EP2606102A1 - Brandschutzelemente und verfahren zur herstellung von brandschutzelementen auf basis von silikathaltigen intumeszierenden massen - Google Patents

Brandschutzelemente und verfahren zur herstellung von brandschutzelementen auf basis von silikathaltigen intumeszierenden massen

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EP2606102A1
EP2606102A1 EP11817846.6A EP11817846A EP2606102A1 EP 2606102 A1 EP2606102 A1 EP 2606102A1 EP 11817846 A EP11817846 A EP 11817846A EP 2606102 A1 EP2606102 A1 EP 2606102A1
Authority
EP
European Patent Office
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fire protection
intumescent
protection elements
silicate
preparation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11817846.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kopietz
Rolf Schulze
Stefan SCHÖFER
Wolfgang Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2606102A1 publication Critical patent/EP2606102A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K21/00—Fireproofing materials
    • C09K21/02—Inorganic materials

Definitions

  • the invention relates to fire protection elements and methods for the production of fire protection elements by coextrusion of a profile with an intumescent mass based on silicate as a core material and a thermoplastic polymer as a shell.
  • Thermal insulating fire protection layers based on alkali metal silicates, which swell when exposed to high temperatures to form a stable foam layer, are known.
  • alkali silicates are sensitive to the action of moisture and carbon dioxide, they must be protected by a protective layer from their action.
  • sodium silicate-containing plates are cut into strips, usually stored in magazines, and then encased with a plastic, often PVC. This process requires a lot of manual work and is therefore time consuming and costly.
  • EP-A 0875 492 describes a method for wrapping fire protection materials with a protective layer against mechanical damage, against the action of carbon dioxide and against the evaporation of water, in which a water glass solution is mixed with water glass powder and optionally glass fibers and in liquid form filling an oblong profile with stiff walls, closing and allowing the mixture to gel.
  • a profile must first be provided, then it is filled with the intumescent mass, and then the gelling of the intumescent mass must be awaited before the fire protection elements can continue to be used.
  • the disadvantage is therefore still a relatively high time and thus cost of this process. A reduction in the time required is virtually impossible, since an insufficiently gelled intumescent mass escapes partially out of the profile during further handling of the fire protection elements and thus a subsequent fire protection effect can not be adequately ensured.
  • the object of the invention was therefore to find a simple and inexpensive process for the production of fire protection elements based on silicate-containing intumescent masses, which can be carried out with reduced time and cost, in which no unwanted foaming or leakage of the intumescent masses during the manufacture of the fire protection elements occurs, and in which the fire protection effect of the obtained fire protection elements is ensured sufficiently secure. Accordingly, there have been methods of making fire protection elements
  • the mixture for producing the intumescent composition preferably consists of a) 19-80% by weight, particularly preferably 34-65% by weight, of liquid water glass having a solids content in the range from 30-40% by weight, more preferably in the Range of 34 to 39 wt% wt%,
  • water-soluble alkali metal silicates having the general composition M 2 O * n SiO 2 with n equal to 1 to 4 are understood.
  • Suitable gelling auxiliaries are in principle all substances suitable for thickening the mixture used for producing the intumescent composition, in particular salts of the metals of the 1st to 3rd main group of the Periodic Table of the Elements or ammonium salts, preferably Na, K, Mg, Ca are suitable , AI and ammonium salts.
  • anions are suitable as anions of these salts, and preferred anions are chlorides, sulfates, phosphates, carbonates and bicarbonates. Particularly preferred anions are chlorides, sulfates, carbonates and bicarbonates.
  • Very particularly preferred gelling aids are NaCl, KCl, NH 4 Cl, CaC, MgSC,
  • the water glass powder and the lierhifsmitteln various fillers, such as fibrous fillers, such as
  • Cut glass can be added. 0.5 to 15% by weight of chopped glass having a fiber length of 0.5 to 10 mm, based on the mixture for producing the intumescent composition, are preferably used.
  • suitable thermoplastic polymers for the jacket of the coextruded profile are polyvinyl chloride (PVC), polysulfones (PSU), polypropylenes (PP), polyethylenes (PE), polyesters (PE) or polyamides (PA).
  • PVC polyvinyl chloride
  • PSU polysulfones
  • PSU polysulfones
  • the preparation of the silicate-containing material from which the intumescent composition is formed takes over an extruder, in the previously via a liquid metering the liquid water glass, via a solid metering the water glass powder and a liquid metering or a solids metering or a combination of both Gelling aids were added. From its nozzle bar, the silicate-containing strip is introduced via a transverse head of the existing PVC jacket section into the simultaneously extruded PVC profile. Furthermore, it was clear that temperatures above 40 ° C are unsuitable. Optimally, the process is operated at 20 ° C. In addition, it has not been found by those skilled in the art that a too long discharge nozzle (L / D> 60) leads to processing problems.
  • the addition of gelling aids makes it possible to extrude a stable plastic strand of silicate-rich material, which is so elastic that it can be removed as strips continuously from the extruder. This elastic strip is then coextruded into the known PVC sheath.
  • the method according to the invention makes it possible to simplify the production steps of plate production, lengthening and magazining, which require a high expenditure of personnel.
  • the fire protection strips are manufactured in one instead of several work steps.
  • the inventive method for the production of fire protection elements based on silicate-containing intumescent compositions can be carried out with reduced time and cost, during the manufacture of the fire protection elements is no unwanted foaming or leakage of the intumescent masses.
  • the fire protection effect of the coextruded fire protection elements according to the invention containing the gelling aids is ensured to a sufficient extent safe.

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Abstract

Ein Brandschutzelement und Verfahren zu dessen Herstellung durch Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel bei welchem die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% eines Gelierhilfsmittels enthält.

Description

Brandschutzelemente und Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen auf Basis von silikathaltigen intumeszierenden Massen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Brandschutzelemente und Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen durch Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel.
Thermische isolierende Brandschutzschichten auf Basis von Alkalimetallsilikaten, die bei Einwirken von hohen Temperaturen zu einer stabilen Schaumschicht aufblähen, sind bekannt. Da jedoch Alkalisilikate gegenüber der Einwirkung von Feuchtigkeit und Kohlendioxid empfindlich sind, müssen sie durch eine Schutzschicht vor deren Einwir- kung geschützt werden.
Zur Herstellung intumeszierender Streifen zur Umrandung feuerhemmender Türen werden natriumsilikathaltige Platten in Streifen geschnitten, in der Regel magaziniert und anschließend mit einem Kunststoff, oftmals PVC, ummantelt. Dieses Verfahren erfordert viel Handarbeit und ist dementsprechend zeit- und kostenaufwändig. Im
Brandfall bläht dieses Natronwasserglas und hindert Rauch und Flammen durch den Türspalt in den Nachbarraum zu dringen.
Die EP-A 0875 492 beschreibt ein Verfahren zum Umhüllen von Brandschutzmateria- lien mit einer Schutzschicht gegen mechanische Beschädigung, gegen die Einwirkung von Kohlendioxid sowie gegen das Verdunsten von Wasser, bei dem man eine Wasserglaslösung mit Wasserglaspulver und gegebenenfalls Glasfasern mischt und in flüssiger Form in ein längliches Profil mit steifen Wänden füllt, verschließt und die Mischung gelieren lässt. Bei diesem Verfahren muß erst ein Profil bereitgestellt werden, danach erfolgt die Befüllung mit der intumeszierenden Masse, und anschließend muß noch das Gelieren der intumeszierenden Masse abgewartet werden, bevor die Brandschutzelemente weiter verwendet werden können. Nachteilig ist also ein immer noch relativ hoher Zeit- und damit Kostenaufwand für dieses Verfahren. Eine Verringerung des Zeitaufwands ist praktisch kaum möglich, da eine nicht ausreichend gelierte intu- meszierende Masse bei einer weiteren Handhabung der Brandschutzelemente teilweise aus dem Profil wieder austritt und so eine spätere Brandschutzwirkung nicht ausreichend gewährleistet werden kann.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von silikathaltigen Brandschutzplatten durch Gießverfahren, Strangpressen oder Extrusion sind beispielsweise bekannt aus BE 898 845, GB 2 079 669, GB 2 202 484, DE-B 102 05 728 und DE-C 39 19 090. Bei den bekannten Coextrusionsverfahren werden entweder bereits verfestigte intu- meszierende Massen oder Massen mit hohen Füllstoffanteilen eingesetzt, wodurch ebenfalls wieder ein unvermeidbar hoher Zeitaufwand in Kauf genommen werden muß oder die Verweilzeiten kurz gehalten werden müssen, um ein ungewolltes Aufschäu- men der intumeszierenden Masse zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein einfache und kostengünstige Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen auf Basis von silikathaltigen intumeszierenden Massen zu finden, die mit verringertem Zeit- und Kostenaufwand durchführbar sind, bei denen während der Herstellung der Brandschutzelemente kein ungewolltes Aufschäumen oder Austreten der intumeszierenden Massen auftritt, und bei denen die Brandschutzwirkung der erhaltenen Brandschutzelemente in ausreichendem Maß sicher gewährleistet ist. Demgemäß wurden Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen durch
Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel gefunden, wobei die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittels enthält, wobei die Gew.- % bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.
Bevorzugt besteht die Mischung zur Herstellung der intumeszierende Masse aus a) 19- 80 Gew.-%, besonders bevorzugt aus 34 - 65 Gew.-%, Wasserglas flüssig mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30- 40 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 34 bis 39 Gew.-% Gew.-%,
b) 19- 80 Gew.-%, besonders bevorzugt aus 44 - 65 Gew.-%, Wasserglaspulver, c) 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt aus 0,1 bis 10 Gew.-%, Gelierhilfsmittel und
d) 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Füllstoffe.
Als Wasserglas werden wasserlösliche Alkalisilikate mit der allgemeinen Zusammensetzung M20 * n Si02 mit n gleich 1 bis 4 verstanden. Bevorzugt wird Natronwasserglas mit einem Molverhältnis n im Bereich von 3 bis 3,5.
Besonders bevorzugt verwendet man eine handelsübliche Wasserglaslösung mit einem Wassergehalt von ca. 65 Gew.-% und vermischt diese mit Wasserglaspulver mit einem Wassergehalt von ca. 18 Gew.-%. Der Gesamtwassergehalt der Mischung liegt bevorzugt im Bereich von 40 bis 50 Gew.-%. Die Standzeit der Mischung lässt sich über die Menge an Wasserglaspulver und Gelierhilfsmittel gezielt einstellen. Als Gelierhilfsmittel eignen sich grundsätzlich alle zur Eindickung der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung geeigneten Stoffe, insbesondere Salze der Metalle der 1. bis 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente oder Ammoniumsalze, bevorzugt eignen sich Na-, K-, Mg-, Ca-, AI- und Ammonium-Salze. Selbstverständlich können auch Mischungen dieser Salze eingesetzt werden. Als Ani- onen dieser Salze sind grundsätzlich alle Anionen geeignet, bevorzugte Anionen sind Chloride, Sulfate, Phosphate, Carbonate und Hydrogencarbonate. Insbesondere bevorzugte Anionen sind Chloride, Sulfate, Carbonate und Hydrogencarbonate. Ganz besonders bevorzugte Gelierhilfsmittel sind NaCI, KCl, NH4CI, CaC , MgSC ,
AI2(S04)3, K2CO3, KHCOs, Na2C03, NaHCOs sowie Mischungen aus KCl und CaCI2. Diese Gelierhilfsmittel können als Feststoffe oder wäßrige Lösung eingesetzt werden.
Zur Erhöhung der Standfestigkeit können der Mischung zur Herstellung der intumeszierende Masse von dem flüssigen Wasserglas, dem Wasserglaspulver und den Ge- lierhifsmitteln verschiedene Füllstoffe, beispielsweise faserförmige Füllstoffe, wie
Schnittglas zugesetzt werden. Bevorzugt werden 0,5- 15 Gew.-% Schnittglas mit einer Faserlänge von 0,5- 10 mm, bezogen auf die Mischung zur Herstellung der intumeszierenden Masse, eingesetzt. Als thermoplastisches Polymer für den Mantel des coextrudierten Profils eignen sich beispiele Polyvinylchlorid (PVC), Polysulfone (PSU), Polypropylene (PP), Polyethylene (PE), Polyester (PE) oder Polyamide (PA). Bevorzugt werden Polyvinylchlorid (PVC) und Polysulfone (PSU) eingesetzt. Aus der Extrusionstechnologie sind Coextrusionsverfahren bekannt, die es ermöglichen, beliebige elastische Füllungen mittels eines Querspritzkopfes in ein Kunststoffprofil einzubringen.
Die Konfektionierung des silikathaltigen Materials, aus dem die intumeszierende Masse gebildet wird, übernimmt ein Extruder, in den zuvor über eine Flüssigdosierung das flüssige Wasserglas, über eine Feststoffdosierung das Wasserglaspulver und über eine Flüssigdosierung oder eine Feststoffdosierung oder über eine Kombination aus bei- dem, das Gelierhilfsmittel zugegeben wurden. Aus dessen Düsenleiste wird der silikat- haltige Streifen über einen Querkopf der vorhandenen PVC-Ummantelungsstrecke in das gleichzeitig extrudierte PVC Profil eingebracht. Weiterhin zeigte sich überra- sehend, dass Temperaturen über 40°C ungeeignet sind. Optimalerweise wird der Pro- zess bei 20°C betrieben. Zudem wurde für den Fachmann nicht erkennbar gefunden, dass eine zu lange Austragsdüse (L/D > 60) zu Verarbeitungsproblemen führt.
Der Zusatz von Gelierhilfsmitteln ermöglicht es, einen stabilen plastischen Strang aus silikatreichem Material zu extrudieren, welches so elastisch ist, dass es als Streifen kontinuierlich dem Extruder entnommen werden kann. Dieser elastische Streifen wird dann in die bekannte PVC- Ummantelung coextrudiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Herstellschritte Plattenherstellung, Ablängung und Magazinierung, welche einen hohen personellen Aufwand erfordern, vereinfacht werden. Die Brandschutzstreifen werden in einem statt in mehreren Ar- beitsgängen hergestellt. Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen auf Basis von silikathaltigen intumeszierenden Massen sind mit verringertem Zeit- und Kostenaufwand durchführbar, während der Herstellung der Brandschutzelemente findet kein ungewolltes Aufschäumen oder Austreten der intumeszierenden Massen auf. Die Brandschutzwirkung der erfindungsgemäßen coextrudierten Brandschutzelemente enthaltend die Gelierhilfsmittel ist in ausreichendem Maß sicher gewährleistet.
Beispiele:
Einsatzstoffe:
Natronwasserglas flüssig (36-39 Gew.-% Feststoffgehalt)
Natronwasserglaspulver
Gelierhilfsmittel: siehe Tabelle 1
Herstellung erfindungsgemäßer und dem Vergleich dienender Brandschutzelemente (Vergleichsbeispiel V-1 und Beispiele 2 -18): Eine Basisrezeptur aus 7,5kg/h Natronwasserglas flüssig (36-39 Gew.-% Feststoffgehalt) und 7,5 kg Natronwasserglaspulver wurde auf einem Extruder Coperion ZSK 32 mit Feststoff- und Flüssigdosiereinrichtungen und mit Förder- und Mischelementen ausgerüsteten Schnecken gemischt. Die Extrudertemperatur wurde durch Temperiereinrichtungen auf 20°C geregelt. Als Gelierhilfsmittel wurden pro Stunde die jeweils in Tab. 1 genannten Mengen in die Dosierzone des Extruders eindosiert. Diese Mischung wurde als Streifen über eine Schlitzdüse mit PVC-Ummantelung coextrudiert. Tab. 1 gibt wieder, ob die intumeszierenden Masse bei der Herstellung der Brandschutzelemente zu weich sind, um in das PVC coextrudiert zu werden (dabei bedeutet: ++ fest, + minimales kleben o deutliches kleben, - starkes kleben am Werkzeug, - - zu flüssig); Massen mit - oder - - Einstufung sind nicht coextrusierbar Tab.1:

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelementes durch Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittel enthält, wobei die Gew.-% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der intumeszierende Masse eine Mischung aus
19- 80 Gew.-% Wasserglas flüssig mit einem Feststoffgehalt
von 30- 40 Gew.-%,
19- 80 Gew.-% Wasserglaspulver, und
0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittels
0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Füllstoffe eingesetzt wird, wobei die Gew.-% jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der intumeszierende Masse als Füllstoff 0,5- 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung, Schnittglas mit einer Faserlänge von 0,5- 10 mm eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gelierhilfsmittel Salze der Metalle der 1 . bis 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente oder Ammoniumsalze eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Masse 0,1 bis 10 Gew.-% Gelierhilfsmittel enthält, wobei die Gew.-% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisches Polymer Polyvinylchlorid eingesetzt wird.
Brandschutzelement, umfassend ein coextrudiertes Profil mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und einem thermoplastischen Polymeren als Mantel, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittel enthält, wobei die Gew.-% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.
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