EP3384192A1 - Brandschutz- und isolierschaum auf anorganischer basis und dessen verwendung - Google Patents

Brandschutz- und isolierschaum auf anorganischer basis und dessen verwendung

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EP3384192A1
EP3384192A1 EP16805107.6A EP16805107A EP3384192A1 EP 3384192 A1 EP3384192 A1 EP 3384192A1 EP 16805107 A EP16805107 A EP 16805107A EP 3384192 A1 EP3384192 A1 EP 3384192A1
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EP
European Patent Office
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composition
foam
fire protection
compound
composition according
Prior art date
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Pending
Application number
EP16805107.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Esther Rahel Kluj
Sebastian Simon
Mario Paetow
Jekaterina Jeromenok
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Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/30—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for heat transfer properties such as thermal insulation values, e.g. R-values

Definitions

  • the invention relates to a fire protection and insulating foam on an inorganic basis, in particular a fire protection and / or insulating local foam based on a hydraulically setting composition, and its use.
  • fire protection systems In Europe, fire protection systems must comply with the fire protection requirements of DIN / EN, which essentially entails a temperature transfer from the fire side to the air side by max. 180 K allowed at defined locations. In addition, it must be ensured that fire and flue gases can not pass through.
  • binders for assembly insulation and fire protection foams
  • organic or inorganic fire protection systems are often used. These may e.g. be applied as 1 K, 2K aerosol can or 2K cartridge foam.
  • on-site foams that are applied by the consumer, it would be very advantageous if the substances with which you come in contact, would be as safe as possible.
  • Organic fire protection systems have the disadvantage that they are greatly changed by the fire. Only by forming a stable ash crust can a sufficient fire resistance duration be achieved. This ash crust requires a high proportion of fire protection additives. These ingredients are expensive. In addition, flame retardants are often needed to reduce the flammability.
  • the organic systems contribute to an increase in the fire load at and are therefore disadvantageous especially in the escape route area. Frequently, the organic systems are subject to labeling and therefore only usable under certain conditions and protective measures of the user.
  • Inorganic foams based on gypsum / cement have the property that they are fire-resistant and, in the case of fire, scarcely and ideally not shrink, as is the case with organically based systems due to burn-off constituents , but they do not allow intumescence (swelling in case of fire) due to their solid structure. These intumescent effects, such as those caused by swelling graphite, either destroy them or prevent them from expanding. On the other hand, for example, in the case of cables with a stronger plastic insulation due to the swelling of the insulation in the heat, a gap arises in many inorganic fire-protection foams, which can lead to a failure of the partitioning in the event of fire.
  • the object of the present invention is therefore to provide an intumescent foam system that can be processed on-site at the construction site without machine insert easily and with high foam yield (at a density of 150 to 800 kg / m 3 ) and results in a fire protection foam with increased fire resistance ,
  • the intumescent thermally expandable compounds can occlude this gap without destroying the cell structure of the cured composition and thereby suffer the fire protection properties of the composition when the conditions for use of the thermally expandable compound be selected accordingly.
  • compositions according to the invention have the further advantage, in particular over the organic-based fire-protection foams, that they can be formulated free from labeling.
  • they can be classified as non-flammable and thus, e.g. can also be used in escape routes.
  • the compositions are priced very interesting.
  • the hydraulic binders have a near neutral to alkaline pH in water.
  • Hydraulic binder is understood to be any mineral composition which cures irreversibly stone-like upon contact with water.
  • binders with short setting times such as quick-setting cement, are particularly preferred, since in these the setting process proceeds so rapidly that the foam formed by the blowing agent mixture does not already begin to collapse before it has reached sufficient intrinsic stability by the binder.
  • a complete setting is not required for this, it is sufficient already a Abbindestadium, in which the foam can carry itself.
  • setting speeds are advantageous in which the foam achieves its own stability after no more than 60 minutes, preferably after no later than 40 minutes, particularly preferably after no later than 30 minutes, very particularly preferably after no later than 20 minutes.
  • the hydraulic binder is preferably inorganic binders, such as cement or gypsum, or else mixtures of various binders.
  • Suitable inorganic binders are: magnesium chloride cements, Portland cements, pozzolanic cements, blastfurnace cements, so-called quick cements, metal oxide cements and the like.
  • calcium sulfate binders such as the a- and ß-calcium sulfate hemihydrate (CaSO4- 1 / H 2 0), stucco, plaster or the anhydrite (CaS0 4 )
  • Harder gypsum types such as, for example, the ⁇ -calcium sulfate hemihydrate, if appropriate in accelerated form, are particularly suitable.
  • the hydraulic binder can be cured with a curing agent commonly used for this purpose.
  • a curing agent commonly used for this purpose.
  • This is generally water or an aqueous solution which may optionally contain further constituents of the composition and / or additives.
  • the hydraulic binder is a calcium sulfate binder, of which in particular harder types such as the ⁇ -calcium sulfate hemihydrate are preferred, since the likelihood of their foam structure being destroyed by the expansion of the thermally expandable compound is less.
  • the hydraulic binder should be present in amounts of 10 to 90, preferably 30 to 80 wt .-%.
  • the composition is foamed during the setting process by release of a blowing agent, in particular a propellant gas.
  • a blowing agent in particular a propellant gas.
  • Suitable blowing agents are all common blowing agents which are released in particular by chemical reaction between two constituents, the blowing agent mixture, ie form a gas as the actual blowing agent.
  • the composition according to the invention contains a propellant mixture comprising compounds which react with each other only after their mixing to form carbon dioxide (C0 2 ), hydrogen (H 2 ), oxygen (0 2 ) or nitrogen (N 2 ).
  • the chemical reaction of the constituents of the blowing agent component takes place in the presence of water.
  • the storage stability of the composition according to the invention can be increased because it does not lead to unwanted degradation of the propellant component in the absence of water and only by adding water, such as the mixing water in the application, the release of the propellant is triggered and thus the foaming of the composition begins ,
  • the propellant mixture comprises a combination of a compound capable of releasing oxygen, a so-called oxygen carrier, and a catalyst for releasing the oxygen.
  • peroxides such as e.g. Hydrogen peroxide, especially in aqueous solution, or hydrogen peroxide releasing compounds, including solid compounds, e.g. the hydrogen peroxide-urea complex, sodium percarbonate and urea phosphate used.
  • the catalyst used are metal oxides and / or bases.
  • manganese dioxide MnO 2
  • MnO 2 manganese dioxide
  • blowing agent mixtures based on an oxygen carrier and a catalyst is that it is possible to control the decomposition rate of the oxygen carrier and thus the foaming rate via the amount of catalyst used.
  • the foam height or the pore volume of the foam can be controlled by the amount of oxygen carrier used.
  • Oxygen-releasing propellant mixtures according to the invention contain, based on the composition according to the invention in the dry state, a catalyst in an amount of about 0.01 to 5% by weight, preferably 0.05 to 3% by weight, particularly preferably about 0.1 to 2 wt .-% and an oxygen carrier in an amount of about 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.2 to 7 wt .-%, particularly preferably from about 1, 0 to 6 wt .-%.
  • the blowing agent mixture comprises an acid and a compound capable of reacting with acids to form carbon dioxide.
  • carbonates or bicarbonates can be used, such as carbonates or bicarbonates of alkali or alkaline earth metals, for example CaC0 3 , NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 and the like, with CaCO 3 (chalk) being preferred.
  • Various types of crayons having different grain sizes and surface finishes such as coated or uncoated crayons, or mixtures of two or more thereof may be used. Coated chalk types are preferably used because they react more slowly with the acid and thus controlled foaming or a coordinated foaming and Ensure curing time. It is also possible to use mixtures of different carbonates or bicarbonates.
  • any acidic compound capable of reacting with carbonate or hydrocarbonate-containing compounds with elimination of carbon dioxide can be used.
  • Suitable acids are mineral acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, but also organic acids, such as ascorbic acid, polyacrylic acid, benzoic acid, toluenesulfonic acid, tartaric acid, glycolic acid, lactic acid; organic mono-, di- or polycarboxylic acids such as acetic acid, chloroacetic acid, trifluoroacetic acid, fumaric acid, maleic acid, citric acid or the like, aluminum dihydrogen phosphate, sodium hydrogensulfate, potassium hydrogensulfate, aluminum chloride, urea phosphate and other acid-releasing chemicals, or mixtures of two or more thereof.
  • the acid produces the gas as the actual propellant.
  • an aqueous solution of an inorganic and / or organic acid can be used. Further, buffered solutions of citric, tartaric, acetic, phosphoric and the like may be used. This aqueous solution can simultaneously serve as a curing agent for the hydraulic binder.
  • the acid is present as a solid, for example in the form of an acidic salt of a mineral acid, such as monosodium phosphate.
  • the carbonate / bicarbonate compound and / or the solid acid component can be used in coated or uncoated form. Suitable materials for the coating are, for example, fatty acids, waxes or metal oxides such as magnesium oxide in question.
  • the coating of one or both components increases the storage stability of the entire composition, as it does not lead to an undesirable degradation reaction before use.
  • the use of a solid acid component allows the formulation of one-component systems, which are brought to the site only by mixing with water for reaction and thus curing.
  • the blowing agent mixture comprises compounds which release hydrogen upon reaction with each other. These reactions come from:
  • one or more base metals eg, aluminum, iron or zinc
  • bases eg one or more alkali metal hydroxides, such as sodium, potassium or lithium hydroxide
  • acids eg one or more acids, as defined above in the case of the carbonates (preferably inorganic Acid);
  • metal hydrides e.g., sodium hydride or lithium aluminum hydride
  • water or
  • Polymethylhydrogensiloxane also known as polymethylhydrosiloxane, but also other polyalkyl or polyarylhydrosiloxanes) with proton donors (e.g., water).
  • Suitable are u.a. linear polyhydrogensiloxanes, tetramers, copolymers of dimethysiloxane and methylhydrosiloxane, trimethylsilyl-terminated polyhydrosiloxanes, hydride-terminated polydimethylsiloxanes, triethylsilyl-terminated polyethylhydrosiloxanes, hydride-terminated copolymers of polyphenylmethylsiloxane and methylhydrosiloxane, and the like.
  • the pH should be above 10, preferably above 1 1 or 12, to ensure the fastest possible reaction of the aluminum and thus the fastest possible propellant gas release.
  • blowing agent mixtures which release oxygen or carbon dioxide have advantages from a safety point of view over those which foam the composition with the release of hydrogen and are therefore preferred.
  • the acid is in liquid form
  • such compositions according to the invention are designed as two-component systems in which the carbonate / bicarbonate compound forms the first component with the remaining solid constituents and the acid is contained in a second, liquid component.
  • this may act as a second component when dissolved in water.
  • the blowing agent mixture is used to adjust the density of the foamed composition, the density being selected according to the requirements or desired use of the composition according to the invention.
  • the propellant mixture is more preferably added in such an amount that the composition gives a foam having a density of less than 800 g / l ( ⁇ 800 g / l).
  • carbon dioxide-releasing propellant mixtures preferably contain a carbonate and / or bicarbonate compound in an amount of about 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 7% by weight, more preferably from about 0.5 to 5% by weight and an acid in an amount from about 0.1 to 15% by weight, preferably 1 to 12% by weight, particularly preferably from about 1 to 10% by weight, in each case based on the overall formulation.
  • the cells formed In order to impart greater stability to the foam formed, the cells formed must remain stable until the binder hardens to prevent the collapse of the polymeric foam structure. Stabilization becomes all the more necessary the lower the density of the foam should be, ie the greater the volume expansion and the longer the setting time. Stabilization is usually achieved by means of foam stabilizers. On the one hand, this causes the gases released by the propellant mixture in the fire protection compound to form finely distributed gas bubbles and thus to provide a fine-pored foam which has good fire protection properties and, on the other hand, this foam is stabilized until the binder has sufficient stability for the foam which prevents a collapse of the foam. In addition, the pore size of the foam can be influenced by the foam stabilizer.
  • the composition according to the invention may therefore further comprise a foam stabilizer.
  • foam stabilizers are, for example, anionic, cationic, amphoteric and nonionic surfactants and mixtures thereof, bentonite, starch and starch derivatives, gelatin, cellulose and cellulose derivatives or polymers and polymer dispersions, hydrophobicized calcium carbonate (CaCO 3 ), hydrophobized titanium oxide (TiO 2 ), hydrophobized aluminum oxide ( Al 2 0 3 ) or mixtures of the hydrophobized compounds and the like, alkylpolyglycosides, EO / PO block copolymers, alkyl or aryl alkoxylates, siloxane alkoxylates, esters of sulfosuccinic acid and / or alkali metal or alkaline earth
  • the longer-chain monoalcohols which may also be branched, preferably have 4 to 22 C atoms, preferably 8 to 18 C atoms and particularly preferably 10 to 12 C atoms in an alkyl radical.
  • longer-chain monoalcohols are 1-butanol, 1-propanol, 1-hexanol, 1-octanol, 2-ethylhexanol, 1-decanol, 1-undecanol, 1-dodecanol (lauryl alcohol), 1-tetradecanol (myristyl alcohol) and 1 - octadecanol (stearyl alcohol). It is also possible to use mixtures of the long-chain monoalcohols mentioned. Alternatively, it is also possible to use a suspension of colloidal particles as a stabilizer. In this regard, reference is made to WO 2007/068127 A1, the content of which is hereby incorporated into this application. Preference is given to using hydrophobicized calcium carbonate (CaCO 3 ), hydrophobized titanium oxide (TiO 2 ), hydrophobized aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and mixtures thereof.
  • CaCO 3 hydrophobicized calcium carbonate
  • TiO 2 hydrophobized titanium oxide
  • the foam stabilizers may be contained in any of the components of the composition of the present invention as long as they do not react with each other.
  • the foam stabilizers can be used in an amount of about 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.2 to 8 wt .-%, particularly preferably from about 1 to 4 wt .-%, based on the total formulation.
  • the composition contains at least one thermally expandable compound.
  • thermally expandable means that the compound increases its volume when a certain temperature, the so-called onset temperature, is exceeded.
  • Onset temperature is the temperature at which the thermally induced expansion begins. The increase in volume is due to the swelling of a single compound which, without the occurrence of a chemical reaction between two or more compounds, releases gases upon heat to cause the volume to increase.
  • the thermally expandable compound is preferably selected from graphite intercalation compounds (expandable graphite), expandable silicate material or combinations thereof, with graphite intercalation compounds (expandable graphite) or expandable vermiculite being preferred.
  • graphite intercalation compounds are known incorporation compounds of SO x , NO x , halogen and / or strong acids in graphite. These are also referred to as graphite salts.
  • Inter graphite Kalla ion compounds which at temperatures (onset temperatures) of, for example 120 to 350 ° C under swelling S0 2, S0 3, NO and / or N0 2 are preferably proposed.
  • the graphite intercalation compounds are preferably in the form of platelets, although other forms are possible.
  • the size of the platelets correlates with the volume which, when heated by the graphite intercalation compounds, is generated by their expansion.
  • its foam structure In order to obtain the fire protection properties of the foamed composition according to the invention after it has hardened, its foam structure must not be destroyed by the expansion of the thermally expandable compound.
  • the inventors have found that, on the one hand, the amount of thermally expandable compound and, on the other hand, the size of the particles and thus the expansion volume or the resulting expansion pressure is critical.
  • thermally expandable compound a compound whose expansion properties, such as expansion volume and expansion pressure, thermally select the foam structure of the composition of the invention when the composition is heated above the onset temperature expandable compound not destroyed.
  • the amount of the thermally expandable compound is to be chosen so that, although an expansion of this compound on the surface or in the cells of the foam takes place, but this does not destroy the foam structure when heating the composition above the onset temperature of the thermally expandable compound.
  • the at least one thermally expandable compound and its amount are preferably selected such that the expansion properties, such as the expansion volume or the expansion pressure, of the thermally expandable compound when the composition of the invention is heated above the onset temperature of the at least one thermally expandable compound foam formed from the composition - after its curing - is not destroyed. Whether the foam is destroyed, can be seen from the fact that the structure is not degraded in case of fire by the convection of the flames. The person skilled in the art can easily find out, by means of experiments, which thermally expandable compound can be used in which amount without destroying the foam structure of the composition.
  • the thermally expandable compound is a graphite-intercalation compound, wherein it has proven to be advantageous if the expansion volume of the thermally expandable compound is greater than 70 ml / g, preferably greater than 120 ml / g, particularly preferably greater than 200 ml / g is.
  • the expansion volume among others correlates with the particle size of the compounds, a particle size of min. 80%> 75 ⁇ preferred, of 80%> 150 ⁇ more preferred and of 80%> 300 ⁇ particularly preferred.
  • the thermally expandable compound is an expandable vermiculite, and it has proven to be advantageous if the expansion volume is greater than 3 ml / g, preferably greater than 5 ml / g, particularly preferably greater than 10 ml / g.
  • the particle size of the expandable vermiculite is preferably in the range of 0.5 to 2 mm.
  • Graphite intercalation compounds suitable for the present invention are commercially available. In general, the compounds are in the invention Fire protection elements evenly distributed. In this regard, reference is made to EP 1489136 A1, the contents of which are hereby incorporated by reference.
  • thermally expandable compound used correlates with the desired density of the foam.
  • even smaller amounts of thermally expandable compound, in particular in the case of compounds which can produce a high expansion rate or a high inflation pressure lead to the destruction of the foam or to flaking at the outer regions of the cured composition.
  • the at least one thermally expandable compound depending on its particle size and the adjusted density of the foamed composition, is contained in such an amount that the foam structure of the foamed composition does not exist due to the expansion of the thermally expandable compound when the composition is heated above its onset temperature gets destroyed.
  • compounds with a lower expansion volume can be contained in a larger amount and vice versa.
  • a thermally expandable compound which generates a high expansion volume such as the graphite intercalation compounds
  • a "high expansion volume” means an expansion by more than 40 times the original volume before expansion. Further, for a thermally expandable compound which produces a low expansion volume, such as expandable vermiculite, it is proposed to choose its amount, based on the total composition, as follows, depending on the intended foam density:
  • a "low expansion volume” means an expansion up to 20 times the original volume before expansion.
  • composition according to the invention also contains further ingredients and / or additives in order to optimize the application properties of the composition according to the invention.
  • ingredients or additives may be selected, for example, from condensers, retarders, stabilizers, defoamers, accelerators, corrosion inhibitors, fillers, and the like.
  • the same additive can also belong to several of these aforementioned groups.
  • the composition according to the invention may comprise at least one plasticizer, in particular in amounts of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 2 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1, 0 wt .-%, based on the composition.
  • plasticizer in particular in amounts of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 2 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 1, 0 wt .-%, based on the composition.
  • preferred liquefiers according to the invention are liquefiers based on modified polycarboxylate ethers.
  • the liquefiers are selected in such a way that they reduce the need for water when they are worn and, in addition, advantageously lead to or promote particularly good early strength development.
  • the composition according to the invention can contain an additive which improves or alters the theological and / or physical properties in order to optimize the application properties.
  • composition according to the invention may further comprise a setting or a setting accelerator.
  • a particularly effective setting accelerator for calcium sulfate based binders which also includes mixtures of gypsum with other hydraulic binders such as cement in which gypsum is the major constituent of the binder component, are potassium sulfate (K 2 S0 4 ) and / or on the basis of finely ground gypsum or calcium sulfate dihydrate (CaS0 4 -2H 2 0).
  • the surfactant is in the form of one or more synthetic water-soluble anionic surfactants selected from the group consisting of solid sodium alkylate sulfonates and sodium lauryl sulfates or a or more synthetic, water-soluble, solid nonionic surfactant is selected to use as a setting accelerator.
  • a setting accelerator for cement-based binders.
  • the setting speed can be adjusted so that on the one hand a sufficiently long processing time of the turned on with water Fire protection compound is possible and on the other hand, the binder sufficiently quickly allows self-stabilization of the fire protection foam before it begins to foam after collapsing.
  • the setting speed can be adjusted via these additives so that the inherent stability of the foam is not already reached at a time when the blowing agent mixture is not fully reacted.
  • the amount in which the setting accelerator is usually used depends on the type of hydraulic binder chosen.
  • the setting accelerator may be used in amounts of from 0.001 to 1% by weight, in particular from 0.05 to 0.25% by weight, based on the composition.
  • the setting accelerator can be used in amounts of from 0.1 to 10% by weight, in particular from 0.2 to 3% by weight, based on the composition.
  • composition according to the invention may also contain at least one defoamer, for example a solid combination of liquid hydrocarbons, polyglycols and amorphous silica.
  • a defoamer for example a solid combination of liquid hydrocarbons, polyglycols and amorphous silica.
  • Such an antifoaming agent can be used in particular in amounts of from 0.001 to 1% by weight, preferably from 0.05 to 3% by weight, based on the dry mixture.
  • defoamers in combination with the foam stabilizers used according to the invention can influence the foam structure and the pore volume of the foam. For all of the aforementioned quantities, it may be necessary, depending on the individual case or application, to deviate from these quantities. It is up to the expert to decide this.
  • composition according to the invention may also contain polymers, such as acrylates or polyurethanes, for example in the form of an aqueous dispersion.
  • composition of the invention may contain at least one additive for adjusting the water retention capacity. Suitable for this purpose are, for example, cellulose derivatives, in particular cellulose ethers.
  • a further preferred embodiment of the composition according to the invention is characterized in that the composition contains inorganic fillers selected from aluminum oxides, aluminum hydroxides, aluminum silicates, bauxite, boric acid, borax, calcium silicates, feldspars, kaolins, magnesium oxides, magnesium hydroxides, mullite, perlite, chamotte, mica, Silicon carbide, clays, zeolite, glass foam, glass bubbles or fly ash.
  • inorganic fillers selected from aluminum oxides, aluminum hydroxides, aluminum silicates, bauxite, boric acid, borax, calcium silicates, feldspars, kaolins, magnesium oxides, magnesium hydroxides, mullite, perlite, chamotte, mica, Silicon carbide, clays, zeolite, glass foam, glass bubbles or fly ash.
  • the lightweight aggregates suitable according to the invention include lightweight aggregates based on natural aggregates, lightweight aggregates based on natural raw materials, lightweight aggregates based on aggregates produced from industrial by-products and lightweight aggregates based on industrial by-products.
  • the light filler used according to the invention can be selected, for example, from lightweight mineral fillers.
  • the light fillers which can be used according to the invention have a grain density in the sense of DIN 4226-2 (February 2002) below 2000 kg / m 3 , preferably below 1200 kg / m 2 , more preferably below 800 kg / m 3 , very particularly preferably below 500 kg / m 3 or even 300 kg / m 3 .
  • Non-limiting examples of lightweight aggregates suitable according to the invention are: glass, plastic or ceramic microbubbles, expanded glass, expanded mica (Vermiculite), bloated perlite, swelling slate, expanded clay, sintered hard coal fly ash, brick chippings, natural pumice, tuff, lava (lava slag), cottage pumice and boiler sand.
  • these fibers and / or fabrics or scrims of fibers wherein the fibers are selected from glass, cellulose, polyethylene, polypropylene, polyamide, carbon fibers, rock wool or mineral wool.
  • the fibers are selected from glass, cellulose, polyethylene, polypropylene, polyamide, carbon fibers, rock wool or mineral wool.
  • the composition according to the invention can be formulated as a two-component or multi-component system, the term multi-component system also encompassing two-component systems.
  • the composition is preferably formulated as a two-component system in which the individual constituents of the propellant mixture are separated from one another prior to use of the composition in a reaction-inhibiting manner and the hydraulic binder is separated from the mixing water in a reaction-inhibiting manner before the composition is used.
  • the other constituents of the composition are divided according to their compatibility with each other and with the compounds contained in the composition and may be contained in one of the two components or in both components. Furthermore, the distribution of the other ingredients, in particular the solid constituents, may depend on the quantities in which they are to be contained in the composition.
  • the thermally expandable compound can be contained as a total mixture in one component or proportionately divided into several components.
  • the components of a two-component system are at or near mixed together at the point of use and the mixture is applied at the desired location. These are so-called OrtSume.
  • the invention further relates to the use of a composition according to the invention for foaming openings, cable and pipe penetrations in walls, floors and / or ceilings, joints between ceilings and wall parts, between wall openings and structural parts to be incorporated, such as window and door frames, between ceilings and Walls and between external walls and curtain wall facades of buildings for the purpose of fire protection.
  • the components of the composition according to the invention are mixed together at or near the point of use and the mixture at the desired location, for example in a column, in a cavity or on a surface, on or applied.
  • the invention further fire protection devices, such as moldings, which are obtainable by the method just described, wherein the preparation can be carried out for example in a mold.
  • Conceivable here is the use of a shaped body for the production of moldings which are used in wall openings, such as cable bulkheads. Preference is also the use of cable, pipe, busbar and / or Fugenabschottungen. They may also preferably be used as seals for fire protection and for the production of fire protection adhesives, for the coating of surfaces and for the production of sandwich components or composite panels.
  • a composition of the invention is mixed with a suitable amount of water, then filled into a hollow body with one or more cavities and the composition hardens to form a fire protection foam.
  • the suitable amount of water depends primarily on the amount and type of binder used and can be easily determined by the skilled person with some hand tests.
  • the amount of water is, for example, in the ratio of solids content of the composition according to the invention to water of 5: 1 to 1: 1.
  • This method is particularly advantageous because the fire protection foam is formed only after filling the mold or the hollow body and so independently fills all the cavities by the foam expansion during Abbindevorgangs.
  • fire protection devices can be produced with a fire protection foam according to the invention, which is almost completely compatible with the fire protection foam are filled, even if they are irregularly shaped.
  • Such fire protection devices are thus superior to those that are designed for example with fire protection mats, since the latter can not easily ensure complete filling of the fire protection device.
  • this method according to the invention can also be carried out on a construction site in order to provide fire-resistant wall openings or door frames.
  • the moldings foam in the event of fire and so flame propagation is prevented and are thus suitable as sealing elements, safety devices, fire barriers or panels. You can thus use them as joints, closures for cable openings, for closing wall openings.
  • the individual components listed in the examples and comparative examples are mixed and homogenized.
  • these mixtures are mechanically mixed together in a container until homogeneous mixing is achieved and until foaming commences.
  • a firewall was created in each case.
  • a passage with a diameter of 82 mm was created in a porous concrete block with a depth of 100 mm by means of a core drill.
  • a cable (EN 1366-3, B-cable / NYY 1 x 95 RM-J, outer diameter 19 mm, PVC jacket, length 170 mm) was made in the middle of the bushing by means of the compositions described in the comparative examples and the examples Autoclaved block, wherein the between the cable and the wall of the aerated concrete block was filled with foam.
  • polyester cords short cut 164 S / 4 mm, Fa. STW

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Abstract

Beschrieben wird eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung zur Herstellung von anorganischen Brandschutz- und/oder Isolierschäumen, die wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, eine Treibmittelmischung, wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung und gegebenenfalls einen Schaumstabilisator enthält, wobei die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung, abhängig von deren Teilchengröße und der eingestellten Dichte der geschäumten Zusammensetzung in solch einer Menge enthalten ist, dass durch deren Expansion beim Erhitzen der Zusammensetzung über deren Onset-Temperatur die Schaumstruktur der geschäumten Zusammensetzung nicht zerstört wird, sowie ein daraus hergestellter Brandschutz oder Isolierschaum und deren Verwendung.

Description

Brandschutz- und Isolierschaum auf anorganischer Basis und dessen
Verwendung
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Brandschutz- und Isolierschaum auf anorganischer Basis, insbesondere einen Brandschutz- und/oder Isolier-Ortsschaum auf Basis einer hydraulisch abbindenden Zusammensetzung, sowie dessen Verwendung.
In Europa müssen Brandschutzsysteme den Brandschutzanforderungen der DIN/EN genügen, welche im Wesentlichen eine Temperaturweiterleitung von Feuerseite nach Luftseite um max. 180 K an definierten Stellen erlaubt. Zusätzlich muss gewährleistet werden, dass Feuer und Rauchgase nicht durchtreten können.
Als Bindemittel für Montage-, Isolierungs- und Brandschutzschäume werden oft organische oder anorganische Brandschutzsysteme verwendet. Diese können z.B. als 1 K-, 2K-Aerosoldose oder als 2K-Kartuschenschaum ausgebracht werden. Insbesondere für Ortschäume, die vom Verbraucher vor Ort ausgebracht werden, wäre es sehr vorteilhaft, wenn die Stoffe, mit denen man in Kontakt kommt, möglichst unbedenklich wären.
Organische Brandschutzsysteme haben den Nachteil, dass sie durch den Brand stark verändert werden. Nur durch Bildung einer beständigen Aschekruste kann eine ausreichende Feuerwiderstandsdauer erreicht werden. Zu dieser Aschekruste wird ein hoher Anteil an Brandschutzadditiven benötigt. Diese Bestandteile sind teuer. Zusätzlich werden häufig auch Flammschutzmittel zur Reduzierung der Brennbarkeit benötigt. Die organischen Systeme tragen allerdings zu einer Erhöhung der Brandlast bei und sind daher gerade im Fluchtwegebereich nachteilig. Häufig sind die organischen Systeme kennzeichnungspflichtig und daher nur unter bestimmten Voraussetzungen und Schutzmaßnahmen des Anwenders verwendbar. Anorganische Schäume auf Gips/Zement Basis, wie beispielsweise in der EP 2 045 227 A1 beschrieben, haben die Eigenschaft, dass sie zwar brandbeständig sind und im Brandfall kaum und im Idealfall nicht schrumpfen, wie es bei organisch basierenden Systemen durch wegbrennende Bestandteile der Fall ist, sie lassen aber durch ihre feste Struktur keine Intumeszenz (Aufquellen im Brandfall) zu. Durch diese Intumeszenz, wie sie beispielsweise durch Blähgrafit entsteht, werden sie entweder zerstört oder sie lassen keine Expansion zu. Andererseits entsteht beispielsweise bei Kabeln mit einer stärkeren Kunststoffisolierung durch das Aufquellen der Isolierung in der Hitze bei vielen anorganischen Brandschutzschäumen ein Spalt, der zu einem Versagen der Abschottung im Brandfall führen kann. Deshalb können diese anorganischen Systeme nicht für alle Brandschutzanwendungen oder Brandschutzprodukte eingesetzt werden, die eines Aufquellens bedürfen, wie es z.B. bei stärkeren Kunststoffisolierungen bei Kabeln, Kabelleerrohren und dergleichen erforderlich ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein intumeszierendes Schaumsystem bereitzustellen, das sich vor Ort auf der Baustelle ohne Maschineneinsatz einfach und mit hoher Schaumausbeute (bei einer Dichte von 150 bis 800 kg/m3) verarbeiten lässt und einen Brandschutzschaum mit erhöhter Feuerwiderstandsdauer ergibt.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine hydraulisch abbindende Zusammensetzung vorgesehen, die
(i) wenigstens ein hydraulisches Bindemittel,
(ii) eine Treibmittelmischung,
(iii) wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung und
(iv) gegebenenfalls einen Schaumstabilisator enthält, wobei die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung, abhängig von deren Teilchengröße und der eingestellten Dichte der geschäumten Zusammensetzung in solch einer Menge enthalten ist, dass durch deren Expansion beim Erhitzen der Zusammensetzung über deren Onset-Temperatur die Schaumstruktur der geschäumten Zusammensetzung nicht zerstört wird. Überraschender Weise hat sich herausgestellt, dass es bei einem Brandschott, welches mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ausgeschäumt wurde, im Brandfall durch die Anwesenheit einer thermisch expandierbaren Verbindung zu keiner größeren Spaltbildung um die Kabel mit stärkerer Kabelisolierung kommt. Durch das Aufquellen und spätere Wegbrennen der Isolierung von z.B. Kabeln in der Hitze entsteht bei den bekannten Gipsschäumen ein Spalt, der zu einem frühen Versagen der Abschottung führen kann. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die aufquellenden thermisch expandierbaren Verbindungen trotz der festen Struktur der ausgehärteten Zusammensetzung diesen Spalt verschließen können, ohne dass die Zellstruktur der ausgehärteten Zusammensetzung zerstört wird und dadurch die Brandschutzeigenschafen der Zusammensetzung leidet, wenn die Bedingungen für den Einsatz der thermisch expandierbaren Verbindung entsprechend gewählt werden.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen haben, insbesondere gegenüber den Brandschutzschäumen auf organischer Basis, ferner den Vorteil, dass sie kennzeichnungsfrei formuliert werden können. Außerdem können sie als nicht brennbar eingestuft und damit z.B. auch in Fluchtwegen eingesetzt werden. Darüber hinaus sind die Zusammensetzungen preislich sehr interessant.
Die hydraulischen Bindemittel weisen einen nahezu neutralen bis alkalischen pH-Wert in Wasser auf. Als hydraulisches Bindemittel wird jede mineralische Zusammensetzung verstanden, die bei Kontakt mit Wasser irreversibel steinartig aushärtet. Dabei sind Bindemittel mit kurzen Abbindezeiten, wie Schnellzement, besonders bevorzugt, da bei diesen der Abbindevorgang so schnell verläuft, dass der durch die Treibmittelmischung gebildete Schaum nicht bereits beginnt in sich zusammen zu fallen, bevor er durch das Bindemittel genügend Eigenstabilität erreicht hat. Ein vollständiges Abbinden ist hierfür nicht erforderlich, es reicht bereits ein Abbindestadium aus, bei dem sich der Schaum selbst tragen kann. Hierbei sind Abbindegeschwindigkeiten von Vorteil, bei denen der Schaum eine Eigenstabilität nach spätestens 60 Minuten erreicht, bevorzugt nach spätestens 40 Minuten, besonders bevorzugt nach spätestens 30 Minuten, ganz besonders bevorzugt nach spätestens 20 Minuten. Vorzugsweise handelt es sich bei dem hydraulischen Bindemittel um anorganische Bindemittel, wie Zement oder Gips, oder aber auch Mischungen verschiedener Bindemittel. Geeignete anorganische Bindemittel sind: Magnesiumchlorid-Zemente, Portlandzemente, Puzzolanzemente, Hochofenzemente, sogenannte Schnellzemente, Metalloxidzemente und dergleichen. Besonders gut geeignet wegen des Hydratwassergehaltes in gebundener Form und wegen des guten Verarbeitungsverhaltens sind Calciumsulfat-Bindemittel, wie das a- und das ß-Calciumsulfat-Halbhydrat (CaSO4-1/ H20), Stuckgips, Putzgips oder das Anhydrit (CaS04). Besonders gut geeignet sind härtere Gipsarten, wie beispielsweise das α-Calciumsulfat-Halbhydrat, gegebenenfalls in beschleunigter Form.
Das hydraulische Bindemittel kann mit einem üblicherweise hierfür verwendeten Härtungsmittel ausgehärtet werden. Diese ist im allgemeinen Wasser oder eine wässrige Lösung, welche gegebenenfalls weitere Bestandteile der Zusammensetzung und/oder Additive enthalten kann.
Vorteilhaft bei diesen erfindungsgemäß eingesetzten Bindemittelsystemen ist, dass diese unter Umgebungstemperaturen abbinden und kein Brennvorgang wie bei keramischen Systemen erforderlich ist. Ferner wirkt der neutrale bzw. alkalische pH- Wert der Bindemittelmatrix bei Kontakt mit Metallen nicht korrosiv oder sogar korrosionsinhibierend. So wird verzinkter Stahl nicht angegriffen, ebensowenig wird Kupfer, wie es in Leitungssystemen verwendet wird, durch derartige Bindemittel angegriffen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Ausschäumen von Durchbrüchen o.ä. eingesetzt wird, durch die Leitungssysteme geführt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das hydraulische Bindemittel ein Calciumsulfat-Bindemittel, wovon insbesondere härtere Typen, wie das a-Calciumsulfat-Halbhydrat bevorzugt sind, da die Wahrscheinlich, dass deren Schaumstruktur durch die Expansion der thermisch expandierbaren Verbindung zerstört wird, geringer ist.
In den trockenen Verschlussmassen soll das hydraulische Bindemittel in Mengen von 10 bis 90, bevorzugt 30 bis 80 Gew.-% enthalten sein. Zur Schaumbildung wird erfindungsgemäß die Zusammensetzung während des Abbindevorgangs durch Freisetzung eines Treibmittels, insbesondere eines Treibgases aufgeschäumt. Als Treibmittel sind alle gängigen Treibmittel geeignet, die insbesondere durch chemische Reaktion zwischen zwei Bestandteilen, der Treibmittelmischung, freigesetzt werden, d.h. ein Gas als eigentliches Treibmittel bilden. Dementsprechend enthält die Zusammensetzung erfindungsgemäß eine Treibmittelmischung, welche Verbindungen umfasst, die erst nach deren Vermischen unter Bildung von Kohlendioxid (C02), Wasserstoff (H2), Sauerstoff (02) oder Stickstoff (N2) miteinander reagieren. In einer bestimmten Ausführungsform findet die chemische Reaktion der Bestandteile der Treibmittelkomponente in Anwesenheit von Wasser statt. Hierdurch kann die Lagerstabilität der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhöht werden, da es bei Abwesenheit von Wasser nicht zum unerwünschten Abbau der Treibmittelkomponente kommt und erst durch Zugeben von Wasser, wie beispielsweise das Anmachwasser im Anwendungsfall, die Freisetzung des Treibmittels ausgelöst wird und damit das Aufschäumen der Zusammensetzung beginnt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Treibmittelmischung eine Kombination aus einer Verbindung, die Sauerstoff freisetzen kann, ein sogenannter Sauerstoffträger, und einem Katalysator, zur Freisetzung des Sauerstoffs.
Als Sauerstoffträger werden bevorzugt Peroxide, wie z.B. Wasserstoffperoxid, insbesondere in wässriger Lösung, oder Wasserstoffperoxid freisetzende Verbindungen, einschließlich fester Verbindungen, wie z.B. der Wasserstoffperoxid- Harnstoff-Komplex, Natriumpercarbonat und Harnstoffphosphat, eingesetzt.
Als Katalysator werden Metalloxide und/oder Basen eingesetzt. Bevorzugt wird Braunstein (Mn02) verwendet. Entscheidend ist, dass der eingesetzte Katalysator verschiedene Oxidationsstufen annehmen kann, deren Redoxpotentiale so nahe beieinander liegen, dass bei der Umsetzung mit Wasserstoffperoxid sowohl eine Oxidation als auch eine Reduktion auftreten kann und sich der Katalysator somit nicht verbraucht. Dies wird anhand der folgenden schematischen Reaktionsgleichungen mit M als Übergangsmetall verdeutlicht: 2 M O + 2 H202 -> Mm 203 + 2 H20 + 1/2 02
Mm 203 + H202 -> 2 M"0 + H20 + 02
Der Vorteil von Treibmittelmischungen auf Basis eines Sauerstoffträgers und eines Katalysators liegt darin, dass sich über die eingesetzte Katalysatormenge die Zersetzungsgeschwindigkeit des Sauerstoffträgers und damit die Schaumbildungsgeschwindigkeit steuern lässt. Andererseits kann die Schaumhöhe bzw. das Porenvolumen des Schaums über die eingesetzte Menge an Sauerstoffträger gesteuert werden. So führen höhere Katalysatormengen zu spontanerer Sauerstofffreisetzung und höhere Sauerstoffträgermengen zu einem erhöhten Porenvolumen und damit einem geringeren spezifischen Gewicht der ausgeschäumten Brandschutzmasse.
Erfindungsgemäße, Sauerstoff freisetzende Treibmittelmischungen enthalten bezogen auf die erfindungsgemäße Zusammensetzung im trocknen Zustand einen Katalysator in einer Menge von etwa 0,01 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 0,1 bis 2 Gew.-% sowie einen Sauerstoffträger in einer Menge von etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 7 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 1 ,0 bis 6 Gew.-%.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Treibmittelmischung eine Säure und eine Verbindung, die mit Säuren unter Bildung von Kohlendioxid reagieren kann.
Als Verbindungen, die mit Säuren unter Bildung von Kohlendioxid reagieren können, können carbonat- und hydrocarbonathaltige Verbindungen, insbesondere Metall- oder (insbesondere quaternäre) Ammoniumcarbonate bzw. Ammoniumhydrogencarbonate verwendet werden, wie Carbonate oder Hydrogencarbonate von Alkali- oder Erdalkalimetallen, zum Beispiel CaC03, NaHC03, Na2C03, K2C03, (NH4)2C03 und dergleichen, wobei CaC03 (Kreide) bevorzugt ist. Dabei können verschiedene Typen von Kreiden mit unterschiedlichen Korngrößen und unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit, wie beispielsweise beschichtete oder unbeschichtete Kreide, oder Mischungen von zwei oder mehreren davon verwendet werden. Bevorzugt werden beschichtete Kreidetypen verwendet, da sie langsamer mit der Säure reagieren und somit kontrolliertes Aufschäumen bzw. eine abgestimmte Aufschäumungs- und Aushärtezeit gewährleisten. Es können ebenso Mischungen verschiedener Carbonate bzw. Hydrogencarbonate zum Einsatz kommen.
Als Säure kann jede saure Verbindung verwendet werden, die in der Lage ist, mit carbonat- oder hydrogecarbonathaltigen Verbindungen unter Abspaltung von Kohlendioxid zu reagieren. Geeignete Säuren sind Mineralsäuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure, aber auch organische Säuren, wie Ascorbinsäure, Polyacrylsäure, Benzoesäure, Toluolsulfonsäure, Weinsäure, Glycolsäure, Milchsäure; organische Mono-, Di- oder Polycarbonsäuren, wie Essigsäure, Chloressigsäure, Trifluoressigsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Zitronensäure oder dergleichen, Aluminiumdihydrogenphosphat, Natriumhydrogensulfat, Kaliumhydrogensulfat, Aluminiumchlorid, Harnstoffphosphat und andere säurefreisetzende Chemikalien oder Mischungen von zwei oder mehreren davon. Die Säure erzeugt das Gas als eigentliches Treibmittel.
Als Säure-Komponente kann eine wässrige Lösung einer anorganischen und/oder organischen Säure, benutzt werden. Ferner können gepufferte Lösungen von Zitronen-, Wein-, Essig-, Phosphorsäure und dergleichen verwendet werden. Diese wässrige Lösung kann gleichzeitig als Härtungsmittel für das hydraulische Bindemittel dienen.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die Säure als Feststoff vorliegt, zum Beispiel in Form eines sauren Salzes einer Mineralsäure, wie Mononatriumphosphat. Die Carbonat-/Hydrogencarbonatverbindung und/oder die feste Säurekomponente können in beschichteter oder unbeschichteter Form eingesetzt werden. Als Materialien für die Beschichtung kommen beispielsweise Fettsäuren, Wachse oder Metalloxide wie Magnesiumoxid in Frage. Die Beschichtung einer oder beider Komponenten erhöht dabei die Lagerstabilität der gesamten Zusammensetzung, da es nicht zu einer unerwünschten Abbaureaktion vor dem Einsatz kommt. Der Einsatz einer festen Säurekomponente ermöglicht dabei die Formulierung von Einkomponenten-Systemen, die erst am Einsatzort durch Mischen mit Wasser zur Reaktion und damit zur Aushärtung gebracht werden. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform umfasst die Treibmittelmischung Verbindungen, die bei Reaktion miteinander Wasserstoff freisetzten. Hierzu kommen Reaktionen von:
(i) einem oder mehreren unedlen Metallen (z.B. Aluminium, Eisen oder Zink) mit Basen (z.B. ein oder mehrere Alkalimetallhydroxide, wie Natrium-, Kalium- oder Lithiumhydroxid) oder mit ein oder mehreren Säuren, wie oben bei den Carbonaten definiert (vorzugsweise anorganische Säure);
(ii) Metallhydriden (z.B. Natriumhydrid oder Lithiumaluminiumhydrid) mit Wasser, oder
(iii) einer Verbindung, die Si-gebundene Wasserstoffatome aufweist (z.B.
Polymethylhydrogensiloxan, bekannt auch als Polymethylhydrosiloxan, aber auch andere Polyalkyl- oder Polyarylhydrogensiloxane) mit Protonendonoren (z.B. Wasser). Geeignet sind u.a. lineare Polyhydrogensiloxane, Tetramere, Copolymere von Dimethysiloxan und Methylhydrosiloxan, Trimethylsilyl- terminierte Polyhydrogensiloxane, Hydrid-terminierte Polydimethylsiloxane, Triethylsilyl-terminierte Polyethylhydrosiloxane, Hydrid-terminierte Copolymere aus Polyphenylmethylsiloxan und Methylhydrosiloxan und dergleichen.
Als ein möglicher Bestandteil der Treibmittelmischung kommen weiterhin auch Aluminiumspäne in Frage, sofern die restlichen Komponenten der Zusammensetzung dieser beim Vermischen mit Wasser einen stark alkalischen pH-Wert verleihen. In diesem Falle entsteht durch die Reaktion des Aluminiums mit Wasser nach
2 AI + 6 H20 -> 2 AI(OH)3 + 3 H2 unter alkalischen Bedingungen gasförmiger Wasserstoff, der die Zusammensetzung aufschäumen kann. Dabei sollte der pH-Wert oberhalb von 10 liegen, bevorzugt oberhalb von 1 1 oder 12, um eine möglichst rasche Umsetzung des Aluminiums und damit eine möglichst rasche Treibgasfreisetzung sicher zu stellen.
Der Einsatz von Treibmittelmischungen, welche Sauerstoff oder Kohlendioxid freisetzen, haben aus sicherheitstechnischen Gesichtspunkten Vorteile gegenüber denjenigen, die unter Freisetzung von Wasserstoff die Zusammensetzung aufschäumen und sind deswegen bevorzugt. Liegt die Säure in flüssiger Form vor, so werden solche erfindungsgemäßen Zusammensetzungen als Zweikomponenten-Systeme ausgelegt, bei dem die Carbonat-/Hydrogencarbonatverbindung mit den übrigen festen Bestandteilen die erste Komponente bildet und die Säure in einer zweiten, flüssigen Komponente enthalten ist. Ebenfalls kann im Falle einer festen Säurekomponente diese in Wasser gelöst als zweite Komponente fungieren.
Über die Treibmittelmischung wird die Dichte der geschäumten Zusammensetzung eingestellt, wobei die Dichte entsprechend den Anforderungen bzw. der gewünschten Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gewählt wird. Die Treibmittelmischung wird besonders bevorzugt in solch einer Menge zugegeben, dass die Zusammensetzung einen Schaum mit einer Dichte von kleiner als 800 g/l (< 800 g/l) ergibt.
Erfindungsgemäße, Kohlendioxid freisetzende Treibmittelmischungen enthalten bezogen auf die erfindungsgemäße Zusammensetzung im trockenen Zustand eine Carbonat- und/oder Hydrogencarbonatverbindung bevorzugt in einer Menge von etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 7 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 0,5 bis 5 Gew.- % sowie eine Säure in einer Menge von etwa 0,1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 12 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf Gesamtformulierung.
Um dem gebildeten Schaum eine höhere Stabilität zu verleihen, müssen die gebildeten Zellen bis zur Aushärtung des Bindemittels stabil bleiben, um den Kollaps der polymeren Schaumstruktur zu verhindern. Eine Stabilisierung wird umso notwendiger, je niedriger die Dichte des Schaumstoffes sein soll, d.h. je größer die Volumenexpansion ist und je länger die Abbindezeit ist. Eine Stabilisierung wird gewöhnlich mittels Schaumstabilisatoren erreicht. Dieser bewirkt einerseits, dass die durch die Treibmittelmischung freigesetzten Gase in der Brandschutzmasse möglichst fein verteilte Gasblasen bilden und damit einen feinporigen Schaum liefern, welcher gute Brandschutzeigenschaften aufweist, und andererseits, dass dieser Schaum so lange stabilisiert wird, bis das Bindemittel dem Schaum eine ausreichende Stabilität verleiht, die ein Zusammenfallen des Schaums verhindert. Außerdem lässt sich die Porengröße des Schaums über den Schaumstabilisator beeinflussen. Dabei spielt die Art des Stabilisators, dessen eingesetzte Menge und das verwendete Bindemittel eine Rolle. Die gewünschte Porengröße und Struktur lässt sich dabei durch wenige Versuche ermitteln und damit an den Anwendungszweck anpassen. Sofern erforderlich, kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung daher ferner einen Schaumstabilisator enthalten. Als Schaumstabilisatoren eignen sich beispielsweise anionische, kationische, amphotere und nichtionische Tenside sowie Mischungen hieraus, Bentonit, Stärke und Stärkederivate, Gelatine, Cellulose und Cellulosederivate oder Polymere und Polymerdispersionen, hydrophobiertes Calciumcarbonat (CaC03), hydrophobiertes Titanoxid (Ti02), hydrophobiertes Aluminiumoxid (Al203) oder Gemische der hydrophobierten Verbindungen und dergleichen, Alkylpolyglycoside, EO/PO-Blockcopolymere, Alkyl- oder Arylalkoxylate, Siloxanalkoxylate, Ester der Sulfobernsteinsäure und/oder Alkali- oder Erdalkalimetallalkanoate eingesetzt verwendet werden. Diese sind nach dem Fachmann an sich bekannten Methoden durch Umsetzung von längerkettigen Monoalkoholen mit Mono-, Di- oder Polysacchariden erhältlich. Die längerkettigen Monoalkohole, die gegebenenfalls auch verzweigt sein können, weisen bevorzugt 4 bis 22 C-Atome, bevorzugt 8 bis 18 C-Atome und besonders bevorzugt 10 bis 12 C-Atome in einem Alkylrest auf. Im Einzelnen genannt seien als längerkettige Monoalkohole 1 -Butanol, 1 -Propanol, 1 - Hexanol, 1 -Oktanol, 2-Ethylhexanol, 1 -Decanol, 1 -Undecanol, 1 -Dodecanol (Laurylalkohol), 1 -Tetradecanol (Myristylalkohol) und 1 - Octadecanol (Stearylalkohol). Es können auch Gemische der genannten längerkettigen Monoalkohole eingesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich eine Suspension kolloidaler Partikel als Stabilisationsmittel zu verwenden. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die WO 2007/068127 A1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Bevorzugt wird hydrophobiertes Calciumcarbonat (CaC03), hydrophobiertes Titanoxid (Ti02), hydrophobiertes Aluminiumoxid (Al203) und oder Gemische davon verwendet.
Die Schaumstabilisatoren können in irgendeiner der Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthalten sein, so lange diese nicht miteinander reagieren.
Die Schaumstabilisatoren können in einer Menge von etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 8 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtformulierung, eingesetzt werden. Erfindungsgemäß enthält die Zusammensetzung wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung. „Thermisch expandierbar" bedeutet hierbei, dass die Verbindung bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Onset- Temperatur ihr Volumen vergrößert. „Onset- Tempera tur" ist hierbei, die Temperatur, bei der die thermisch bedingte Expansion beginnt. Die Volumenvergrößerung erfolgt durch das Aufblähen einer einzelnen Verbindung, die, ohne dass eine chemische Reaktion zwischen zwei oder mehreren Verbindungen stattgefunden hat, bei Hitzeeinwirkung Gase freisetzen, welche die Volumenvergrößerung verursachen. Die thermisch expandierbare Verbindung ist dabei bevorzugt unter Graphit- Interkallationsverbindungen (Blähgraphit), blähfähigem silikatischen Material oder Kombinationen davon ausgewählt, wobei Graphit-Interkallationsverbindungen (Blähgraphit) oder blähfähiger Vermiculit bevorzugt sind. Als Graphit-Interkallationsverbindungen kommen beispielsweise bekannte Einlagerungsverbindungen von SOx, NOx, Halogen und/oder starken Säuren in Graphit in Frage. Diese werden auch als Graphitsalze bezeichnet. Bevorzugt sind Graphit- Interkallationsverbindungen, die bei Temperaturen (Onset-Temperaturen) von beispielsweise 120 bis 350°C unter Aufblähen S02, S03, NO und/oder N02 abgeben. Die Graphit-Interkallationsverbindungen liegen bevorzugt in Form von Plättchen vor, wobei auch andere Formen möglich sind. Die Größe der Plättchen korreliert mit dem Volumen, welches beim Erhitzen durch die Graphit-Interkallationsverbindungen durch deren Expansion generiert wird. Um die Brandschutzeigenschaften der geschäumten erfindungsgemäßen Zusammensetzung nach deren Aushärten zu erhalten, darf deren Schaumstruktur nicht durch die Expansion der thermisch expandierbaren Verbindung zerstört werden. Dabei haben die Erfinder herausgefunden, dass zum einen die Menge an thermisch expandierbarer Verbindung und zum anderen die Größe der Teilchen und damit das Expansionsvolumen bzw. der entstehende Expansionsdruck kritisch ist.
Dementsprechend ist als wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung eine Verbindung auszuwählen, deren Expansionseigenschaften, wie Expansionsvolumen und Expansionsdruck, die Schaumstruktur der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beim Erhitzen der Zusammensetzung über die Onset-Temperatur der thermisch expandierbaren Verbindung nicht zerstört. Ferner ist die Menge der thermisch expandierbaren Verbindung so zu wählen, dass zwar eine Expansion dieser Verbindung oberflächlich bzw. in den Zellen des Schaumes erfolgt, diese aber nicht die Schaumstruktur beim Erhitzen der Zusammensetzung über die Onset-Temperatur der thermisch expandierbaren Verbindung zerstört.
Bevorzugt werden daher die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung und deren Menge, so ausgewählt, dass durch die Expansionseigenschaften, wie das Expansionsvolumen bzw. der Expansionsdruck, der thermisch expandierbaren Verbindung beim Erhitzen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung über die Onset- Temperatur der wenigstens einen thermisch expandierbaren Verbindung der aus der Zusammensetzung gebildete Schaum - nach dessen Aushärten - nicht zerstört wird. Ob der Schaum zerstört wird, lässt sich daran erkennen, dass die Struktur im Brandfall durch die Konvektion der Flammen nicht abgebaut wird. Der Fachmann kann ohne weiteres anhand von Experimenten herausfinden, welche thermisch expandierbaren Verbindung in welcher Menge eingesetzt werden kann, ohne dass die Schaumstruktur der Zusammensetzung zerstört wird.
In einer Ausführungsform ist die thermisch expandierbare Verbindung eine Graphit- Interkallationsverbindung, wobei es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn das Expansionsvolumen der thermisch expandierbaren Verbindung größer als 70 ml/g, bevorzugt größer als 120 ml/g, besonders bevorzugt größer als 200 ml/g beträgt. Nachdem das Expansionsvolumen unter anderen mit der Partikelgröße der Verbindungen korreliert, ist eine Partikelgröße von min. 80% > 75 μηη bevorzugt, von 80% > 150 μηη weiter bevorzugt und von 80% > 300 μηη besonders bevorzugt.
In einer alternativen Ausführungsform ist die thermisch expandierbare Verbindung ein expandierbarer Vermiculit, wobei es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn das Expansionsvolumen größer als 3 ml/g, bevorzugt größer als 5 ml/g, besonders bevorzugt größer als 10 ml/g beträgt. Die Partikelgröße des expandierbaren Vermiculits liegt dabei bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2 mm.
Für die vorliegende Erfindung geeignete Graphit-Interkallationsverbindungen sind im Handel erhältlich. Im Allgemeinen sind die Verbindungen in den erfindungsgemäßen Brandschutzelementen gleichmäßig verteilt. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die EP 1489136 A1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Die Erfinder haben ferner herausgefunden, dass die Menge an eingesetzter thermisch expandierbarer Verbindung mit der gewünschten bzw. eingestellten Dichte des Schaumes korrliert. So führen bei wenig aufgeschäumten Zusammensetzung bereits kleinere Mengen an thermisch expandierbarer Verbindung, insbesondere bei Verbindungen, die eine hohe Expansionsrate bzw. einen großen Blähdruck erzeugen können, zur Zerstörung des Schaumes oder zu Abplatzungen an den äußeren Bereichen der ausgehärteten Zusammensetzung.
Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung, abhängig von deren Teilchengröße und der eingestellten Dichte der geschäumten Zusammensetzung, in solch einer Menge enthalten, dass durch die Expansion der thermisch expandierbaren Verbindung beim Erhitzen der Zusammensetzung über deren Onset-Temperatur die Schaumstruktur der geschäumten Zusammensetzung nicht zerstört wird. Dies bedeutet, dass Verbindungen mit geringerem Expansionsvolumen in einer größeren Menge enthalten sein können und umgekehrt. Dementsprechend wird für eine thermisch expandierbare Verbindung, welche ein hohes Expansionsvolumen erzeugt, wie beispielsweise die Graphit- Interkallationsverbindungen, vorgeschlagen, deren Menge, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, abhängig von der angestrebten Schaumdicht wie folgt zu wählen: - 0,5 bis 6 Gew.-%, bevorzugt: 0,8 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 ,0 bis
2,5 Gew.-%, bei angestrebten Schaumdichten von 150 bis 300 g/l,
- 0,4 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,6 bis - 3 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 ,0 bis 2,0 Gew.-%, bei angestrebten Schaumdichten von 300 bis 600 g/l und
- 0,3 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,5 Gew.-%, bei angestrebten Schaumdichten von 600 g/l bis 800 g/l.
Ein„hohes Expansionsvolumen" bedeutet dabei eine Expansion um mehr als das 40- fache des ursprünglichen Volumens vor der Expansion. Ferner wird für eine thermisch expandierbare Verbindung, welche ein niedriges Expansionsvolumen erzeugt, wie beispielsweise expandierbarer Vermiculit, vorgeschlagen, deren Menge, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, abhängig von der angestrebten Schaumdicht wie folgt zu wählen:
- 1 bis 25 Gew.-% bevorzugt 3 bis 20 Gew.-% bei angestrebten Schaumdichten von 150 bis 300 g/l ,
0,5 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-% bei angestrebten Schaumdichten von 300 bis 600 g/l
- 0,4 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-% bei angestrebten Schaumdichten von 600 bis 800 g/l.
Ein„niedriges Expansionsvolumen" bedeutet dabei eine Expansion bis zum 20-fachen des ursprünglichen Volumens vor der Expansion.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung außerdem weitere Inhaltsstoffe und/oder Additive enthält, um die Anwendungseigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu optimieren. Solche Inhaltsstoffe bzw. Additive können beispielsweise unter Verflüssigern, Verzögerern, Stabilisierungsmitteln, Entschäumern, Beschleunigern, Korrosionsinhibitoren, Füllstoffen und dergleichen ausgewählt werden. Dabei kann dasselbe Additiv auch mehreren dieser vorbezeichneten Gruppen angehören.
Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung mindestens einen Verflüssiger enthalten, insbesondere in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 ,0 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung. Beispiele für erfindungsgemäß bevorzugte Verflüssiger sind Verflüssiger auf der Basis modifizierter Polycarboxylatether. Insbesondere werden die Verflüssiger derart ausgewählt, dass sie den Wasserbedarf beim Anmachen reduzieren und zudem vorteilhafterweise auch zu einer besonders guten Frühfestigkeitsentwicklung führen bzw. diese fördern. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Optimierung der Anwendungseigenschaften ein die Theologischen und/oder physikalischen Eigenschaften verbesserndes bzw. beeinflussendes Additiv enthalten. Dieses kann beispielsweise auf Basis eines in Wasser redispergierbaren Polymerbindemittels, vorzugsweise auf Basis von Vinylacetat und Ethylen ausgebildet sein (Ethylen/Vinylacetat-Copolymer). Ein derartiges Additiv kann insbesondere in Mengen von 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, eingesetzt werden. Um die Abbindeeigenschaften der Zusammensetzung einzustellen und auf die jeweiligen Anwendungsbedürfnisse anzupassen, kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung ferner einen Abbindeverzogerer oder einen Abbindebschleuniger enthalten. Ein besonders effektiver Abbindebeschleuniger für Bindemittel auf Basis von im Wesentlichen Calciumsulfat, was auch Mischungen von Gips mit anderen hydraulischen Bindemitteln, wie etwa Zement, in denen Gips der Hauptbestandteil der Bindemittelkomponente ist, mit einschließt, sind Beschleuniger auf der Basis von Kaliumsulfat (K2S04) und/oder auf der Basis von fein gemahlenem Gips bzw. Calciumsulfat-Dihydrat (CaS04-2H20). Ferner ist es möglich, eine Mischung aus Calciumsulfat-Dihydrat (CaS04-2H20) und einem oberflächenaktiven Mittel, wobei das oberflächenaktive Mittel in Form eines oder mehrerer synthetischer, wasserlöslicher, anionischer oberflächenaktiver Mittel aus der Gruppe der festen Natriumalkylatsulfonate und Natriumlaurylsulfate oder eines oder mehrerer synthetischer, wasserlöslicher, fester nichtionischer oberflächenaktiver Mittel ausgewählt ist, als Abbindebeschleuniger zu verwenden. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die DE 2 930 164 C2, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Als Abbindebeschleuniger für Bindemittel auf der Basis von Zement kommen beispielsweise Verbindungen wie Alkali- oder Erdalkalicarbonaten, besonders bevorzugt Lithiumcarbonat zum Einsatz. Dies ist besonders vorteilhaft, da hierdurch die Abbindegeschwindigkeit des Bindemittels gesteuert werden kann. Durch diese Substanzen kann die Abbindegeschwindigkeit so eingestellt werden, dass einerseits eine ausreichend lange Verarbeitungsdauer der mit Wasser angemachten Brandschutzmasse möglich ist und andererseits das Bindemittel ausreichend schnell eine Eigenstabilisierung des Brandschutzschaums ermöglicht, bevor dieser nach dem Ausschäumen beginnt, in sich zusammen zu fallen. Andererseits kann die Abbindegeschwindigkeit über diese Additive so eingestellt werden, dass die Eigenstabilität des Schaums nicht bereits zu einem Zeitpunkt erreicht wird, an dem die Treibmittelmischung noch nicht vollständig abreagiert ist. Die Menge in welcher der Abbindebschleuniger üblicherweise eingesetzt wird, ist abhängig von der Art des gewählten hydraulischen Bindemittels. Im Falle von Zement als hydraulisches Bindemittel kann der Abbindebeschleuniger in Mengen von 0,001 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,25 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, eingesetzt werden. Im Falle von Gips als hydraulisches Bindemittel kann der Abbindebeschleuniger in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, eingesetzt werden.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung auch mindestens einen Entschäumer enthalten, beispielsweise eine feste Kombination von flüssigen Kohlenwasserstoffen, Polyglykolen und amorpher Kieselsäure. Ein solcher Entschäumer kann insbesondere in Mengen von 0,001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmischung, eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Entschäumern kann in Kombination mit den erfindungsgemäß eingesetzten Schaumstabilisatoren die Schaumstruktur und das Porenvolumen des Schaums beeinflusst werden. Für alle vorgenannten Mengenangaben gilt, dass es einzelfallbedingt oder anwendungstechnisch gegebenenfalls erforderlich sein kann, von diesen Mengenangaben abzuweichen. Dies zu entscheiden, liegt im Ermessen des Fachmanns. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann darüber hinaus auch Polymere, wie Acrylate oder Polyurethane, beispielsweise in Form einer wässrigen Dispersion enthalten. Außerdem kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung mindestens einen Zusatz zur Einstellung des Wasserrückhaltevermögens enthalten. Geeignet für diesen Zweck sind zum Beispiel Cellulosederivate, insbesondere Celluloseether. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zusammensetzung anorganische Füllstoffe enthält ausgewählt aus Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden, Aluminiumsilikaten, Bauxit, Borsäure, Borax, Calciumsilikaten, Feldspate, Kaoline, Magnesiumoxide, Magnesiumhydroxide, Mullit, Perlit, Schamotte, Glimmer, Siliziumcarbid, Tonen, Zeolith, Glasschaum, Glashohlkugeln oder Flugasche. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch diese Füllstoffe die mechanischen Eigenschaften des Brandschutzschaums verbessert werden können. Insbesondere kann durch den Einsatz solcher Füllstoffe ein Schrumpfen des Brandschutzschaums bei starker thermischer Belastung verhindert werden.
Besonders bevorzugte Füllstoffe sind Leichtfüllstoffe, da bei Einsatz dieser Füllstoffe das spezifische Gewicht der Brandschutzschäume reduziert werden kann, ohne dabei die mechanische Belastbarkeit zu reduzieren. Zu den erfindungsgemäß geeigneten Leichtzuschlagstoffen gehören Leichtzuschlagstoffe auf Basis natürlicher Gesteinskörnungen, Leichtzuschlagstoffe auf Basis natürlicher Rohstoffe, Leichtzuschlagstoffe auf Basis von aus industriellen Nebenprodukten hergestellten Gesteinskörnungen und Leichtzuschlagstoffe auf Basis von industriellen Nebenprodukten.
Geeigneter Weise kann der erfindungsgemäß eingesetzte Leichtfüllstoff beispielsweise aus mineralischen Leichtfüllstoffen ausgewählt sein. Die erfindungsgemäß einsetzbaren Leichtfüllstoffe besitzen eine Kornrohdichte im Sinne der DIN 4226-2 (Februar 2002) unterhalb von 2000 kg/m3, bevorzugt unterhalb von 1200 kg/m2, besonders bevorzugt unterhalb von 800 kg/m3, ganz besonders bevorzugt unterhalb von 500 kg/m3 oder gar 300 kg/m3.
Nichtbeschränkende Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Leichtzuschlagstoffe sind: Glas-, Kunststoff- oder Keramikmikrohohlkugeln, Blähglas, Blähglimmer (Vermiculit), Blähperlit, Blähschiefer, Blähton, gesinterte Steinkohlenflugasche, Ziegelsplitt, Naturbims, Tuff, Lava (Lavaschlacke), Hüttenbims und Kesselsand.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthält diese Fasern und/oder Gewebe oder Gelege aus Fasern, wobei die Fasern ausgewählt sind aus Glas-, Cellulose-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyamid-, Kohlefasern, Steinwolle oder Mineralwolle. Dies ist besonders vorteilhaft, weil durch den Einsatz derartiger Fasern die Gefahr der Rissbildung insbesondere bei thermischer Belastung im Brandfall erheblich reduziert werden kann. Außerdem erhöhen sich durch den Einsatz solcher Materialien die Biegefestigkeit und das Elastizitätsmodul der ausgeschäumten Brandschutzmassen. Zusammen mit den thermisch expandierbaren Verbindungen bewirken die Kunststofffasern einen synergistischen Effekt, indem sie den Funktionserhalt der Struktur unterstützen und dafür sorgen, dass die thermisch expandierbare Verbindung nach der Expansion nicht weggeblasen wird. Sie verschmelzen und verglasen die thermisch expandierbaren Verbindungen und bilden so ein stabiles Gerüst.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als Zwei- oder Mehrkomponenten- System konfektioniert sein, wobei der Begriff Mehrkomponenten-System auch Zweikomponenten-Systeme mit umfasst. Die Zusammensetzung ist bevorzugt als Zweikomponenten-System konfektioniert, in dem die einzelnen Bestandteile der Treibmittelmischung vor der Verwendung der Zusammensetzung reaktionsinhibierend voneinander getrennt sind und das hydraulische Bindemittel vor der Verwendung der Zusammensetzung reaktionsinhibierend von dem Anmachwasser getrennt ist. Die weiteren Bestandteile der Zusammensetzung sind entsprechend ihrer Verträglichkeit untereinander und mit den in der Zusammensetzung enthaltenen Verbindungen aufgeteilt und können in einer der beiden Komponenten oder in beiden Komponenten enthalten sein. Ferner kann die Aufteilung der weiteren Bestandteile, insbesondere der festen Bestandteile, davon abhängen, in welchen Mengen diese in der Zusammensetzung enthalten sein sollen. Durch entsprechende Aufteilung kann sich gegebenenfalls ein höherer Anteil, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung ergeben. Die thermisch expandierbare Verbindung kann dabei als Gesamtmischung in einer Komponente oder anteilig aufgeteilt in mehreren Komponenten enthalten sein. Bevorzugt werden die Komponenten eines Zweikomponentensystems am oder nahe am Anwendungsort miteinander vermischt und die Mischung am gewünschten Ort, angewendet werden. Hierbei handelt es sich um sogenannte Ortschäume.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Ausschäumen von Öffnungen, Kabel- und Rohrdurchführungen in Wänden, Böden und/oder Decken, von Fugen zwischen Decken und Wandteilen, zwischen Maueröffnungen und einzubauenden Konstruktionsteilen, wie Fenster- und Türstöcken, zwischen Decken und Wänden und zwischen Außenwänden und vorgehängten Fassaden von Gebäuden zum Zwecke des Brandschutzes. Hierbei werden die Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung am oder nahe am Anwendungsort miteinander vermischt und die Mischung am gewünschten Ort, beispielsweise in eine Spalte, in einen Hohlraum oder auf eine Fläche, ein- oder aufgebracht werden. Gegenstand der Erfindung sind ferner Brandschutzvorrichtungen, wie etwa Formkörper, die durch das eben beschriebene Verfahren erhältlich sind, wobei die Herstellung beispielsweise in einer Form erfolgen kann. Denkbar ist hier die Verwendung eines Formkörpers zur Herstellung von Formkörpern, die in Maueröffnungen, z.B. Kabelschotte, eingesetzt werden. Bevorzugt ist auch die Verwendung für Kabel-, Rohr-, Stromschienen- und/oder Fugenabschottungen. Sie können auch bevorzugt als Dichtungen zum Brandschutz und zur Herstellung von Brandschutzklebmassen, zum Beschichtung von Oberflächen und zur Herstellung von Sandwichbauteilen oder Verbundplatten verwendet werden. Hierzu wird eine erfindungsgemäße Zusammensetzung mit einer geeigneten Menge an Wasser vermischt, anschließend in einen Hohlkörper mit einer oder mehreren Kavitäten gefüllt und die Zusammensetzung unter Ausbildung eines Brandschutzschaums aushärtet. Die geeignete Wassermenge richtet sich in erster Linie nach der Menge und Typ des eingesetzten Bindemittels und kann einfach durch den Fachmann mit einigen Handversuchen ermitteln werden. Die Wassermenge liegt dabei beispielsweise im Verhältnis Feststoffanteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu Wasser von 5:1 bis 1 :1 . Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, weil der Brandschutzschaum erst nach Befüllen der Form oder des Hohlkörpers entsteht und so sämtliche Hohlräume durch die Schaumexpansion während des Abbindevorgangs selbstständig ausfüllt. Dadurch lassen sich Brandschutzeinrichtungen mit einem erfindungsgemäßen Brandschutzschaum herstellen, die nahezu vollständig mit dem Brandschutzschaum gefüllt sind, selbst wenn diese unregelmäßig geformt sind. Derartige Brandschutzeinrichtungen sind damit denen überlegen, die beispielsweise mit Brandschutzmatten ausgelegt werden, da letztere nicht ohne weiteres eine vollständige Füllung der Brandschutzeinrichtung sicherstellen können. Ein weiterer Vorteil ist, dass dieses erfindungsgemäße Verfahren auch auf einer Baustelle durchgeführt werden kann, um Mauerdurchbrüche oder Türzargen brandhemmend auszustatten.
Die Formkörper schäumen im Brandfall auf und so wird eine Flammenausbreitung verhindert und sind somit als Dichtelemente, Sicherungsvorrichtungen, Brandsperren oder Verkleidungen geeignet. Man kann diese somit als Verfugungen, Verschlüsse für Kabeldurchbrüche, zum Verschließen von Maueröffnungen verwenden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele näher erläutert AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es werden jeweils die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen aufgelisteten Einzelkomponenten vermengt und homogenisiert. Für die Anwendung werden diese Mischungen mechanisch in einem Behälter miteinander vermischt bis homogene Vermischung erreicht wurde und bis das Schäumen anfing.
Gasbrennertest
Zur Beurteilung des Verhaltens der geschäumten erfindungsgemäßen Zusammensetzung im Brandfall wurde jeweils ein Brandschott erstellt. Hierfür wurde in einen Porenbetonblock mit einer Tiefe von 100 mm mittels eines Kernbohrgerätes eine Durchführung mit einem Durchmesser von 82 mm geschaffen. In die Durchführung wurde mittels der in den Vergleichsbeispielen und den Beispielen beschriebenen Zusammensetzungen mittig ein Kabel (EN 1366-3; B-Kabel / NYY 1 x95 RM-J; Außendurchmesser 19 mm; PVC Mantel; Länge 170 mm) über die gesamte Tiefe des Porenbetonblocks installiert, wobei der zwischen dem Kabel und der Wandung des Porenbetonblocks mit Schaum gefüllt wurde. Nach Aushärten der Zusammensetzung wurde das Brandschott mit einem Gasbrenner mit Luftzufuhr (Erdgas/Luft Leistung ca. 8 kW; Tischbrenner „Thüringer Modell" ESL100, Fa. Herbert Arnold) aus einem Abstand von 25 cm über 30 min beflammt. Durch in Augenscheinnahme wurden der Zustand der Zusammensetzung, insbesondere der Schaumstruktur, beurteilt sowie die Grenzen zum Kabel sowie zur Durchführungsinnenwand hin auf Ringbildung untersucht. Vergleichsbeispiel 1 (ß-Gips ohne expandierbare Verbindung)
a Bau+ und Elektriker Gips (ß-Gips), Baumit GmbH
b) Mangangrau, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Glasfaser Kurzschnitt FGCS 70-30/3, Fa. STW
e) Lenzin (Calciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
Vergleichsbeispiel 2 (α-Gips ohne expandierbare Verbindung)
a Siladent Hartformgips HF1 (α-Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Mangangrau, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin Calciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Polyester Faserfüllstoff 231/100; Fa. STW Vergleichsbeispiel 3 (α-Gips mit Blähgraphit; zu hohe Schaumdichte)
' Siladent Hartformgips HF1 (alpha Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Mangangrau, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin Calciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Charmor® PM 40, der Perstorp
) Nord-Min 351 , der Nordmin Engineering Ltd
g) Polyester Cordfäden Kurzschnitt 164 S/ 4 mm, Fa. STW
Vergleichsbeispiel 4 (α-Gips mit zu hohem Blähgraphit-Anteil)
' Siladent Hartformgips HF1 (alpha Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Manganschwarz, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin Calciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Charmor® PM 40, Perstorp
) Nord-Min 351 , der Nordmin Engineering Ltd
g) Glasfaser Kurzschnitt FGCS 70-30/3, Fa. STW Vergleichsbeispiel 5 (α-Gips mit sehr feinen BG-Partikeln)
a Siladent Hartformgips HF1 (alpha Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Manganschwarz, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin Calciumsulfat-Dihydrat), der Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Charmor® PM 40, Perstorp
) Nord-Min 20 (nin 80% below 75μιη), der Nordmin Engineering Ltd g) Glasfaser Kurzschnitt FGCS 70-30/3, Fa. STW
Beispiel 1 (α-Gips mit Blähgraphit)
a Siladent Hartformgips HF1 (α-Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Mangangrau, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin Calciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Charmor® PM 40, Perstorp
) Nord-Min 351 , der Nordmin Engineering Ltd
g) Polyester Cordfäden Kurzschnitt 164 S/ 1 mm, Fa. STW Beispiel 2 (α-Gips mit expandierbarem Vermiculit)
' Casea Spezial 40 (α-Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Mangangrau, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin (Caiciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Charmor® PM 40, Perstorp
) Vermiculit ADT-V052; Fa. ADT
g) Glasfaser Kurzschnitt FGCS 70-30/3, Fa. STW
Beispiel 3 (α-Gips mit Zementanteil und Blähgraphit)
a Siladent Hartformgips HFI (a-Gips), Siladent Dr. Böhme & Schöps GmbH b) Mangangrau, Kremer Pigmente GmbH & Co. KG
c) Omyabond 520-OM, Omya GmbH
d) Lenzin Caiciumsulfat-Dihydrat), Kremer Pigmente GmbH & Co. KG e) Charmor® PM 40, Perstorp
) Nord-Min 20 (nin 80% below 75μιη), Nordmin Engineering Ltd g) Glasfaser Kurzschnitt FGCS 70-30/3, Fa. STW
h) Secar 51 , Fa. Kerneos Tabelle 1 : Eigenschaften der Beispielformulierungen (Schaumdichte, Abbindezeit, Beobachtungen im Gasbrennertest)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Hydraulisch abbindende Zusammensetzung zur Herstellung von anorganischen Brandschutz- und/oder Isolierschäumen, enthaltend
(i) wenigstens ein hydraulisches Bindemittel,
(ii) eine Treibmittelmischung,
(iii) wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung und
(iv) gegebenenfalls einen Schaumstabilisator, wobei die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung, abhängig von deren Teilchengröße und der eingestellten Dichte der geschäumten Zusammensetzung in solch einer Menge enthalten ist, dass durch deren
Expansion beim Erhitzen der Zusammensetzung über deren Onset-Temperatur die Schaumstruktur der geschäumten Zusammensetzung nicht zerstört wird.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1 , wobei bei einer eingestellten Schaumdichte - von 150 g/l bis 300 g/l die Menge an thermisch expandierbarer Verbindung zwischen 0,5 und 25 Gew.-%,
- von 300 g/l bis 600 g/l die Menge an thermisch expandierbarer Verbindung zwischen 0,4 und 15 Gew.-% und
- von 600 g/l bis 800 g/l die Menge an thermisch expandierbarer Verbindung zwischen 0,3 bis 10 Gew.-%,
jeweils bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, beträgt.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung aus Graphit-Interkallationsverbindungen, blähfähigem silikatischen Material oder Kombinationen davon ausgewählt ist.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine thermisch expandierbare Verbindung eine Graphit-Interkallationsverbindung ist und wobei bei einer eingestellten Schaumdichte - von 150 g/l bis 300 g/l die Menge an Graphit-Interkallationsverbindung zwischen 0,5 und 6 Gew.-%,
- von 300 g/l bis 600 g/l die Menge an Graphit-Interkallationsverbindung zwischen 0,4 und 5 Gew.-% und
- von 600 g/l bis 800 g/l die Menge an Graphit-Interkallationsverbindung zwischen 0,3 bis 4 Gew.-%,
jeweils bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine thermisch expandierbare Verbindung ein expandierbarer Vermiculit ist und wobei bei einer eingestellten Schaumdichte
- von 150 g/l bis 300 g/l die Menge an expandierbarem Vermiculit zwischen 1 und 25 Gew.-%,
- von 300 g/l bis 600 g/l die Menge an expandierbarem Vermiculit zwischen 0,5 und 15 Gew.-% und
- von 600 g/l bis 800 g/l die Menge an expandierbarem Vermiculit zwischen 0,4 bis 10 Gew.-%,
jeweils bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, beträgt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die wenigstens eine thermisch expandierbare Verbindung eine Graphit-Interkallationsverbindung ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei die Graphit-Interkallationsverbindung eine Teilchengröße von 80% > 75 μηη aufweist und in einer Menge von etwa 0,3 bis etwa 6,0 Gew-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, enthalten ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ein pH-neutrales oder alkalisches Bindemittel ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das hydraulische Bindemittel aus Zement, Trass, Puzzolane, hydraulische Kalke und Gips oder aus Mischungen von diesen ausgewählt ist.
10. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treibmittelmischung Verbindungen umfasst, die nach deren Vermischen unter Bildung von Kohlendioxid (C02), von Wasserstoff (H2) von Sauerstoff (02) oder von Stickstoff (N2) miteinander reagieren.
1 1 . Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei die Treibmittelmischung einen Sauerstoffträger und einen Katalysator umfasst, insbesondere Wasserstoffperoxid und einen Zerfallskatalysator.
12. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung Fasern und/ oder Gewebe oder Gelege aus Fasern enthält, wobei die Fasern aus Glas-, Cellulose-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyester-, Polyamid-, Kohlefasern, Steinwolle und/oder Mineralwolle ausgewählt sind.
13. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner Abbindeverzögerer oder Abbindebeschleuniger enthält.
14. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schaumstabilisator aus hydrophobiertem Calciumcarbonat, hydrophobiertem Titanoxid, hydrophobiertem Bariumsulfat, hydrophobiertem Aluminiumoxid sowie
Gemischen davon, Tensiden, Bentonit, Stärke sowie Derivaten davon, Gelatinen, Cellulose sowie Derivaten davon, Polymeren oder Polymerdispersionen ausgewählt ist.
15. Anorganischer Brandschutzschaum, herstellbar aus einer hydraulisch abbindenden Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und Wasser oder eine wässrigen Lösung.
16. Brandschutzschaum nach Anspruch 15, wobei der Schaum im abgebundenen, trocknen Zustand eine Dichte von < 800 g/l aufweist.
17. Brandschutzvorrichtung enthaltend einen Brandschutzschaum nach Anspruch 15 oder 16.
18. Brandschutzvorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Brandschutzschaum als Formkörper oder als Füllung in einer Tür, einer Türzarge, einem Hohlprofil, einer Zwischenwand oder einer Deckenpaneele ausgestaltet ist.
19. Verfahren zur Herstellung einer Brandschutzvorrichtung, bei dem eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einer geeigneten Menge an Wasser oder wässriger Lösung vermischt wird, anschließend in einen Hohlkörper mit einer oder mehreren Kavitäten gefüllt wird und die Zusammensetzung unter Ausbildung eines Brandschutzschaums aushärtet.
20. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder eines Brandschutzschaums nach einem der Ansprüche 15 oder 16 zum Ausschäumen von Öffnungen, Kabel- und Rohrdurchführungen in Wänden, Böden und/oder Decken, von Fugen zwischen Decken und Wandteilen, zwischen Maueröffnungen und einzubauenden Konstruktionsteilen, zwischen Decken und
Wänden und zwischen Außenwänden und vorgehängten Fassaden von Gebäuden zum Zwecke des Brandschutzes.
21 . Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder eines Brandschutzschaums nach einem der Ansprüche 15 oder 16 zur Herstellung einer Brandschutzvorrichtung oder einer Brandschutzabschottung.
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