WO2012019578A2 - Brandhemmende materialmischung - Google Patents

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WO2012019578A2
WO2012019578A2 PCT/DE2011/001149 DE2011001149W WO2012019578A2 WO 2012019578 A2 WO2012019578 A2 WO 2012019578A2 DE 2011001149 W DE2011001149 W DE 2011001149W WO 2012019578 A2 WO2012019578 A2 WO 2012019578A2
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material mixture
perlite
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water
fire
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Peter O. Glienke
Karl Peter Schlichting
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Kerapor Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B26/18—Polyesters; Polycarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/14—Minerals of vulcanic origin
    • C04B14/18—Perlite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K21/00—Fireproofing materials
    • C09K21/02—Inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures

Definitions

  • the present invention relates to a fire-retardant material mixture of mineral and / or organic substances, synthetic and / or natural polymers or a combination of these substances and polymers, which are preferably formed as thermoplastic and / or thermosetting molded parts (moldings), wherein at least
  • An inorganic and / or organic filler or a combination of these fillers is provided and which releases / r in effects of high temperatures from approximately 250 ° C water or water vapor.
  • material mixture all material mixes, hybrid materials and material composites are understood below,
  • Fire-retardant flame retardants are already known from the prior art, based on the release of chemically bound 0 water in the form of water vapor, which on the one hand extracts energy from the fire (evaporation heat) and thus cools the reaction, on the other hand by the water vapor atmosphere formed Supply of oxygen stops.
  • halogen-containing materials, organic compounds or inorganic fillers are used.
  • Halogen-containing flame retardants in plastics have a good effect, but, in addition to the high density, have the decisive disadvantage that they release toxic and corrosive chlorine and bromine compounds in the event of a fire, especially in the case of a long-lasting fire.
  • some of the halogenated flame retardants are carcinogenic or mutagenic. To eliminate these disadvantages, halogen-free and nitrogen-containing flame retardants have already been used, for example.
  • CONFIRMATION COPY Melamine or Melamincyanura ⁇ e (DE-OS 2740092). In the event of fire, these remove heat from the plastic by melting, sublimation or decomposition and separate off incombustible, non-toxic and non-corrosive gases.
  • the melamine has, among other things, the disadvantage that it tends to bloom during the processing of the plastics, as a result of which it partially migrates on the surface and forms a disturbing coating. Melamine cyanate tends to sublime during incorporation, with the plastic foaming somewhat.
  • halogen-containing and phosphorus-containing flame retardant aluminum hydroxide as a non-toxic product for flame and smoke suppression at a higher temperature, magnesium hydroxide as inexpensive, non-toxic flame retardant for Thermoplastics and temperature-resistant thermosets, as well as magnesium hydroxide as a flame retardant and color pigment for thermosets and thermoplastics, Hydromagesesit to improve the flame and smoke retardation and ammonium polyphosphate as halogen-free fire retardant, which may have the same function as a filler.
  • thermoplastic and / or thermosetting polymers as polymer matrix, with the addition of organic fillers, such as.
  • organic fillers such as.
  • wood fibers, wood flour and wood chips and other natural fibers and flours serve moldings in addition to their property as a cheap filler in case of fire by coking in the polymer as a flame retardant.
  • fillers serves to partially replace the expensive polymers, so that the moldings can be made cheaper and / or the performance characteristics and / or the physical properties of the moldings are improved.
  • fillers calcium carbonate, magnesium carbonate, talcum, barium sulfate, kaolin and others more (Glasförstaesterte Kunscher, PH Seiden, Ed., Springer-Verlag, Berlin, 1967.)
  • Almost all molded articles made of thermoplastic and or thermosetting polymers are more or less flammable or have no "breakdown resistance" against the action of flames in a fire, this is especially true for molded articles containing thermoplastic polymers the effects of fire.
  • these halogen-containing, phosphorus-containing, chlorine-containing, nitrogen-containing, intumescent and inorganic flame retardants are added, wherein the inorganic flame retardants simultaneously as non-combustible fillers Use in order to reduce the proportion of combustible polymers in the moldings.
  • the present invention is based on the object to provide a fire retardant which eliminates the aforementioned disadvantages of known fire retardants. Furthermore, the present invention is based on the object by adding one or more fillers with a proportion of a few wt .-% in the moldings and / or replacement of conventional inorganic fillers with a proportion ⁇ 90 wt .-% in the thermoplastic and or thermoset moldings, their dimensional stability under fire conditions and thus at temperatures> 800 ° C to increase and significantly reduce flammability. In addition, this filler should not release toxic fission products even under extreme temperature conditions.
  • a fire retardant material mixture of the type mentioned above is characterized in that it is at least one filler or the combination of such fillers designed such that the release of water or water vapor takes place in defined and / or differentiated temperature ranges.
  • Perlite belongs to the group of volcanic Ryolite or Quarzporphyrgläser. It is a natural glass, which originated from lava and cooled very quickly in contact with water or water vapor and simultaneous strong pressure.
  • Raw perlite unblooded perlite, also called pearl stone
  • Blown perlite has a pore structure with many closed pores, whose pore walls, so cell walls, are permeable porous.
  • the specific bulk density of expanded perlite is depending on the size of the unexpanded Perlitkornfr quasien and the original water content between 40 to 350 kg / m 3 at starting grain sizes from 50 to 3000 ⁇ .
  • Perlite is as rock and also in blown form incombustible.
  • the melting point of perlite is around 1400 ° Celsius.
  • the grain size of unexploded pearlite fractions is usually at 300 mm.
  • the materials known as perlite dust or crude perlite dust are on average below 150 ⁇ , but with> 1% significantly larger particles with> 150 mm. With suitable grinding, swelling and screening processes, the crude perlite / pearlite dust can be produced down to the nanometer range.
  • the preferred particle size for the present applications is in the range of 0.1 ⁇ to 250 ⁇ .
  • puffed perlite has, depending on the shape and starting grain size of the ground crude perlite, an irregular, spherical shape and a grain size between 500 and 6000 ⁇ and a pore volume of 95 percent by volume,
  • the moisture content is less than 0.5 wt .-%.
  • Puffed perlite can absorb up to 50% by weight of water or the pores can be filled with liquid preparations or stored in the pores,
  • perlite When blown perlite is ground, for example used for filter aids, it is in the form of porous powder or in the form of irregularly shaped porous flakes whose structure can be compared with cellulose fibers.
  • the bulk densities of such perlite powders or pearlite flakes are between 50 and 350 kg / m 3 .
  • the chemical composition of perlite without regard to the proportion of stored water in the rock, can be stated as follows. Due to the different deposits, these are only guideline values. Chemical composition of perlite in% by weight:
  • Perlite is thus an aluminum silicate with a proportion of more than 60% silica.
  • finely ground and / or sifted, unbleached perlite rock flour is used as a filler whose water content bound in the rock is preferably> 1% by weight.
  • the particle size of the unexpanded pearlite rock meal and / or of other mineral and / or organic substances contained is preferably smaller than the particle size of the expanded pearlite particles, irrespective of whether they are in unbroken spherical and / or bead form and / or broken and / or faced - Teunregelcreate shaped particles are present.
  • the inventive addition of unblouded perlite and / or in admixture with expanded perlite in the moldings, which are formed with thermoplastic and / or thermosetting polymers, ensures that their dimensional stability as a function of the additional amounts unier heat and / or significantly increases heat and reduces the flammability.
  • the unexpanded perlite expands to form an incombustible shield.
  • the resulting structure of blown perlite which is stable up to around 1400 ° C, counteracts the penetration of open flames. It has been found that even an addition of> 3 wt .-% unblouded perlite in the form of perlite powder or perlite dust with a particle size ⁇ 1000 ⁇ leads to this effect.
  • the properties of the molded body can be adjusted in case of fire and extreme heat, the release process starts here at 700 ° C and deprives the fire the required Energy, the water suppresses the formation of flue gas and the resulting ceramic layer prevents the further spread of the fire.
  • this process can be enhanced by materials that can themselves form ceramic layers; Here, silicon carbide and zirconium oxide may be mentioned.
  • the increase in the release of water can be accelerated by the addition of alkaline earth salts, for example calcium carbonate.
  • Borax and soda are further examples of superplasticizers that accelerate the Kermmaschines bin or the formation of Fitte. In the fire protection formulation this leads to an accelerated flame retardation.
  • thermoplastics have a low melting temperature, whereby they become liquid in the event of fire and drain from the molding. This behavior reduces the fire classification.
  • expanded perlite to the above formulation increases structural integrity and prevents rapid dripping and improves fire classification. Both types can be made to any size, By mixing both types, one can also improve the rheology of the composite.
  • expanded perlite reduces the density of the material.
  • This can be combined with other porous materials.
  • Particularly noteworthy here are kieselguhr / diatom earth, tuff, pumice and natural and / or synthetic zeolites and Metal Organic Frameworks (MOF).
  • the application is possible with all plastics that already contain fillers or minerals today.
  • the combination of expanded and unblooded pearlite makes it possible to develop flame retardant and lightweight plastic components.
  • the expanded and unexpanded pearlite and the other aggregates can be incorporated in different particle sizes in the plastic.
  • Crucial is the upper grain (maximum grain size), it has to be as precise as possible to be able to set the improvement exactly.
  • the optimum smallest particle size must be selected, since even smaller particle sizes can further increase the viscosity and thus negatively affect the processing.
  • the perlite contained according to the invention has a particle size ⁇ 1000 ⁇ , better a particle size ⁇ 250 ⁇ , preferably ⁇ 100 ⁇ , more preferably ⁇ 50 ⁇ , most preferably 0, 1 to 10 pm.
  • the minerals contained in the fire protection composition have a relatively high intrinsic porosity, which is important for the function of the fire protection composition in case of 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 developed this porosity when they are exposed (as in the case of fire) to higher temperatures (intuminescent). The best known representative of intumescent materials is expanded graphite. Such minerals of volcanic origin are in particular the so-called perlite or tuff.
  • zeolites are crystalline alkali or alkaline earth metal aluminosilicates whose crystal lattices are composed of SiO 4 and AlO 4 tetrahedra linked by oxygen bridges. This results in a spatial arrangement of identical cavities that are accessible via pore openings or channels.
  • Such a crystal lattice can act as a sieve, which absorbs molecules with a smaller cross section than the pore openings in the cavities of the lattice, while larger molecules can not penetrate.
  • Zeolites are therefore often called molecular sieves.
  • its pore size is basically not critical. Zeolites and molecular sieves can absorb water and give off again when heated and without changing their crystal structure. It was not until very high temperatures> 200 0 C is by the release of water of crystallization further compacting orientation held at which the crystal structure is changed. It has been found that the long-term stability of the fire-resistant composition according to the invention is improved by the addition of water-storing components. Teln, which in principle also non-porous, crystalline water-containing substances such as Borax belong, are positively influenced.
  • At least one natural and / or synthetic zeolite loaded with water and / or containing water of crystallization is contained, wherein the natural and / or synthetic, water-laden and / or crystalline water-containing zeolite at a given , defined temperature effect releases water, preferably at a temperature> 200 ° C.
  • compositions show a fire protection effect even at comparatively low temperatures.
  • the expansion temperature of the perlite is also lowered.
  • a closed inorganic layer forms, which prevents the spread of fire.
  • a flame retardant is needed, which already starts at about 200 0 C.
  • zeolites and organic water reservoirs MOFS
  • MOFS Metal Organic Frameworks
  • This process can be adjusted to different reaction temperatures via a suitable choice of zeolites or MOFS.
  • the temperature range starts at 200 ° C.
  • these new fillers / flame retardants release no toxic cleavage products as an alternative to known flame retardants.
  • zeolites can also be used as lightweight filler in plastics. These systems already have a relatively low density because of their high porosity. These can be further reduced by selecting especially high-volume zeolites.
  • the death volume is the volume inside the zeolite that can not be filled with any other substance.
  • MOFs metal-organic flame retardants
  • unbleached perlite formulation as well as zeolites further reduces the tempering temperature.
  • Unloaded systems are highly porous and can be used as structure modifiers and for density reduction.
  • the formulations can be combined with other flame retardants.
  • flame retardants Of particular note here are the phosphate-based organic and water-releasing inorganic flame retardants.
  • the invention further includes the use of thermoplastic and / or thermosetting polymers as Potymermatrix and / or as a forming binder in fire-retardant, fiber-reinforced composites.
  • the fibers may be of synthetic (eg glass, carbon and aramid) as well as natural (eg wood grain, wood shavings, cork flour, hemp fiber, coconut fiber, coir fiber pith, cocoa shells) origin.
  • the invention further includes the composition and preparation of the additives according to the invention for the aterial composites based on unbleached / expanded perlite, zeolites and metal organic frameworks (MOFS), kieselguhr / diatomaceous earth, pumice, tufts, which are loaded with water are also in combination with known flame retardants. Furthermore, the invention allows by loading the zeolites and Metal Organic Frameworks with appropriate amounts of water, the adjustment of the temperature at which the flame retardant effect begins.
  • MOFS metal organic frameworks
  • thermoplastic and thermoset molded parts without the pressure and dimensional stability of the moldings is significantly impaired.
  • This is achieved by the use of expanded perlites and / or unexploded perlites and / or zeolites and / or MOFs and / or diatomaceous earths which are not loaded with water or their combinations.
  • the rheological behavior of the molding compositions can be influenced by combinations of non-expanded perlites with different particle sizes and or combinations of expanded perlites and / or zeolites and / or MOFs and / or diatomeric earths with different particle sizes and mixtures of expanded and unexpanded perlites with different particle sizes.
  • blown perlite particles and / or zeolite particles and / or MOFs which have been loaded with fire protection agents and / or coated and / or surface-treated. Mr. Limbeck: Such a passage already exists under [0032] ??
  • the teaching of the invention is used for the production of fire-retardant lightweight products.
  • Weight reduction in plastic moldings is usually achieved by the addition of glass bubbles or ceramic microspheres. These fillers have a density of 0.15 to 1 .1 g / cm 3 and a particle size of 20 to 100 prn. This particle size limits the use in so-called visible parts.
  • glass bubbles or ceramic microspheres In addition to the size of the usually thin wall of the glass bubbles in the processing of the composite material is an obstacle, as they break easily and filled with polymer, whereby the density of the material increases and thus the calculated weight of the finished plastic part is no longer true.
  • Another disadvantage of glass beads is the poor adhesion of the plastic to them (SMC, Sheet molding compounds: Scienec and Technology ed. Hamid G. Kia, Karl Hanser Verlag Kunststoff, 1993).
  • At least one natural and / or synthetic superabsorbent polymer is contained, the SAP being present as hydrogel composite and / or hydrogel hybrid material having a mineral content of at least 5% by weight.
  • an alkaline earth compound can be contained which uses the sintering or eramization temperature, the at least one alkaline earth compound releasing water and / or CO.sub.2 at a temperature of> 220.degree. 8. magnesite)
  • additional fire retardants preferably water-releasing, inorganic metal hydroxides or phosphates are used, for example.
  • At least one highly porous, laden with liquids and / or loaded polymer is included, wherein the polymers contained are preferably loaded with fire and / or flame-retardant and / or coated.
  • thermoset molding compound examples include a resin / hardener combination, fillers and reinforcing fiber.
  • thermosetting molding compositions are used in the field of unsaturated polyester resins.
  • These resins are solutions of unsaturated polyesters in copolymerizable monomers, preferably in styrene.
  • the unsaturated polyester usually consists of condensation products of polybasic, in particular dibasic, carboxylic acids and their esterifiable derivatives, in particular especially their anhydrides, which are linked to polyhydric, especially dihydric alcohols by means of esterification. If appropriate, these may additionally contain radicals of monohydric carboxylic acids or monohydric alcohols, it being necessary for at least some of the starting materials to have ethylenically unsaturated, copolymerizable groups.
  • Preferred unsaturated polyesters are those based on maleic anhydride and ortho-phthalic acid on the one hand and propylene glycol and / or dipropylene glycol on the other hand.
  • the unsaturated polyester resins generally comprise a thermoplastic, such as polystyrene, polymethyl methacrylate, saturated polyesters or polyvinyl acetate as the antishrinking component, an alkaline earth metal hydroxide or oxide as thickening agent, tin stearate or calcium stearate as release agent and fillers, such as chalk and in the examples according to the invention, in particular perlite in expanded and unexploded form, and zeolites and MOFs in amounts of from 30 to 350 and combinations thereof.
  • a thermoplastic such as polystyrene, polymethyl methacrylate, saturated polyesters or polyvinyl acetate as the antishrinking component, an alkaline earth metal hydroxide or oxide as thickening agent, tin stearate or calcium stearate as release
  • the resins contain conventional inhibitors and peroxide catalysts which trigger the cure.
  • the reinforcing agents used are glass fibers in amounts of from 0 to 60% by weight.
  • the mixtures can be used to make SMC or BMC masses.
  • SMC (sheet molding compound) compounds are flat semi-finished products made of glass-fiber-reinforced, filled polyester resins, which are shaped and hardened in a press.
  • Bulk molding compound (BMC) compositions are filler and short fiber reinforced polyester resins that are injection molded.
  • the molding compositions are produced in industrial mixing plants and plants for the production of semi-finished products.
  • the processing of these semi-finished products can be carried out by all relevant methods, e.g. by injection molding, pressing or injection molding.
  • the constituents (AI 2 O 3, ZrO 2, SiC) designated hard fillers are preferably present in amounts of between 1 and 50% by weight, in particular of 5 to 15% by weight.
  • the particle size of these fillers is chosen as low as possible. It is advantageous if the hard fillers have a D-50 value of ⁇ 200 nm, preferably ⁇ 50 nm in the fire protection composition. In this case, the particle size can be reduced as much as possible, with D-50 values ⁇ 20 nm are particularly noteworthy.
  • Example 1 describes a molded article which is produced with the thermoplastic polymer polypropylene, with admixture of wood flour and crude perlite, with a particle size of between 60 and 100 ⁇ m, that is to say as a shaped article which can be classified as WPC (Wood Plastic Composite) is.
  • WPC Wood Plastic Composite
  • This homogeneous, free-flowing compound was sprayed onto test plates on conventional thermoplastic injection molding machines under the processing conditions required for WPC.
  • the test panels had a dimension of 100 x 300 mm and a thickness of 10 mm.
  • the mechanical strength values were significantly higher than the values which comparable shaped bodies have without the addition of unbound perlite.
  • the moldings had a storage at 200 ° Celsius, over a Ten hours, increased dimensional stability and were self-extinguishing when exposed to open flame with temperatures above 1200 ° Celsius. Further, charring occurred, which was associated with scaffolding that made it impossible for the flame to penetrate the test panel for a thirty-minute exposure time. When the flame temperature was increased to about 1500 ° C., it could be seen that the ohperlite contained in the molded body blew and led to the formation of a glassy structure in the molded body.
  • Example 2 The composition of the molding according to Example 1 was changed to the effect that instead of nine wt .-% crude perlite, a mixture of five wt .-% unbearable crude perlite with the same particle size distribution, as described in Example 1, and four wt .-% broken, puffed perlite with a particle size between 100 ⁇ and 300 pm was incorporated.
  • the test plates produced therefrom by the thermoplastic injection molding process exhibited significantly increased mechanical strengths and showed almost identical behavior in the identical tests under elevated temperatures and under the influence of open flames.
  • inventions 3 to 6 show, by way of example, further preferred embodiments of the shaped bodies according to the invention, which can be formed predominantly in the thermoplastic extrusion process or in the thermoplastic injection molding process and / or by compression under the effect of temperature and pressure.
  • thermoplastic polymer in Examples 3 to 6 polypropylene was used in a commercially available Recyclat21.
  • thermoplastic polymers with thermosetting polymers and / or to use thermoplastic polymers in combination with thermosetting polymers.
  • the technique of forming the moldings for the shaped bodies according to the invention depends on the polymers used, which are either the Fulfill the function of a polymer matrix and / or serve as a binder and / or adhesive for forming the shaped bodies according to the invention.
  • natural polymeric compounds and / or polymer derivatives which are based on natural polymers, such as, for example, lignin.
  • Shaped body formed in the extrusion process according to Example 3 are very inexpensive to manufacture, are virtually non-combustible and have a very high dimensional stability even at continuous load at temperatures above 180 ° C.
  • Example 4 shows the composition of a molded article of the invention, which was prepared by using heat and pressure in the pressing process.
  • Such moldings especially in the form of plates, can be used as lightweight panels due to the low density and are also characterized by good fire protection properties.
  • Example 5 The wood flour in the composition of Example 1 was completely replaced by Coir Fiber Pith. The formed with this composition moldings are characterized by increased mechanical strength and had a significantly lower water absorption and thickness swelling when stored in water. In addition, the fire protection properties have also been improved.
  • Example 6 Another exemplary embodiment and development of the invention results from Example 6 for the composition of a fire protection board.
  • Example 6 Another exemplary embodiment and development of the invention results from Example 6 for the composition of a fire protection board.
  • the magnesium lignosulfonate solution used in Example 6 contains, due to the high lignin content, the polymer required for the formation of form as a lignin complex.
  • Lignin is a natural polymeric compound with limited thermoplastic processing properties and thermoset material properties.
  • the material mixture according to the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a variety of design variations are possible, which make use of the solution shown even with fundamentally different type of execution.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine brandhemmende Materialmischung aus mineralischen und/oder organischen Stoffen, synthetischen und/oder natürlichen Polymeren oder einer Kombination dieser Stoffe und Polymere, welche vorzugsweise als thermoplastische und/oder duroplastische Formteile ausgebildet sind, wobei mindestens ein anorganischer und/oder organischer Füllstoff oder eine Kombination dieser Füllstoffe vorgesehen ist, welche/r bei Einwirkungen von hohen Temperaturen Wasser bzw. Wasserdampf freisetzt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der mindestens eine Füllstoff oder die Kombination derartiger Füllstoffe so beschaffen ist, dass die Freisetzung von Wasser bzw. Wasserdampf in definierten und/oder differenzierten Temperaturbereichen erfolgt.

Description

BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
5 [001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft eine brandhemmende Materialmischung aus mineralischen und/oder organischen Stoffen, synthetischen und/oder natürlichen Polymeren oder einer Kombination dieser Stoffe und Polymere, welche vorzugsweise als thermoplastische und/oder duroplastische Formteile (Formkörper) ausgebildet sind, wobei mindestens
^ u ein anorganischer und/oder organischer Füllstoff oder eine Kombination dieser Füllstoffe vorgesehen ist, welche/r bei Einwirkungen von hohen Temperaturen ab ca. 250 ° C Wasser bzw. Wasserdampf freisetzt. Als Materialmischung seien nachstehend sämtliche Materialmixe, Hybridmaterialien und Materialkomposite verstanden,
15
Stand der Technik
[002] Aus dem Stand der Technik sind bereits brandhemmende Flammschutzmittel bekannt, die auf der Freisetzung von chemisch gebundenem 0 Wasser in Form von Wasserdampf basieren, was einerseits dem Brandherd Energie entzieht (Verdampfungswärme) und so die Reaktion abkühlt, andererseits durch die gebildete Wasserdampfatmosphäre die Zufuhr von Sauerstoff unterbindet. 5 [003] Um eine gute Flammwidrigkeit in Polymeren zu erreichen, werden halogenhaltige Materialien, organische Verdingungen oder anorganische Füllstoffe eingesetzt. Halogenhaltige Flammhemmer in Kunststoffen zeigen eine gute Wirkung, weisen aber neben der hohen Dichte den entscheidenden Nachteil auf, dass sie im Brandfall, vor allem im Falle eines länge- 0 ren Brandes, toxische und korrosive Chlor- und Bromverbindungen freisetzen. Daneben sind einige der halogenierten Flammschutzmittel Kanzerogene oder Mutagene. Zur Ausschaltung dieser Nachteile wurden bereits halogenfreie und stickstoffhaltige Flammschutzmittel eingesetzt, bspw.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Melamine oder Melamincyanura†e (DE-OS 2740092). Diese entziehen dem Kunststoff im Brandfall durch Schmelzen, Sublimieren oder Zersetzen Wärme und spalten unbrennbare, nicht toxische und nicht korrosive Gase ab. Das Melamin weist unter anderem den Nachteil auf, dass es bei der Verarbeitung der Kunststoffe zum Ausblühen neigt, wodurch es teilweise an der Oberfläche wandert und einen störenden Belag bildet. Melamincya- nurat neigt bei der Einarbeitung zur Sublimation, wobei der Kunststoff etwas aufschäumt.
[004] Flammschutzausrüstungen von Kunststoffen mit organischen Phosphorsäureestern haben zwar eine gute Wirkung, jedoch Nachteile hinsichtlich der Kerbschlagzähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit.
[005] Als die Brennbarkeit und die Entflammbarkeit reduzierende anorganische Füllstoffe kommen bspw. zum Einsatz, auch in Kombination mit halogenhaltigen und phosphorhaltigen Flammschutzadditiven: Aluminiumhydroxid als nicht toxisches Produkt für Flamm- und Rauchhemmung bei einer höheren Temperatur, Magnesiumhydroxid als preiswertes, nicht toxisches Flammschutzmittel für Thermoplaste und temperaturbeständige Duroplaste, sowie Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel und Farbpigment für Duroplaste und Thermoplaste, Hydromagenesit zur Verbesserung der Flamm- und Rauchhemmung und Ammoniumpolyphosphat als halogenfreies Brandschutzmittel, welche gleichzeitig die Funktion eines Füllstoffes haben können. Bei sehr hohen Füllgraden in den Kunststoffen kann ein Selbstverlöschen und eine geringe Rauchgasdichte erreicht werden allerdings sind diese Verbindungen in einigen Kunststoffen nicht geeignet, da sie bei deren Verarbeitungstemperaturen instabil sind. Auch anorganische Füllstoffe, die kristallin gebundenes Wasser enthalten, das bei Einwirkungen von hohen Temperaturen, also im Falle eines Brandes, Wasser abspaltet sind bekannt, haben sich aber nicht bewährt, denn allein durch die Abgabe von Kristallwasser ist kein effektiver Brandschutz gegeben. [006] Ein weiterer hervorzuhebender Nachteil bei solchen Systemen ist das hohe spezifische Gewicht des gesamten Materials, das man z.B. durch Zusatz von Hohlglaskugeln zu verringern sucht (siehe Stauffer, G. et al„ Kunststoffe 85 (1995) 4).
Es sind darüber hinaus noch eine Vielzahl von organischen und anorganischen Flammschutzmitteln in Polymeren bekannt (siehe bspw. die Übersicht in H. Zweifel, Plastic Additive Handbook 5th ed, Hanser Verlag München, 2001 , Kapitel 12; J . Green, J. of Fire Science, 1997, 15 S. 52-67 oder Kirk-Othmer Enccyclopedia of Chemical technology 4th Ed, Vol. 10, John Wiley & Sons, New York S. 930-998).
[007] Unter Verwendung von thermoplastischen und/oder duroplastischen Polymeren als Polymermatrix, unter Zusatz von organischen Füllstoffen, wie z. B. Holzfasern, Holzmehl und Holzspäne und andere natürliche Fasern und Mehle dienen Formkörper neben ihrer Eigenschaft als billiger Füllstoff im Brandfall durch Verkokung im Polymer als Flammhemmer.
[008] Es ist bekannt, dass die Beigabe von Füllstoffen dazu dient, die teuren Polymere teilweise zu ersetzen, so dass die Formkörper preisgünstiger hergestellt werden können und/oder die Gebrauchseigenschaften und/oder die physikalischen Eigenschaften der Formkörper verbessert werden. Bspw. kommen als Füllstoffe zum Einsatz: Calciumcarbonat, Mag- nesiumcarbonat, Talkum, Bariumsulfat, Kaolin und andere mehr (Glasfa- serverstaerkte Kunstoffe, P. H. Seiden, Ed., Springer-Verlag, Berlin, 1967.) [009] Fast alle Formkörper aus thermoplastischen und/oder duroplastischen Polymeren sind mehr oder weniger brennbar oder weisen keinen „Durchschlagswiderstand" gegen die Einwirkung von Flammen bei einem Brand auf. Dies gilt insbesondere für Formkörper die thermoplastische Polymere enthalten. Bei Feuereinwirkung brennen diese Formkörper leicht, schmelzen oder die Flammen- und/oder Feuereinwirkung. [0010] Zur Verbesserung des Wärmestandvermögens und zur Reduzierung der Brennbarkeit und Entflammbarkeit von Formkörpern aus thermoplastischen und/oder duroplastischen Polymeren werden diesen halogen- haltige, phosphorhaltige, chlorhaltige, stickstoffhaltige, intumeszierende und anorganische Flammschutzmittel zugesetzt, wobei die anorganischen Flammschutzmittel gleichzeitig als nicht brennbare Füllstoffe Verwendung finden um damit den Anteil der brennbaren Polymere in den Formkörpern reduzieren.
Darstellung der Erfindung
[001 1 ] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Brandschutzmittel zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile bekannter Brandschutzmittel beseitigt. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, durch Zusatz eines oder mehrerer Füllstoffe auch mit einem Anteil von wenigen Gew.-% in den Formkörpern und/oder Ersatz der herkömmlichen anorganischen Füllstoffen mit einem Anteil < 90 Gew .-% in den thermoplastischen und/oder duroplastischen Formkörpern, deren Formbeständigkeit bei Brandeinwirkungen und damit bei Temperaturen > 800 °C zu erhöhen und die Brennbarkeit wesentlich zu reduzieren. Darüber hinaus sollte dieser Füllstoff auch bei extremer Temperatureinwirkung keine giftigen Abspaltprodukte freisetzen.
[0012] Außerdem soll erreicht werden, dass sich bei Brandeinwirkungen im Temperaturbereich ab 450 °C ein Schutzgerüst (Ausbildung Glasfritte}, also eine Matrix bildet, die das Durchschlagen der Flammen verhindert und durch das Freisetzen von Wasserdampf wirksam zum Verlöschen von Feuer führt. Des Weiteren sollten diese Füllstoffe sich mit herkömmlichen Füllstoffen und Flammschutzmitfeln kombinieren lassen und preiswerf herzustellen sein. [0013] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der er- findungsgemäßen brandhemmenden Materialmischung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[001 4] Danach ist eine brandhemmende Materialmischung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens einen Füllstoff oder die Kombination derartiger Füllstoffe so beschaffen ist, dass die Freisetzung von Wasser bzw. Wasserdampf in definierten und/oder differenzierten Temperaturbereichen erfolgt.
[0015] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden als Füllstoff ungeblähte und/oder geblähte Perlite verwendet, die in gesichteter, gemahlener und/oder in gebrochener Form vorliegen können.
[0016] Ganz besonders bevorzugt ist geblähtes, kugelförmiges bzw. periförmiges und offenporiges und/oder geschiossenporiges Perlit enthalten, vorteilhafterweise in Form gesichterter und / oder gebrochener und/oder gemahlener poröser Partikel.
[0017] Perlit gehört zur Gruppe vulkanischer Ryolite oder Quarzporphyrgläser. Es ist ein Naturglas, welches aus Lava entstand und im Kontakt mit Wasser bzw. Wasserdampf und gleichzeitigem starken Druck sehr schnell abgekühlt ist. Rohperlit (ungeblähtes Perlit, auch Perlgestein genannt) enthält durchschnittlich 0,5 bis 6 Prozent Wasser, das unter Einwirkung von Temperaturen größer 700 ° C durch die explosionsartige Verdampfung des Wassers im Gestein expandiert und sich bis zum zwanzigfachen seines ursprünglichen Volumens aufbläht. Geblähtes Perlit hat eine Porenstruktur mit vielen geschlossenen Poren, deren Porenwände, also Zellwände, durchlässig porös sind. [0018] Das Ausgangsschüttgewicht für ungeblähtes Perlit liegt bei ca. 1000 kg/m3, die spezifische Das Schüttgewicht von geblähtem Perlit liegt je nach Größe der ungeblähten Perlitkornfraktionen und des ursprünglichen Wassergehaltes zwischen 40 bis 350 kg/m3 bei Ausgangskorngrößen von 50 bis 3000 μιτι. Die Wärmeleitfähigkeit von geblähtem Perlit liegt bei λ = 0,045 bis 0,070 W/mK. Perlit ist als Gestein und auch in geblähter Form unbrennbar. Der Schmelzpunkt von Perlit liegt bei cirka 1400 ° Celsius.
[0019] Die Korngröße von ungeblähten Perlitfraktionen liegt in der Regel bei 300 Mm. Die als Perlitstaub oder Rohperlitstaub bezeichneten Materialien liegen im Durchschnitt unter 150 μιτι, haben allerdings mit > 1 % deutlich größere Partikel mit > 150 Mm enthalten. Mit geeigneten Mahl-, Bläh- und Sichtungsprozessen kann das Rohperlit / Perlitstäube bis hin in den Nanometerbereich hergestellt werden. Die bevorzugte Teilchengröße für die vorliegenden Anwendungen liegt im Bereich von 0,1 μιτι bis 250 μηη.
[0020] Handelsübliches, geblähtes Perlit hat, je nach Form und Ausgangskorngröße des gemahlenen Rohperlits, eine unregelmäßige, kugelähnliche Formgebung und eine Korngröße zwischen 500 und 6000 μιτι und ein Porenvolumen von 95 Volumenprozent,
[0021 ] Der Feuchtegehalt liegt unter 0,5 Gew.-%. Geblähtes Perlit kann bis zu 50 Gew.-% Wasser aufnehmen bzw. können die Poren mit flüssigen Zubereitungen befüllt oder in die Poren eingelagert werden,
[0022] Wird geblähtes Perlit gemahlen, bspw. zur Verwendung als Filterhilfsmittel, genutzt, liegt dieses in Form von porösem Pulver oder in Form von unregelmäßig geformten porösen Flocken vor, deren Struktur mit Cel- lulosefasern verglichen werden kann. Die Schüttgewichte solcher Perlit- pulver, beziehungsweise Perlitflocken, liegen zwischen 50 und 350 kg/m3. [0023] Die chemische Zusammensetzung von Perlit kann, ohne Berücksichtigung des Anteils an im Gestein eingelagertem Wasser, wie folgt angegeben werden. Aufgrund der unterschiedlichen Lagerstätten sind dies nur Richtwerte. Chemische Zusammensetzung von Perlit in Gew.-%:
[0024] Si02 60 - 80 %
AI203 12 - 1 6 %
Na20 5 - 10 %
K20 2 - 5 %
CaO 0 - 2 %
MgO 0 - 1 %
Fe2Q3 0 - 2 %
[0025] Perlit ist damit ein Aluminiumsilikat mit einem Anteil von mehr als 60% Siliciumdioxid.
[0026] Überraschend wurde nun gefunden, dass ungeblahtes Perlit in ausreichender Menge zu einem Kunststoff beigemischt, sein eingelagertes Wasser frei setzt und sich dabei auf das 15 bis 20zigfache seines Ursprungsvolumens aufbläht.
[0027] In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird fein gemahlenes und /oder gesichtetes, ungeblahtes Perlitgesteinsmehl als Füllstoff verwendet, dessen im Gestein gebundener Wassergehalt vorzugsweise > 1 Gew.-% beträgt. Die Partikelgröße des ungeblähten Perlit- gesteinsmehls und/oder anderer enthaltener mineralischer und/oder organischer Stoffe ist vorzugsweise kleiner als die Partikelgröße der geblähten Perlitpartikel, unabhängig davon, ob diese in ungebrochener Kugel- und/oder Perlform und/oder als gebrochene und /oder gesichte- teunregelmäßig geformte Partikel vorliegen. [0028] Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von ungeblähtem Perlit und/oder in Abmischung mit geblähtem Perlit in die Formkörper, die mit thermoplastischen und/oder duroplastischen Polymeren ausgebildet werden, wird erreicht, dass sich deren Formbeständigkeit in Abhängigkeit von den Zusatzmengen unier Wärme- und/oder Hitzeeinwirkung wesentlich erhöht und die Entflammbarkeit reduziert. Das ungeblähte Perlit expandiert, bildet dadurch einen unbrennbaren Schutzschild. Das entstehende, bis ca. 1400 ° C stabile Gerüst aus geblähtem Perlit wirkt dem Durchschlagen der offenen Flammen entgegen. Es hat sich gezeigt, dass bereits ein Zusatz von > 3 Gew.-% ungeblähtem Perlit in Form von Perlitpulver oder Perlitstaub mit einer Korngröße < 1000 μηη zu diesem Effekt führt. Aus diesem Wirkungsprinzip ergibt sich, dass durch die Auswahl der Korngröße des ungeblähten Perlits und die Zusatzmenge im Formkörper die Eigenschaften der Formkörper bei Feuer- und extremer Hitzeeinwirkung eingestellt werden können, Der Freisetzungsprozess setzt hier bei 700 ° C ein und entzieht dem Feuer die dafür benötigte Energie, das Wasser unterdrückt die Rauchgasbildung und die entstehende Keramikschicht verhindert die weitere Ausbreitung des Feuers. Dieser Prozess kann zusätzlich durch Materialien verstärkt werden, die selbst Keramikschichten ausbilden können; hier sind Siliciumcarbid und Zirkoniumoxid zu nennen, Zusätzlich kann die Verstärkung der Wasserabgabe durch Zugabe von Erdalkalisalzen, wie z.B. Beispiel Calciumcarbonat beschleunigt werden . Borax und Soda sind weitere Beispiele für Fließmittel, die den Kermisierungseffekt bzw. die Ausbildung der Fitte beschleunigen. In der Brandschutzformulierung führt dies zu einer beschleunigten Flammhemmung.
[0029] Einige Thermoplaste haben eine niedrige Schmelztemperatur, wodurch sie im Brandfall flüssig werden und vom Formkörper abtropfen. Dieses Verhalten verringert die Brandklassifizierung. Die Zugabe von geblähtem Perlit zu oben genannter Formulierung erhöht die Strukturintegrität und verhindert ein schnelles Abtropfen und verbessert die Brandklassifizierung. Beide Typen lassen sich auf jede gewünschte Größe herstellen, Durch die Mischung beider Typen kann man auch die Rheologie des Verbundwerkstoffes verbessern.
[0030] Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Zugabe von geblähtem Perlit die Dichte des Materials erniedrigt. Je höher der Anteil des unge- blähten Perlits, desto niedriger ist die Dichte des Formteils. Dieser kann mit anderen porösen Materialien kombiniert werden. Hier sind besonders zu nennen: Kieselgur /Diatome Erde, Tuff, Bims und natürliche und/oder synthetische Zeolithe und Metal Organic Frameworks (MOF) . Der Einsatz ist bei allen Kunststoffen möglich, die heute schon Füllstoffe oder Mineralien beinhalten. Die Kombination aus geblähtem und ungeblähtem Perlit erlaubt es, flammwidrige und leichte Kunststoffbauteile zu entwickeln.
[0031 ] Außerdem ist es durch den Zusatz von geblähtem und ungeblähtem Perlit, Zeolithen und MOFs möglich, flüssige Additive und/oder Suspensionen, insbesondere Feuer- und Brandschutzmittel, in die Formkörper einzubringen und zu binden.
[0032] Das geblähte und ungeblähte Perlit sowie die andern Zuschlagstoffe können in unterschiedlichen Korngrößen in den Kunststoff eingearbeitet werden. Je kleiner die Partikel sind, desto besser sind die mechanischen Kennwerte, die Oberflächeneigenschaften und die flammhemmenden Eigenschaften. Entscheidend ist das Oberkorn (maximale Korngröße), es muss so präzise wie möglich sein, um die Verbesserung genau einstellen zu können. Je nach Kunststoff und Verarbeitungsmethodik muss die optimal kleinste Partikelgröße gewählt werden, da noch kleinere Partikelgrößen die Viskosität weiter erhöhen können und somit die Verarbeitung negativ beeinflusst werden kann. Bevorzugt hat das enthaltene Perlit erfindungsgemäß eine Partikelgröße < 1000 μιη, besser eine Partikelgröße < 250 μιη, bevorzugt < 100 μιη, besonders bevorzugt < 50 μηη, ganz besonders bevorzugt 0, 1 bis 10 pm. [0033] Die in der Brandschutzzusammensetzung enthaltenen Mineralstoffe besitzen eine vergleichsweise hohe Eigenporosität, 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 entwickelten diese Porosität, wenn sie (wie im Brandfall) höheren Temperaturen ausgesetzt werden (Intumineszent). Der bekannteste Vertreter intumineszenter Materialien ist Blähgraphit. Solche Mineralstofte vulkanischen Ursprungs sind insbesondere die so genannten Perlite oder Tuffe.
[0034] Weitere Vertreter von Mineralstoffen mit hoher Eigenporosität sind die Zeolithe. Natürlich vorkommenden Zeolithe sind durch hydrothermale Umwandlung aus vulkanischen Gläsern bzw. aus lufthaltigen Ablagerungen entstanden. Als Bestandteil der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung sind sie gleichermaßen bevorzugt und können in Kombination mit oder anstatt der Perlite oder Tuffe eingesetzt werden. Bei Zeo- lithen handelt es sich um kristalline Alkali oder Erdalkalialumosilicate, deren Kristallgitter aus Si04- und AI04- Tetraedern aufgebaut sind, die über Sauerstoffbrücken verknüpft sind. Dabei entsteht eine räumliche Anordnung gleicher Hohlräume, die über Porenöffnungen oder Kanäle zugänglich sind. Ein derartiges Kristallgitter vermag gleichsam als Sieb 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. Erst ab sehr hohen Temperaturen > 200 0 C findet durch die Abgabe von Kristallwasser eine weitere Kompak- tierung statt, bei welcher auch die Kristallstrukur verändert wird. Es hat sich herausgestellt, dass die Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung durch den Zusatz von wasserspeichernden Mit- teln, zu denen grundsätzlich auch nicht poröse, kristallwasserhaltige Substanzen wie z.B. Borax gehören, positiv beeinffusst werden.
[0035] In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens ein natürliches und/oder synthetisches, mit Wasser beladenes und/oder kristallwasserhattiges Zeolith enthalten, wobei das natürliche und/oder synthetische, mit Wasser beladene und/oder kristallwas- serenthaltene Zeolith bei einer vorgegebenen, definierten Temperatureinwirkung Wasser abgibt, vorzugsweise bei einer Temperatur > 200 ° C.
[0036] Die Zusammensetzungen zeigen bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen eine Brandschutzwirkung. Auch die Blähtemperatur des Perlits wird abgesenkt. Hier bildet sich beispielsweise bereits bei 500 ° C eine geschlossene anorganische Schicht, die die Brandausbreitung verhindert.
[0037] in einigen Anwendungen wird allerdings ein Flammschutz benötigt, der bereits bei ca. 200 0 C einsetzt. Hierfür sind erfindungsgemäß vorzugsweise Kombinationen von ungeblähtem Perlit mit Zeolithen und organischen Wasserspeichern (Metall Organic Frameworks = MOFS) vorgesehen, die schon bei niedrigeren Temperaturen als das ungeblähte Perlit Wasser freisetzen können.
[0038] Dieser Vorgang kann über eine geeignete Auswahl von Zeolithen bzw. MOFS auf unterschiedliche Reaktionstemperaturen eingestellt werden. Der Temperaturbereich fängt bei 200 ° C an. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass in Kombination mit dem ungeblahten Perlit der Flammschutz maßgeschneidert auf einen bestimmten Kunststoff abgestimmt werden kann. Werden zu diesem System noch Teile von geblähtem Perlit eingesetzt, kann innerhalb der Kunststoffe eine Verbesserung der Struktur erreicht werden, die im Brandfall zusätzliche Stabilität bringt. Darüber hinaus setzen diese neuen Füllstoffe / Flammhemmer keine giftigen Abspaltprodukte als Alternative zu bekannten Flammhemmern frei. [0039] Weiterhin können Zeolithe auch als Leichtfüllstoff in Kunststoffen eingesetzt werden. Dabei weisen diese Systeme wegen ihrer hohen Porosität schon eine verhältnismäßig niedrig Dichte auf. Diese kann man weiter reduzieren, wenn man speziell Zeolithe mit hohem Todvolumen auswählt. Das Todvolumen ist das Volumen im Inneren des Zeolithen, das nicht mit einem anderen Stoff gefüllt werden kann.
[0040] Die Zugabe von MOFs zu der Formulierung aus geblähtem und ungeblahtem Perlit, sowie Zeolithen reduziert die Ansprungstemperatur weiter. Unbeladene Systeme sind hochporös und lassen sich zum Strukturgeber und zur Dichtereduktion einsetzen. Die Formulierungen können mit anderen Flammhemmern kombiniert werden. Hier sind besonders die phosphatbasierten organischen und wasserfreisetzenden anorganischen Flammschutzmittel zu erwähnen.
[0041 ] Die Erfindung umfasst darüber hinaus die Verwendung thermoplastischer und/oder duroplastischer Polymere als Potymermatrix und/oder als formgebendes Bindemittel in feuerhemmenden, faserverstärkten Verbundwerkstoffen. Die Fasern können sowohl synthetischen (bspw. Glas-, Kohle- und Aramidfasern) als auch natürlichen (bspw. Holzkorn, Holzspäne, Korkmehl, Hanffaser, Kokosfaser, Coir Fibre Pith, Kakaoschalen) Ursprungs sein.
[0042] Die Erfindung schließt ferner die Zusammensetzung und Herstellung der erfindungsgemäßen Zuschläge zu den aterialkompositen auf der Basis von ungeblahtem / geblähtem Perlit, Zeolithen und Metal Orga- nic Frameworks (MOFS), Kieselgur / Diatome Erde, Bims, Tuffe , die mit Wasser beladen sind auch in Kombination mit bekannten Flammschutzmitteln ein. [0043] Des Weiteren ermöglicht die Erfindung durch die Beladung der Zeolithe und Metal Organic Frameworks mit entsprechenden Mengen an Wasser, die Einstellung der Temperatur, ab welcher die flammhemmende Wirkung einsetzt.
[0044] Durch die Anwendung der Erfindungslehre ist es auch möglich, die Dichte in beispielsweise thermoplastischen und duroplastischen Formteilen signifikant zu verringern, ohne dass die Druck- und Formbeständigkeit der Formlinge wesentlich beeinträchtigt wird. Dies wird durch den Ein- satz von geblähten Perliten und / oder ungeblähten Perliten und / oder Zeolithen und / oder MOFs und / oder Diatomer Erden die nicht mit Wasser beladen sind oder deren Kombinationen erreicht.
[0045] Des Weiteren kann durch die Erfindung das rheologische Verhalten der Formmassen beeinflusst werden, indem Kombinationen aus ungeblähten Perliten mit unterschiedlichen Teilchengrößen und oder Kombinationen von geblähten Perliten und / oder Zeolithen und / oder MOFs und / oder diatomer Erden mit unterschiedlichen Teilchengrößen und Mischungen aus geblähten und ungeblähten Perliten mit unterschiedlichen Teil- chengrößen miteinander kombiniert werden.
[0046] Besonders bevorzugt sind geblähte Perlitpartikel und/oder Zeo- lithpartikel und/oder MOFs, die mit Brandschutzmitteln beladen und/oder umhüllt und/oder oberflächig behandelt wurden. Herr Limbeck: Eine sol- che Passage gibt es schon unter [0032]??
[0047] Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die zu erwartende Viskositätszunahme mit abnehmender Partikelgröße durch Zugabe von gröberen Partikeln verhindert und sogar erniedrigt werden kann. Deren Einstellung erleichtert es, sich rheologische Effekte zu Nutzen zu machen. Dies ermöglicht einen hohen Füllgrad, der eine Kostenreduktion und / o- der eine einfachere Prozessführung erlaubt. [0048] Es hat sich überdies gezeigt, dass die Partikelgröße der erwähnten Materialien den Wirkungsgrad der Mischungen stark beeinflusst. Die flammhemmede Wirkung nimmt mit abnehmender Partikelgröße stark zu. Die Oberflächengüte der Kunststoffformteile nimmt mit abnehmender Partikelgröße zu, ohne einen signifikanten Verlust in der Dichtereduktion zu zeigen. Durch die Kombination unterschiedlicher Partikelgrößen im mittleren Verhältnis 1 : 20 kann die Viskosität reduziert werden.
[0049] Ferner hat sich gezeigt, dass der Einsatz von unbeladenen MOFS und Zeolithen in dem Kunststoff, bei deren Verarbeitung Reaktionsund/oder Prozesswasser entsteht zu einer besseren Oberflächengüte führt und / oder eine Taktzeitenverkürzung ermöglicht.
[0050] Bevorzugt wird die Lehre der Erfindung angewendet zur Herstellung von feuerhemmenden Leichtgewichtserzeugnissen. Gewichtsreduktion in Kunststoffformteilen wird meist durch die Zugabe von Glashohlkugeln oder keramische Microsphären erzielt. Diese Füllstoffe haben eine Dichte von 0.15 bis 1 .1 g/cm3 und eine Partikelgröße von 20 bis 100 prn. Diese Partikelgröße schränkt den Gebrauch in so genannten Sichtteilen ein. Neben der Größe ist auch die meist dünne Wandung der Glashohlkugeln in der Verarbeitung des Verbundwerkstoffes ein Hindernis, da sie leicht brechen und sich mit Polymer füllen, wodurch die Dichte des Werkstoffes zunimmt und somit das berechnete Gewicht des fertigen Kunststoffteils nicht mehr stimmt. Ein weiterer Nachteil der Glaskugeln ist die schlechte Haftung des Kunststoffes an diesen (SMC, Sheet molding comnpounds: Scienec and Technology ed. Hamid G. Kia, Karl Hanser Verlag München, 1993).
[0051 ] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein natürliches und/oder synthetisches superabsorbierendes Polymer (SAP) enthalten, wobei das SAP als Hydrogelkomposit und/oder Hydrogel- hybridmaterial mit einem mineralischen Anteil von mindestens 5 Gew.- enthalten ist. [0052] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Erdalkaliverbindung enthalten sein, die die Sinter- bzw eramisierungstempera- tur eingesetzt werden, wobei die mindestens eine Erdalkaüverbindung bei Temperatureinwirkung > 220 ° C Wasser und/oder CO2 abspaltetf z. 8. Magnesit)
[0053] Als zusätzliche Brandschutzmittel (-Additive) werden vorzugsweise Wasser abspaltende, anorganische Metallhydroxide oder Phosphate verwendet, bspw. Aluminiumtrihydroxid, Aluminiumoxidhydrat, Ammoniumpolyphosphat, Natriumpolymetaphosphat oder Aminphosphate, z. B. Melaminphosphate.
[0054] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist mindestens ein hochporöses, mit Flüssigkeiten beladbares und/oder beladenes Polymer enthalten, wobei die enthaltenen Polymere vorzugsweise mit Brand- und/oder Flammschufzmittel beladen und/oder umhüllt sind.
Ausführung der Erfindung
[0055] Weitere Ziele, Merkmale, Vorfeile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Materialmischung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen.
[0056] Im Nachstehenden seien Beispiele aus dem duroplastischen Formmassenbereich aufgeführt. Duroplastische Formmassen enthalten in der Regel eine Harz / Härterkombination, Füllstoffe und Verstärkungsfaser.
[0057] In den angegebenen Beispielen werden duroplastische Formmassen aus dem Bereich der ungesättigten Polyesterharze verwendet. Diese Harze sind Lösungen von ungesättigten Polyestern in copolymerisierbaren Monomeren, vorzugsweise in Styrol. Der ungesättigte Polyester besteht üblicherweise aus Kondensationsprodukte aus mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen Carbonsäuren und deren veresterbaren Derivaten, insbe- sondere deren Anhydriden, die mit mehrwertigen, insbesondere zweiwertigen Alkoholen mittels Veresterung verknüpft sind. Diese können gegebenenfalls zusätzlich Reste einwertiger Carbonsäuren oder einwertiger Alkohole enthalten, wobei zumindest ein Teil der Einsatzstoffe über ethylenisch ungesättigte, copolymerisationsfähige Gruppen verfügen muss. Bevorzugte ungesättigte Polyester sind solche auf Basis von Maleinsäureanhydrid und ortho-Phthalsäure einerseits und Propylenglykol und/oder Dipropy- lenglykol andererseits, i n iDie ungesättigten Polyesterharze enthalten im allgemeinen einen Thermoplasten, wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat, gesättigte Polyester oder Polyvinylacetat als Antischrumpfkomponente, ein Erdalkalihydroxid oder -oxid als Eindickmittel, Zinnstearat oder Calci- umstearat als Trennmittel sowie Füllstoffe, wie Kreide und in den erfindungsgemäßen Beispielen insbesondere Perlit in geblähter und ungebläh- ter Form, sowie Zeolithe und MOFs in Mengen von 30 bis 350 und deren Kombinationen. Ferner enthalten die Harze übliche Inhibitoren und Peroxidkatalysatoren, welche die Härtung auslösen . Als Verstärkungsmittel dienen Glasfasern in Mengen von 0 bis 60 Gew.-%. u uDie Mischungen können z.B. zur Herstellung von SMC- oder als BMC-Masse verwendet werden. SMC (sheet molding compound)-Massen sind flächige Halbzeuge aus glasfaserverstärkten, gefüllten Polyesterharzen, die in einer Presse verformt und gehärtet werden . BMC (bulk molding compound)-Massen sind mit Füllstoffen und Kurzfasern verstärkte Polyesterharze, die durch Spritzguss verarbeitet werden.
[0058] Beispiel 1 :
60 Teile ungesättigtes Polyesterharz auf Basis ortho-Phtthalsäure
40 Teile styrolische Lösung von Polystyrol
240Teile ungeblähtes Perlit (Teilchengröße > 30 nm)
40 Teile Calciumcarbonat
20 Teile Magnesit
4,5 Teile Zinkstearat
1 ,5 Teile Tert.butylperbenzoat
2,5 Teile Magnesiumoxid 3,0 Teile Viskosi†atsverminderer
60 Teile Glasfasern der Länge 12-25 mm
[0059] Beispiel 2:
70 Teile ungesättigtes Polyesterharz auf Basis ortho-Phtthalsäure
30 Teile styrolische Lösung von Polystyrol
150 Teile ungeblähtes Perlit (Teilchengrösse > 30 i lm]
50 Teile geblähtes Perlit (Teilchengrösse > 60 l Im)
30 Teile Calciumcarbonat
4,5 Teile Zinkstearat
1 ,0 Teile Tert.butylperbenzoat
2,2 Teile Magnesiumoxid
2,0 Teile Viskosiratsverminderer
50 Teile Glasfasern der Länge 12-25 mm
[0060J Beispiel 3:
60 Teile ungesättigtes Polyesterharz auf Basis ortho-Phtthalsäure
40 Teile styrolische Lösung von Polystyrol
75 Teile ungeblähtes Perlit (Teilchengrösse > 30 lim)
50 Teile geblähtes Perlit (Teilchengrösse > 60 [ im)
30 Teile Zeolith (Teilchengrösse > 50 l im)
20 Teile MOF (Teilchengrösse > 50 l Im)
50 Teile Calciumcarbonat
4,5 Teile Zinkstearat
1 ,5 Teile Tert.butylperbenzoat
2,5 Teile Magnesiumoxid
2,0 Teile Viskositatsverminderer
50 Teile Glasfasern der Länge [0061 ] Beispiel 4:
60 Teile ungesättigtes Polyesterharz auf Basis ortho-Phfthalsäure
40 Teile styrolische Lösung von Polystyrol
50 Teile ungeblähtes Perlit (Teilchengrösse > 30 lim) 100 Teile geblähtes Perlit (Teilchengrösse > 60 ι im)
4,5 Teile Zinkstearat
1 ,5 Teile Tert.butylperbenzoat
2,5 Teile Magnesiumoxid
2,0 Teile Viskositatsverminderer
50 Teile Glasfasern der Länge 12-25 mm
[0062] Beispiel 5:
80 Teile ungesättigtes Polyesterharz auf Basis ortho-Phtthalsäure 20 Teile ungesättigtes Polyesterharz auf Basis Adipinsäure
150 Teile ungeblähtes Perlit (Teilchengrösse > 30 I Im)
150 Teile Silikat-Sand
1 ,5 Teile MEKP
0,5 Teile Cobaltocfoat Lösung ( l %zig in Styrol)
3,0 Teile Viskositatsverminderer
2,5 Teile Entschäumer
[0063] Die Herstellung der Formmassen erfolgt an in der indusfriegängi- gen Mischanlagen und Anlagen zur Fertigung von Halbzeugen. Die Verarbeitung dieser Halbzeuge kann nach allen einschlägigen Verfahren, wie z.B. durch Spritzgussverfahren, Pressverfahren oder Spritzpressverfahren erfolgen.
[0064] Herstellung von Probekörpern aus Polyesterform massen 1 -5: In einem auf Temperaturen von 125-165 °C beheizten Plattenwerkzeug wird eine abgewogene Menge Polyesterformmasse gegeben, die zur kompletten Füllung der Form reicht. Danach wird das Presswerkzeug sofort geschlossen und unter einem Pressdruck von 30 bar 160 Sekunden lang belassen. Zur Abkühlung werden die 4 mm dicken Probekörper aus der Form entnommen und abgelegt. [0065] Die nach den Anwendungsbeispielen hergestellten Prüfplatten werden in Prüfkörper mit einer Abmessung von 100 x 300 mm und eine Dicke von 4 mm gesägt. Anschließend werden die Probekörper einem simulierten Brandfall unterworfen. Zu diesem Zweck werden die Probekörper mit Hilfe einer offenen Flamme (Propangasbrenner) erhitzt, wobei die Temperatur des Probekörpers laufend kontrolliert wird. Die Probekörper wurden für einen definierten Zeitraum (20 Sekunden) in den Oxidationsbe- reich der offenen Flamme gehalten, nach Herausnehmen 1 ,2,3 und 5 erfolgte eine spontane Selbstverlöschung. Die Formulierung 4 brannte eine Minute bis zur Selbstverlöschung. Formulierungen ohne die erfindungsgemäßen Zusatzstoffe brannten deutlich länger nach.
[0066] Bei der erfindungsgemäßen Brandschutzzusammensetzung sind die als Hartfüllstoffe bezeichneten Bestandteile (AI203, Zr02, SiC) vorzugsweise in Mengen zwischen 1 und 50 Gew -%, insbesondere von 5 bis 15 Gew.-% vorhanden. Bevorzugt wird die Teilchengröße dieser Füllstoffe möglichst gering gewählt. Es ist vorteilhaft, wenn die Hartfüllstoffe mit einem D-50-Wert < 200 nm, vorzugsweise < 50 nm in der Brandschutzzusammensetzung zu haben. Dabei kann die Teilchengröße soweit wie möglich reduziert werden, wobei D-50 -Werte < 20 nm besonders hervorzuheben sind.
[0067] Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass möglichst kleine Teilchengröße die Sintertemperatur der erfindungsgemäßen Materialmischung im Brandfall herabgesetzen. Auch die Abgabe des Kristallwassers von Perlit wird durch eine kleine Teilchengröße begünstigt. Je schneller sich die Zusammensetzung im Brandfall verfestigt bzw. zusammensintert, umso besser kann sie dann die Brandschutzfunktion erfüllen. Dies zeigt ganz allgemein die vorteilhafte Wirkung des Einsatzes von na- noskaligen Teilchen (D-50 Wert < 200 nm), insbesondere als Hartfüllstoffe, in Brandschutzprodukten bzw. -materialien. Hierbei sind bevorzugte Teilchengrößen mit D-90-Werten < 20 um, insbesondere < 10 um hervorzuheben. [0068] Im Nachstehenden seien Beispiele aus dem thermoplastischen Extrusionsbereich und thermoplastischen Spritzguss aufgeführt.
[0069] Beispiel 1 beschreibt einen Formkörper, der mit dem thermoplastischen Polymer Polypropylen, unter Beimischung von Holzmehl und Roh- perlit, mit einer Korngröße zwischen 60 bis 100 μιη, also als Formkörper, der als WPC (Wood Plastic Composite) einzuordnen ist, hergestellt ist.
[0070] In einem Heiz-Kühl-Mischer wurde bei einer Temperatur von 230 ° C nachstehende Materialmischung zu einem rieselfähigen Compound agglomeriert. Das resultierende homogene Agglomerat wurde zum Austrag aus dem Mischer auf 50 ° C abgekühlt:
[0071 ] Rohstoff: Gew.-%:
Polypropylen als Recyclat mit MFR 8 40,00
und einem Schmelzpunkt von 210 ° Celsius
Polypropylencopolymerisat mit 1 ,00
3 Gew.-% Maleinsäureanhydrid gepfropft
Holzmehl mit einer Komgröße 50,00
von 60 bis 120 pm
Rohperlit, ungebläht mit einer 9,00
Korngröße von 50 bis 100 μηη
[0072] Dieses homogene, rieselfähige Compound wurde auf herkömmlichen thermoplastischen Spritzgussmaschinen unter den für WPC erforderlichen Verarbeitungsbedingungen zu Prüfplatten verspritzt. Die Prüfplatten hatten eine Abmessung von 100 x 300 mm und eine Dicke von 10 mm. Die mechanischen Festigkeitswerte lagen wesentlich über den Werten, die vergleichbare Formkörper ohne Zusatz von ungeblähtem Perlit ausweisen. Die Formkörper hatten bei einer Lagerung bei 200 ° Celsius, über einen Zeitraum von zehn Stunden, eine erhöhte Formbeständigkeit und waren bei Einwirkung einer offenen Flamme mit Temperaturen über 1200 ° Celsius selbstverlöschend. Ferner trat ein Verkohlungsvorgang ein, der verbunden war mit einer Gerüstbildung, die es unmöglich machte, dass die Flamme bei einer Einwirkungszeit von dreißig Minuten durch die Prüfplatte dringen konnte. Bei Erhöhung der Flammentemperatur auf ca. 1500 ° C war zu erkennen, dass das im Formkörper enthaltene ohperlit blähte und zur Ausbildung einer glasartigen Struktur im Formkörper führte.
[0073] Beispiel 2: Die Zusammensetzung des Formkörpers gemäß Beispiel 1 wurde dahingehend geändert, dass anstelle von neun Gew.-% Rohperlit, eine Mischung aus fünf Gew.-% ungeblähtem Rohperlit mit gleicher Korngrößenverteilung, wie in Beispiel 1 beschrieben, und vier Gew.-% gebrochenes, geblähtes Perlit mit einer Teilchengröße zwischen 100 μιτι und 300 pm eingearbeitet wurde. Die daraus im thermoplastischen Spritzgussverfahren hergestellten Prüf platten wiesen deutlich erhöhte mechanische Festigkeiten aus und zeigten bei den identischen Prüfungen unter erhöhten Temperaturen und bei Einwirkung von offenen Flammen ein fast identisches Verhalten.
[0074] Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele 3 bis 6 zeigen beispielhaft weitere bevorzugte Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Formkörper, die vornehmlich im thermoplastischen Extrusionsverfahren oder im thermoplastischen Spritzgussverfahren und/oder durch Verpressen unter Temperatur- und Druckeinwirkung ausgeformt werden können.
[0075] Als thermoplastisches Polymer wurde bei den Beispielen 3 bis 6 Polypropylen in einer handelsüblichen Recyclatqualität eingesetzt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die thermoplastischen Polymere durch duroplastische Polymere zu ersetzen und/oder thermoplastische Polymere in Kombination mit duroplastischen Polymeren einzusetzen. Die Technik der Formausbildung für die erfindungsgemäßen Formkörper richtet sich an den zum Einsatz kommenden Polymeren aus, die entweder die Funktion einer Polymermatrix erfüllen und/oder als Bindemittel und/oder Kleber zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Formkörper dienen. Dazu können auch natürliche polymere Verbindungen und/oder Polymerderi- vate zum Einsatz kommen, die auf natürlichen Polymeren, wie bspw. Lignin aufgebaut sind.
[0076] Beispiel 3:
Rohstoff: Gew.- :
Polypropylen als Recyclat mit MFR 8 50,00
und einem Schmelzpunkt von
210 ° C
Polypropylencopolymerisat mit 3 Gew.- 1 ,00
Maleinsäureanhydrid gepfropft
Holzmehl mit einer Korngröße 10,00
von 60 bis 120 μηι
Rohperlit, ungebläht mit einer 39,00
Korngröße von 50 bis 100 μηη
[0077] Formkörper im Extrusionsverfahren nach Beispiel 3 ausgebildet, sind sehr preiswert herzustellen, sind praktisch unbrennbar und haben eine sehr hohe Formbeständigkeit auch bei Dauerbelastung bei Temperaturen über 180 ° C.
[0078] Das nachfolgende Beispiel 4 zeigt die Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Formkörpers, der unter Anwendung von Hitze und Druck im Pressverfahren hergestellt wurde. [0079] Beispiel 4:
Rohstoff: Gewichtsprozent:
Polyethylen (Recyclat) mit 30,00
einem Schmelzpunkt von 180 ° C
Geblähtes Perlit mit einer Korngröße 10,00
von 2000 bis 3000 μηη
Rohperlit, ungebläht mit einer 60,00
Korngröße von 50 bis 100 pm
in Abmischung mit geblähtem Perlitpulver
mit einer Korngröße von 60 bis 120 m
im Gewichtsverhältnis 1 :1
[0080] Solche Formkörper, insbesondere in Form von Platten, können aufgrund des niedrigen Raumgewichtes als Leichtbauplatten Verwendung finden und zeichnen sich auch durch gute Brandschutzeigenschaften aus.
[0081 ] Beispiel 5: Das Holzmehl in der Zusammensetzung nach Beispiel 1 wurde vollständig durch Coir Fibre Pith ersetzt. Die mit dieser Zusammensetzung ausgebildeten Formkörper zeichnen sich durch erhöhte mechanische Festigkeiten aus und hatten bei Wasserlagerung eine wesentlich geringere Wasseraufnahme und Dickenquellung. Hinzu kommt, dass auch die Brandschutzeigenschaften verbessert wurde.
[0082] Eine weitere beispielhafte Ausführung und Fortbildung der Erfindung ergibt sich aus Beispiel 6 zur Zusammensetzung einer Brandschutzplatte. Beispiel 6:
Rohstoff: Gew.-%
Coir Fibre Pith 34,00
Calciumoxid (Branntkalk) 31 ,00
in Pulverform
Rohperlit, ungebläht 10,00
Korngröße kleiner 100 pm geblähtes, gemahlenes Perlit 5,00
mit einer Korngröße von
60 bis 150 μιτι Wässerige 20,00
Magnesium-Ligninsulfonat-Lösung
mit einem Feststoffgehalt von
55 Gew.-% [0084] Zur Ausbildung des Formkörpers wurden in einem Zwangsmischer zunächst folgende Materialien innig vermischt: Coir Fibre Pith, Calciumoxid, Rohperlit, ungebläht und das geblähte Perlit. Es resultiert eine weit- gehendst homogene Materialmischung, denn durch die poröse Struktur von Coir Fibre Pith lagern sich die pulverförmigen Beimischungen gut an den Coir Fibre Pith an. Diese Materialmischung wird nun in einem Schneckenmischer über eine gravimetrische Dosiereinrichtung vorgelegt und die Magensium-Ligninsulfonaf-Lösung ebenfalls über eine gravimetrische Dosiereinrichtung entsprechend dem vorgegebenen Mischungsverhältnis zugegeben. Es läuft bei diesem Misch- und Knetvorgang eine exotherme Reaktion ab, denn das Calciumoxid bildet mit der Magenesium- Ligninsulfonat-Lösung eine komplexe Verbindung des Typs Magnesium- Ligninsulfonat-Calciumhydroxid, die unter Einfluss der in der Luft enthaltenen Kohlensäure und/oder durch Zufuhr von Kohlensäure carbonatisiert uncl wasserunlöslich wird (dieser Prozess, Umsetzung von Ligininsulfonat- Ablaugen aus der Papierindustrie mit Caiciumoxid, ist beschrieben in der deutschen Offenlegungsschrift DE 25 43 1 69 AI ). Die Temperatur steigt bei diesem Misch- und netprozess auf ca. 1 10 -1 15 ° C an, der entstehende Wasserdampf wird abgesaugt. Die heiße, noch verformbare Masse wird aus dem Schneckenmischer sofort in Plattenformen eingetragen und dort zu Platten unter Druckeinwirkung zu Platten verpresst.
[0085] Diese erfindungsgemäßen Platten können als preiswerte Bauplatten zum Einsatz kommen, bei denen eine extreme Hitzebeständigkeit und Brandschutzeigenschaften gefordert sind.
[0086] Die beim Beispiel 6 eingesetzte Magnesium-Ligninsulfonat-Lösung enthält durch den hohen Ligninanteil das für die Formausbildung erforderliche Polymer als Ligninkomplex. Lignin ist eine natürliche polymere Verbindung mit bedingt thermoplastischen Verarbeitungseigenschaften und duroplastischen Materialeigenschaften.
[0087] Nach einer weiteren, beispielhaften Ausbildung der Erfindung ist es möglich, zur Herstellung von Platten mit niedrigem Raumgewicht und ähnlichen Materialeigenschaften, Coir Fibre Pith ganz und/oder teilweise durch geblähtes Perlitgranulat zu ersetzen.
[0088] Die erfindungsgemäße Materialmischung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Brandhemmende Materialmischung aus mineralischen und/oder organischen Stoffen, synthetischen und/oder natürlichen Polymeren oder einer Kombination dieser Stoffe und Polymere, welche vorzugsweise als thermoplastische und/oder duroplastische Formteile ausgebildet sind, wobei mindestens ein anorganischer und/oder organischer Füllstoff oder eine Kombination dieser Füllstoffe vorgesehen ist, welche/r bei Einwirkungen von hohen Temperaturen Wasser bzw. Wasserdampf freisetzt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens einen Füllstoff oder die Kombination derartiger Füllstoffe so beschaffen ist, dass die Freisetzung von Wasser bzw. Wasserdampf in definierten und/oder differenzierten Temperaturbereichen erfolgt.
2. Materialmischung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass geblähtes, kugelförmiges bzw. periförmiges und offenporiges und/oder geschlossenporiges und/oder hydrophobiertes und/oder oberflächenbehandeltes Perlit enthalten ist,
3. Materialmischung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ungeblähtes poröses und/oder hydrophobiertes und/oder oberflächenbehandeltes Perlit enthalten ist.
4. Materialmischung nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Perlit eine Partikelgröße < 1000 pm, besser eine Partikelgröße < 250 μιη, bevorzugt < 100 μιτι, besonders bevorzugt < 50 μιτι, ganz besonders bevorzugt 0, 1 bis 10 μιη aufweist.
5. Materialmischung nach einem der Ansprüche 2 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das geblähte Perlit in Form gebrochener und/oder gesichteter und/oder gemahlener, unregelmäßig geformter poröser Partikel, hergestellt aus geblähten kugel- und/oder periförmigem Perlit, vorliegt.
6. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ungeblahtes Perlit in Form von Perlitpulver und/oder Perlitstaub und/oder Perlitgesteinsmehl enthalten ist.
7. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass fein gemahlenes, ungeblahtes Perlit enthalten ist, dessen im Gestein gebundener Wassergehalt > 0,5 Gew.- beträgt.
8. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Partikelgröße des ungeblähten Perlitgesteinsmehls und/oder anderer enthaltener mineralischer und/oder organischer Stoffe vorzugsweise kleiner ist als die Partikelgröße der geblähten Perlitpartikel, unabhängig davon, ob diese in ungebrochener Kugel- und/oder Perlform und/oder als gebrochene und / oder gesichtete, unregelmäßig geformte Partikel vorliegen.
9. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet.
dass beim Zusatz von ungeblähtem und/oder geblähtem Perlit flüssige Additive und/oder Suspensionen, insbesondere Feuer- und Brandschutzmittel, in die Formkörper eingebracht und gebunden werden.
10. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein natürliches und/oder synthetisches Zeolith enthalten ist und/oder oberflächenbehandelt sein kann und/oder Mischungen aus diesen enthält, welches zusätzlich mit Wasser und/oder geeigneten Flamschutzmitteln beladen werden kann.
Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein - vorzugsweise mindestens zwei - natürliche/s und/oder synthetische/s, mit Wasser beladenes und/oder Kristallwasser haltiges Zeolith/e enthalten ist/sind.
Materialmischung nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens ein natürlicher und/oder synthetischer, mit Wasser beladener und/oder Kristallwasser enthaltener Zeolith bei einer vorgegebenen, definierten Temperatureinwirkung Wasser abgibt, vorzugsweise bei einer Temperatur > 200 ° C.
Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Metal Organic Frame Work und/oder eine Kombination aus diesen mit oberflächenbehandelten Metal Organic Frame Works enthalten ist.
14. Materialmischung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Metal Organic Frame Work bei einer vorgegebenen, definierten Temperatureinwirkung Wasser abgibt, vorzugsweise bei einer Temperatur >200 ° C.
15. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die enthaltenen geblähten Perlitpartikel und/oder Zeolithparti- ke! und/oder Metal Organic Frame Works mit Brandschutzmitteln beladen und/oder umhüllt sind.
1 6. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein natürliches und/oder synthetisches SAP enthalten ist.
1 7. Materialmischung nach Anspruch 1 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das SAP als Hydrogelkomposit und/oder Hydrogelhybridmaterial mit einem mineralischen Anteil von mindestens 5 Gew.-% enthalten ist.
18. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Erdalkaliverbindung enthalten ist, wobei mindestens eine Erdalkaliverbindung bei Temperatureinwirkung > 220 ° C Wasser und/oder CO2 abspaltet.
19. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass als zusätzliche Brandschutzmittel Wasser abspaltende anorganische Metallhydroxide verwendet werden.
20. Materialmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein hochporöses, mit Flüssigkeiten beladbares und/oder beladenes Polymer enthalten ist, wobei das mindestens eine enthaltene Polymer vorzugsweise mit Brand- und/oder Flammschutzmittel beladen und/oder umhüllt ist.
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