondere Polysaccharidethern, vorzugs­weise Celluloseethern und Kunstharzen, in brandtech­nisch irrelevanter Konzentration zugesetzt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, da­durch gekennzeichnet, daß das wasserabspaltende Hydroxid in unterschiedlichen Fraktionen mit minde­stens zwei Korngrößenbereichen zur Erzielung einer größeren Packungsdichte verwendet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine feinste Fraktion mit einer mittleren Korn­größe unter 2 µm verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine gröbste Fraktion mit einer mittleren Korn­größe von unter 100 µm und vorzugsweise 30 µm verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, da­durch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einem Vlies, insbesondere einem Vlies aus Glasfasern ar­miert wird.
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