AT503876A1 - Härtendes produkt - Google Patents

Description

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P43082 - 1 -

Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung eines härtenden Produkts auf der Basis von anorganischen Verbindungen. Mit diesem Produkt werden die Hohlräume von Türen, Toren, Zargen und sonstigen Formteilen gefüllt, um den Formteilen günstige feuerbeständige, wärmeisolierende und schallisolierende Eigenschaften zu verleihen. Es wird darauf 5 hingewiesen, dass alle Prozentangaben in der Beschreibung und den Ansprüchen, sofern nichts anderes angegeben ist, Gewichtsprozente sind.

Stand der Technik: 10 Die unveröffentlichte österreichische Patentanmeldung, angemeldet am 29.12.2004, betrifft eine Formmasse bestehend aus mit Überzugsmasse überzogenen Partikeln und deren Verwendung zur Herstellung von Formkörpem. Diese Druckschrift bzw. ihr Gegenstand bezieht sich ausschließlich darauf, dass die reagierende Masse einen anorganischen Schaum bildet. 15

Die WO 9633866 A beschreibt einen Silikat-Oxisulfat-Zement auf der Basis von Magnesiumsulfat, Magnesiumoxid und Wasserglas.

Die DE 10144820 Al betrifft ein Brandschutzelement, ein Verfahren zu dessen 20 Herstellung und ein brandschutzgesichertes Rahmenwerk für einen Gebäudeteil, beispielsweise eine Gebäudefassade oder dgl. Die verwendete Masse beinhaltet zwingend MgCh wodurch im Brandfall die HCl-Bildung unvermeidlich ist.

Die DT 2522515 A offenbart eine Masse mit Magnesiumoxidzement auf Sulfatbasis, die 25 mit verschiedenen Fasern zur Herstellung von Platten verwendet werden.

Chvatal, T. beschreibt in seinem Aufsatz „Stand der feuerfesten Phosphatbindung“ im Sprechsaal 1975 S. 576-589; die Bedeutung der Phosphatbindung für den Einsatz von gebrannten Massen in Hochtemperatur-Feuerfestmaterialien.

Solche Füllmaterialien werden in Plattenform, als lose Schüttung oder als schäumende Füllmasse verwendet. Bekannt sind Faservliese, Gipsplatten, Schichten auf der Basis von 30 ·· ·· ···· · ···· ···· ···· ·· · · · · ······ · • · · · · ···· · · -2- gehärtetem Wasserglas, Schaummassen auf der Basis der Reaktionsprodukte von Aluminiumphosphat mit Metalloxiden und Metallkarbonaten sowie deren Kombinationen.

Allen den in den genannten Dokumenten beschriebenen Zusammensetzungen, 5 Gegenständen und Verfahren haften Nachteile an: Entweder es werden im Brandfall giftige Dämpfe bzw. Gase freigesetzt oder es kommt zu alterungsbedingten nachteiligen Veränderungen während der Verwendung, oder die Herstellung ist teuer, oder die Wirkung ist (gegenüber den Gas abgebenden Massen) eingeschränkt, etc.. Es besteht somit ein Bedarf an einer Masse der eingangs genannten Art, die diese Nachteile nicht aufweist. 10

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass die Masse aus einem härtenden, anorganischen Bindemittel auf Basis sorelzementartiger Verbindungen oder chemisch ähnlicher Verbindungen und Metallsulfaten, Metallphosphaten oder Metallkarbonaten oder einer Mischung derselben besteht und dass das Bindemittel chemisch 15 gebundenes Wasser enthält. Unter sorelzementartig im Sinne der Erfindung werden solche Verbindungen verstanden, bei denen an Stelle der Chloride Metallsulfate und/oder Metallphosphate und/oder Metallcarbonate vorliegen.

Eine solche Masse reagiert im Brandfall durch die auftretende Erwärmung und weist durch 20 die Anwesenheit des dann frei werdenden, bis dahin chemisch gebundenen Wassers eine hervorragende Feuerbeständigkeit auf. Durch die chemische Bindung des Wassers ist wiederum die Lagerfähigkeit (darunter ist auch der eingebaute Betriebszustand während des „Wartens“ auf einen Brand zu verstehen) hervorragend und mit der Lagerfähigkeit einer Zusammensetzung, in der Wasser nur physikalisch gebunden ist, nicht zu vergleichen. 25

In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Masse zu 10-80 Gew.-% aus Metallsulfaten, Metallphosphaten und/oder Metallkarbonaten, zu 3-40 Gew.-% aus Oxiden und/oder Hydroxiden, bis zu 10Gew.-% Phosphorsäure, zu 3-50Gew.-% aus anorganischen Füllstoffen, zu 3-60 Gew.-% Wasser, der Rest, sofern vorhanden, können anorganische 30 Teilchen sein. Letztere werden zur Beeinflussung (Einstellung) der Dichte der Masse verwendet, da diese bei verschiedenen Anwendungsgebieten unterschiedlich gewünscht wird. -3- • ·

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, einen Härter zuzusetzen der aus der Gruppe der Oxide und Hydroxide von zwei oder dreiwertigen Metallionen oder Mischungen davon ausgewählt ist. Diese Härter beeinflussen durch ihren sauren, basischen oder amphoteren Charakter Reaktionszeit und Eigenschaften der Massen im Brandfall. Weitere 5 Kennzeichen der als Härter Verwendung findenden Materialien sind ihre Struktur, Brenngrad und spezifische Oberfläche. Der Brenngrad, d.h. die Brenntemperatur, beeinflusst die Reaktivität, hochgebrannte Oxide sind reaktionsträger als niedriggebrannte, wobei aber kein linearer Zusammenhang besteht. Mit steigender spezifischer Oberfläche erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen den beiden Bindemittelanteilen. 10

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft somit speziell ein Füllmaterial bestehend aus Metallsulfaten, Metallphosphaten oder Metallkarbonaten sowie deren Kombinationen als einen Reaktions-15 partner und Oxide und/oder Hydroxide von zwei oder dreiwertigen Metallionen als zweiten Reaktionspartner, sowie Salze mit chemisch gebundenem Wasser, anorganischen Füllstoffen wie Kaolin, Kreide, Schiefermehl, Glimmer, Quarz, Tone, anorganischen Teilchen wie Hohlkugeln, Glaskugeln, Korundhohlkugeln, Blähton, Blähglas, Blähschiefer, Perlite, Blähglimmer, Vermiculit, vulkanische Gesteine, Tuff, Korund, 20 Schamotte, Molochite, Sepiolithe oder deren Kombinationen und Wasser.

Dieses Füllmaterial kann in Hohlräumen von Türen, Toren, Zargen und sonstigen Formteilen als Feuerschutzelement eingesetzt werden und verbessert dabei auch die Lärmschutz-und Wärmedämmeigenschaften. 25

Die Erfindung schafft ein Füllmaterial, das die Gefahren und Nachteile der bekannten Massen, wie ungenügende Feuerwiderstandsdauer aufgrund Überschreitung der Maximaltemperatur an der Kaltseite und/oder Flammenbildung durch entstehende brennbare Gase vermeidet. Darüber hinaus wird der bei den bekannten Brandschutzelementen häufig 30 beobachtete Verlust der mechanischen Festigkeit bei thermischer Belastung und die Verringerung der Feuerwiderstandsdauer mit fortschreitendem Alter des Brandschutzelementes durch teilweisen Verlust des für die Kühl Wirkung verantwortlichen Wassers vermieden. Durch die Vermeidung der Verwendung von Chloriden wird das Entstehen -4- • · • · • · stark saurer Gase (HCl) im Brandfall, die unter anderem die Metallkörper der Formteile angreifen und die Stabilität herabsetzen, vollständig verhindert.

Das Füllungsmaterial der vorliegenden Erfindung hat - wie manche vorbekannte Massen -5 den Vorteil, dass es nicht brennbar ist, da ausschließlich anorganische, nicht brennbare Komponenten verwendet werden, die auch bei starker Erhitzung keine brennbaren Substanzen freisetzen.

Durch die den erfindungsgemäßen Massen eigenen Eigenschaften wird es möglich, einen 10 hoher Anteil an chemisch gebundenem Wasser als Kühlmittel vorzusehen, was zu einer hohen Feuerbeständigkeit fuhrt. Da das enthaltene Wasser als Kristallwasser chemisch gebunden vorliegt, ist gewährleistet, dass auch bei längerer Lagerung kein Wasserverlust auftritt und dadurch die Feuerwiderstandsdauer voll erhalten bleibt. Darüber hinaus weist dieses Füllmaterial eine hohe mechanische Stabilität bei thermischer Belastung bis über 15 1100°C auf. Der Grund dafür ist nach derzeitigem Wissensstand, dass die kristallinen

Strukturen auch bei hohen Temperaturen trotz der dabei erfolgenden Wasserabgabe erhalten bleiben, bzw. neue stabile Strukturen gebildet werden.

Beschreibung der Komponenten und deren Wirkungsweise in Abhängigkeit von der 20 Konzentration:

Das Füllmaterial besteht grundsätzlich aus dem Bindemittelanteil, Salze mit chemisch gebundenem Wasser, anorganischen Füllstoffen, anorganischen Teilchen und Wasser. 25 Bindemittelanteil:

Das Bindemittel setzt sich aus einem sauren und einem alkalischen Anteil zusammen.

Als saurer Anteil kommen - Sulfate der Metalle der 2. und 3. Hauptgruppe des Periodensystems wie Magnesium, Kalzium, Aluminium 30 - Phosphate der Metalle der 2. und 3. Hauptgruppe des Periodensystems wie

Magnesium, Kalzium, Aluminium - Carbonate der Metalle wie Magnesium und Kalzium in Frage. • · • · · • ♦ · • · ♦ • · · ···· • ···· ···· · • • · • · • • ··· · • · ···· · · • · • · · • • ··· · -5-

Als alkalischer Anteil (Härter) werden eingesetzt - Oxide der Metalle wie Magnesium, Kalzium und Zink - Hydroxide der Metalle wie Magnesium, Kalzium und Zink wobei die Einsatzmenge des alkalischen Anteils nicht notwendigerweise in einem 5 stöchiometrischen Verhältnis zur sauren Komponente steht.

Der Bindemittelanteil beeinflusst direkt die mechanische Stabilität auch bei thermischer Belastung und bringt einen wesentlichen Beitrag zur Feuerwiderstandsdauer durch das chemisch gebundene Kristallwasser. 10

Salze mit chemisch gebundenem Wasser:

Im Stand der Technik ist es eine der möglichen Maßnahmen zum Erreichen hoher Feuerbeständigkeiten, in die Hohlräume eine bestimmte Wassermenge einzubringen und dort physikalisch festzuhalten, die später, bei Temperaturbelastung, als Kühlwasser fungiert. 15

Erfindungsgemäß wird Wasser durch das Bindemittel chemisch gebunden. Um höhere Feuerbeständigkeit zu erreichen, wird bevorzugt zusätzliches chemisch gebundenes Wasser (aber nicht im Bindemittel gebundenes Wasser) in Form von Hydraten wie Sulfate der Metalle Aluminium, Calcium, Magnesium, Mangan, Zink sowie Magnesium- und 20 Calcium- Phosphate und Hydroxide der Metalle Aluminium, Calcium, Magnesium zugesetzt. Dadurch ist die gesamte enthaltene Wassermenge chemisch gebunden (außer Restmengen von Anmachwasser), was zur Folge hat, dass die Feuerwiderstandsdauer bei Lagerung oder täglichem Gebrauch keine Veränderung erfahrt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei gleichbleibendem Bindemittelsystem ein näherungsweise linearer 25 Zusammenhang zwischen gebundenem Wasser und Feuerwiderstandsdauer besteht.

Anorganische Füllstoffe:

Mit dem Einsatz von anorganischen Füllstoffen werden zwei Ziele verfolgt. Einerseits erreicht man damit eine Verbilligung des Gemisches und andererseits sind Füllstoffe meist 30 notwendig, um die Härte und Elastizität einzustellen (d.h. auf die gewünschten Werte zu bringen) sowie die ev. Tendenz zu Rissbildung zu verhindern. Die Einsatzmenge bewegt sich im Bereich 3 bis 50% abhängig von der Art des Füllstoffes, seiner Ölzahl und der Art des Bindemittels. Die untere Grenze beträgt mindestens 3% und ergibt sich für den jeweiligen Füllstoff aus der Wirkungsweise auf die Rissbildung. Die obere Grenzkonzentration ist erreicht, wenn die Festigkeit des Bindemittels verloren geht oder durch die hohe Viskosität die Verarbeitung nicht mehr möglich ist. Als Füllstoffe kommen Kaolin, Kreide, Schiefermehl, Glimmer, Quarz und Tone in Frage. Zum Beispiel im Fall von 5 Plastorit 0.25 liegen die Grenzen zwischen 3 und 15%. Bei höherer Einsatzmenge steigt die Viskosität in einen Bereich, wo eine Verarbeitung nicht mehr möglich ist.

Anorganische Teilchen:

Um geringere Dichte zu erreichen, werden bevorzugt anorganische Teilchen zugesetzt. 10 Damit kann unter Beibehaltung der hohen Feuerbeständigkeit die Dichte bis auf minimal 0,30 g/cm3 herabgesetzt werden. Die Einsatzmenge kann sich im Konzentrationsbereich von 0 bis 80%, bezogen auf das Gesamtgewicht (somit mit 100% bis 20% härtender Masse), bewegen, wobei nach oben die mechanische Belastbarkeit abnimmt. Abhängig von den Verarbeitungsbedingungen können Korngrößen von 0,1 bis 16 mm zum Einsatz 15 kommen. Als anorganische Teilchen kommen Hohlkugeln, Glaskugeln, Korundhohlkugeln, Blähton, Blähglas, Blähschiefer, Perlite, Blähglimmer, Vermiculit, vulkanische Gesteine, Tuff, Korund, Schamotte, Molochite, Sepiolithe oder deren Kombinationen in Frage. 20 Wasser:

Das Wasser wird einerseits als Reaktionspartner für das Bindemittel und andererseits zur Beeinflussung der Verarbeitungsviskosität benötigt. Die Wassermenge wird so gewählt, dass über die Verarbeitungsdauer die Viskosität nicht über einen Wert von 50.000 mPa.s (Brookfield RVT, Spindel 6/20 min'1) steigt. 25

Beispiel 1:

In einen Mischer werden 8,7 g Wasser mit 0,4 g Phosphorsäure 75 Gew.-% vorgelegt. Dazu kommen 52 g Magnesiumsulfat-Heptahydrat MgS04.7H20, 8,7 g Schiefermehl und 13 g Magnesiumoxid. Dieser Ansatz wird 15 Minuten bei schnell laufendem Rührer 30 homogenisiert. Anschließend wird unter langsamen Rühren 17,2 g Blähglas der Körnung 2-4 mm zugegeben. Diese Mischung ist dann innerhalb von 4 Stunden verarbeitbar. ι· · f * » » ♦ v# · · i · · • Λ · · ··· -7-

Solche Massen fuhren bei flächiger Anwendung, beispielsweise bei Türen, bei einer Schichtstärke von 27 mm in Kombination mit zwei 18 mm starken Steinwollplatten zu einer Feuerbeständigkeitsdauer von über 120 Minuten. Dabei wird mit dieser Kombination ein Flächengewicht von 32,8 kg/m2 erreicht. 5

Beispiel 2:

In 21,5 g Wasser, das mit 0,1 g Phosphorsäure 75 Gew.-% versetzt wurde, werden 2,5 g Plastorit 0.25 eingerührt. Anschließend werden 23,1 g Trimagnesiumphosphat (Mg3(P04)2.8H20) und 3 g Magnesiumoxid eindispergiert. Schließlich rührt man langsam 10 49,8 g Blähton der Körnung 12-20 mm dazu.

Diese Mischung wird direkt zu Platten verarbeitet, durch den Einsatz des Blähtons werden die Kosten und die Dichte reduziert, ohne der Feuerbeständigkeit zu schaden. Bei einer Schichtstärke von 63 mm beträgt das Flächengewicht 44 kg/m2. 15

Beispiel 3: 10,7 g Wasser werden mit 1 g Phosphorsäure 75% und 39 g Magnesiumsulfat-Heptahydrat versetzt. 13,8 g Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 und 10,1 g Schiefermehl wird vorgemischt und dann zur wässrigen Phase eingerührt. Diese Mischung wird mit 21,5 g Blähglas der 20 Körnung 8/16 und 4,9 g Magnsiumsulfat-anhydrid MgS04 homogen vermischt.

Mit dieser Zusammensetzung wird bei niedrigem Flächengewicht (33 kg/m2) eine Feuerbeständigkeitsdauer von über 120 Minuten erzielt.

Claims (4)

1. • · « • * · · • · ♦ · • · · t ·· · P43082 -8- Patentansprüche: 5 1. Härtendes Produkt auf der Basis von anorganischen Formmassen, mit der die Hohlräume von Türen, Toren, Zargen und sonstigen Formteilen gefüllt werden, mit einer Zusammensetzung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Masse aus einem härtenden, anorganischen Bindemittel auf Basis sorelzementartiger Verbindungen oder chemisch ähnlicher Verbindungen und Metallsulfaten, Metallphosphaten oder Metallkarbonaten oder einer Mischung derselben besteht und dass das Bindemittel chemisch gebundenes Wasser enthält. 10
2. 2. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zu 10-80 Gew.-% aus Metallsulfaten, Metallphosphaten und/oder Metallkarbonaten, zu 3-40 Gew.-% aus Oxiden und/oder Hydroxiden, bis zu 10 Gew.-% Phosphorsäure, zu 3-50 Gew.-% aus anorganischen Füllstoffen, zu 3-60 Gew.-% Wasser, der Rest, sofern vorhanden, aus anorganischen Teilchen besteht. 15
3. 3. Produkt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Härter Oxide und/oder Hydroxide von zwei oder dreiwertigen Metallionen zugesetzt werden.
4. 4. Produkt nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Füllstoff Kaolin, Kreide, Schiefermehl, Glimmer, Quarz und Ton oder Mischungen davon zwischen 3 und 15 Gew.-% aufweist. 20