WO2020126433A1 - Textiles hitze-, brand- und/oder rauchschutzmaterial - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a textile heat, fire and / or smoke protection material, comprising a textile, flat substrate which is coated with a polymer composition, the polymer composition containing a crosslinked polysiloxane and metal pigments ent, a method for producing a Textile heat, fire and / or smoke protection material and the use of a textile heat, fire and / or smoke protection material according to the general terms of the independent claims as a heat protector.
- High combustion temperatures are necessary for the combustion of exhaust gases, for example in the engine compartment or exhaust systems.
- Cables and hoses which are used in such systems (turbochargers, flame tubes, catalysts) and often consist of elastomers, must be permanently protected from such high temperatures to prevent their early aging and fatigue.
- Tired elastomers can tear or burst, which can result in further damage and, in the worst case, vehicle fire.
- hoses or cables In order to protect the hoses or cables from hot / cold cycles who use the heat protection materials. These can be laminated, for example with an aluminum foil, a reflective coating or a glass fabric. Multicomponent systems are usually used for lamination, which require a primer, an additional bond and / or a backstroke. In some cases, systems are used that do not have sufficient heat resistance at temperatures> 300 ° C. Finally, paint, varnish and coatings are known, but they are not applied to textile structures but to flat devices and thus lose flexibility and deformability compared to textiles. In DE 10 2006 048 912 a glass fabric is provided with a primer made of polydimethylsiloxane. This primer is aluminized in a vacuum using gas phase separation and the product is given a backstroke. The product is sometimes used in close proximity to turbola. On the one hand, the method discussed is complex and expensive. On the other hand, the coatings peel off after a certain time when tested in a thermal oven at temperatures> 300 ° C.
- heat barriers can be formed from a silicon-containing base substrate, a connecting layer and a protective layer with aluminates.
- flexible substrates nor one-component coatings are open-faced.
- EP 1 429 104 discloses a thermal camouflage tarpaulin for covering heat sources against detection of thermal imaging cameras.
- the aluminum powder is coated on silicone elastomer and / or bottom
- the carrier textile includes glass filament.
- thermal camouflage can only be exposed to high temperatures of over 1000 ° C for periods of a few minutes and is therefore not powerful enough for use in the high temperature range.
- US Pat. No. 6,872,440 discusses a composition of a glass fiber substrate which is coated with a binder material (acrylic latex) and a filler material (such as fly ash). additionally has a heat-reflecting layer, for example made of elastomer, aluminum fiber or ceramic.
- the coating is not only more complex, but also limited in terms of its design (flat substrate) and heat resistance (88 ° C) to its intended use in insulating roof construction.
- a flexible structure for insulation against heat and protection against fire and / or smoke is to be provided.
- the structure should be resistant to high temperatures over long periods of time, in particular also be suitable for use in the automotive sector. Manufacturing should be simple and cost effective.
- the invention relates to a textile heat, fire and / or smoke protection material, comprising a textile, flat substrate which is coated or completely or partially impregnated with a polymer composition, the polymer composition containing a crosslinked polysiloxane and metal pigments.
- Crosslinked polysiloxane in the sense of this invention is to be understood as a polysiloxane which has resulted from polymerization reactions, in particular condensation reactions, of silicone resin.
- a silicone resin in the sense of this invention is curable to form crosslinked polysiloxane;
- silicone resin some of the silicon atoms in the resin are mutually linked via oxygen atoms in branched structures before curing.
- the silicone resin is produced from a pre-crosslinking reaction of oligosiloxanes, which units of the formula
- oligosiloxanes comprise, wherein RI and R2 independently of one another represent hydrogen, hydroxyl, alkoxy, alkyl, aryl, vinyl groups and n represents a natural number between 1 and 100, preferably between 5 and 60.
- the oligosiloxanes preferably have at least partially reactive groups at the positions R 1, R, in particular hydrogen, hydroxyl and / or alkoxy groups. Particularly preferably, the oligosiloxanes have at the positions R 1, R 2, in addition to the hydrogen, hydroxy and / or alkoxy groups, some organic side groups, in particular alkyl and / or aryl side groups, in particular methyl and / or phenyl side groups or combinations thereof.
- the silicone resin can be in the form of an emulsion or dispersion.
- the polymer composition comprising a crosslinked polysiloxane and metal pigments preferably contains> 60% by weight, particularly preferably> 70% by weight and very particularly preferably> 80% by weight of crosslinked polysiloxane.
- a crosslinked polysiloxane according to the invention can have a high twist; it can be tough but flexible.
- a crosslinked polysiloxane according to the invention has proven to be particularly heat-resistant compared to alternative polymers, for example silicone-based elastomers. Insulation materials based on cross-linked polysiloxane according to the invention are distinguished by the fact that they are non-flammable even at temperatures above 800 ° C.
- a textile structure coated according to the invention exhibits a high heat reflection effect, even if it is exposed to temperatures> 450 ° C. over a long period, up to 150 hours.
- the hit reflective effect was described as a heat delta after the heavy availability test standard DBL 5307-5.2 of the automotive industry (Mercedes-Benz AG). The heat delta is the difference between a first temperature measured on a first side of a specimen facing a heat source and a second temperature on the opposite side of the specimen from that Heat source is turned away, is measured. The details of the test arrangement can be found in the examples below.
- a textile fire and / or smoke protection material according to the invention is subjected to a flame-retardant test in accordance with DBL 5307-5.2, the heat delta remains constant over several hours at temperatures up to 500 ° C.
- the coated structure does not lose any significant proportions of the metal pigment even after several hours in the thermal furnace. After 120 minutes at 800 ° C, the metal pigment continues to adhere to the textile. Flammability is not observed even at temperatures> 800 ° C.
- the textile according to the invention is particularly suitable for use as a smoke apron in the sense of the European standard for smoke and heat control DIN EN 12101.
- the textile is also suitable for use in the automotive industry.
- the textile shows very good results in the media resistance test according to ASTM D896-04, for example against petrol, diesel, motor oil, brake fluid, brake cleaner and road salt solutions.
- the crosslinked polysiloxane can be a crosslinked polysiloxane with organic side groups, the side groups being independent of one another and preferably being selected from the group consisting of alkyl, aryl, hydrogen, hydroxy and alkoxy, and combinations thereof.
- the crosslinked polysiloxane preferably has at least partially side chains with phenyl groups, methyl groups and / or combinations thereof.
- phenyl Side groups has the advantage that a particularly high heat resistance of the coated or impregnated substrate can be achieved.
- phenyl groups are more compatible with other resins and with fillers.
- the polymer composition can contain at least one further polymer which is different from cross-linked polysiloxane.
- the polymer composition can contain at least one further polymer which is selected from the group: polyacrylate, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, styrene-acrylate copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, acrylate Urethane copolymer, polyurethane copolymer, vinyl chloride-ethylene, vinyl chloride-vinyl acetate, vinyl chloride-vinyl acetate-ethylene copolymer and combinations thereof.
- the further polymer can have been provided in the form of a co-emulsion or co-dispersion.
- the polymer composition comprising a crosslinked polysiloxane, at least one further polymer and metal pigments preferably contains between 5 and 30% by weight of the at least one further polymer, particularly preferably between 10 and 20% by weight.
- a polymer composition containing, in addition to crosslinked polysiloxane, at least one other suitable polymer proves to be more elastic, more flexible, less brittle and therefore more suitable for coating a textile substrate.
- the polymer composition containing at least one further suitable polymer also adheres better to the substrate; it does not crumble when the substrate is folded, gathered and folded.
- the additional polymer can be selected so that the aluminum pigments are better integrated.
- the textile, flat substrate can be a fabric, scrim or fleece.
- the fabric, scrim or fleece can contain fibers, in particular glass fibers or mineral fibers.
- Polyaramide fibers, for example Kevlar, or oxidized, thermally stabilized polyacrylonitrile (PAN) fibers, for example Panox®, are also conceivable.
- Textile structures are flexible, foldable, gatherable and flexible. They can be easily adapted to the needs of the place of use, such as complex cable or hose structures.
- Textile structures can be provided in a space-saving manner for fire protection installations, for example as smoke protection curtains or heat protection roller shutters.
- Their flexibility distinguishes textile structures insbesonde ⁇ re-surface over barriers or insulation panels.
- textile structures are more resistant than varnishes or paints thanks to the fabric, scrim or fleece structure. They offer an advantageous compromise between insulation substance and adaptability to the space available on site.
- the metal pigments have high heat stability. They are preferably aluminum pigments. Pigments made of chrome, silver or copper are also conceivable, in addition or as an alternative to the aluminum pigments. Aluminum is preferred due to the suitable melting point and economic considerations.
- the metal pigments can be in the form of flakes or flakes and / or a maximum diameter of 1 to in area
- the metal pigments of the non-leafing type are preferably used, which are distributed uniformly in the film matrix. Before the metal pigments are used in the form of a VOC-free paste for aqueous systems.
- the textile, two-dimensional substrate is coated with a polymer composition or completely or partially impregnated, this polymer composition preferably containing metal pigments in a minimum proportion of 7% by weight of the polymer composition, preferably between 10 and 25% by weight. %, particularly preferably between 12 and 20% by weight.
- a relatively high proportion of metal pigments can better ensure the heat resistance of the heat, fire and smoke protection material.
- the textile heat, fire and / or smoke protection material can be such that the substrate is only coated on one side. Despite the simple coating, the heat, fire and / or smoke protection material has the required heat and fire resistance.
- the invention further relates to a method for producing a textile heat, fire and / or smoke protection material, preferably a textile heat, fire and / or smoke protection material as described above, comprising the steps:
- a textile, fabric or nonwoven, optionally made of glass fibers or mineral fibers, can serve as the textile, flat substrate.
- dispersion or emulsion meant that in addition to the dispersed metal pigments, the others Additives, in particular silicone resin, other polymers, fillers, additives to suppress flammability, can be present in a dispersed and / or emulsified state.
- the silicone resin can preferably be produced from oligosiloxanes with side groups and chain lengths, as defined above.
- the silicone resin particularly preferably has, in addition to the hydrogen, hydroxyl and / or alkoxy groups, side chains with methyl and / or phenyl groups and combinations thereof, since such silicone resins react to give particularly heat-resistant coatings, as described above.
- the silicone resin emulsion can be a methyl / phenyl silicone resin emulsion (Me / Ph-Si resin)
- Hydroxy or alkoxy groups as a side group of the siloxane main chains of the silicone resin lead to better curing. During curing, condensation reactions between polysiloxane segments are favored. However, reactions can also follow between silicone resin on the one hand and fillers, other resins, other monomeric or prepolymeric fractions in co-dispersion or co-emulsion, other additives and / or substrates.
- the dispersion or emulsion is applied to only one upper side of the textile, flat substrate. Even with a simple line, the advantageous properties are achieved as described above, in particular the simple coated substrate passes the flame retardant test standard DBL 5307 and fulfills the smoke and heat control standard according to DIN EN 12101. No further coatings are required for this, which saves the process time and efficient.
- the silicone resin When applied, the silicone resin is in the form of a dispersion or emulsion, preferably in the form of an aqueous dispersion.
- the SI- Liquor resin dispersion can exist as a one-component system. Such a one-component system can simply be networked with heat input. The handling of such a one-component system is relatively simple. In addition, material costs can be saved compared to multi-component systems.
- the dispersion or emulsion can contain a co-dispersion or co-emulsion.
- a polymer which is different from polysiloxane in the dispersion or emulsion preferably a co-dispersion comprising polyacrylates, ethylene-acrylic acid copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, styrene-acrylate copolymers, Ethylene-vinyl acetate copolymers, acrylate-urethane copolymers, polyurethane copolymers, vinyl chloride-ethylene, vinyl chloride-vinyl acetate, vinyl chloride-vinyl acetate-ethylene copolymers and / or combinations thereof.
- the dispersion or emulsion serves not only as its main function as an insulator and fire / smoke protection, but also as a binding agent.
- a binding agent can strengthen or support the fabric at the point of the warp / weft crossing.
- the dispersion or emulsion can be water-based. “What is based on water” means that the continuous phase is water. A water-based dispersion or emulsion can penetrate well into the substrate, is easy to handle, is good for the health and the environment.
- the hydroxy and alkoxy groups of the silicone resin can react together after a condensation reaction, which leads to post-crosslinking of the silicone resin and thus to hardening.
- the condensation reaction can be accelerated by adding a tin-based catalyst, for example dibutyltin dilaurate.
- the Post-crosslinking is preferably carried out with the addition of heat, preferably in a temperature range between 100 and 300 ° C., particularly preferably between 120 and 250 ° C. and very particularly preferably between 150 and 230 ° C.
- Such a post-crosslinking, in particular post-crosslinking of the silicone resin results in a particularly high heat resistance of the coating.
- an intermediate step is carried out, namely drying the dispersion or emulsion at 25 to 75 ° C., preferably at 40 up to 60 ° C.
- the dispersion or emulsion can also be dried and cured during a single temperature treatment, in which case a temperature gradient can be used, for example starting at 50 ° C. and ending at 230 ° C.
- the dispersion or emulsion can contain organic solvents.
- the solvent content should not exceed 6% by weight.
- a low solvent content helps to protect the environment and on the other hand increases occupational safety.
- Composites that have been coated with a dispersion or emulsion according to the invention retain their original properties, such as flexibility, even after drying. The material does not stiffen due to the coating.
- the constituents of the dispersion or emulsion can be premixed.
- the dispersion or emulsion according to the invention is knife-coated directly onto the textile substrate.
- a pre-primer is not necessary.
- a back stroke is also not necessary. You can work with a single coat of coating.
- the invention but also includes methods in which several, in particular two to five lines are used.
- the dispersion or emulsion may include other ingredients.
- the composition may have added pigments and / or fillers for the high-temperature performance, for the viscosity setting and for improved coating.
- the dispersion or emulsion can also contain thickeners, preferably inorganic and particularly preferably highly disperse silica, without a deterioration in heat resistance compared to organic thickeners. Thickeners can simplify the applicability of the dispersion or emulsion.
- additives may include neutralizing agents, dispersing agents, rheology aids, thickening agents, defoaming agents such as biocide, or wetting agents.
- the dispersion or emulsion preferably has a pH between 6 and 10 at the time of application.
- the pH value is used for the formulation and compatibility of the components. Furthermore, the pH value of the dispersion or emulsion should be chosen so that it does not attack the metal particles.
- the dispersion or emulsion can be applied over a large area.
- the application weight is preferably at least 70 g / m 2 .
- the dispersion or emulsion can then be dried at a defined temperature between room temperature and 150 ° C., preferably 30 ° C. to 100 ° C. and particularly preferably 50 ° C. to 80 ° C.
- the dispersion or emulsion can be applied by means of a roller, stencil, knife or spray.
- the different application has the advantage that the silicone resin can be applied to different substrates and according to the intended use.
- the solids content of the dispersion or emulsion is preferably over 50 percent by weight and particularly preferably between 60 and 80 percent by weight.
- a high solids content has the advantage in aqueous systems that faster drying is possible or less energy is required for drying.
- the solids content can result from a high proportion of silicone resin, fillers and / or insoluble additives. However, the solids content should not exceed 50% by weight.
- Additives can be added to suppress the combustibility of the coated substrate.
- the dispersion or emulsion can have a viscosity of 500 to 40 ⁇ 00 mPa s, preferably a viscosity of 1 ⁇ 00 to 30 ⁇ 00 mPa s and very particularly preferably a viscosity of 2 ⁇ 00 to 10 ⁇ 00 mPa s.
- the viscosity values were determined using the Brookfield method with a Brookfield DVI +. The measurements for the viscosities of 500 to 40 ⁇ 00 mPa s were carried out at 23 ° C with a spindle 4 at 20 rpm.
- a system according to the invention can be low-viscosity so that the textile structure is well wetted. Due to the lower viscosity ity of the dispersion or emulsion compared to conventional 100% silicone resin, the dispersion or emulsion can penetrate the glass fabric very well. Chain / weft crossings are clearly solidified.
- Textile heat, fire and / or smoke protection materials are particularly suitable for components in the automotive industry, especially for the engine and exhaust area, but also for structural fire protection.
- the invention therefore relates to the use of a textile heat, fire and / or smoke protection material as described above in the construction sector and as a heat protector in a vehicle.
- Components with such heat, fire and smoke protection materials can make a significant contribution to safety.
- the components are more durable than previously used components due to the material properties, on the other hand, the spread of fires and damage to buildings / engines can be significantly restricted due to the advantageous properties.
- An isoGLAS filament fabric (GIVIDI) with a weight of 420 g / m 2 and a thickness of 0.5 mm was used as the textile, flat substrate.
- Table 1 shows the basic raw materials are listed by two playing liable for ⁇ aqueous coatings.
- test specimen 1 PK1
- test specimen 2 PK2
- Table 1 Name Chemical Cha- trade name Share in the share of the characterization (manufacturer) Composition- Composition for PKlung for PK2
- comparison samples VM
- - VM1 isoGLAS filament fabric with coating according to Table 1, but without Al pigments - VM2: glass fabric, 430g / m 2 , with several lines based on polysiloxane, product TG-430-G-SI from Valmieras Stikla Skiedra AS, intended as a heat layer in the automotive sector;
- - VM3 glass fabric with stainless steel threads, with a coating based on polyurethane, including Al pigments, product TG-550 / 9LV4A F120 1 from HKO Heat Protection Group;
- sealable adhesive comprising ethylene-acrylic acid copolymer dispersion and silicone resins, as well as an aluminum foil.
- the isoGLAS filament fabric (approx. 60 x 30 cm) was coated on one side with the respective aqueous formulation for PK1 or PK2 (approx. 80 g / m 2 , dry). The sample was then dried in an oven at 50 ° C. for 20 minutes and activated at 230 ° C. for 20 minutes. The sample sizes required for the test methods (to be taken from the method specification in each case) were cut. Samples are stored for one day.
- an isoGLAS filament fabric with a weight of 420 g / m 2 and a thickness of 0.5 mm (approx. 60 x 30 cm) was coated on one side with an aqueous formulation (approx. 80 g / m 2 , dry).
- the aqueous formulation consisted of 99% by weight of aqueous Me / Ph-Si resin emulsion (50% solids content, Silres EP 52 M) and 1% by weight of polyacrylate-based thickener (BorchiGel A LA).
- VM2 and VM3 commercially available products from the automotive and heat protection sectors were purchased (details above).
- An isoGLAS filament fabric with a weight of 420 q / m 2 and a thickness of 0.5 mm (approx. 60 x 30 cm) was provided for VM4.
- an aqueous formulation consisting of 35% by weight heat-sealable adhesive based on aqueous ethylene-acrylic acid copolymer dispersion (nolax S35.3110), 52% by weight aqueous Me / Ph-Si resin emulsion (50% Solids content, Silers MPF 52 M from Wacker Silicone), 13% by weight calcined kaolin (Kamin 70), 0.02% by weight defoamer (Agitan 701, Münzing) and 0.5% by weight dispersant.
- aqueous formulation consisting of 35% by weight heat-sealable adhesive based on aqueous ethylene-acrylic acid copolymer dispersion (nolax S35.3110), 52% by weight aqueous Me / Ph-Si resin emul
- the aqueous formulation was applied to the matt side of an aluminum foil with a thickness of 25 mh (approx. 70 g / m 2 ).
- the iso GLAS filament fabric (a piece of approx. 20x30cm) was placed lengthways (with the back downwards) directly into the still wet film and pressed on evenly.
- the swatch was oven dried at 50 ° C for 20 minutes and activated at 230 ° C for 20 minutes. The sample sizes required for the test methods were cut. Samples are stored for one day.
- test specimens including comparison samples were cut to a size of 25 x 25 cm.
- the test specimens were sprayed in the middle with a size of approx. 2.5 x 2.5 cm with a heat-resistant paint (exhaust paint).
- the test specimens were placed on a stainless wire mesh made of tungsten.
- An infrared source was arranged below the test specimen at a distance of 20 mm from the grate.
- a Krelus quartz heater with a nominal output of 2KW was used as the infrared heater.
- the IR emitter was aligned with the test specimen.
- the temperature of the IR radiator was measured by a first pyrometer in the radiator and set to 459 ° C.
- a second pyro meter was arranged on the side of the test specimen facing away from the IR radiator, at a distance of 2 cm from the test specimen.
- the test specimen was irradiated at a temperature of 459 ° C. for 2 hours.
- the temperature differences between the first and the second pyrometer (heat delta) at the beginning of the two-hour irradiation (Ai) and at the end of the two-hour irradiation (D2) were now determined.
- the firing test was carried out using a BBW kiln from Wazau, Berlin.
- the test specimens (including the comparative sample) were cut to a size of 56 cm x 16 cm and fixed on a support.
- the Bunsen burner was lit and left to burn for at least 2 minutes before the test started.
- the burner was then directed onto the specimen at a distance of 2 cm from the test specimen.
- the test specimen was exposed to flame for 5 seconds horizontally (ignition test) and 15 seconds horizontally (flammability test).
- test specimens including the comparative sample were stored standing on a frame at 400 ° C for 1 h in a high-temperature furnace.
- Table 1 lists the test results of the individual formulations in the heat resistance test (infrared), in the burning test and in the heat resistance test (thermal oven). Table 2
- test specimens coated with polymer compositions according to the invention perform very well in all three tests.
- samples VM2 and VM4 also branched in the IR test
- the sample VM2 disintegrated after 15 seconds in the burning test and showed a more decreasing shielding effect during the two-hour test under IR radiation.
- the pattern VM4 shows good heat and fire resistance, but is achieved by laminating with an aluminum foil, whereby the advantages of the textile structure (flexibility, foldability, gatherability) and the efficiency of the manufacturing process are lost.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial, umfassend ein textiles, flächiges Substrat, das mit einer Polymerzusammensetzung beschichtet ist, wobei die Polymerzusammensetzung ein vernetzten Silikonharz und Metall-Pigmente enthält, ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials sowie die Verwendung einer textilen Struktur als Hitzeprotektoren in Fahrzeugen und als Brand- und Hitzeschutz in Gebäuden.
Description
Textiles Hitze- , Brand- und/ oder Rauchschutzmaterial
Die Erfindung betrifft ein textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauch- schutzmaterial , umfassend ein textiles, flächiges Substrat, das mit einer Polymerzusammensetzung beschichtet ist, wobei die Polymerzu sammensetzung ein vernetztes Polysiloxan und Metall-Pigmente ent hält, ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials sowie die Verwendung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials gemäss den Oberbegrif fen der unabhängigen Ansprüche als Hitzeprotektor.
Für die Verbrennung von Abgasen, beispielsweise im Motorraum oder Abgasanlagen, sind hohe Verbrennungstemperaturen notwendig. Kabel und Schläuche, welche bei solchen Anlagen (Turboladern, Flammroh ren, Katalysatoren) zum Einsatz kommen und häufig aus Elastomeren bestehen, müssen auf Dauer vor solch hohen Temperaturen geschützt werden, um deren frühe Alterung und Ermüdung zu verhindern. Ermüde te Elastomere können reissen oder platzen, was weitere Schäden und schlimmstenfalls Fahrzeugbrände zur Folge haben kann.
Um die Schläuche oder Kabel vor heiss/kalt Zyklen zu schützen wer den Hitzeschutzmaterialien eingesetzt. Diese können kaschiert sein, z.B. mit einer Alufolie, einem reflektierenden Coating oder einem Glasgewebe. Zur Kaschierung verwendet werden zumeist Mehrkomponen- ten-Systeme, welche einen Vorstrich, eine zusätzliche Bindung und/oder einen Rückenstrich erfordern. Teilweise werden Systeme verwendet, die keine ausreichende Hitzebeständigkeit bei Temperatu ren > 300°C aufweisen. Schliesslich sind Farbe, Lacke und Beschich tungen bekannt, die aber nicht auf textile Strukturen sondern auf flächige Vorrichtungen aufgetragen werden und damit gegenüber Tex tilen an Flexibilität und Verformbarkeit einbüssen.
In DE 10 2006 048 912 wird ein Glasgewebe mit einem Vorstrich aus Polydimethylsiloxan versehen. Dieser Vorstrich wird mittels Gaspha senabscheidung im Vakuum aluminisiert und es wird das Produkt mit einem Rückenstrich versehen. Das Produkt wird bisweilen in Turbola dernähe eingesetzt. Das besprochene Verfahren ist jedoch einerseits aufwändig und teuer. Andererseits lösen sich die Beschichtungen beim Test im Thermoofen bei Temperaturen > 300 °C nach einer gewis sen Zeit ab.
Aus EP 1 522 534 ist bekannt, dass Hitzeschranken aus einem sili konhaltigen Grundsubstrat, einer Verbindungsschicht und einer Schutzschicht mit Aluminaten gebildet werden können. Es sind jedoch weder flexible Substrate noch Einkomponentenbeschichtungen offen bart .
Aus US 2010/0258371 ist eine aushärtbare Beschichtung aus Polysilo xanharz und reflektierenden Metallpigmenten bekannt. Die Beschich tung wird jedoch auf Metallsubstrate der Automotiv-Industrie aufge tragen, etwa Titan, Eisen oder Aluminium. Die Beschichtung eines Gewebes ist nicht offenbart.
EP 1 429 104 offenbart eine Wärmetarnplane zur Abdeckung von Wärme quellen gegen Erkennung von Wärmebildkameras. Das Aluminiumpulver ist in einer Beschichtung auf Silikonelastomer und/oder Po
lyurethanbasis enthalten. Das Trägertextil umfasst Glasfilament.
Die Wärmetarnplane kann jedoch hohen Temperaturen von über 1000°C nur über Zeiträume von einigen Minuten ausgesetzt werden und ist damit nicht leistungsfähig genug für den Einsatz im Hochtemperatur bereich .
In US 6 872 440 wird eine Zusammensetzung besprochen aus einem Glasfasersubstrat, welches mit einem Bindermaterial (Acryl-Latex) und einem Füllermaterial (etwa Flugasche) beschichtet ist und zu-
sätzlich eine hitzereflektierende Schicht, beispielsweise aus Elastomer, aus Aluminiumfaser oder Keramik, aufweist. Die Beschich tung ist nicht nur aufwändiger, sondern auch von der Ausführung (Flachsubstrat) und Hitzebeständigkeit (88°C) her auf den bestim- mungsgemässen Einsatz beim isolierenden Dachbau beschränkt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine flexible Struktur zur Isolation gegen Hitze und zum Schutz vor Brand und/oder Rauch be- reitgestellt werden. Die Struktur sollte über längere Zeiträume hinweg widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen sein, insbe sondere auch tauglich sein für den Einsatz im Automotivbereich. Die Herstellung soll einfach und kosteneffizient sein.
Die Erfindung betrifft ein textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauch- schutzmaterial , umfassend ein textiles, flächiges Substrat, das mit einer Polymerzusammensetzung beschichtet oder ganz oder teilweise imprägniert ist, wobei die PolymerZusammensetzung ein vernetztes Polysiloxan und Metall-Pigmente enthält.
Unter vernetztem Polysiloxan im Sinne dieser Erfindung ist ein Po lysiloxan zu verstehen, welches aus Polymerisationsreaktionen, ins besondere Kondensationsreaktionen, von Silikonharz hervorgegangen ist .
Ein Silikonharz im Sinne dieser Erfindung ist zu vernetztem Polysi loxan aushärtbar; beim Silikonharz ist ein Teil der Silizium-Atome im Harz schon vor dem Aushärten wechselseitig über Sauerstoff-Atome in verzweigten Strukturen verbunden. Das Silikonharz ist herge stellt aus einer Vorvernetzungsreaktion von Oligosiloxanen, welche Einheiten der Formel
- (RiRzSi-O)
umfassen, wobei RI und R2 unabhängig voneinander für Hydrogen-, Hydroxy-, Alkoxy, Alkyl-, Aryl-, Vinylgruppen stehen und n für eine natürliche Zahl zwischen 1 und 100, bevorzugt zwischen 5 und 60 steht. Bevorzugt weisen die Oligosiloxane an den Stellen Ri, R zu mindest teilweise reaktive Gruppen, insbesondere Hydrogen-, Hydro xy- und/oder Alkoxygruppen auf. Besonders bevorzugt weisen die Oli gosiloxane an den Stellen Ri, R2 zusätzlich zu den Hydrogen-, Hydro xy- und/oder Alkoxygruppen teilweise organische Seitengruppen, ins besondere Alkyl- und/oder Aryl-Seitengruppe, insbesondere Methyl- und/oder Phenyl-Seitengruppen oder Kombinationen davon auf. Das Si likonharz kann in Form einer Emulsion oder Dispersion vorliegen.
Die Polymerzusammensetzung, aufweisend ein vernetztes Polysiloxan und Metall-Pigmente, enthält bevorzugt > 60 Gew.-%, besonders be vorzugt > 70 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt > 80 Gew.-% ver netztes Polysiloxan.
Ein erfindungsgemässes vernetztes Polysiloxan kann eine hohe Drehte aufweisen; es kann hart aber flexibel sein. Ein erfindungsgemässes vernetztes Polysiloxan hat sich gegenüber alternativen Polymeren, beispielsweise silikonbasierten Elastomeren, als besonders hitzebe ständig erwiesen. Isolationsmaterialien basierend auf erfindungsge- mässem vernetztem Polysiloxan zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch bei Temperaturen über 800 °C nicht brennbar sind.
Bekannte Formulierungen aus dem Hitzeschutzbereich, beispielsweise Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterialien auf Polyurethan- und/oder Polydimethylsiloxan-Basis , können hohe Temperaturen nicht auf Dauer, also nur über einige Minuten hinweg, überstehen. Eine erfindungsgemäss beschichtete textile Struktur zeigt dagegen eine hohe Hitzereflektionswirkung, auch wenn sie Temperaturen > 450 °C über eine lange Dauer, bis zu 150 Stunden, ausgesetzt ist. Die Hit zereflektionswirkung wurde als Hitze-Delta nach der Schwerentfla m-
barkeits-Prüfnorm DBL 5307-5.2 der Automobilindustrie (Mercedes- Benz AG) bestimmt. Dabei ist das Hitze-Delta die Differenz zwischen einer ersten Temperatur, die an einer ersten Seite eines Probenkör pers, die einer Hitzequelle zugewandt ist, gemessen wird, und einer zweiten Temperatur, die auf der der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Probenkörpers, die von der Hitzequelle abgewandt ist, ge messen wird. Die Details der Prüfanordnung sind den nachfolgenden Beispielen zu entnehmen.
Wenn ein erfindungsgemässes textiles Brand- und/oder Rauchschutzma terial einer Schwerentflammbarkeits-Prüfung nach DBL 5307-5.2 un terzogen wird, bleibt das Hitze-Delta bei Temperaturen bis zu 500°C im Wesentlichen über mehrere Stunden hinweg konstant. Die beschich tete Struktur verliert auch nach mehreren Stunden im Thermoofen keine wesentlichen Anteile des Metallpigments. Nach 120 Minuten bei 800°C haftet das Metallpigment weiterhin am Textil. Brennbarkeit wird auch bei Temperaturen > 800 °C nicht beobachtet.
Das erfindungsgemässe Textil eignet sich insbesondere für den Ein satz als Rauchschürze im Sinne der europäischen Norm für die Rauch- und Wärmefreihaltung DIN EN 12101. Das Textil ist jedoch auch ge eignet für den Einsatz in der Automotiv- Industrie . Das Textil zeigt sehr gute Resultate im Medienbeständigkeitstest nach Norm ASTM D896-04, beispielsweise gegenüber Benzin, Diesel, Motorenöl, Brems flüssigkeit, Bremsreiniger und Streusalzlösungen.
Das vernetzte Polysiloxan kann ein vernetztes Polysiloxan mit orga nischen Seitengruppen sein, wobei die Seitengruppen unabhängig von einander sind und vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe be stehend aus Alkyl-, Aryl-, Hydrogen-, Hydroxy- und Alkoxy-, sowie Kombinationen hiervon. Bevorzugt weist das vernetzte Polysiloxan zumindest teilweise Seitenketten auf mit Phenylgruppen, Methylgrup pen und/oder Kombinationen davon. Die Verwendung von Phenyl-
Seitengruppen hat den Vorteil, dass eine besonders hohe Hitzebe ständigkeit des beschichteten oder imprägnierten Substrats erziel bar ist. Zudem haben Phenylgruppen eine höhere Kompatibilität mit anderen Harzen und mit Füllstoffen.
Die Polymerzusammensetzung kann wenigstens ein weiteres Polymer enthalten, welches von vernetztem Polysiloxan unterschiedlich ist. Beispielsweise kann die Polymerzusammensetzung neben vernetztem Po lysiloxan wenigstens ein weiteres Polymer enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Polyacrylat, Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymer, Styrol-Acrylat-Copolymer, Ethyl- en-Vinylacetat-Copolymer, Acrylat-Urethan-Copolymer, Polyurethan- Copolymer, Vinylchlorid-Ethylen, Vinylchlorid-Vinylacetat, Vi- nylchlorid-Vinylacetat-Ethylen Copolymer und Kombinationen davon. Das weitere Polymer kann in Form einer Co-Emulsion oder Co- Dispersion bereitgestellt worden sein.
Die Polymerzusammensetzung, aufweisend ein vernetztes Polysiloxan, wenigstens ein weiteres Polymer und Metall-Pigmente, enthält bevor zugt zwischen 5 und 30 Gew.-% Anteile des wenigstens einen weiteren Polymers, besonders bevorzugt zwischen 10 und 20 Gew.-% Anteilen.
Eine PolymerZusammensetzung enthaltend neben vernetztem Polysiloxan wenigstens ein weiteres geeignetes Polymer erweist sich als elasti scher, als flexibler, weniger spröde und damit als geeigneter für die Beschichtung eines textilen Substrats. Die PolymerZusammenset zung enthaltend wenigstens ein weiteres geeignetes Polymer haftet zudem besser am Substrat; sie bröckelt beim Falten, Raffen und Kni cken des Substrats nicht ab. Zudem kann das weitere Polymer so ge wählt werden, dass die Alupigmente besser eingebunden werden.
Das textile, flächige Substrat kann ein Gewebe, Gelege oder Vlies sein. Das Gewebe, Gelege oder Vlies kann Fasern, insbesondere Glas-
fasern oder Mineralfasern umfassen. Denkbar sind auch Polyaramid Fasern, z.B. Kevlar, oder oxidierte, thermisch stabilisierte Poly acrylnitril- (PAN) -Fasern, z.B. Panox®.
Textile Strukturen sind flexibel, faltbar, raffbar und nachgiebig. Sie können einfach an die Bedürfnisse des Einsatzortes angepasst werden, etwa an komplexe Kabel- oder Schlauchstrukturen. Dabei wer den überflüssige Materialkosten vermieden und es wird verhindert, dass überflüssiges Material stört, etwa im Motorraum. Bei Brand schutzinstallationen können textile Strukturen platzsparend bereit gestellt werden, etwa als Rauchschutzvorhänge oder Hitzeschutz rolläden. Ihre Flexibilität zeichnet textile Strukturen insbesonde¬ re gegenüber flächigen Schutzwänden oder Isolationsplatten aus. Gleichzeitig sind Textilstrukturen im Vergleich zu Lacken oder Far ben dank der Gewebe-, Gelege- oder Vliesstruktur widerstandsfähi ger. Sie bieten einen vorteilhaften Kompromiss zwischen Isolations substanz und Anpassbarkeit an die Platzverhältnisse am Einsatzort.
Die Metallpigmente weisen eine hohe Hitzestabilität auf. Sie sind bevorzugt Aluminium-Pigmente. Denkbar sind auch Pigmente aus Chrom, Silber oder Kupfer, zusätzlich oder alternativ zu den Aluminium Pigmenten. Aluminium ist aufgrund des geeigneten Schmelzpunktes und wirtschaftlicher Überlegungen bevorzugt.
Die Metall-Pigmente können plättchen- oder flockenförmig sein und/oder in der Fläche einen maximalen Durchmesser von 1 bis
100 pm, bevorzugt 5 bis 45 pm, aufweisen, bestimmbar durch Siebana¬ lyse. Bevorzugt werden die Metall-Pigmente vom non-leafing Typ ver wendet, die sich gleichmässig in der Filmmatrix verteilen. Bevor zugt werden die Metall-Pigmente in Form einer VOC-freien Paste für wässrige Systeme verwendet.
Das textile, flächige Substrat, ist mit einer Polymerzusammenset- zung beschichtet oder ganz oder teilweise imprägniert, wobei diese Polymerzusammensetzung bevorzugt Metall-Pigmente enthält in einem Mindest-Anteil an der Polymerzusammensetzung von 7 Gew.-%, bevor zugt zwischen 10 und 25 Gew-%, besonders bevorzugt zwischen 12 und 20 Gew.-%. Ein relativ hoher Anteil an Metall-Pigmenten kann die Hitzebeständigkeit des Hitze-, Brand- und Rauchschutzmaterials bes ser gewährleisten.
Das textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial kann so beschaffen sein, dass das Substrat nur einseitig beschichtet ist. Trotz der Einfach-Beschichtung weist das Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial die erforderliche Hitze- und Brennbeständigkeit auf .
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials, bevorzugt eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials wie oben beschrieben, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines textilen, flächigen Substrats;
- Aufträgen einer Dispersion oder Emulsion auf zumindest einen Teil des Substrats, wobei die Dispersion oder Emulsion ein emulgiertes oder dispergiertes Silikonharz und Metall- Pigmente enthält;
- Aushärten der aufgetragenen Dispersion oder Emulsion zu ei ner Beschichtung.
Als textiles, flächiges Substrat kann wie weiter oben beschrieben ein Gewebe, Gelege oder Vlies dienen, gegebenenfalls aus Glasfasern oder Mineralfasern.
Unter Dispersion oder Emulsion im Sinne dieser Erfindung wird ver standen, dass neben den dispergierten Metall-Pigmenten die weiteren
Zusätze, insbesondere Silikonharz, weitere Polymere, Füllstoffe, Zusatzstoffe zur Unterdrückung der Brennbarkeit, in dispergiertem und/oder emulgiertem Zustand vorliegen können.
Vorzugsweise ist das Silikonharz herstellbar aus Oligosiloxanen mit Seitengruppen und Kettenlängen, wie weiter oben definiert. Beson ders bevorzugt weist das Silikonharz, zusätzlich zu den Hydrogen-, Hydroxy- und/oder Alkoxygruppen, Seitenketten mit Methyl- und/oder Phenylgruppen und Kombinationen davon auf, da solche Silikonharze zu besonders hitzebeständigen Beschichtungen reagieren, wie oben beschrieben. Die Silikonharzemulsion kann eine Methyl/Phenyl- Silikonharzemulsion (Me/Ph-Si Harz) sein
Hydroxy- oder Alkoxygruppen als Seitengruppe der Siloxan- Hauptketten des Silikonharzes führen zu besserer Aushärtung. Wäh rend der Aushärtung werden Kondensationsreaktionen von Polysiloxan segmenten untereinander begünstigt. Reaktionen können jedoch auch zwischen Silikonharz einerseits und Füllstoffen, anderen Harzen, weiteren monomeren oder präpolymeren Anteilen in Co-Dispersion oder Co-Emulsion, anderen Additiven und/oder Substraten andererseits er folgen .
Es ist bevorzugt, dass auf nur eine Oberseite des textilen, flächi gen Substrats die Dispersion oder Emulsion aufgetragen wird. Auch bei einfachem Strich werden die vorteilhaften Eigenschaften wie oben beschrieben erzielt, insbesondere besteht das einfach be schichtete Substrat die Schwerentflammbarkeits-Prüfnorm DBL 5307 und erfüllt die Rauch- und Wärmefreihaltungsnorm nach DIN EN 12101. Dafür sind keine weiteren Beschichtungen notwendig, was das Verfah ren zeitsparend und effizient macht.
Das Silikonharz liegt beim Auftrag in Form einer Dispersion oder Emulsion, bevorzugt in Form einer wässrigen Dispersion vor. Die Si-
likonharzdispersion kann als Einkomponentensystem vorliegen. Ein solches Einkomponentensystem kann unter Wäremeintrag einfach ver netzt werden. Die Handhabung eines solchen Einkomponentensystems ist relativ einfach. Zudem können im Vergleich zu Mehrkomponenten- Systemen Materialkosten eingespart werden.
Die Dispersion oder Emulsion kann eine Co-Dispersion oder Co- Emulsion enthalten. Dabei liegt neben dem Silikonharz zusätzliche ein Polymer, welches von Polysiloxan verschieden ist, in der Dis persion oder Emulsion vor, vorzugsweise liegt eine Co-Dispersion aufweisend Polyacrylate, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Ethylen- Methacrylsäure-Copolymere, Styrol-Acrylat-Copolymere , Ethylen- Vinylacetat-Copolymere , Acrylat-Urethan-Copolymere , Polyurethan- Copolymere, Vinylchlorid-Ethylen, Vinylchlorid-Vinylacetat, Vi- nylchlorid-Vinylacetat-Ethylen Copolymere und/oder Kombinationen davon vor.
Die Dispersion oder Emulsion dient nach dem Aushärten neben ihrer Hauptfunktion als Isolator und Feuer-/Rauchschutz auch als Binde mittel. Ein Bindemittel kann etwa an der Stelle der Kette/Schuss- Verkreuzung das Gewebe festigen oder unterstützen.
Die Dispersion oder Emulsion kann wasserbasiert sein. Unter „was serbasiert" ist zu verstehen, dass es sich bei der kontinuierlichen Phase um Wasser handelt. Eine wasserbasierte Dispersion oder Emul sion kann gut in das Substrat eindringen, ist einfach handhabbar, gesundheits- und umweltschonend.
Die Hydroxy- und Alkoxygruppen des Silikonharzes können zusammen nach einer Kondensationsreaktion reagieren, was zu einer Nachver netzung des Silikonharzes und somit zum Aushärten führt. Die Kon densationsreaktion kann durch Zugabe eines Zinn-basierten Katalysa tors, zum Beispiel Dibutyltin dilaurate, beschleunigt werden. Die
Nachvernetzung erfolgt vorzugsweise unter Wärmezuführung, bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 300 °C, besonders be vorzugt zwischen 120 und 250 °C und ganz besonders bevorzugt zwi schen 150 und 230°C. Durch eine derartige Nachvernetzung, insbeson dere Nachvernetzung des Silikonharzes, wird eine besonders hohe Hitzebeständigkeit der Beschichtung erzielt.
Bevorzugt wir nach dem Aufträgen der Dispersion oder Emulsion auf zumindest einen Teil des Substrats und vor dem Aushärten der aufge tragenen Dispersion oder Emulsion zu einer Beschichtung noch ein Zwischenschritt durchgeführt, nämlich das Trocknen der Dispersion oder Emulsion bei 25 bis 75°C, bevorzugt bei 40 bis 60°C. Das Trocknen und das Aushärten der Dispersion oder Emulsion kann jedoch auch während einer einzigen Temperaturbehandlung erfolgen, wobei dabei ein Temperaturgradient angewendet werden kann, beispielsweise startend bei 50°C und endend bei 230°C.
Die Dispersion oder Emulsion kann organische Lösungsmittel enthal ten. Der Lösungsmittelgehalt sollte jedoch 6 Gew.-% nicht überstei gen. Ein niedriger Lösungsmittelgehalt trägt zum einen zur Schonung der Umwelt bei und erhöht zum andern den Arbeitsschutz.
Verbünde, die mit einer erfindungsgemässen Dispersion oder Emulsion beschichtet wurden, behalten auch nach der Trocknung ihre ursprüng lichen Eigenschaften, wie beispielsweise Flexibilität. Eine Ver steifung des Materials aufgrund der Beschichtung erfolgt nicht.
Die Bestandteile der Dispersion oder Emulsion können vorgemischt sein. Die erfindungsgemässe Dispersion oder Emulsion wird direkt auf das textile Substrat gerakelt. Ein Vorprimer ist nicht notwen dig. Auch ein Rückenstrich ist nicht notwendig. Es kann mit einem einzigen Beschichtungsstrich gearbeitet werden. Die Erfindung um-
fasst aber auch Verfahren, bei denen mit mehreren, insbesondere mit zwei bis fünf Strichen gearbeitet wird.
Die Dispersion oder Emulsion kann wertere Bestandteile umfassen. Beispielsweise können der Zusammensetzung wertere Pigmente und/oder Füllstoffe für die Hochtemperaturleistung, für die Viskositätsein stellung und verbesserte Beschichtung zugesetzt sein.
Die Dispersion oder Emulsion kann auch Verdickungsmittel, vorzugs weise anorganische und besonders bevorzugt hochdisperse Kieselsäu re, enthalten ohne das es im Vergleich zu organischen Verdickungs- mittel zu einer Verschlechterung der Hitzebeständigkeit kommt. Ver dickungsmittel können die Applizierbarkeit der Dispersion oder Emulsion vereinfachen.
Weitere Additive können Neutralisationsmittel, Dispergierungsmit tel, Rheologiehilfsmittel, Verdickungsmittel, Entschäumungsmittel, wie Biozid, oder Benetzungsmittel umfassen.
Die Dispersion oder Emulsion weist im Zeitpunkt des Auftrags vor zugsweise einen pH-Wert zwischen 6 und 10 auf.
Der pH-Wert dient der Formulierung und Kompatibilität der Komponen ten. Des Weiteren sollte der pH-Wert der Dispersion oder Emulsion derart gewählt werden, dass dieser die Metallpartikel nicht an greift .
Die Dispersion oder Emulsion kann flächig aufgetragen werden. Das Auftragsgewicht liegt vorzugsweise bei mindestens 70 g/m2. Im An schluss kann eine Trocknung der Dispersion oder Emulsion bei einer definierten Temperatur zwischen Raumtemperatur und 150 °C, bevorzugt 30°C bis 100°C und besonders bevorzugt 50°C bis 80°C erfolgen.
Das Aufträgen der Dispersion oder Emulsion kann mittels Walze, Schablone, Rakel oder Sprühen erfolgen.
Die unterschiedliche Auftragsweise hat den Vorteil, dass das Sili konharz auf verschiedene Substrate und entsprechend dem Verwen dungszweck aufgetragen werden kann.
Der Feststoffgehalt der Dispersion oder Emulsion beträgt vorzugs weise über 50 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt zwischen 60 und 80 Gewichtsprozent.
Ein hoher Feststoffgehalt hat bei wässrigen Systemen den Vorteil, dass eine schnellere Trocknung möglich ist bzw. es wird weniger Energie zum Trocknen benötigt. Der Feststoffgehalt kann durch einen hohen Anteil von Silikonharz, Füllstoffen und/oder unlöslichen Zu satzstoffen resultieren. Der Feststoffgehalt sollte jedoch nicht über 50 Gew.-% liegen.
Es können Zusatzstoffe zur Unterdrückung der Brennbarkeit des be schichteten Substrats zugegeben werden.
Die Dispersion oder Emulsion kann eine Viskosität von 500 bis 40Ό00 mPa s aufweisen, bevorzugt eine Viskosität von 1Ό00 bis 30Ό00 mPa s und ganz besonders bevorzugt eine Viskosität von 2Ό00 bis 10 Ό00 mPa s .
Die Werte für die Viskosität wurden nach der Brookfield-Methode mit einem Brookfield DVI+ bestimmt. Die Messungen für die Viskositäten von 500 bis 40Ό00 mPa s wurden bei 23°C mit einer Spindel 4 bei 20 rpm vorgenommen.
Ein erfindungsgemässes System kann niederviskos sein, damit die textile Struktur gut benetzt wird. Aufgrund der niedrigeren Visko-
sität der Dispersion oder Emulsion im Vergleich zu herkömmlichen 100-prozentigen Silikonharz kann die Dispersion oder Emulsion das Glasgewebe sehr gut penetrieren. Kette/Schuss-Verkreuzungen werden deutlich verfestigt.
Textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmateriale eignen sich besonders für Bauteile in der Autoindustrie, insbesondere für den Motoren- und Auspuffbereich, aber auch für den baulichen Brand schutz .
Die Erfindung betrifft daher die Verwendung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials gemäss obiger Beschreibung in Baubereich und als Hitzeprotektor in einem Fahrzeug. Bauteile mit solchen Hitze-, Brand- und Rauchschutzmaterialien können wesentlich zur Sicherheit beitragen können. Zum einen sind die Bauteile auf grund der Materialbeschaffenheit langlebiger als bisher verwendete Bauteile, zum anderen können aufgrund der vorteilhaften Eigenschaf ten die Ausbreitung von Bränden und Gebäude- /Motorenschäden deut lich eingeschränkt werden.
BEISPIEL
Das nachfolgende Beispiel dient der Illustration und soll den An spruchsbereich der Erfindung nicht einschränken.
Als textiles, flächiges Substrat wurde ein isoGLAS Filamentgewebe (GIVIDI) mit einem Gewicht von 420 g/m2 und einer Dicke von 0.5 mm verwendet. In Tabelle 1 sind die Ausgangsrohstoffe von zwei bei¬ spielhaften wässrigen Beschichtungen aufgelistet.
Die erfindungsgemässen Beispiele werden nachfolgend als Prüfkörper 1 (PK1) und Prüfkörper 2 (PK2) bezeichnet.
Tabelle 1 :
Bezeichnung Chemische Cha- Handelsname Anteil an der Anteil an der rakterisierung (Hersteller) Zusammenset- Zusammenset zung für PKl zung für PK2
Si-Harz Wässrige Me/Ph-Si Silres 86.20 Gew.-% 68.67 Gew.-%
Harz Emulsion EP 52 M
(50% Feststoffge- (Wacker Si- halt) licone)
Präpolymere Wässrige Acrylat- (nolax AG) n/a 17.17 Gew.-%
Anteile in Dispersion
Co- (60% Feststoffge-
Dispersion halt)
Al-Pigmente wässrige non- Aquamet 12.88 Gew.-% 12.88 Gew.-% leafing Alumini- CP/2600/60
umpaste, 60% Schlenk
Feststoffgehalt
Entschäumer Kombination von Agitan 701 0.02 Gew.-% n/a
flüssigen Kohlen- Münzing
Wasserstoffen,
Silikonen, ox- alkylierten Ver
bindungen, modi
fizierten Fest
stoffen und nicht
ionischen Emulga
toren
Verdr- Auf Polyacrylat BorchiGel A 0.9 Gew.-% 1.28 Gew.-% ckungs- Basis LA OMG Bor- mittel chers
Zum Vergleich dienten folgende vier Muster, welche im Folgenden als Vergleichsmuster (VM) bezeichnet werden:
- VM1 : isoGLAS Filamentgewebe mit Beschichtung gemäss Tabelle 1, jedoch ohne Al-Pigmente
- VM2 : Glasgewebe, 430g/m2, mit mehreren Strichen auf Polysi loxan-Basis, Produkt TG-430-G-SI von Valmieras Stikla Ski- edra AS, vorgesehen als Hitzeschicht im Automobilbereich;
- VM3 : Glasgewebe mit Edelstahlfäden, mit einer Beschichtung auf Polyurethan-Basis aufweisend u.a. Al-Pigmente, Produkt TG-550/9LV4A F120 1 von HKO Heat Protection Group;
- VM4 : isoGLAS Filamentgewebe beschichtet mit einem heiss
siegelfähigen Klebstoff umfassend Ethylen-Acrylsäure- Copolymer Dispersion und Silikonharze, sowie eine Aluminium folie.
HERSTELLUNG DER PRÜFKÖRPER
Das isoGLAS Filamentgewebe (ca. 60 x 30 cm) wurde einseitig mit der jeweiligen wässrigen Formulierung für PK1 respektive PK2 beschich tet (ca. 80 g/m2, trocken) . Anschliessend wurde das Muster während 20 min bei 50°C im Ofen getrocknet und währen 20min bei 230°C akti viert. Die für die Prüfmethoden benötigten Probengrössen (jeweils der Methodenspezifikation zu entnehmen) wurden zugeschnitten. Lage rung der Proben während eines Tages.
HERSTELLUNG DER VERGLEICHSMUSTER
Für VM1 wurde ein isoGLAS Filamentgewebe mit einem Gewicht von 420 g/m2 und einer Dicke von 0.5 mm (ca. 60 x 30 cm) einseitig mit einer wässrigen Formulierung beschichtet (ca. 80 g/m2, trocken) . Die wäss rige Formulierung bestand aus 99 Gew.-% wässriger Me/Ph-Si Harz Emulsion (50% Feststoffgehalt, Silres EP 52 M) und 1 Gew.-% Verdi ckungsmittel auf Polyacrylat Basis (BorchiGel A LA) . Das Muster wurde während 20 min bei 50°C im Ofen getrocknet und während 20 min bei 230°C aktiviert. Die für die Prüfmethoden benötigten Proben grössen wurden zugeschnitten. Lagerung der Proben während eines Ta- ges .
Für VM2 und VM3 wurden kommerziell erhältliche Produkte aus dem Au tomobilbereich und Hitzeschutzbereich erworben (Angaben weiter oben) .
Für VM4 wurde ein isoGLAS Filamentgewebe (GIVIDI) mit einem Gewicht von 420 q/m2 und einer Dicke von 0.5 mm (ca. 60 x 30 cm) bereitge stellt. Zudem wurde eine wässrige Formulierung bereitgestellt, be stehend aus 35 Gew.-% heissiegelfähigem Klebstoff auf Basis wässri ger Ethylen-Acrylsäure Copolymer-Dispersion (nolax S35.3110), 52 Gew.-% wässriger Me/Ph-Si Harz Emulsion (50% Feststoffgehalt , Sil- res MPF 52 M von Wacker Silicone), 13 Gew.-% kalziniertem Kaolin (Kamin 70), 0.02 Gew.-% Entschäumer (Agitan 701, Münzing) und 0.5 Gew.-% Dispergiermittel. Die wässrige Formulierung wurde auf die matte Seite einer Alufolie mit einer Dicke von 25 mh aufgezogen (ca. 70 g/m2) . Direkt in den noch feuchten Film wurde nun das iso GLAS Filamentgewebe (ein Stück von ca. 20x30cm) der Länge nach (mit der Rückseite nach unten) aufgelegt und gleichmässig angedrückt.
Das Muster wurde während 20 min bei 50 °C im Ofen getrocknet und während 20 min bei 230 °C aktiviert. Die für die Prüfmethoden benö tigten Probengrössen wurden zugeschnitten. Lagerung der Proben wäh rend eines Tages.
HITZEBESTÄNDIGKEIT INFRAROTSTRAHLER (Norm DBL5307-5.2)
Zur Prüfung der Hitzebeständigkeit wurden die Prüfkörper (inkl. Vergleichsmuster) auf eine Grösse von 25 x 25 cm zugeschnitten. Die Prüfkörper wurden in der Mitte auf einer Grösse von ca. 2.5 x 2.5 cm mit einem hitzebeständigem Lack (Auspufflack) besprüht.
Die Prüfkörper wurden auf ein rostfreies Drahtgeflecht aus Wolfram gelegt. In einem Abstand von 20 mm zum Rost wurde unterhalb des Prüfkörpers eine Infrarotquelle angeordnet. Als Infrarotstrahler wurde ein Krelus-Quarzstrahler mit einer Nennleistung von 2KW ver wendet .
Der IR-Strahler wurde auf den Prüfköper ausgerichtet. Die Tempera tur des IR-Strahlers wurde durch ein im Strahler befindliches, ers tes Pyrometer gemessen und auf 459°C eingestellt. Ein zweites Pyro meter wurde auf der dem IR-Strahler abgewandten Seite des Prüfkör pers angeordnet, mit 2 cm Abstand vom Prüfkörper. Der Prüfkörper wurde mit einer Temperatur von 459°C während 2 h bestrahlt. Es wur de nun die Temperaturdifferenzen zwischen dem ersten und dem zwei ten Pyrometer (Hitzedelta) zu Beginn der zweistündigen Bestrahlung (Ai)und am Ende der zweistündigen Bestrahlung (D2) bestimmt.
BRENNTEST (Norm DBL 5307-5.3)
Der Brenntest wurde mit einem Brennofen des Typs BBW der Firma Wazau, Berlin durchgeführt. Die Prüfkörper (inkl. Vergleichsmuster) wurden auf eine Grösse von 56 cm x 16 cm zugeschnitten und auf ei nem Träger fixiert. Der Bunsenbrenner wurde entzündet und vor Test beginn mindestens 2 min brennen gelassen. Anschliessend wurde der Brenner mit einem Abstand von 2 cm zum Prüfkörper auf das Proben stück gerichtet. Der Prüfköper wurde 5 Sekunden horizontal (Entzün dungstest) und 15 Sekunden horizontal (Brennbarkeitstest ) beflammt.
HITZEBESTÄNDIGKEIT THERMOOFEN
Die jeweiligen Prüfkörper (inkl. Vergleichsmuster) wurde für 1 h bei 400°C in einem Hochtemperaturofen auf einem Gestell stehend ge lagert .
RESULTATE
In Tabelle 1 sind die Prüfergebnisse der einzelnen Formulierungen im Hitzebeständigkeitstest (Infrarot), im Brenntest und im Hitzebe ständigkeitstest (Thermoofen) aufgelistet.
Tabelle 2
Hitze- A1=99°C D2=94 °C &!=0°C D2=79°C D2=00 C A!=109oC beständig- keit A2=96°C D2=91 °C Ä2=0°C D2=61 °C D2=0 ° C D2=107 °C
IR
Brennprü 5 sec: keine 5 sec: keine 5 sec: keine 5 sec: keine 5 sec: keine 5 sec: keine fung
Entflammung Entflammung Entflammung Entflammung Entflammung Entflammung
DBL 5307-5
3 15 sec: 15 sec: (Brennweg 4 15 sec: 15 sec: 15 sec:
keine Ent keine Ent cm) keine Ent keine Ent keine Ent flammung flammung 15 sec: flammung; Al- flammung; flammung keine Ent Pulver fällt Rauchentwick
flammung jedoch ab lung; Brenn
(Brennweg 6 stelle weiss
cm)
Hitze- Keine farbli¬ Keine farbli¬ Keine farbli¬ Keine farbli¬ Muster wird Haftung Alu beständig- che Verände¬ che Verände¬ che Verände¬ che Verände¬ beidseitig folie >1.5 N keit
Thermo- rung; rung; rung; rung; weiss; im T-Peel ofen
Alupigmente Alupigmente Alupigmente Alupigmente Alupigment Test in An haften am haften am haften am haften am fällt ab, lehnung an Muster Muster Muster Muster starke Rauch¬ ASTM D 1876 entwicklung
Die Tests zeigen, dass die Prüfkörper beschichtet mit erfindungsge- mässen PolymerZusammensetzungen in allen drei Tests sehr gut ab- 5 schneiden. Im IR-Test zweigten zwar auch die Muster VM2 und VM4
ähnlich gute Abschirmung gegenüber der Strahltemperatur von 459°C. Das Muster VM2 zerfiel jedoch nach 15 Sekunden in der Brennprüfung und zeigte eine stärker abnehmende Abschirmwirkung während der zweistündigen Prüfung unter IR-Strahlung. Das Muster VM4 zeigt gute0 Hitze- und Brandbeständigkeit, erlangt diese jedoch durch Kaschie ren mit einer Alufolie, wodurch die Vorteile der textilen Struktur (Flexibilität, Faltbarkeit, Raffbarkeit) und die Effizienz des Her stellungsprozesses verloren gehen.
Claims
1. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial, umfas send ein textiles, flächiges Substrat, das mit einer Polymer zusammensetzung beschichtet oder ganz oder teilweise impräg niert ist, wobei die Polymerzusammensetzung ein vernetztes Po lysiloxan und Metall-Pigmente enthält.
2. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss Anspruch 1, wobei das vernetzte Polysiloxan Seitengruppen, be vorzugt organischen Seitengruppen, aufweist, wobei die Seiten gruppen unabhängig voneinander sind und vorzugsweise ausge wählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Aryl-, Hydro gen-, Hydroxy-, Alkoxy- sowie Kombinationen hiervon.
3. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymerzusammensetzung wenigstens ein weiteres Polymer enthält, welches von vernetztem Polysilo xan unterschiedlich ist, bevorzugt wenigstens ein weiteres Po lymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylat, Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, Ethylen-Methacrylsäure- Copolymer, Styrol-Acrylat-Copolymer, Ethylen-Vinylacetat- Copolymer, Acrylat-Urethan-Copolymer, Polyurethan-Copolymer, Vinylchlorid-Ethylen, Vinylchlorid-Vinylacetat, Vinylchlorid- Vinylacetat-Ethylen Copolymer und Kombinationen davon.
4. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das textile, flächi ge Substrat ein Gewebe, Gelege oder Vlies ist.
5. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das textile, flächi-
ge Substrat Fasern, insbesondere Glasfasern oder Mineralfa sern, enthält.
6. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metall-Pigmente Aluminium-Pigmente sind.
7. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metall-Pigmente plättchen- oder flockenförmig sind und/oder in der Fläche ei nen maximalen Durchmesser von 1 bis 100 gm, bevorzugt 5 bis 45 gm, aufweisen, bestimmbar durch Siebanalyse.
8. Textiles Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil von Me tall-Pigmenten an der Polymerzusammensetzung wenigstens 7 Gew. -%, bevorzugt zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 12 Gew.-% und 20 Gew.-% umfasst.
9. Verfahren zur Herstellung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials, insbesondere eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutzmaterials gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines textilen, flächigen Substrats;
- Aufträgen einer bevorzugt wässrigen Dispersion oder Emulsion auf zumindest einen Teil des Substrats, wobei die Dispersion oder Emulsion ein emulgiertes oder dispergiertes Silikonharz und Metall-Pigmente enthält;
- Aushärten der aufgetragenen Dispersion oder Emulsion zu ei ner Beschichtung.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dispersion oder Emul- sion als Co-Dispersion oder Co-Emulsion vorliegt, zusätzlich
umfassend ein dispergiertes oder emulgiertes Polymer, welches von Polysiloxan verschieden ist, vorzugsweise eine Co- Dispersion aufweisend Polyacrylate, Ethylen-Acrylsäure- Copolymere, Ethylen-Methacrylsäure-Copolymer, Styrol-Acrylat- Copolymere, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Acrylat-Urethan- Copolymere, Polyurethan-Copolymer, Vinylchlorid-Ethylen, Vi nylchlorid-Vinylacetat, Vinylchlorid-Vinylacetat-Ethylen Copo lymer und/oder Kombinationen davon.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei auf nur einer Oberseite des textilen, flächigen Substrats die Disper sion oder Emulsion aufgetragen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Fest stoffgehalt der Dispersion oder Emulsion im Zeitpunkt des Auf trags über 50 % Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 60 % und 80 %, beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Disper sion oder Emulsion im Zeitpunkt des Auftrags eine Viskosität von 500 bis 40Ό00 mPa s, bevorzugt 1Ό00 bis 30Ό00 mPa s, be stimmbar nach der Brookfield Methode, aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Aushär tung der Dispersion oder Emulsion im Wesentlichen durch Trock nen und anschliessendes Aktivieren in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 300 °C, besonders bevorzugt zwischen 120 und 250°C und ganz besonders bevorzugt zwischen 150 und 230°C er folgt .
15. Verwendung eines textilen Hitze-, Brand- und/oder Rauchschutz materials gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder erhält lich gemäss einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
als Hitzeprotektoren in Fahrzeugen und als Brand- und Hitze schutz in Gebäuden.
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