FI102840B - Palonsuojakoostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

102840

Palonsuojakoostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi

Esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen palon-^ 5 suojakoostumus.

Tällainen koostumus sisältää yleensä vesilasin ja hapon reaktiotuotteen.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 5 johdannon mukaista menetelmää palon-10 suojakoostumuksen valmistamiseksi.

Talo- ja laivanrakennuksessa on tarvetta kevyelle ja edulliselle palamattomalle eristemateriaalille, joka olisi helposti pinnoitettavaa. Helppokäyttöisyytensä takia erityisesti levymateriaalit ovat edullisia. Nykyisten materiaalien heikkoutena on huono kierrätettä-15 vyys sekä myrkyllisyys valmistettaessa ja tulipalojen aikana. Laivoissa paloeristeraken-teet valmistettu tavallisesti teräsohutlevystä, jonka taakse tai jonka muodostamaan kasettiin on kiinnitetty mineraalivillaa tai muuta palamatonta materiaalia palo- ja lämpöeristeeksi. Teräslevyrakenteiden ongelmana on suuri painoja rajoittuneet mahdollisuudet muunnella seinän ulkonäköä. Esimerkiksi levyjen väliset saumat jäävät häiritsevästi nä-20 kyviin. Teräsrakenteet ovat myös melko kalliita ja monimutkaisia valmistaa, joten niitä voidaan käyttää vain kohteissa, joissa kustannukset ovat perusteltuja. Nykyisin käytettävien pinnoitemateriaalien ja teräslevyverhoilujen valmistaminen ja työstäminen vaatii eri- « · koistyökaluja. Siten laivanrakennuksessa käytettäviä ratkaisuja ei käytettä tavanomaisessa talonrakennuksessa, koska palonsuojausvaatimukset ovat pienemmät ja rakennusten hin-25 taa ei haluta tarpeettomasti lisätä. Kuitenkin rakennusten paloturvallisuutta voitaisiin huomattavasti lisätä, mikäli olisi olemassa edullinen ja helposti käytettävä paloeriste-materiaali.

* « Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan palonsuojakoostumus, jolla mineraalivil-30 lasta valmistettujen levyjen palonkestävyyttä voidaan huomattavasti parantaa ja saada aikaan paloa kestävä eristemateriaali, jota on helppo käsitellä ja joka voidaan pinnoittaa asennettuna halutulla tavalla.

, 102840 2

Johdannon mukainen, vesilasin ja hapon reaktiotuotteeseen perustuva palonsuojakoostu-mus on esitetty DE-hakemusjulkaisussa 3 506 132. Kyseinen seos imeytetään suojattavaan materiaaliin, eikä sillä sinänsä ole esim. suurtakaan pintakovuutta.

Ψ 5

Tunnetaan myös muita epäorgaanisiin yhdisteisiin, lähinnä metallioksideihin, perustuvia palonsuojaseoksia. Seoksiin sisältyy usein mineraalisia komponentteja, kuten dolomiitti-tai kalkkikiveä tai kuonasementtejä, jotka tekevät seoksilla käsitellyistä elementeistä varsin raskaita. Metallioksideja sisältävistä seoksista muodostetut kerrokset varastoivat 10 latenttilämpöä koostumusten komponenttien faasinmuutosten kautta, jolloin ne kykenevät hidastamaan lämpötilannousua levyjen kylmällä puolella. Tätä ilmiötä havainnollistaa DE-hakemusjulkaisussa 3 824 598 kuvattu palonsuojakoostumus, joka sisältää vesilasia ja alumiinihydroksidia. Vastaavanlainen koostumus on myös selostettu JP-hakemusjuI-kaisussa 60161380. Lämmön vaikutuksesta alumiinihydroksidi muuttuu ensin alumiiniok-15 sidihydroksidiksi ja sitten korkeammissa lämpötiloissa alumiinioksidiksi, jolloin aineesta samalla poistuu vettä. Alumiinihydroksidin konversio alumiinioksidiksi on voimakkaasti endoterminen reaktio, joka sitoo lämpöä ja siten hidastaa palonsuojakoostumuksesta muodostetun kerroksen lämpötilan nousua. Viitejulkaisun 3 824 598 mukainen palonsuojakoostumus sovitetaan kahden mineraalivillalevyn väliin, jolloin koostumukseen 20 sisältyvä vesilasi toimii sideaineena kiinnittäen levyt toisiinsa.

• DE-hakemusjulkaisun 3 824 598 mukaisen ratkaisun epäkohtana on se, että palonsuoja-kerroksen vesilasikomponentista silloitusreaktion vaikutuksesta vapautuva vesi imeytyy mineraalivillalevyihin, jolloin tapahtuu näiden läpikostuminen. Palonsuojaelementti on 25 siksi saatettava energiaa ja aikaa vievään kuivatukseen. Tämän ongelman poistamiseksi • 3 : DE-hakemusjulkaisussa 4 036 088 ehdotetaan vesilasin korvaamista magnesiumoksidi- pohjaisella sideaineella. Tämän tunnetun palonsuoja-aineen valmistus tapahtuu sekoittamalla keskenään kiinteää tai plastisoituun muotoon saatettua alumiinihydroksidia ja magnesiumoksidia ja magnesiumsulfaattia sisältävää lietettä.

DE-hakemusjulkaisun 4 036 088 seoksen epäkohtana on sen korkea hinta; magnesiumok-sidi on näet vesilasia huomattavasti kalliimpi komponentti. Lisäksi seoksella ei ole kui- 30 3 102840 vuttuaan riittävää lujuutta (pintakoviilutta), jotta sitä voitaisiin käyttää esim. mineraalivil-lalevyn pintakerroksena.

Patenttikirjallisuudesta tunnetaan myös palonsuojakoostumus, joka sisältää K-silikaattia 5 tai K- ja Na-silikaatin seoksen ja magnesiumoksidia (JP-hakemusjulkaisu 63055170). Tähän seokseen liittyy samanlaisia ongelmia kuin edellä mainittuun alumiinihydroksidi/-magnesiumoks idi-koostumukseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkoh-10 dat ja saada aikaan aivan uudenlainen palonsuojakoostumus sekä menetelmä sen valmistamiseksi.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tuotetaan palonsuojakoostumus joka sisältää vesilasin ja hapon reaktiotuotteen lisäksi magnesiumkloridia määrän, joka on riittävä 15 jotta kovettuneesta massasta saataisiin palonkestävä. Magnesiumkloridia tulee olla seoksen kuiva-aineesta ainakin 10 %.

Magnesiumkloridin lisäksi seos sisältää sopivimmin myös magnesia-yhdistettä, kuten magnesiumoksidia ja/tai magnesiumsulfaattia.

20

Keksinnön mukainen palonsuojakoostumus saadaan aikaan valmistamalla erikseen vesilasin ja hapon reaktiotuote sekä magnesiumkloridin vesiseos ja yhdistämällä sanottu reaktiotuote ja vesiseos muovattavan, notkean koostumuksen tuottamiseksi.

25 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle palonsuojakoostumukselle on tun-. '. nusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.

30 ” Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä keksinnön mukaisella palonsuoja-aineella saavutetaan erittäin hyvän paloneristyskyky ja aine on helposti käsi- 4 102840 teltävissä valmistuksen aikana. Keksinnön mukaisella koostumuksella käsitellyn levyn massa on pieni, joten se sopii kohteisiin, joissa rakenteen massalla on suuri merkitys, kuten nopeakulkuisiin laivoihin, lentokoneisiin ja esimerkiksi maantiekuljetuksissa käytettävien säiliöiden eristykseen. Materiaalin pintaan voidaan helposti tehdä kuvioita 5 pinnan elävöittämiseksi. Levy on helppo asentaa, koska kuivuneella/kovettuneella palon-suojakoostumuksella on hyvä pintakovuus eikä koostumuksen ja esim. lasikuitujen tai -rovingin muodostama komposiittirakenne tarvitse erillistä tukirakennetta.

Riittävän palonsuojavaikutuksen aikaan saamiseksi levyyn voidaan tehdä useita eris-10 tekerroksia ja jäykkyyden lisäämiseksi komposiittilevystä voidaan tehdä kennoraken-teinen. Keksinnön avulla aikaansaatava levy on riittävän jäykkä itsekantavien tilojen rakentamiseen. Palotilanteessa koostumuksesta ei erity myrkyllisiä kaasuja ja sen materiaalit ovat kierrätettäviä.

15 Palonsuojakoostumuksella käsitelty levy voidaan pinnoittaa valmistettaessa millä tahansa nykyisellä pinnoitemateriaalilla, jolloin palonkestävä sidosaine toimii liiman tavoin.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin yksityiskohtaisen selityksen ja sovellutusesimerkkien avulla.

20

Kuten edellä todettiin, keksinnön mukainen palonsuojakoostumus sisältää ainakin kaksi pääkomponenttia, nimittäin vesilasin ja hapon reaktiotuotteen sekä magnesiumkloridia. Magnesiumkloridi ja mahdollisesti käytettävä magnesiumsulfaatti kovettavat seosta ja parantavat sen palonkestävyyttä ja natriumsilikaatti sekä natriumsilikaatin ja hapon reak-25 tiotuote toimii sideaineena.

a » · «

Vesilasin ja hapon reaktiotuotteen muodostamiseksi vesilasi sekoitetaan ensin veden kanssa, minkä jälkeen se saatetaan reagoimaan epäorgaanisen tai orgaanisen hapon kanssa. Veden määrä on yleensä karkeasti yhtä suuri vesilasin, eli 100 paino-osaa vesila-30 siä kohti käytetään 50 - 150 paino-osaa vettä. Reaktioon käytettävistä epäorgaanisista hapoista voidaan mainita boorihappo, fosforihappo, suolahappoja rikkihappo. Orgaanisista hapoista mainittakoon muurahaishappo, etikkahappo, oksaalihappo, viinihappoja 5 102840 sitruunahappo. Vesilasin moolisuhde Si02/Na20 on sopivimmin noin 1 - 3,5, edullisesti noin 2 - 3,3.

Vesilasin ja hapon keskinäiset määrä riippuvat vesilasin piidioksidi/natriumoksidi-suh-5 teestä sekä käytettävästä haposta. Yleensä käytetään vesilasin 100 paino-osaa kohti noin 1-100 paino-osaa (100 %:sta) happoa.

Saatavaan reaktiotuotteeseen, joka sisältää ainakin jonkin verran saostuneita piiyhdisteitä (silikonia), lisätään haluttaessa magnesiumsulfaattia, joka magnesiumkloridin lailla 10 kovettaa valmiin koostumuksen. Reaktiotuotteeseen lisättynä magnesiumsulfaatti nostaa seoksen viskositeettia. Magnesiumsulfaatin määrä on sopivimmin 10 - 5000 paino-osaa, erityisen edullisesti 500 - 1000 paino-osaa, vesilasin 100 paino-osaa kohti.

Magnesiumkloridi liuotetaan ensin veteen, jolloin 100 paino-osaan vettä liuotetaan 10 -15 1000 paino-osaa, sopivimmin 50 - 200 paino-osaa magnesiumkloridia. Magnesiumklori din liuottamisen tehostamiseksi veden lämpötila voidaan pitää huoneen lämpötilaa korkeampana, esim. noin 30 - 90 °C:ssa, edullisesti noin 40 - 80 °C:ssa. Magnesiumkloridin liuottamisen jälkeen vesiliuokseen voidaan lisätä magnesiumoksidia. Magnesiumoksi-dia käytetään magnesiumkloridin 100 paino-osaa kohti 10 - 1000 paino-osaa, sopivimmin 20 100 - 500 paino-osaa, erityisen edullisesti 150 - 250 paino-osaa. Magnesiumoksidi on tunnetusti veteen vaikeasti liukeneva, jolloin tämän aineen lisäämisen jälkeen saadaan juokseva seos.

Tämän jälkeen vesilasin ja magnesiumkloridin seokset voidaan yhdistää. Edullisesti 25 vesilasin seos lisätään magnesiumkloridin seokseen voimakkaasti sekoittaen. Saadaan • » j' notkea seos, joka on työstettävissä. Seoksessa vesilasin 100 paino-osaa kohti on noin 10 - 10000 paino-osaa, edullisesti noin 100 - 5000 paino-osaa, erityisen edullisesti noin 500 -3000 paino-osaa magnesiumkloridia. Vettä seoksessa on noin 100 - 10000 paino-osaa, edullisesti noin 200 - 2000 paino-osaa, erityisen edullisesti noin 500 - 1500 paino-osaa 30 suhteessa 100 paino-osaan vesilasia.

Seokseen voidaan lisätä titaanioksidia lujuuden parantamiseksi ja lisäksi siihen voidaan 6 102840 tuoda palonestoainessa yleisesti käytettyjä metallioksideja, kuten alumiinihydroksidia.

Keksinnön mukaan valmistettava palonestokoostumus sisältää tyypillisesti kuiva-aineesta - 0,1-10 paino-% vesilasia ja happoa sekä näiden muodostamaa reak- f 5 tiotuotetta, - 1 - 25 paino-% magnesiumsulfaattia, - 10-60 paino-% magnesiumkloridia sekä - 10-60 paino-% magnesiumoksidia.

10 Lisäksi seokseen voi sisältyä noin 0,1-10 paino-% alumiinihydroksidia ja/tai vastaavasti titaanidioksidia. Titaanioksidi ja alumiinioksidi ovat lisäaineita, jotka parantavat palon-kestävyyttä ja kovettavat seosta. Titaanioksidi lisäksi nopeuttaa seoksen kuivamista.

Keksinnön mukaista palonestoainetta, joka myös toimii esim. mineraalivillakerrosten 15 sideaineena, voidaan käyttää mm. palonkestävien komposiittien valmistukseen. Erään edullisen sovellutusmuodon mukaan muottiin tai yksinkertaisesti tasaiselle pinnalle levitetään ensin keksinnön mukaista koostumusta (seuraavassa myös “sideainetta”), jonka päälle sijoitetaan lujitekangas, seuraavaksi levitetään uusi kerros koostumusta ja lujite-kangas. Kerroksia tehdään päällekkäin tarvittava määrä sopivan jäykkyyden aikaan 20 saamiseksi. Elementin muodostamiseksi lujite- ja sideainekerroksista muodostuvan pinta-kerroksen päälle sijoitetaan eristekerros, joka on edullisesti mineraalivillaa. Villa voidaan sijoittaa poikkisyin tai pitkittäissyin ja villan suunnalla voidaan vaikuttaa levyn ominaisuuksiin. Poikittaissyin asetettu villa antaa elementille paremman puristuslujuuden, mutta tällöin eristekerros on koottava kapeammista kappaleista. Jos elementti kootaan useam-25 mistä villakappaleista, kappaleiden saumakohtiin levitetään sideainetta.

• (

Kun villakerros on sijoitettu ensimmäisen pintakerroksen päälle, valmistetaan toinen pintakerros laminoimalla lujitekangaskerroksia sideaineen avulla eristekerroksen päälle.

Levyn jäykkyyttä ja pistekuormien kantokykyä voidaan muunnella pintakerroksen pak-30 suuden ja rakenteen avulla ja pintakerroksen valmistuksessa voidaan käyttää tavanomaisia komposiittirakenteiden laminointitekniikoita ja pintakerrokset voivat olla rakenteeltaan erilaisia. Kun levyn molemmat pintakerrokset on laminoitu, levy kovetetaan läm- a 3 a 7 102840 pöpuristimessa noin 60 - 80°C noin 15 minuutin ajan. jolloin saadaan aikaan jäykkä levy. Levy voidaan kuitenkin myös valmistaa kylmäpuristuksella.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksintöä: 5 Esimerkki 1

Palonsuojamassan valmistus

Seuraavassa kuvaa esimerkin omaisesti keksinnön mukaisen koostumuksen valmistusta 10 1. Koostumuksen ainesosat:

Vaihe I

Komponentti Määrä 15 Vettä 135 g

Natriumsilikaattia 120 g

Fosforihappoa (80 p-% :sta) 40 g

Magnesiumsulfaattia 1000 g 20

Vaihe II

Komponentti Määrä 25 Vettä 1500 g

Magnesiumkloridia 2500 g

Magnesiumoksidia 5000 g

Lopuksi yhteisseokseen 30

Alumiinihydroksidia 80 g

Titaanidioksidia 80 g 35 2. Koostumuksen valmistus:

Vaihe I: Vesilasi sekoitetaan ensi veteen. Seos tulee tällöin raemaiseksi. Tämä jälkeen lisätään happo, jolloin seos muodostuu notkeammaksi. Seuraavaksi lisättiin magnesium-sulfaatti, jolloin seos muuttui puuromaiseksi silikoniksi.

40 8 102840

Vaihe Π: Sulatetaan magnesiumkloridi veteen, jonka lämpötila oli 60 °C, minkä jälkeen vesifaasin lämpötila alennettiin noin 10 - 20 °C:seen. Lisättiin magnesiumoksidi, jolloin seos muuttui juoksevaksi.

5 Vaihe ΙΠ: Kun seos II on valmis siihen lisätään seos I voimakkaasti sekoittaen. Seos pysyi notkeana. Lisätään myös alumiinihydroksidi ja titaanioksidi. Noin 10 minuuttia sekoituksen jälkeen massa oli käyttövalmis. Seosta voidaan työstää ainakin 3 tuntia,

Esimerkki 2 10 Lasikuiduilla vahvistetun mineraalikomposiitin syttymisominaisuudet

Edellä kuvatulla massalla, jonka tiheys oli noin 1440 kg/m3 päällystettiin aallotettuja lasikuitulevyjä, joiden tiheys oli 450 kg/m3, jolloin saatiin palosuojattu lasikuitulevykom-posiitti, jonka tiheys oli 1670 kg/m3. Päällystettu kerros pinnoitettiin vielä geeli pinnoit-15 teella (Gelcoat GF 1221S TIN, Neste Chemicals), jonka määrä oli 500 g/m2.

VTT:n Rakennustekniikassa testin A.653(16) mukaan suoritetussa palamiskokeessa voitiin todeta, ettei pinta syttynyt palaamaan kokeen olosuhteissa, eikä mitään palamisen ominaisuuksia siksi pystytty määrittämään.

20 ·· Esimerkki 3

Palonsuojamassalla käsitellyn mineraalivillalevyn palonkesto-ominaisuudet

Esimerkin 2 mukaisesta lasikuitu-mineraali-komposiittilevystä (paksuus 2,5 mm) sekä 25 vuorivillasta valmistettiin palosuojattu rakennuselementti. Vuorivillana käytettiin Parte- : kin toimittamaa PARTEK PV-160-L-tuotetta, jonka paksuus oli 20 mm.

Elementin palonkesto-ominaisuudet tutkittiin VTT:n Rakennustekniikassa testin A.754(18) mukaan. Koe suoritettiin laboratorion vertikaaliuunissa. Kokeen kesto oli 30 30 min.

Oheen liitetyssä kuviossa on esitetty elementin kylmän pinnan lämpötila ajan funktiona.

9 102840

Kuten kuviosta käy ilmi, lämpötila nousee 30 minuutissa noin 129 °C:seen, mikä on yli 10 °C vähemmän kuin testin määräämä yläraja.

Esimerkkien 2 ja 3 tulosten perusteella voidaan todeta, että keksinnön mukaisella palon-5 suojamassalla on erinomaiset palonsuojaominaisuudet ja sen avulla saadaan aikaan raken-nuselementtejä, jotka sopivat vaativiin kohteisiin, kuten lavoihin ja lentokoneisiin.

• ·

Claims (14)

1. Palonestokoostumus, joka sisältää vesilasin ja hapon reaktiotuotteen, tunnettu 5 siitä, että se sisältää suhteessa 100 paino-osaan vesilasia 10 - 10.000 paino-osaa mag- nesiumkloridia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se sisältää suhteessa 100 paino-osaan vesilasia 100 - 10.000 paino-osaa vettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se sisältää edelleen magnesiumoksidia, magnesiumsulfaattia, alumiinihydroksidia ja/tai titaanioksidia.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se sisältää kuiva-aineesta - 0,1-10 paino-% vesilasia ja happoa sekä näiden muodostamaa reaktiotuotetta, - 1 - 25 paino-% magnesiumsulfaattia, 20 - 10 - 60 paino-% magnesiumkloridia, - 10 - 60 paino-% magnesiumoksidia ja - valinnanvaraisesti 0,1-10 paino-% alumiinihydroksidia ja/tai vastaavasti titaanidioksidia.

5. Menetelmä palonsuojakoostumuksen valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan " - vesilasiin sekoitetaan happoa vesilasin ja hapon reaktiotuotteen muodostami seksi, tunnettu siitä, että - sanottu reaktiotuote sekoitetaan magnesiumkloridi-pitoiseen seokseen, jol- 30 loin saadaan työstettävä palonsuojakoostumus.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesilasi sekoite- taan ensin veden kanssa, minkä jälkeen se saatetaan reagoimaan epäorgaanisen tai or gaanisen hapon kanssa, jolloin vettä käytetään 50 - 150 paino-osaa 100 paino-osaa vesila sia kohti. 102840 T

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään boori- happoa, fosforihappoa, suolahappoa, rikkihappoa, muurahaishappoa, etikkahappoa, oksaalihappoa, viinihappoa tai sitruunahappoa.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesila-10 sin 100 paino-osaa kohti lisätään noin 1 - 100 paino-osaa (100 %:sta) happoa.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesilasin ja hapon reaktiotuotteeseen lisätään 10 - 5000 paino-osaa, erityisen edullisesti 500 -1000 paino-osaa magnesiumsulfaattia, vesilasin 100 paino-osaa kohti. 15

10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magnesiumkloridi-pohjainen seos valmistetaan liuottamalla 100 paino-osaan vettä 10 -1000 paino-osaa, sopivimmin 50 - 200 paino-osaa magnesiumkloridia.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiliuokseen . lisätään magnesiumkloridin 100 paino-osaa kohti 10 - 1000 paino-osaa, sopivimmin 100 - 500 paino-osaa, erityisen edullisesti 150 - 250 paino-osaa magnesiumoksidia.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 5-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 vesilasin seos lisätään magnesiumkloridin seokseen voimakkaasti sekoittaen. * * \ % ' . »

13. Jonkin patenttivaatimuksen 5 - 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan notkea, työstettävissä oleva seos, joka sisältää vesilasin 100 paino-osaa kohti 100 - 5000 paino-osaa magnesiumkloridia ja 200 - 2000 paino-osaa vettä. 30

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan seos, joka sisältää 0,1 - 10 paino-% alumiinihydroksidia ja/tai titaanidioksidia. 12 102840