WO2004099344A1 - Brandschutzzusammensetzung - Google Patents

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WO2004099344A1
WO2004099344A1 PCT/EP2004/004935 EP2004004935W WO2004099344A1 WO 2004099344 A1 WO2004099344 A1 WO 2004099344A1 EP 2004004935 W EP2004004935 W EP 2004004935W WO 2004099344 A1 WO2004099344 A1 WO 2004099344A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
weight
fire protection
composition according
protection composition
frit
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/004935
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg JODLAUK
Ralph Nonninger
Martin Schichtel
Anne-Kathrin Pannwitt
Frank Meyer
Original Assignee
Itn Nanovation Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Itn Nanovation Gmbh filed Critical Itn Nanovation Gmbh
Publication of WO2004099344A1 publication Critical patent/WO2004099344A1/de

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Classifications

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

Definitions

  • the invention relates to a fire protection composition and to an object which has such a fire protection composition.
  • Materials can be roughly divided into polymers (plastics), metals, HQIZ, glass and ceramics.
  • a distinguishing feature of these material classes is their heat resistance, characterized by melting points, sintering temperatures, softening points etc.
  • JP 1 1213771 A reports a rubber layer around the electrical conductor which is filled with inorganic particles, preferably titanium dioxide, zinc borate and layered silicates. The main component of this coating is therefore organic.
  • the current-carrying wires are coated with a multi-substance system, at least one organosilicon polymer, a passivation glass and a ceramic filler must be present. The flexibility of the layer is achieved through the organosilicon polymer, a condensate made from organoalkoxysilanes, and the other components form a glass in the event of a fire.
  • the object of the invention is to provide a new fire protection agent which largely avoids the disadvantages described. It should be universally applicable to all materials mentioned at the beginning, namely polymers, metals, wood and glass. In particular, it should be suitable as a coating material for the materials mentioned, so that reliable fire protection / flame protection is made possible by appropriately applied coatings on objects made of these materials.
  • composition optionally contains additives in a proportion of up to 5% by weight, at least one organic polymer adhesive in a proportion of up to 5% by weight and water in a proportion of up to 10% by weight.
  • water glass is known to the person skilled in the art as meaning water-soluble alkali silicates, in particular potassium and sodium silicates, or their (viscous) aqueous solutions, which solidify from the melt flow.
  • the relevant definitions in the relevant textbooks can be referred to here.
  • the water glasses are usually also characterized by the mass or molar ratio Si0 2 / alkali oxide and by the density of the aqueous solutions. Some of the densities are given in Baume grades, an hydrometer density scale that was originally calibrated with a 10% saline solution. The ratio of alkali oxide to Si0 2 in a water glass is often referred to as a so-called module.
  • clay is used to refer to the sediment rocks commonly referred to in this way, which are also known to the person skilled in the art. Here too, reference can be made to the relevant textbooks.
  • the hard filler is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (Zr0 2 ) or silicon carbide (SiC). All three compounds are known to the person skilled in the art. They are added to the fire protection composition according to the invention as fillers with a comparatively high hardness. A mixture of at least two of these compounds is also suitable for use as a hard filler in the composition according to the invention. Frits are glassy systems in which water-soluble salts (soda, borax and others) and other substances are silicatically bound and thus largely converted into a water-insoluble form. Such frits are added to the fire protection composition according to the invention in ground form.
  • the minerals contained in the fire protection composition have a comparatively high intrinsic porosity, which is important for the function of the composition. This is explained in more detail below.
  • additives are additives known to the person skilled in the art, in particular organic additives, which will also be discussed in more detail later. Such additives are used to improve certain properties of a composition, e.g. to influence their applicability or processability. They can preferably be added to the composition according to the invention in amounts between 0.1% by weight and 5% by weight, in particular between 0.5% by weight and 3% by weight, based on the total weight of the fire protection composition.
  • the optional adhesive may be used to bond the other constituents of the composition to one another and may also play an important role in the rheological properties of the composition.
  • composition according to the invention preferably contains the following components, namely
  • At least 1% by weight of clay at least 1% by weight of at least one hard filler from the group aluminum oxide (Al 2 0 3 ), zirconium oxide (Zr0 2 ) and silicon carbide (SiC),
  • compositions consisting of the following components, namely:
  • the water glass is preferably contained in the fire protection composition according to the invention in an amount between 30% by weight and 90% by weight, in particular between 40% by weight and 70% by weight. Within the latter range, amounts between 40% and 60% by weight are further preferred.
  • water glass to be water-soluble alkali silicates or their (viscous) aqueous solutions that solidify from the melt flow.
  • the water glass is preferably in the form of its aqueous solution.
  • the water glass preferably has a solids content in its aqueous solution of between 20% by weight and 80% by weight, preferably between 40% by weight and 60% by weight.
  • Sodium water glass is also preferably used in the invention as a component of the fire protection composition.
  • mixtures of several different water glasses can also be used.
  • the clay is preferably contained in the fire protection composition in an amount between 1% by weight and 40% by weight, in particular in an amount between 3% by weight and 15% by weight. Amounts between 7% and 15% by weight are particularly noteworthy within the latter range.
  • the grain size distribution of the clay is fundamentally not critical. However, it is preferred if the Dgo value that characterizes the grain size distribution is ⁇ 30 ⁇ m, preferably ⁇ 20 ⁇ m.
  • kaolin or engobe clay as a constituent of the fire protection composition is preferred in the invention. These clays are known to the person skilled in the art.
  • the Kaolinen is a collective name for certain clay stones.
  • the engobes are special clays that are also used, for example, to manufacture ceramics and bricks.
  • the constituents referred to as hard fillers are preferably present in amounts between 1% by weight and 40% by weight, in particular between 5% by weight and 15% by weight.
  • the hard fillers in particular Al 2 O 3, may contain water of crystallization. It is also preferred if the particle size of these hard fillers is chosen to be as small as possible. Accordingly, it is advantageous to select hard fillers with a Dso value of ⁇ 200 nm, preferably ⁇ 50 nm, as components of the fire protection composition. As far as possible, the particle size can be far in the nanoscale range, with D 50 values ⁇ 20 nm being particularly noteworthy.
  • the solidification temperature (sintering temperature) of the fire protection composition according to the invention can be reduced in the event of a fire by choosing the particle size of the constituents labeled as hard fillers to be as small as possible. Accordingly, these components have a decisive influence on the behavior of the composition in the event of a fire. The faster the composition solidifies or sinters together in the event of a fire, the better it can fulfill its fire protection function. This shows quite generally, the advantageous effect of the use of nanoscale particles (D 5 o values ⁇ 200 nm), in particular as a hard fillers, in fire protection products and materials.
  • the so-called frit is preferably present in the fire protection composition according to the invention in an amount between 1% by weight and 20% by weight, in particular between 5% by weight and 15% by weight. Within the latter range, amounts between 5% and 13% by weight are further preferred.
  • all known frits can be used in the invention. However, it is preferred if these frits have particle sizes with a Dgo value ⁇ 10 ⁇ m, in particular ⁇ 5 ⁇ m.
  • hemisphere point is the melting point at that temperature at which the corresponding test specimen has melted together to form a hemisphere. This is the temperature at which the silhouette of the test specimen shows a foot angle of approx. 90 °.
  • the ground frits or glass frits which can preferably be used according to the invention usually show hemispherical points between 450 ° C. and 650 ° C., hemispherical points between 500 ° C. and 550 ° C. being further preferred.
  • Preferred ground glass frits show, for example, hemispherical points of approximately 520 ° C. with D 90 values ⁇ 5 ⁇ m.
  • alkali zinc frits or calcium borate frits as are offered by various manufacturers, can preferably be used.
  • the constituents summarized under the term mineral are present in the fire protection composition according to the invention preferably in an amount between 1% by weight and 20% by weight, preferably between 3% by weight and 12% by weight. It is further preferred if these minerals are contained in the fire protection composition in amounts between 5% by weight and 12% by weight.
  • the particle size of the minerals is also fundamentally not critical in the invention. However, it is preferred if these minerals are finely ground. Preferred particle sizes with Dgo values ⁇ 20 ⁇ m, in particular ⁇ 10 ⁇ m, should be emphasized here.
  • the minerals used according to the invention should have a high intrinsic porosity which is important for the function of the fire protection composition in the event of a fire. Accordingly, it is advantageous in the invention to use minerals of volcanic origin. Such volcanic minerals either already have a correspondingly high porosity or develop this porosity if they are exposed to higher temperatures (as in the case of fire). Such minerals of volcanic origin are in particular the so-called perlite (pearl stones), or the tufa (tuff stones). The properties of these minerals are known to the person skilled in the art, so that a detailed explanation is unnecessary here.
  • zeolites are crystalline alkali or alkaline earth alumosilicates, the crystal lattice of which is made up of Si0 and AIO 4 tetrahedra, which are linked via oxygen bridges. This creates a spatial arrangement of identical cavities that are accessible via pore openings or channels.
  • Such a crystal lattice is able to act as a sieve, which takes up molecules with a smaller cross section than the pore openings in the cavities of the lattice, while larger molecules cannot penetrate. Zeolites are therefore often called molecular sieves. When used as a mineral in the composition according to the invention, however, its pore size is in principle not critical.
  • Fire protection compositions are positively influenced by the addition of water-storing agents, which in principle also include non-porous substances containing water of crystallization such as borax.
  • the additives are in particular organic additives.
  • the additives in the composition according to the invention are preferably present in a proportion of 0.3% by weight to 3% by weight, in particular up to 2.5% by weight.
  • wetting agents are in particular ionic and non-ionic surfactants, as are preferably used in aqueous systems, but the invention is not restricted to these.
  • Preferred additives are especially the polyols such as e.g. Glycerin.
  • the organic polymeric adhesive is present in an amount between 1% by weight and 3% by weight, in particular in an amount of approximately 2% by weight. Such comparatively small amounts are usually sufficient to bring about or support the desired bonding of the other constituents.
  • the organic polymer adhesive is preferably a physically setting adhesive.
  • Such adhesives set by changing the physical state (liquid-solid) or by evaporation of a solvent. Except in exceptional cases, these are single-component adhesives.
  • polyacrylates or MHPC methylpropylhydroxycellulose
  • Such adhesives and their properties are known to the person skilled in the art. Taking into account the above statements, preferred fire protection compositions according to the invention can be defined as follows via their constituents:
  • hard filler in particular aluminum oxide, with a D 50 value of ⁇ 200 nm, preferably ⁇ 50 nm,
  • frit in particular alkali zinc frit, with a Dgo value ⁇ 5 ⁇ m
  • compositions have the following composition:
  • ingredients add up to 100% by weight of the total composition.
  • the amounts of the constituents are chosen such that the fire protection composition is in the form of a pasty coating composition. It is even more preferred if this is a spreadable, i.e. coating material that can be applied, for example, with a brush or a comparable tool. Such fire protection compounds are then particularly suitable for the subsequent coating of various materials, as was explained at the beginning.
  • the invention also encompasses any object which has a fire protection composition according to the invention.
  • these will be objects which are at least partially coated with the fire protection compositions just shown. It may be preferred that the objects are completely coated.
  • the objects, in particular the objects coated according to the invention are preferably plastic.
  • so-called technical insulations such as are used for the insulation of pipelines, for example heating pipes, valves and ducts, are to be mentioned in particular. All thermal and / or acoustic see insulation and insulation materials as they are used for many applications. Other examples are cable ducts, control cabinets, cable bulkheads, cladding and carpets.
  • all types of plastics can be coated with the composition according to the invention, in particular polypropylene, polyethylene, polyurethane, etc.
  • the so-called technical foams should be mentioned here as preferred items. As is well known, these are structures made of gas-filled cells that are delimited and connected to one another via so-called cell webs. Like the other materials and articles mentioned, these foams or foams can also be provided, in particular coated, with the fire protection composition according to the invention.
  • compositions are wooden products of all kinds, preferably in the home, such as panels, cladding, covers, prefabricated house parts, wooden houses, beams, boards, benches.
  • an article provided with a fire protection coating is impregnated to improve weather resistance and water resistance.
  • the applied fire protection layer is preferably impregnated with a solution of at least one alkaline earth metal salt.
  • the salt is preferably at least one from the group of chlorides, nitrates, sulfates or borates of magnesia um or calcium chosen.
  • Polar solvents such as alcohols, in particular ethanol, and / or water are preferably used as solvents.
  • the impregnation is applied, for example, by spraying, brushing or dipping.
  • the surface of the fire protection layer is at least partially converted into a water-insoluble form by the impregnation. This effect is due to an ion exchange, in the course of which alkali ions from the silicate structure are replaced by alkaline earth ions.
  • the individual components of the fire protection composition lead to particularly advantageous properties.
  • the overall effect of the composition can only be partly attributed to the properties of the individual components.
  • the function of the composition could be based on the fact that a closed inorganic layer forms at higher temperatures (i.e. in the event of a fire), which prevents the fire from spreading further for a sufficient period of time.
  • the composition according to the invention has only a small proportion of organic components.
  • the fire protection composition according to the invention is based on a purely aqueous basis and contains no organic solvents.
  • the composition according to the invention can be applied as a fire protection layer in a simple manner to all known substrates made of plastic, rubber, leather, wood up to glass and metal. Depending on the composition, it can be brushed on, sprayed on, printed on, etc. on the corresponding substrates. It has good adhesion to the substrates and retains its flexibility after application and has high long-term stability.
  • the composition according to the invention shows its fire protection effects even at comparatively low temperatures.
  • a bloating effect occurs even at low temperatures; at temperatures, for example around 500 ° C, a closed inorganic layer already forms, which hinders the spread of fire.
  • This inorganic layer is surprisingly free of cracks, so that the surface is protected all over. Gases generated during a fire accordingly have no way of escaping to the outside, so that the heat-insulating effect that is already present is additionally reinforced by the enclosed gases. This has a flame-deflecting effect and greatly reduces the development of flue gas.
  • Three fire protection compositions according to the invention are made up of the following components:
  • Sources of supply and properties of the components used are as follows:
  • Nanoscale ZrO2 in-house production, D 90 value ⁇ 100 nm
  • AI 2 O 3 Martinswerk, Bergheim, DE or in-house production
  • Glycerin FLUKA, Buchs, CH.
  • the preparation of the fire protection composition is explained below using Example 1.
  • the preparations in Example 2 and Example 3 are carried out in a corresponding or analogous manner.
  • the fire protection compositions obtained according to Examples 1, 2 and 3 are applied to various substrates (wood, plastic, glass, metal) as a thin layer.
  • the materials coated in this way are then subjected to a simulated fire.
  • the coated materials are heated with the help of an open flame, the temperature of the coated object being continuously monitored.

Abstract

Eine Brandschutzzusammensetzung enthält: mindestens 30 Gew.% Wasserglas, mindestens 1 Gew.% Ton, mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2) und Siliciumcarbid (SiC), mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte, mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität, 0 Gew.% bis 5 Gew.% Zusatzstoffe, 0 Gew.% bis 5 Gew.% eines organischen Polymerklebstoffs und 0 Gew.% bis 10 Gew.% Wasser. Diese Brandschutzzusammensetzung liegt vorzugsweise in Form einer pastösen Beschichtungsmasse vor.

Description

Beschreibung Brandschutzzusammensetzunq
Die Erfindung betrifft eine Brandschutzzusammensetzung sowie einen Gegenstand, der eine solche Brandschutzzusammensetzung aufweist.
Werkstoffe lassen sich grob einteilen in Polymere (Kunststoffe), Metalle, HQIZ, Glas und Keramik. Ein Unterscheidungsmerkmal dieser Werkstoffklassen ist ihre Hitzebeständigkeit, gekennzeichnet durch Schmelzpunkte, Sintertemperaturen, Erweichungspunkte etc.
Wird diesen Werkstoffen Energie in Form von Wärme zugeführt, so beginnt im allgemeinen Holz frühzeitig zu brennen, Polymere beginnen ab ca. 100°C, Gläser ab ca. 300°C und Metalle ab ca. 700°C zu erweichen. Der einzige Werkstoff, der auch hohen Temperaturen standhält, ist die Keramik, angefangen bei Kochgeschirr über Schamottsteine in Verbrennungsanlagen bis hin zu SiC-Schutzschildern, die Raumfähren den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre gestatten. Aufgrund ihres aufwendigen und oft auch teuren Herstellungsprozesses sowie ihres duktilen Charakters (Bruchverhalten) können Keramiken aber nicht überall eingesetzt werden. Somit müssen Verfahren entwickelt werden, die die beschriebenen Werkstoffe effizient vor Flammen schützen. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Werkstoffe Holz, Metall, Glas und Polymere vor Brand schützen zu wollen. Im Falle von Holz und Metall werden Beschichtungssysteme getestet, im Falle der Polymere bei der Herstellung zugesetzte Zusatzstoffe, und im Falle von Glas werden Gele eingesetzt, die durch Kondensationsreaktionen von Monomeren erzeugt werden.
Durch die Zugabe von Flammschutzmitteln in die Ausgangsmasse der Polymerherstellung, erhalten so modifizierte Polymere einen intrinsi- schen Schutz. Eingesetzt werden üblicherweise toxische Verbindungen wie Antimonpentoxid (DE 68912 616 A), Asbest (DE 2254339 A) oder aber Cadmium und Fluorchlorkohlenwasserstoffe. Im Brandfall halten diese Polymere im Gegensatz zu nicht geschützten Polymeren den Flammen länger stand, d.h. ihre Stabilität/Festigkeit bleibt länger erhalten, was im Bereich der Konstruktionswerkstoffe sehr wichtig ist. Allerdings sind die entstehenden Rauchgase hoch toxisch und im Brandfall für den Menschen oft tödlich. In der DE 195 30 200 A wird auch berichtet, dass die Kombination von Flammschutzmittel und feinstteiligen anorganischen Pulvern eine drastische Reduktion der Nachbrennzeiten bewirkt. Trotz dieses Ansatzes kennt der Stand der Technik bisher keine befriedigende Lösung des Brandschutzes für Polymere. Dies liegt auch daran, dass die Mechanismen der Flammschutzwirkung solcher Zusätze nur in Einzelfällen überhaupt verstanden sind.
Fensterscheiben aus Glas versucht man durch eine Doppelverglasung zu schützen, in deren Mitte ein Gel gefüllt wird, das durch Kondensation von Organosilanen entsteht. Um Trübungen zu vermeiden, werden gegebenenfalls nanoskalige Pulverteilchen eingesetzt, die nach der DE 197 20 269 A eine unkontrollierte Kondensation der Organosilane vermeiden. Das erhaltene Gel ist aber so schwer, dass sich die Glasscheiben nach einer gewissen Zeit ausbeulen können. Aus diesem Grunde wird sich dieses System wohl kommerziell nicht durchsetzen. Im Falle des Holzschutzes ist ein intrinsischer Schutz unmöglich. Deshalb kennt der Stand der Technik nur Beschichtungssysteme, die entweder die Flammschutzmittel der Polymere und damit auch deren Probleme beinhalten oder aber Graphit enthalten, der im Brandfalle aufquillt und so einen Kohlenstoffschaum bildet. Dieses isoliert die zu schützenden Materialien gegen den Wärmefluss (DE 199 09 387 A).
Das Thema, Metall vor Brand zu schützen, wurde bisher nur in Einzelfällen angegangen, beispielsweise bei der Ummantelung von Kupferdrähten in stromführenden Kabeln. Die JP 1 1213771 A berichtet von einer Gummischicht um den elektrischen Leiter, die mit anorganischen Teilchen, bevorzugt Titandioxid, Zinkborat und Schichtsilicaten gefüllt ist. Der Hauptbestandteil dieses Coatings ist somit organischer Natur. In der DE 197 17 645 A werden die stromführenden Drähte mit einem Mehrstoffsystem beschichtet, wobei mindestens ein siliciumorganisches Polymer, ein Passivierungsglas und ein keramischer Füllstoff vorhanden sein muss. Durch das siliciumorganische Polymer, ein Kondensat aus Organoalkoxysilanen, wird die Flexibilität der Schicht erreicht, durch die anderen Bestandteile bildet sich im Brandfall ein Glas. Diese Art von Beschichtungssystemen sind industriell nur schwer umsetzbar. Bereits während der Applikation einer solchen Schicht werden größere Mengen entweder von Methanol oder aber von Ethanol freigesetzt. Im Falle des Freisetzens von Methanol ist das Augenlicht der damit arbeitenden Personen stark gefährdet, im Falle der Freisetzung von Ethanol müssen gesonderte Vorschriften bezüglich Explosionsschutz eingehalten werden. In der DE 4444160 A wird ein Stahl durch das Aufbringen mehrerer verschiedenartiger Beschichtungssysteme geschützt. Zunächst wird eine Schicht appliziert, die als Haftvermittler dient, dann eine Grundierungs- schicht, danach die Funktionsschicht, die ein Blähmittel enthält (die im Brandfall entstehende Luft wirkt als Isolator), und dann wieder eine Grundierungsschicht. Ein solcher Multilayeraufbau ist aufwendig und kostenintensiv. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass das Problem Brandschutz für keinen Werkstoff, außer für die Keramik selbst, umfassend gelöst ist. Aufgrund der immer schärfer werdenden gesetzlichen Auflagen, werden die wenigen bekannten Flammschutzmittel insbesondere in Europa mehr und mehr verboten. Auch wird die Freisetzung toxischer Verbindungen wie Methanol oder Ethanol nicht oder nur unter Auflagen toleriert. Es besteht somit ein Bedarf an einem universell einzusetzenden, preiswerten Brandschutzmittel, das unbedenklich sowohl beim Auftragen, als auch im Brandfall ist.
Die Erfindung stellt sich dementsprechend die Aufgabe, ein neues Brandschutzmittel bereitzustellen, das die geschilderten Nachteile weitgehend vermeidet. Es soll universell bei allen eingangs genannten Werkstoffen, nämlich bei Polymeren, Metallen, Holz und Glas einsetzbar sein. Insbesondere soll es als Beschichtungsmasse für die genannten Werkstoffe geeignet sein, damit durch entsprechend aufgebrachte Beschichtungen auf Gegenständen aus diesen Werkstoffen ein zuverlässiger Brandschutz/Flammschutz ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Brandschutzzusammensetzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungen dieser Brandschutzzusammensetzung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 27 dargestellt. Erfindungsgemäße Gegenstände, die die erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung aufweisen, ergeben sich aus den Ansprüchen 28 bis 30. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Eine erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung enthält
mindestens 30 Gew.% Wasserglas, mindestens 1 Gew.% Ton, mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs, mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte und mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität.
Darüber hinaus enthält die Zusammensetzung gegebenenfalls Zusatzstoffe in einem Anteil von bis zu 5 Gew.%, mindestens einen organischen Polymerklebstoff in einem Anteil von bis zu 5 Gew.% und Wasser in einem Anteil von bis zu 10 Gew.%.
Unter dem Begriff Wasserglas versteht der Fachmann bekanntlich wasserlösliche, aus dem Schmelzfluss erstarrte Alkalisilicate, insbesondere Kalium- und Natriumsilicate, bzw. deren (viskose) wässrige Lösungen. Auf die entsprechenden Definitionen in den einschlägigen Lehrbüchern kann hier verwiesen werden. Die Wassergläser werden üblicherweise auch durch das Massen- oder Molverhältnis Si02/Alkalioxid sowie durch die Dichte der wässrigen Lösungen charakterisiert. Die Dichteangaben erfolgen dabei teilweise noch in Baume-Graden, einer Aräometer- Dichteskala, die ursprünglich mit einer 10%igen Kochsalzlösung geeicht wurde. Das Verhältnis von Alkalioxid zu Si02 in einem Wasserglas wird oft auch als sogenanntes Modul bezeichnet.
Mit dem Begriff Ton werden die üblicherweise so bezeichneten Sedimentgesteine bezeichnet, die dem Fachmann ebenfalls bekannt sind. Auch hier kann auf die einschlägigen Lehrbücher verwiesen werden.
Bei dem Hartfüllstoff handelt es sich um Aluminiumoxid (AI2O3), Zirkoniumoxid (Zr02) oder Siliciumcarbid (SiC). Alle drei Verbindungen sind dem Fachmann bekannt. Sie werden der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung als Füllstoffe mit vergleichsweiser hoher Härte zugesetzt. Auch eine Mischung aus mindestens zwei dieser Verbindungen eignet sich zur Verwendung als Hartfüllstoff in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung. Unter Fritten versteht man glasige System, in denen wasserlösliche Salze (Soda, Borax und andere) sowie weitere Stoffe silicatisch gebunden und damit weitgehend in eine wasserunlösliche Form überführt werden. Solche Fritten sind der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung in gemahlener Form zugesetzt.
Die in der Brandschutzzusammensetzung enthaltenen Mineralstoffe besitzen eine vergleichsweise hohe Eigenporosität, die für die Funktion der Zusammensetzung wichtig ist. Dies wird im folgenden noch näher erläutert.
Bei den gegebenenfalls enthaltenen Zusatzstoffen handelt es sich um dem Fachmann bekannte Zusatzstoffe, insbesondere organische Zusatzstoffe, auf die ebenfalls später noch genauer eingegangen wird. Solche Zusatzstoffe werden eingesetzt, um bestimmte Eigenschaften einer Zusammensetzung, z.B. deren Anwendbarkeit oder Verarbeitbarkeit betreffend, zu beeinflussen. Der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können sie vorzugsweise in Mengen zwischen 0,1 Gew.% bis 5 Gew.%, insbesondere zwischen 0,5 Gew.% bis 3 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Brandschutzzusammensetzung, zugesetzt sein.
Der fakultativ enthaltene Klebstoff dient gegebenenfalls dazu, die übrigen Bestandteile der Zusammensetzung miteinander zu verbinden (zu verkleben) und kann gegebenenfalls auch für die rheologischen Eigenschaften der Zusammensetzung eine wichtige Rolle spielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung bevorzugt die folgenden Komponenten, nämlich
- mindestens 30 Gew.% Wasserglas,
- mindestens 1 Gew.% Ton, - mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al203), Zirkoniumoxid (Zr02) und Silici- umcarbid (SiC),
- mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
- 0,3 Gew.% bis 5 Gew.% Zusatzstoffe und
- 0 Gew.%o bis 10 Gew.% Wasser.
Ebenfalls bevorzugt sind Zusammensetzungen, die aus den folgenden Komponenten bestehen, nämlich aus
- mindestens 40 Gew.% Wasserglas,
- mindestens 1 Gew.% Ton,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Siliciumcarbid,
- mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
- 0,5 Gew.% bis 5 Gew.% mindestens eines organischen poly- meren Klebstoffs, und
- 0,5 Gew.%o bis 10 Gew.%, vorzugsweise 1 Gew.% bis 5 Gew.% Wasser,
wobei sich die aufgeführten Bestandteile zu 100 Gew.% ergänzen.
In der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung ist das Wasserglas vorzugsweise in einer Menge zwischen 30 Gew.% und 90 Gew.%, insbesondere zwischen 40 Gew.% und 70 Gew.% enthalten. Innerhalb des zuletzt genannten Bereiches sind Mengen zwischen 40 Gew.% und 60 Gew.% weiter bevorzugt. Wie bereits erwähnt, versteht der Fachmann unter dem Begriff Wasserglas wasserlösliche, aus dem Schmelzfluss erstarrte Alkalisilicate bzw. deren (viskose) wässrige Lösungen. Bei der vorliegenden Erfindung liegt das Wasserglas bevorzugt in Form seiner wässrigen Lösung vor.
Vorzugsweise weist das Wasserglas in seiner wässrigen Lösung einen Feststoffanteil zwischen 20 Gew.% bis 80 Gew.%, vorzugsweise zwischen 40 Gew.%o und 60 Gew.%, auf.
Ebenfalls bevorzugt wird bei der Erfindung Natrium-Wasserglas als Bestandteil der Brandschutzzusammensetzung eingesetzt.
Insbesondere können auch Mischungen mehrerer verschiedener Wassergläser verwendet werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Ton in der Brandschutzzusammensetzung vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 40 Gew.%, insbesondere in einer Menge zwischen 3 Gew.%o und 15 Gew.% enthalten. Hier sind innerhalb des zuletzt genannten Bereiches Mengen zwischen 7 Gew.% und 15 Gew.% besonders hervorzuheben.
Bei der Erfindung ist die Korngrößenverteilung des Tons grundsätzlich nicht kritisch. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der Dgo-Wert, der die Korngrößenverteilung charakterisiert, < 30μm, vorzugsweise < 20μm ist.
Obwohl grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Tone eingesetzt werden können, ist bei der Erfindung die Verwendung von Kaolin oder Engobe-Ton als Bestandteil der Brandschutzzusammensetzung bevorzugt. Diese Tone sind dem Fachmann bekannt. So handelt es sich bei den Kaolinen um eine Sammelbezeichnung für bestimmte Tongesteine. Bei den Engoben handelt es sich um Spezialtone, die beispielsweise auch zur Herstellung von Keramiken und Ziegeln verwendet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung sind die als Hartfüllstoffe bezeichneten Bestandteile (AI2O3, Zr02, SiC) vorzugsweise in Mengen zwischen 1 Gew.% und 40 Gew.%>, insbesondere zwischen 5 Gew.%o und 15 Gew.% vorhanden. Gegebenenfalls enthalten die Hart- füllstoffe, insbesondere AI2O3, Kristallwasser. Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn die Teilchengröße dieser Hartfüllstoffe möglichst gering gewählt wird. Dementsprechend ist es vorteilhaft, Hartfüllstoffe mit einem Dso-Wert < 200nm, vorzugsweise < 50nm als Bestandteile der Brandschutzzusammensetzung auszuwählen. Dabei kann die Teilchengröße, soweit als möglich, weit im nanoskaligen Bereich liegen, wobei D50-Werte < 20nm besonders hervorzuheben sind. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, dass die Verfestigungstemperatur (Sintertemperatur) der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung im Brandfall dadurch reduziert werden kann, daß man die Teilchengröße der als Hartfüllstoffe gekennzeichneten Bestandteile so klein wie nur möglich wählt. Dementsprechend besitzen diese Bestandteile einen entscheidenden Einfluss auf das Verhalten der Zusammensetzung im Brandfall. Je schneller sich die Zusammensetzung im Brandfall verfestigt bzw. zusammensintert, umso besser kann sie dann ihre Brandschutzfunktion erfüllen. Dies zeigt ganz allgemein die vorteilhafte Wirkung des Einsatzes von nanoskaligen Teilchen (D5o-Werte < 200 nm), insbesondere als Hartfüllstoffe, in Brandschutzprodukten bzw. -materialien.
Die sogenannte Fritte ist in der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 20 Gew.%, insbesondere zwischen 5 Gew.% und 15 Gew.% vorhanden. Innerhalb des zuletzt genannten Bereichs sind Mengen zwischen 5 Gew.%o und 13 Gew.% weiter bevorzugt. Grundsätzlich können bei der Erfindung alle bekannten Fritten eingesetzt werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn diese Fritten Teilchengrößen mit einem Dgo-Wert < 10μm, insbesondere < 5μm besitzen.
Eine weitere Möglichkeit, um Fritten zu beschreiben, die erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbar sind, ist der sogenannte Halbkugelpunkt. Bei diesem Halbkugelpunkt handelt es sich um den bei derjenigen Temperatur liegenden Schmelzpunkt, bei der der entsprechende Probekörper zu einer Halbkugel zusammengeschmolzen ist. Dies ist diejenige Temperatur, bei der das Schattenbild des Probekörpers einen Fußwinkel von ca. 90° zeigt. Die erfindungsgemäß bevorzugt einsetzbaren aufgemahlenen Fritten bzw. Glasfritten zeigen üblicherweise Halbkugelpunkte zwischen 450°C und 650°C, wobei Halbkugelpunkte zwischen 500°C und 550°C weiter bevorzugt sind. Bevorzugte aufgemahlene Glasfritten zeigen beispielsweise Halbkugelpunkte von ca. 520°C mit D90-Werten < 5μm.
Erfindungsgemäß sind vorzugsweise sogenannte Alkalizinkfritten oder Calciumboratf ritten einsetzbar, wie sie von verschiedenen Herstellern angeboten werden.
Die unter dem Begriff Mineralstoff zusammenfassten Bestandteile sind in der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 20 Gew.%, vorzugsweise zwischen 3 Gew.% und 12 Gew.% vorhanden. Es ist weiter bevorzugt, wenn diese Mineralstoffe in Mengen zwischen 5 Gew.% und 12 Gew.% in der Brandschutzzusammensetzung enthalten sind.
Auch die Teilchengröße der Mineralstoffe ist bei der Erfindung grundsätzlich nicht kritisch. Es ist jedoch bevorzugt, wenn diese Mineralstoffe fein gemahlen sind. Hierbei sind bevorzugte Teilchengrößen mit Dgo- Werten < 20μm, insbesondere < 10μm hervorzuheben. Wie eingangs erläutert, sollen die erfindungsgemäß eingesetzten Mineralstoffe eine hohe Eigenporosität besitzen, die für die Funktion der Brandschutzzusammensetzung im Brandfall von Bedeutung ist. Dementsprechend ist es bei der Erfindung vorteilhaft, Mineralstoffe vulkanischen Ursprungs einzusetzen. Solche vulkanischen Mineralstoffe besitzen entweder bereits eine entsprechende hohe Porosität oder entwickeln diese Porosität, wenn sie (wie im Brandfall) höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Solche Mineralstoffe vulkanischen Ursprungs sind insbesondere die sogenannten Perlite (Perlsteine), oder die Tuffe (Tuffsteine). Die Eigenschaften dieser Mineralien sind dem Fachmann bekannt, so dass sich hier eine nähere Erläuterung erübrigt.
Weitere Vertreter von Mineralstoffen mit hoher Eigenporosität sind die sogenannten Zeolithe. Natürlich vorkommende Zeolithe sind durch hydrothermale Umwandlung aus vulkanischen Gläsern bzw. aus Tuff- haltigen Ablagerungen entstanden. Als Bestandteile der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung sind sie gleichermaßen bevorzugt und können in Kombination mit oder anstatt der Perlite oder Tuffe eingesetzt werden. Bei Zeolithen handelt es sich um kristalline Alkalioder Erdalkalialumosilicate, deren Kristallgitter sich aus Si0 - und AIO4- Tetraedern aufbaut, die über Sauerstoffbrücken verknüpft sind. Dabei entsteht eine räumliche Anordnung gleichgebauter Hohlräume, die über Porenöffnungen oder Kanäle zugänglich sind. Ein derartiges Kristallgitter vermag gleichsam als Sieb zu wirken, welches Moleküle mit kleinerem Querschnitt als die Porenöffnungen in die Hohlräume des Gitters aufnimmt, während größere Moleküle nicht eindringen können. Zeolithe werden deshalb häufig auch Molekularsiebe genannt. Beim Einsatz als Mineralstoff in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist ihre Porengröße grundsätzlich aber nicht kritisch.
Zeolithe und Molsiebe können Wasser aufnehmen und beim Erhitzen stetig und ohne Änderung ihrer Kristallstruktur wieder abgeben. Es hat sich herausgestellt, dass die Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzungen durch den Zusatz von wasserspeichernden Mitteln, zu denen grundsätzlich auch nichtporöse, kristallwasserhaltige Substanzen wie Borax gehören, positiv beeinflußt wird.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den Zusatzstoffen insbesondere um organische Zusatzstoffe. Vorzugsweise sind die Zusatzstoffe in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in einem Anteil von 0,3 Gew.% bis 3 Gew.%, insbesondere bis 2,5 Gew.%, enthalten. Unter ihnen sind insbesondere die sogenannten Netzmittel bzw. Dispergiermittel und auch die Verlaufsmittel hervorzuheben. Bei den Netzmitteln handelt es sich insbesondere um ionische und nicht ionische Tenside, wie sie vorzugsweise bei wässrigen Systemen eingesetzt werden, die Erfindung ist aber nicht auf diese beschränkt. Bevorzugte Zusatzstoffe sind insbesondere auch die Polyole wie z.B. Glyzerin.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung ist der organische polymere Klebstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 3 Gew.%, insbesondere in einer Menge von ca. 2 Gew.% vorhanden. Solche vergleichsweise geringen Mengen reichen üblicherweise dafür aus, die gewünschte Verbin- dungΛ erklebung der übrigen Bestandteile zu bewirken oder zu unterstützen.
Bei dem organischen Polymerkleber handelt es sich vorzugsweise um einen physikalisch abbindenden Klebstoff. Solche Klebstoffe binden durch Änderung des Aggregatzustands (flüssig-fest) oder durch Verdunsten eines Lösungsmittels ab. Es handelt sich hierbei, bis auf Ausnahmefälle, um einkomponentige Klebstoffe. Bevorzugt einsetzbar sind bei der Erfindung beispielsweise Polyacrylate oder MHPC (Methylpropyl- hydroxycellulose). Derartige Klebstoffe und ihre Eigenschaften sind dem Fachmann bekannt. Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen lassen sich bevorzugte erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzungen über ihre Bestandteile wie folgt definieren:
- 50 Gew.%o - 60 Gew.%, vorzugsweise 52 Gew.% bis 56 Gew.% Natrium-Wasserglas,
- 10 Gew.% - 15 Gew.%o Ton, insbesondere Kaolin, mit einem D9o-Wert < 20μm,
- 10 Gew.% - 15 Gew.% Hartfüllstoff, insbesondere Aluminiumoxid, mit einem D50-Wert < 200 nm, vorzugsweise < 50nm,
- 5 Gew.%o - 10 Gew.% Fritte, insbesondere Alkalizinkfritte, mit einem Dgo-Wert < 5μm,
- 5 Gew.%o - 10 Gew.%o Mineralstoff, insbesondere Zeolith, mit einem Dgo-Wert < 10μm,
- 0,3 Gew.% bis 2,5 Gew.% Netzmittel, Dispergiermittel und/oder Verlaufsmittel und
- 5 Gew.% bis 10 Gew.% Wasser.
Auf die obigen Ausführungen zu den einzelnen Bestandteilen wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen und verwiesen. Die Bestandteile ergänzen sich, wie bereits erläutert, zu 100 Gew.% Gesamtmenge der Zusammensetzung.
Ebenso bevorzugte Brandschutzzusammensetzungen weisen die folgende Zusammensetzung auf:
55 Gew.% - 65 Gew.%, vorzugsweise 58 Gew.% - 62 Gew.%
Natrium-Wasserglas,
7 Gew.% - 10 Gew.% Ton mit einem D90-Wert < 20μm,
6 Gew.% - 11 Gew.% Hartfüllstoff mit einem D50-Wert < 200 nm, vorzugsweise < 50nm,
10 Gew.% - 13 Gew.%o Fritte mit einem Dgo-Wert < 5μm, 8 Gew.% - 12 Gew.% Mineralstoff mit einem Dg0-Wert < 10μm,
1 Gew.% - 3 Gew.%o eines physikalisch abbindenden organischen polymeren Klebstoffs, und 1 Gew.% - 5 Gew.% Wasser.
Auch hier ergänzen sich die Bestandteile zu 100 Gew.% der Gesamtzusammensetzung.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Mengen der Bestandteile so gewählt, dass die Brandschutzzusammensetzung in Form einer pastösen Beschichtungsmasse vorliegt. Dabei ist es noch weiter bevorzugt, wenn es sich hier um eine streichfähige, d.h. beispielsweise mit einem Pinsel oder einem vergleichbaren Werkzeug auftragbare Beschichtungsmasse handelt. Solche Brandschutzmassen sind dann in besonderer Weise zur nachträglichen Beschichtung verschiedener Werkstoffe geeignet, wie dies eingangs erläutert wurde.
Dementsprechend umfasst die Erfindung auch jeden Gegenstand, der eine erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung aufweist. Vorzugsweise wird es sich dabei um Gegenstände handeln, die mit den gerade dargestellten Brandschutzmassen mindestens teilweise beschichtet sind. Gegebenenfalls kann es bevorzugt sein, dass die Gegenstände vollständig beschichtet sind.
Bei den Gegenständen, insbesondere bei den erfindungsgemäß beschichteten Gegenständen, handelt es sich vorzugsweise um solche aus Kunststoff. Hierbei sind insbesondere sogenannte technische Isolierungen zu nennen, wie sie für die Isolierung von Rohrleitungen, beispielsweise Heizungsrohren, von Ventilen und von Kanälen verwendet werden. Bevorzugt zu nennen sind auch alle thermischen und/oder akusti- sehen Dämmungen und Dämmateriaüen, wie sie für viele Anwendungszwecke eingesetzt werden. Weitere Beispiele sind Kabelkanäle, Schaltschränke, Kabelschotts, Verkleidungen und Teppiche. Grundsätzlich sind Kunststoffe aller Art mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschichtbar, insbesondere Polypropylen, Polyethylen, Polyurethan etc. Schließlich sollen hier noch die sogenannten technischen Schäume als bevorzugte Gegenstände genannt werden. Hier handelt es sich bekanntlich um Gebilde aus gasgefüllten Zellen, die über sogenannte Zellstege begrenzt und miteinander verbunden sind. Wie die anderen genannten Materialien und Gegenstände können diese Schäume oder Schaumstoffe ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung versehen, insbesondere beschichtet sein.
Neben Gegenständen aus Kunststoff sind auch solche aus Metall, insbesondere aus Stahl, bevorzugt. Dazu gehören beispielsweise baustatisch relevante Stahlträger, Platten oder auch Rohre.
Weitere bevorzugte, mit der Zusammensetzung beschichtete Gegenstände sind Holzprodukte aller Art, vorzugsweise im Hausbereich, wie Paneele, Verkleidungen, Abdeckungen, Fertighausteile, Holzhäuser, Balken, Bretter, Bänke.
Unabhängig von der Natur der zu beschichtenden Oberfläche sind Gegenstände aus dem Innenbereich von Gebäuden und Verkehrsmitteln wie Schiffen, Zügen, Flugzeugen und Kraftfahrzeugen bevorzugt.
Es ist besonders bevorzugt, dass ein mit einer Brandschutzbeschichtung versehener Gegenstand zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit und Wasserfestigkeit imprägniert wird. Die Imprägnierung der applizier- ten Brandschutzschicht erfolgt vorzugsweise mit einer Lösung mindestens eines Erdalkalisalzes. Als Salz wird bevorzugt mindestens eines aus der Gruppe der Chloride, Nitrate, Sulfate oder Borate von Magnesi- um oder Calcium gewählt. Als Lösungsmittel kommen vorzugsweise polare Lösungsmittel wie Alkohole, insbesondere Ethanol, und/oder Wasser zum Einsatz. Die Imprägnierung wird beispielsweise durch Sprühen, Streichen oder Tauchen aufgebracht. Durch die Imprägnierung wird die Oberfläche der Brandschutzschicht mindestens teilweise in eine wasserunlösliche Form überführt. Dieser Effekt ist auf einen Ionen- Austausch zurückzuführen, in dessen Verlauf Alkali-Ionen aus der Sili- catstruktur durch Erdalkali-Ionen ersetzt werden.
Funktion und Vorteile der Erfindung lassen sich wie folgt nochmals darstellen und zusammenfassen.
Die einzelnen Bestandteile der Brandschutzzusammensetzung führen in ihrer erfinderischen Kombination zu besonders vorteilhaften Eigenschaften. Die Gesamtwirkung der Zusammensetzung lässt sich dabei nur teilweise auf die Eigenschaften der einzelnen Bestandteile zurückführen. Die Funktion der Zusammensetzung könnte darauf beruhen, dass sich bei höheren Temperaturen (d.h. im Brandfall) eine geschlossene anorganische Schicht ausbildet, die eine weitere Ausbreitung des Brandes für einen ausreichenden Zeitraum verhindert.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Brandschutzsystemen weist die erfindungsgemäße Zusammensetzung nur einen geringen Anteil an organischen Bestandteilen auf. Die erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung beruht auf rein wässriger Basis und enthält keine organischen Lösungsmittel.
Sie enthält darüber hinaus keine toxischen Verbindungen, und es werden im Brandfall auch keine solchen toxischen Verbindungen freigesetzt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung lässt sich als Brandschutzschicht in einfacher Weise auf alle bekannten Untergründe aus Kunststoff, Kautschuk, Leder, Holz bis hin zu Glas und Metall aufbringen. Je nach Zusammensetzung ist sie auf die entsprechenden Untergründe aufstreichbar, aufsprühbar, aufdruckbar usw. Sie besitzt eine gute Haftung auf den Untergründen und behält nach dem Auftragen ihre Flexibilität und besitzt eine hohe Langzeitstabilität.
Ihre Brandschutzwirkungen zeigt die erfindungsgemäße Zusammensetzung bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Dabei tritt bereits bei niedrigen Temperaturen ein Bläheffekt auf, bei Temperaturen, beispielsweise um die 500°C, bildet sich bereits eine geschlossene anorganische Schicht, die die Brandausbreitung behindert. Diese anorganische Schicht ist überraschenderweise frei von Rissen, so dass der Untergrund flächendeckend geschützt ist. Beim Brand entstehende Gase haben dementsprechend keine Möglichkeit nach außen zu dringen, so dass der ohnehin vorhandene wärmedämmende Effekt durch die eingeschlossenen Gase zusätzlich verstärkt wird. Dies wirkt flammenumlenkend und reduziert die Rauchgasentwicklung in hohem Maße.
Die beschriebenen Merkmale und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Beispiele
en drei erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzungen olgenden Bestandteilen hergestellt:
Beispiel 1
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Beispiel 2
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Beispiel 3
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Bezugsquellen und Eigenschaften der verwendeten Bestandteile sind wie folgt:
Natrium-Wasserglas: Woellner Ombran GmbH, Ludwigshafen, DE oder Silmaco, Belgien (Beispiel 3)
- Kaolin: Amberger Kaolinwerke, DE oder Carl Jäger Tonindustriebedarf, Hilgert, DE (Beispiel 3)
Siliciumcarbid (SiC): D50-Wert < 1 μm, Elektroschmelzwerk Kempten GmbH,
Alkalizinkfritte: Ferro GmbH, Kaiserslautern, DE
Neuwieder Tuff: Gebrüder Wirth Tonbergbau, Wirth, Siershahn, DE
Polyacrylat-Dispersion Zschimmer & Schwarz GmbH & Co. KG, Lahnstein, DE
Engobe-Ton E: Fa. WBB, Ransbach-Baumbach, DE
Nanoskaliges ZrO2: Eigenproduktion, D90-Wert < 100 nm
AI2O3: Martinswerk, Bergheim, DE bzw. Eigenproduktion
Kalziumboratfritte: Ferro GmbH, Kaiserslautern, DE
Perlit: Otavi-Mineralmühle Neuss GmbH, Neuss, DE
Molsieb: FLUKA, Buchs, CH
MHPC (Methylpropyl- hydroxycellulose): VWR, Darmstadt, DE
BYK 348: Byk-Chemie, Wesel, DE
Glyzerin: FLUKA, Buchs, CH. Die Herstellung der Brandschutzzusammensetzung wird im folgenden anhand von Beispiel 1 erläutert. Die Herstellungen bei Beispiel 2 und Beispiel 3 erfolgen in entsprechender bzw. analoger Weise.
5.800g Natrium-Wasserglas werden in einem 10 I-Becherglas vorgelegt und intensiv während 30 Minuten lang gerührt. Anschließend werden 400g Wasser zusammen mit 800g Kaolin hinzugegeben und klumpenfrei verrührt. Hinzu kommen dann 1.000g Silieiumearbid zusammen mit 1.000g Alkalizinkfritte. Die so erhaltene Mischung wird 10 Minuten gerührt und dann mit 800g Tuff und 200g der Polyacrylatdispersion versetzt. Nach weiteren 20 Minuten Rühren erhält man eine streichfähige Brandschutzmasse als erfindungsgemäße Brandschutzzusammensetzung.
Die gemäß den Beispielen 1 , 2 und 3 erhaltenen Brandschutzmassen werden auf verschiedene Untergründe (Holz, Kunststoff, Glas, Metall) als dünne Schicht aufgebracht. Anschließend werden die so beschichteten Materialien einem simulierten Brandfall unterworfen. Zu diesem Zweck werden die beschichteten Materialien mit Hilfe einer offenen Flamme erhitzt, wobei die Temperatur des beschichteten Gegenstands laufend kontrolliert wird.
Bereits bei einer Temperatur von ca. 300°C tritt bei den Brandschutzbe- schichtungen nach der Erfindung ein Bläheffekt auf. Bei Temperaturen von ca. 500°C bildet sich eine aufgeblähte geschlossene anorganische Schicht aus, die vollständig frei von Rissen ist. Die sich entwickelnden Gase/Rauchgase können zunächst nicht durch die Brandschutzbe- schichtung entweichen und führen zu einer verstärkten Wärmedämmung. Diese verhindert ein Ausbreiten des Brandes/Feuers über den Gegenstand hinaus auf die Umgebung. Es lässt sich somit abschließend festhalten, dass die erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzungen/Brandschutzmassen als anorganische Brandschutzsysteme eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellen. Die Brandschutzeigenschaften sind hervorragend.

Claims

Patentansprüche
1. Brandschutzzusammensetzung, enthaltend
- mindestens 30 Gew.% Wasserglas,
- mindestens 1 Gew.% Ton,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al203), Zirkoniumoxid (Zr02) und Silieiumearbid (SiC), mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
- 0 Gew.% bis 5 Gew.% Zusatzstoffe
- 0 Gew.% bis 5 Gew.% mindestens eines organischen Polymerklebstoffs und
- 0 Gew.% bis 10 Gew.% Wasser.
2. Brandschutzzusammensetzung' nach Anspruch 1 , enthaltend
- mindestens 30 Gew.% Wasserglas,
- mindestens 1 Gew.%> Ton,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al203), Zirkoniumoxid (Zr02) und Silieiumearbid (SiC),
- mindestens 1 Gew.% mindestens einer gemahlenen Fritte,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
- 0,3 Gew.% bis 5 Gew.%> Zusatzstoffe und
- 0 Gew.% bis 10 Gew.% Wasser.
3. Brandschutzzusammensetzung nach Anspruch 1 , bestehend aus
- mindestens 40 Gew.% Wasserglas,
- mindestens 1 Gew.%> Ton, - mindestens 1 Gew.% mindestens eines Hartfüllstoffs aus der Gruppe Aluminiumoxid (Al203), Zirkoniumoxid (Zr02) und Silieiumearbid (SiC),
- mindestens 1 Gew.%> mindestens einer gemahlenen Fritte,
- mindestens 1 Gew.% mindestens eines Mineralstoffs mit hoher Eigenporosität,
- 0,5 Gew.% bis 5 Gew.% mindestens eines organischen poly- meren Klebstoffs, und
- 0,5 Gew.%o bis 10 Gew.%, vorzugsweise 1 Gew.% bis 5 Gew.%o Wasser, wobei sich die Bestandteile zu 100 Gew.% ergänzen.
4. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas in einer Menge zwischen 30 Gew.% und 90 Gew.%, vorzugsweise zwischen 40 Gew.% und 70 Gew.%, insbesondere zwischen 40 Gew.% und 60 Gew.%>, vorhanden ist.
5. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas in Form seiner wässrigen Lösung vorliegt.
6. Brandschutzzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung einen Feststoffanteil zwischen 20 Gew.% und 80 Gew.%, vorzugsweise zwischen 40 Gew.%o und 60 Gew.%, aufweist.
7. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wasserglas um Natrium- Wasserglas handelt.
8. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 40 Gew.%, vorzugsweise zwischen 3 Gew.%) und 15 Gew.%, insbesondere zwischen 7 Gew.%o und 15 Gew.% vorhanden ist.
9. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ton einen Dgo- Wert < 30μm, vorzugsweise < 20μm besitzt.
10. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Ton um Kaolin oder Engobe-Ton handelt.
11. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartfüllstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.%> und 40 Gew.%, vorzugsweise zwischen 5 Gew.% und 15 Gew.% vorhanden ist.
12. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartfüllstoff einen D50-Wert < 200nm, vorzugsweise < 50nm besitzt.
13. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 20 Gew.%, vorzugsweise zwischen 5 Gew.% und 15 Gew.%, insbesondere zwischen 5 Gew.% und 13 Gew.%, vorhanden ist.
14. Brandschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fritte einen Dgo- Wert < 10μm, vorzugsweise < 5μm besitzt.
15. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fritte um eine sogenannte Alkalizinkfritte oder um eine sogenannte Calciumboratfritte handelt.
16. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 20 Gew.%, vorzugsweise zwischen 3 Gew.%> und 12 Gew.%>, insbesondere zwischen 5 Gew.% und 12 Gew.%> vorhanden ist.
17. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff einen Dgo-Wert < 20μm, vorzugsweise < 10μm besitzt.
18. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff ein Alkali- und/oder ein Erdalkalialumosilicat ist, insbesondere in Form eines Zeoliths.
19. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff vulkanischen Ursprungs ist, wobei es sich vorzugsweise um Perlit oder Tuff handelt.
20. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zusatzstoffe in einer Menge zwischen 0,3 Gew.% bis 3 Gew.%> enthalten sind.
21. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Zu- satzstoffen um handelsübliche Zusätze wie Netzmittel, Dispergiermittel und/oder Verlaufsmittel handelt.
22. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der organische po- lymere Klebstoff in einer Menge zwischen 1 Gew.% und 3 Gew.%o, vorzugsweise in einer Menge von ca. 2 Gew.% vorhanden ist.
23. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem organischen polymeren Klebstoff um einen physikalisch abbindenden Klebstoff, vorzugsweise um Polyacrylat oder um Methylpro- pylhydroxycellulose (MHPC) handelt.
24. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus
- 50 Gew.% - 60 Gew.%, vorzugsweise 52 Gew.%» bis 56 Gew.% Natrium-Wasserglas,
- 10 Gew.% - 15 Gew.% Ton, insbesondere Kaolin, mit einem
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- 10 Gew.% - 15 Gew.% Hartfüllstoff, insbesondere Aluminiumoxid, mit einem Dso-Wert < 200 nm, vorzugsweise < 50nm,
- 5 Gew.%o - 10 Gew.% Fritte, insbesondere Alkalizinkfritte, mit einem Dg0-Wert < 5μm,
- 5 Gew.%o - 10 Gew.%o Mineralstoff, insbesondere Zeolith, mit einem Dg0-Wert < 10μm,
- 0,3 Gew.%» bis 2,5 Gew.% Netzmittel, Dispergiermittel und/oder Verlaufsmittel und
- 5 Gew.%o bis 10 Gew.% Wasser.
25. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus
55 Gew.% - 65 Gew.%, vorzugsweise 58 Gew.% - 62 Gew.% Natrium-Wasserglas,
7 Gew.% - 10 Gew.% Ton mit einem D90-Wert < 20μm,
6 Gew.%o - 11 Gew.%o Hartfüllstoff mit einem D50-Wert < 200 nm, vorzugsweise < 50nm,
10 Gew.%. - 13 Gew.%) Fritte mit einem D90-Wert < 5μm,
8 Gew.% - 12 Gew.% Mineralstoff mit einem Dgo-Wert < 10μm,
1 Gew.%o - 3 Gew.%o eines physikalisch abbindenden organischen polymeren Klebstoffs, und 1 Gew.% - 5 Gew.% Wasser.
26. Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Form einer pa- stösen Beschichtungsmasse vorliegt.
27. Brandsehutzzusammensetzung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine streichfähige Beschichtungsmasse handelt.
28. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Brandsehutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, vorzugsweise mit einer Brandschutzmasse nach einem der Ansprüche 26 oder 27 mindestens teilweise beschichtet ist.
29. Gegenstand nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gegenstand, vorzugsweise bei dem beschichteten Gegenstand, um eine sogenannte technische Isolierung, um eine thermische und/oder akustische Dämmung oder um einen technischen Schaum handelt.
30. Gegenstand nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer witterungsbeständigen und wasserfesten Imprägnierung versehen ist, wobei sich diese vorzugsweise auf der Schicht mit der Brandschutzmasse befindet.
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