WO2012023095A1

WO2012023095A1 - Brandschutzelemente und verfahren zur herstellung von brandschutzelementen auf basis von silikathaltigen intumeszierenden massen

Info

Publication number: WO2012023095A1
Application number: PCT/IB2011/053604
Authority: WO
Inventors: Michael Kopietz; Rolf Schulze; Stefan SCHÖFER; Wolfgang Walter
Original assignee: Basf Se; Basf (China) Company Limited
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2012-02-23
Also published as: EP2606102A1

Abstract

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

Description

Brandschutzelemente und Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen auf Basis von silikathaltigen intumeszierenden Massen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft Brandschutzelemente und Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen durch Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel.

Thermische isolierende Brandschutzschichten auf Basis von Alkalimetallsilikaten, die bei Einwirken von hohen Temperaturen zu einer stabilen Schaumschicht aufblähen, sind bekannt. Da jedoch Alkalisilikate gegenüber der Einwirkung von Feuchtigkeit und Kohlendioxid empfindlich sind, müssen sie durch eine Schutzschicht vor deren Einwir- kung geschützt werden.

Zur Herstellung intumeszierender Streifen zur Umrandung feuerhemmender Türen werden natriumsilikathaltige Platten in Streifen geschnitten, in der Regel magaziniert und anschließend mit einem Kunststoff, oftmals PVC, ummantelt. Dieses Verfahren erfordert viel Handarbeit und ist dementsprechend zeit- und kostenaufwändig. Im

Brandfall bläht dieses Natronwasserglas und hindert Rauch und Flammen durch den Türspalt in den Nachbarraum zu dringen.

Die EP-A 0875 492 beschreibt ein Verfahren zum Umhüllen von Brandschutzmateria- lien mit einer Schutzschicht gegen mechanische Beschädigung, gegen die Einwirkung von Kohlendioxid sowie gegen das Verdunsten von Wasser, bei dem man eine Wasserglaslösung mit Wasserglaspulver und gegebenenfalls Glasfasern mischt und in flüssiger Form in ein längliches Profil mit steifen Wänden füllt, verschließt und die Mischung gelieren lässt. Bei diesem Verfahren muß erst ein Profil bereitgestellt werden, danach erfolgt die Befüllung mit der intumeszierenden Masse, und anschließend muß noch das Gelieren der intumeszierenden Masse abgewartet werden, bevor die Brandschutzelemente weiter verwendet werden können. Nachteilig ist also ein immer noch relativ hoher Zeit- und damit Kostenaufwand für dieses Verfahren. Eine Verringerung des Zeitaufwands ist praktisch kaum möglich, da eine nicht ausreichend gelierte intu- meszierende Masse bei einer weiteren Handhabung der Brandschutzelemente teilweise aus dem Profil wieder austritt und so eine spätere Brandschutzwirkung nicht ausreichend gewährleistet werden kann.

Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von silikathaltigen Brandschutzplatten durch Gießverfahren, Strangpressen oder Extrusion sind beispielsweise bekannt aus BE 898 845, GB 2 079 669, GB 2 202 484, DE-B 102 05 728 und DE-C 39 19 090. Bei den bekannten Coextrusionsverfahren werden entweder bereits verfestigte intu- meszierende Massen oder Massen mit hohen Füllstoffanteilen eingesetzt, wodurch ebenfalls wieder ein unvermeidbar hoher Zeitaufwand in Kauf genommen werden muß oder die Verweilzeiten kurz gehalten werden müssen, um ein ungewolltes Aufschäu- men der intumeszierenden Masse zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein einfache und kostengünstige Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen auf Basis von silikathaltigen intumeszierenden Massen zu finden, die mit verringertem Zeit- und Kostenaufwand durchführbar sind, bei denen während der Herstellung der Brandschutzelemente kein ungewolltes Aufschäumen oder Austreten der intumeszierenden Massen auftritt, und bei denen die Brandschutzwirkung der erhaltenen Brandschutzelemente in ausreichendem Maß sicher gewährleistet ist. Demgemäß wurden Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen durch

Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel gefunden, wobei die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittels enthält, wobei die Gew.- % bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.

Bevorzugt besteht die Mischung zur Herstellung der intumeszierende Masse aus a) 19- 80 Gew.-%, besonders bevorzugt aus 34 - 65 Gew.-%, Wasserglas flüssig mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 30- 40 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 34 bis 39 Gew.-% Gew.-%,

b) 19- 80 Gew.-%, besonders bevorzugt aus 44 - 65 Gew.-%, Wasserglaspulver, c) 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt aus 0,1 bis 10 Gew.-%, Gelierhilfsmittel und

d) 0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Füllstoffe.

Als Wasserglas werden wasserlösliche Alkalisilikate mit der allgemeinen Zusammensetzung M₂0 ^* n Si0₂ mit n gleich 1 bis 4 verstanden. Bevorzugt wird Natronwasserglas mit einem Molverhältnis n im Bereich von 3 bis 3,5.

Besonders bevorzugt verwendet man eine handelsübliche Wasserglaslösung mit einem Wassergehalt von ca. 65 Gew.-% und vermischt diese mit Wasserglaspulver mit einem Wassergehalt von ca. 18 Gew.-%. Der Gesamtwassergehalt der Mischung liegt bevorzugt im Bereich von 40 bis 50 Gew.-%. Die Standzeit der Mischung lässt sich über die Menge an Wasserglaspulver und Gelierhilfsmittel gezielt einstellen. Als Gelierhilfsmittel eignen sich grundsätzlich alle zur Eindickung der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung geeigneten Stoffe, insbesondere Salze der Metalle der 1. bis 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente oder Ammoniumsalze, bevorzugt eignen sich Na-, K-, Mg-, Ca-, AI- und Ammonium-Salze. Selbstverständlich können auch Mischungen dieser Salze eingesetzt werden. Als Ani- onen dieser Salze sind grundsätzlich alle Anionen geeignet, bevorzugte Anionen sind Chloride, Sulfate, Phosphate, Carbonate und Hydrogencarbonate. Insbesondere bevorzugte Anionen sind Chloride, Sulfate, Carbonate und Hydrogencarbonate. Ganz besonders bevorzugte Gelierhilfsmittel sind NaCI, KCl, NH₄CI, CaC , MgSC ,

AI₂(S0₄)₃, K2CO3, KHCOs, Na₂C0₃, NaHCOs sowie Mischungen aus KCl und CaCI₂. Diese Gelierhilfsmittel können als Feststoffe oder wäßrige Lösung eingesetzt werden.

Zur Erhöhung der Standfestigkeit können der Mischung zur Herstellung der intumeszierende Masse von dem flüssigen Wasserglas, dem Wasserglaspulver und den Ge- lierhifsmitteln verschiedene Füllstoffe, beispielsweise faserförmige Füllstoffe, wie

Schnittglas zugesetzt werden. Bevorzugt werden 0,5- 15 Gew.-% Schnittglas mit einer Faserlänge von 0,5- 10 mm, bezogen auf die Mischung zur Herstellung der intumeszierenden Masse, eingesetzt. Als thermoplastisches Polymer für den Mantel des coextrudierten Profils eignen sich beispiele Polyvinylchlorid (PVC), Polysulfone (PSU), Polypropylene (PP), Polyethylene (PE), Polyester (PE) oder Polyamide (PA). Bevorzugt werden Polyvinylchlorid (PVC) und Polysulfone (PSU) eingesetzt. Aus der Extrusionstechnologie sind Coextrusionsverfahren bekannt, die es ermöglichen, beliebige elastische Füllungen mittels eines Querspritzkopfes in ein Kunststoffprofil einzubringen.

Die Konfektionierung des silikathaltigen Materials, aus dem die intumeszierende Masse gebildet wird, übernimmt ein Extruder, in den zuvor über eine Flüssigdosierung das flüssige Wasserglas, über eine Feststoffdosierung das Wasserglaspulver und über eine Flüssigdosierung oder eine Feststoffdosierung oder über eine Kombination aus bei- dem, das Gelierhilfsmittel zugegeben wurden. Aus dessen Düsenleiste wird der silikat- haltige Streifen über einen Querkopf der vorhandenen PVC-Ummantelungsstrecke in das gleichzeitig extrudierte PVC Profil eingebracht. Weiterhin zeigte sich überra- sehend, dass Temperaturen über 40°C ungeeignet sind. Optimalerweise wird der Pro- zess bei 20°C betrieben. Zudem wurde für den Fachmann nicht erkennbar gefunden, dass eine zu lange Austragsdüse (L/D > 60) zu Verarbeitungsproblemen führt.

Der Zusatz von Gelierhilfsmitteln ermöglicht es, einen stabilen plastischen Strang aus silikatreichem Material zu extrudieren, welches so elastisch ist, dass es als Streifen kontinuierlich dem Extruder entnommen werden kann. Dieser elastische Streifen wird dann in die bekannte PVC- Ummantelung coextrudiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Herstellschritte Plattenherstellung, Ablängung und Magazinierung, welche einen hohen personellen Aufwand erfordern, vereinfacht werden. Die Brandschutzstreifen werden in einem statt in mehreren Ar- beitsgängen hergestellt. Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Brandschutzelementen auf Basis von silikathaltigen intumeszierenden Massen sind mit verringertem Zeit- und Kostenaufwand durchführbar, während der Herstellung der Brandschutzelemente findet kein ungewolltes Aufschäumen oder Austreten der intumeszierenden Massen auf. Die Brandschutzwirkung der erfindungsgemäßen coextrudierten Brandschutzelemente enthaltend die Gelierhilfsmittel ist in ausreichendem Maß sicher gewährleistet.

Beispiele:

Einsatzstoffe:

Natronwasserglas flüssig (36-39 Gew.-% Feststoffgehalt)

Natronwasserglaspulver

Gelierhilfsmittel: siehe Tabelle 1

Herstellung erfindungsgemäßer und dem Vergleich dienender Brandschutzelemente (Vergleichsbeispiel V-1 und Beispiele 2 -18): Eine Basisrezeptur aus 7,5kg/h Natronwasserglas flüssig (36-39 Gew.-% Feststoffgehalt) und 7,5 kg Natronwasserglaspulver wurde auf einem Extruder Coperion ZSK 32 mit Feststoff- und Flüssigdosiereinrichtungen und mit Förder- und Mischelementen ausgerüsteten Schnecken gemischt. Die Extrudertemperatur wurde durch Temperiereinrichtungen auf 20°C geregelt. Als Gelierhilfsmittel wurden pro Stunde die jeweils in Tab. 1 genannten Mengen in die Dosierzone des Extruders eindosiert. Diese Mischung wurde als Streifen über eine Schlitzdüse mit PVC-Ummantelung coextrudiert. Tab. 1 gibt wieder, ob die intumeszierenden Masse bei der Herstellung der Brandschutzelemente zu weich sind, um in das PVC coextrudiert zu werden (dabei bedeutet: ++ fest, + minimales kleben o deutliches kleben, - starkes kleben am Werkzeug, - - zu flüssig); Massen mit - oder - - Einstufung sind nicht coextrusierbar Tab.1:

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelementes durch Coextrusion eines Profils mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und eines thermoplastischen Polymeren als Mantel, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittel enthält, wobei die Gew.-% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der intumeszierende Masse eine Mischung aus

19- 80 Gew.-% Wasserglas flüssig mit einem Feststoffgehalt

von 30- 40 Gew.-%,

19- 80 Gew.-% Wasserglaspulver, und

0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittels

0 bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer Füllstoffe eingesetzt wird, wobei die Gew.-% jeweils bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der intumeszierende Masse als Füllstoff 0,5- 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung, Schnittglas mit einer Faserlänge von 0,5- 10 mm eingesetzt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gelierhilfsmittel Salze der Metalle der 1 . bis 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente oder Ammoniumsalze eingesetzt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Masse 0,1 bis 10 Gew.-% Gelierhilfsmittel enthält, wobei die Gew.-% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisches Polymer Polyvinylchlorid eingesetzt wird.

Brandschutzelement, umfassend ein coextrudiertes Profil mit einer intumeszierenden Masse auf Basis von Silikat als Kernmaterial und einem thermoplastischen Polymeren als Mantel, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Masse 0,01 bis 20 Gew.-% Gelierhilfsmittel enthält, wobei die Gew.-% bezogen sind auf das Gesamtgewicht der zur Herstellung der intumeszierenden Masse eingesetzten Mischung.