DE3142096A1

DE3142096A1 - Feuerhemmende isolierstoffe und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3142096A1
Application number: DE19813142096
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Chem. Dr. Dorn; Karl 6501 Budenheim Götzmann
Original assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Current assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1983-05-11

Description

Beschreibung
Unbrennbare Isolierstoffe auf der Basis geblähter mineralischer Rohstoffe wie Vermiculit, Perlit u.dergl.
oder auch auf der Basis faserförmiger Materialien wie Steinwolle, Glaswolle, keramische Fasern u.dergl. sind zwar mehr oder weniger gute Isolierstoffe, jedoch sind sie nicht in der Lage, den Wärmedurchgang von der heißen zur kalten Seite zu verhindern bzw. zu verzögern. Schon nach sehr kurzen Einwirkungszeiten werden auf der kalten Seite einer solchen einseitig dem Feuer ausgesetzten Isolierschicht relativ hohe Temperaturen festgestellt, die in direktem Zusammenhang stehen mit den Temperaturen auf der heißen, dem Feuer zugewandten Seite der Isolierschicht.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese Nachteile zu vermeiden, jedoch konnte keine der bis heute bekanntgewordenen Methoden voll befriedigen. So ist beispielsweise in der DE-AS 10 95 187 ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Gipskartonplatte durch Zugabe von expandiertem und unexpandiertem Vermiculit und Perlit, Mineralfasern, Asbestfasern und Papierschnitzel in ihrer feuerhemmenden Wirkung verbessert werden soll. Bei der Feuereinwirkung auf eine solchermaßen hergestellte Gipskartonplatte gibt der Gips oberhalb 72°C sein Kristallwasser ab, wobei der Wärmedurchgang durch Entzug der Verdampfungswärme verzögert wird. Die dabei eintretende Schrumpfung des Gipses soll durch die Aufblähung des unexpandierten Perlites oder Vermiculites ausgeglichen werden. Die zugesetzten Mineralfasern und Asbestfasern sollen den Zusammenhalt der Platte gewährleisten. Es konnte auf diese Weise eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Min. gemäß DIN 4102 erreicht werden.
Die DE-AS 12 05 8BO hingegen beschreibt die Herstellung einer Bauplatte auf der Basis von Gips und Anhydrit, wobei durch Zugabe von Aluminiumsulfat und Kalkhydrat im Verhältnis 1:1 der Kristallwassergehalt von 16 auf 21,8 %, in der fertigen Platte erhöht werden kann. Man führt dies auf die Bildung von "Ettringit" - eine sehr große Menge Kristallwasser enthaltende Verbindung - zurück. Nach der Beschreibung der DE-AS 12 05 880 konnte die Rückseitentemperatur beim Brandversuch nach DIN 4102 von 178 C auf 1430C gesenkt werden.
Der Einsatz kristallwasserhaltiger Salze zur Herstellung sogenannter Brandschutzplatten durch Zugabe faserförmiger Füllstoffe zu kristallwasserhaltigem geschmolzenem Aluminiumsulfat und Phosphat ist in den folgenden Deutschen Offenlegungsschriften beschrieben. DE-OS 19 09 644, DE-OS 21 12 838 und DE-OS 24 51 792. Es entstehen in allen Fällen jedoch relativ schwere Platten, deren Raumgewicht über 2 kg/l liegen und die, wie die Ergebnisse des Brandversuches zeigen, infolge Wärmeleitung doch noch recht hohe Rückseitentemperaturen zulassen, obwohl durch den Entzug der Verdampfungswärme sehr viel Wärmeenergie verbraucht wird.
Das Einbringen kristallwasserhaltiger Verbindungen in Isolierstoffe zur Verringerung bzw. Verzögerung des Wärmedurchganges bei Feuereinwirkung gehört demnach zum Stand der Technik.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man Isolierstoffe mit besonders ausgeprägten, feuerhemmenden Eigenschaften erhält, wenn man handelsübliche Isoliermaterialien mit Kombinationen aus kristallwasserhaltigen Salzen und Portlandzement imprägniert. Dabei ist es wichtig, den Gehalt an kristallwasserhaltigen Salzen und Portlandzement in einer bestimmten Größenordnung zu halten, um eine optimale Feuerschutzwirkung zu erreichen. Auch das Verhältnis kristallwasserhaltiges Salz zu Portlandzement ist von besonderer Bedeutung und es hat sich gezeigt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn der Zementanteil im kristallwasserhaltigen Imprägnierungssystem zwischen 5 und 40 Gew.% (berechnet auf pulverförmige Substanz) liegt.
Die besondere Feuerschutzwirkung solcher Imprägnierungssysteme war besonders überraschend und für den Fachmann keineswegs naheliegend, da es einerseits bekannt ist, daß reine zementhaltige bzw. zementgebundene Isolierstoffe dem Feuerwiderstandstest nur ungenügend widerstehen. Andererseits zeigen Isolierstoffe,in die kristallwasserhaltige Salze eingelagert sind, gute Feuerschutzwirkung, werden jedoch von Isolierstoffen, die mit dem erfindungsgemäßen Kombinationssystem aus kristallwasserhaltigen Salzen und Portlandzement versehen sind, erheblich übertroffen.
Als kristallwasserhaltige Salze, die in Kombination mit Portlandzement eingesetzt werden können, kommen solche Produkte infrage, die möglichst wasserhaltige Hydrate bilden und die weder stark alkalisch noch stark sauer reagieren. Salze, die zu den gefährlichen Arbeitsstoffen gehören oder solche, die beim Erhitzen schädliche oder giftige Dämpfe oder Gase abspalten können, sollten ebenfalls nicht verwendet werden.
Besonders geeignet sind z.B.: Aluminiumsulfat Alz(SD4)3 18H20, Natriumaluminiumsulfat Na Al(S04)2 . 12H20, Kaliumaluminiumsulfat (KAL (SO4)2 . 12H20, Natriumtetraborat Na28407 . 10H20, Natriumcarbonat Na2CO3 . 10H20, Dinatriumphosphat Na2HP04 . 12H20, Trinatriumphosphat Na3P04.
12H20, Natriumsilikat Na2SiO3 . 9H20 und Natriumsulfat Na2SO4. 10H 20.
Die Unterschiede-des erfindungsgemäßen Imprägnierungssystems gegenüber Isolierstoffen, die mit kristallwasserhaltigen Salzen allein ausgestattet sind, sollen durch folgende beispielhafte Angaben erläutert werden.
In einer ersten Versuchsreihe wurde handelsüblicher, geblähter Perlite einer Körnung von o - 5 mm als zu imprägnierendes Isoliermaterial eingesetzt. Das Schüttgewicht des Perlitematerials betrug 100 g/l. Ein Gewichtsteil dieses Perlites wurde in einen Freifallmischer gegeben und der Mischer in Betrieb gesetzt.
Das zur Imprägnierung vorgesehene kristallwasserhaltige Salz wurde durch vorsichtiges Erwärmen geschmolzen und diese Schmelze dann langsam zu dem im Mischer befindlichen Perlite gegeben. Im Falle des Zusatzes von Portlandzement wurde der Zement in die Schmelze gegeben und homogen in der Schmelze verteilt.
Die Schmelze wird von dem Perlitematerial vollständig aufgesogen. Der Mischer wird noch solange in Betrieb gehalten, bis die Mischung abgekühlt ist.
Es wurden folgende Imprägnierungen durchgeführt (Beispiel 1-9) 1. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 3 Gewichtsteilen NatriumsulfatNaSO4 . 10H20 imprägniert. Das imprägnierte Material hatte ein Schüttgewicht von 290 g/l.
2. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 3 Gewichtsteilen einer Mischung aus 80 % Natriumsulfat NaSO4. 10H20 und 20 % Portlandzement PZ 350 F imprägniert. Das imprägnierte Material hatte ein Schüttgewicht von 330 g/l.
3. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 3 Gewichtsteilen Portlandzement PZ 350 F imprägniert. Der Portlandzement wurde mit der gleichen Gewichtsmenge Wasser unter Zusatz von 0,15 Gewichtsteilen prim.Zinkphosphat angerührt und über Nacht hydralisiert. Das imprägnierte Material hatte ein Schüttgewicht von 385 g/l.
4. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 1 Gewichtsteil Dinatriumphosphat Na2HP04 . 12H20 imprägniert. Das Schüttgewicht des imprägnierten Materials betrug 190 g/l.
5. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 2 GEwichtsteilen Dinatriumphosphat Na2HPO4 . 12H20 imprägniert. Das imprägnierte Material hatte ein Schüttgewicht von 285 g/l.
6. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 3 Gewichtsteilen Dinatriumphosphat Na2HPO4 . 12H20 imprägniert. Das Schüttgewicht des imprägnierten Produktes lag bei 335 g/l.
7. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 4 Gewichtsteilen Dinatriumphosphat Na-2HP04 . 12H20 imprägniert. Das Material hatte ein Schüttgewicht von 480 g/l.
8. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 3 Gewichtsteilen einer Mischung aus 80 % Dinatriumphosphat Na2HPO . 12H20 und 20 Gew.% Portlandzement PZ 350 F imprägniert. Das Schüttgewicht betrug 340 g/l.
9. 1 Gewichtsteil Perlite wurde mit 3 Gewichtsteilen einer Mischung aus 50 % Dinatriumphosphat Na2HpE4 12H20 und 50 % Portlandzement PZ 350 F imprägniert. Das fertige Material hatte ein Schüttgewicht von 365 g/l.
Die Prüfung der imprägnierten Isoliermaterialien auf ihre Feuerschutzwirkung geschah auf folgende Weise.
Ein rundes Stahlblechgefäß 115 mm x Höhe 95 mm wurde mit jeweils einem Liter des imprägnierten Isoliermaterials gefüllt.
Die Oberfläche wurde mit einem Drahtnetz abgedeckt, damit die Schüttung in dem Behälter fixiert war. Der Behälter wurde um 900 gedreht und in eine dafür vorgesehene Halterung eingespannt. Durch eine zentrische, im Boden des Behälters angeordnete Bohrung wurde ein Thermoelement eingeführt und zwar 35 mm tief. Die zu prüfende lsolierschichtstärke betrug somit 60 mm. Die mit dem Drahtnetz abgedeckte Vorderseite des Probekörpers wurde mit einem Erdgas/Luft betriebenen Laborgebläsebrenner beflammt und die Temperatur im Zentrum des Flammkegels gemessen. Der Gebläsebrenner wurde so eingestellt, daß auf der Flammenseite eine Temperatur von 900 t 200 C gehalten wurde. Bei konstanter Beflammung wurde der Temperaturanstieg in 60 mm Tiefe der Isolierschicht gemessen.
Die gemessenen Werte sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt. Der Versuch galt als beendet, wenn die Temperatur am Thermoelement 500C überstieg.
Probe Schütt- Gehalt Temperaturanstieg am Thermoelement Grenztempe-Nr. gew. Wirkst. 20' 40' 60' 80' 100' 120' rasur v.
gil 9 50 C erreicht n.
mini.
0 100 - - - - - - - 12 1 290 300 23 29 43 70 2 330 300 22 26 34 41 90 3 385 300 28 52 38 4 190 100 30 55 34 5 285 200 23 33 52 58 6 335 300 23 32 44 69 7 480 400 22 29 41 61 8 340 300 20 24 27 35 50 100 9 365 300 21 36 49 65 Als zu imprägnierendes Isoliermaterial wurde eine handelsübliche Steinwollisolierplatte von 30 mm Dicke und einem Rohraumgewicht von 180 kg/m3 verwendet. Plattenabschnitte in den Abmessungen 150 x 100 mm wurden nacheinander mit Lösungen bzw.
Suspensianen nachstehend beschriebener Stoffe imprägniert.
1 = Lösung von Natriumsulfat bei 200C 2 = Lösung von Natriumsulfat mit 20 Gew.% Portland PZ 35 F auf die Mischung bezogen bei 200C 3 = Suspension von 200 g/l Portlandzement PZ 35 F in Wasser bei 20 0C 4 = Dinatriumphosphatldsung bei 200C 5 = " " 50°C 6 = " + 20 Gew.% Portlandzement PZ 35F b.20' 7 = " + 5 " " " b.20 8 = " + 40 n II a b.201 C.
Die Platten wurden jeweils senkrecht in die Behandlungslösung eingetaucht und zwar so lange, bis eine völlige Durchtränkung mit der jeweiligen Flüssigkeit erreicht war. Dann wurde die Platte aus der Flüssigkeit entnommen, einige Minuten abtropfen lassen und dann im Trockenschrank bei 1000C bis zu einem berechneten Gewicht getrocknet. Durch Wägung vor und nach der Imprägnierung wurde die Flüssigkeitsaufnahme ermittelt. Aus der bekannten Zusammensetzung der aufgenommenen FlUssigkeit konnte die Wassermenge berechnet werden, die durch Trocknung entzogen werden mußte, um das reine kristallwasserhaltige Salz des bekannten Kristallwassergehaltes zu erhalten.
Es wurden folgende Imprägnierungen durchgeführt (Beispiele 10-17).
10. In eine Lösung von 480 g Na SO in 2,520 g Wasser bei 20°C 24 wurde einer der Plattenabschnitte eingetaucht und mit der Lösung durchtränkt. Der Plattenabschnitt hatte nach dem Tauchen 414 g der Lösung aufgesaugt. Es wurde im Trockenschrank bei 1000C auf ein Gewicht von 234 g getrocknet und enthielt dann 150 g Na2so4 . 10H20. Das Raumgewicht betrug 320 g/l.
11. Es wurde eine Lösung hergestellt aus 480 g Na2SO4 in 2.520 g Wasser bei 2O0C. In dieser Lösung wurden 270 g Portlandzement PZ 350 F suspendiert. Durch Eintauchen wurde ein Plattenabschnitt getränkt. Nach dem Tauchen hatte die Platte 463 g der Suspension aufgenommen. Durch Trocknen wurde das Gewicht auf 276 g reduziert. Die Platte enthielt dann 193 g Substanz, bestehend aus 80 % Na2S04.
10H2O + 20 % Portlandzement. Das Raumgewicht betrug 450 g/l.
12. 500 g Dinatriumphosphat Na2HpO4 . 12H20 wurden bei 200C in 2.500 g Wasser gelöst. In die Lösung wurde ein Faserplattenabschnitt eingetaucht und getränkt. Nach dem Tauchen hatte die Platte 354 g der Lösung aufgesogen.
Durch Trocknen wurde das Gewicht auf 133 g abgesenkt. Die Platte enthielt danach 59 g Na2HP04 . 1 OH20. Das Raumgewicht betrug 300 g/l.
13. 3000 g Na2HP04 . 12H20 wurden bei 500C in 1.000 g Wasser gelöst und darin ein Plattenabschnitt getränkt. Nach dem Tauchen hatte der Plattenabschnitt 525 g der Lösung aufgesaugt. Durch Trocknen wurde das Gewicht auf 415 g reduziert entsprechend einer Aufnahme von 330 9 Na2HP04 12H20. Das Raumgewicht betrug 930 g/l 14. 2.100 g Dinatriumphosphat . 12H20 wurden in 1.000 g Wasser bei 500 C gelöst und in dieser Lösung wurden 600 g Portlandzement PZ 350 F suspendiert. Ein in dieser Lösung getauchter Plattenabschnitt hatte nach dem Tauchen 452 g Lösung aufgenommen. Durch Trocknen wurde das Gewicht auf 420 g emtsprechend einer Produktaufnahme von 339 g, bestehend aus 80 % Na2HP04 . 12H20 u. 20 % Portlandzement, reduziert. Das Raumgewicht betrug 930 g/l.
15. In 2.500 g Wasser wurden bei 20°C = 475 g Na2HPO4 gelöst und in dieser Lösung 25 g Portlavndzement PZ 350 F suspendiert. Mit dieser Lösung wurde ein Plattenabachnitt getränkt. Nach der Behandlung hatte die Platte 400 g Lösung aufgenommen. Es wurde bis auf ein Gewicht von 146 g heruntergetrocknet. Dies entspricht einem Produkt-gehalt von 67 g bestehend aus 95 % Na2HP 04 . 12H20 u. 5 % Zement. Das Raumgewicht betrug 330 g/l.
16. In 2.500 g Wasser wurden bei 200C = 300 g Na2HPO4 gelöst und in dieser Lösung wurden 200 g Zement suspendiert. Ein Plattenabschnitt wurde mit dieser Lösung behandelt. Er hatte nach der Behandlung 373 g der Lösung aufgesaugt.
Das Gewicht wurde durch Trocknung auf 144 g reduziert.
Die Platte enthielt dann 96 g Wirkstoff aus 60 % Na2HPO4. 12H20 u. 40 % Zement. Das Raumgewicht lag bei 330 g/l.
Nr. Raum- Wirk- Temepratur auf der Platten- Überschrei gew. stoff- rückseite nach °C ten v.
g/l gehalt 20' 40' 60' 80' 100' 120' 140' 100 C n.
Min.
0 180 - - - - - - - - 7 10 320 150 68 - - - - - - 34 11 450 193 65 74 100 - - - - 60 12 300 59 74 88 - - - - - 50 13 930 330 86 86 82 82 81 81 - 134 14 930 339 94 88 86 81 78 78 77 186 15 330 67 64 100 - " - - - 40 16 330 96 77 97 - - - - - 45 Die getrockneten Platten wurden auf der der Flamme abgewandten Seite mit einem Anstrich einer handelsüblichen Dispersionsfarbe für Außenanstrich versehen. Die Prüfung der behandelten Plattenabschnitte auf ihre Feuerschutzwirkung geschah auf folgende Weise.
Eine unbrennbare Wandfläche der Abmessungen 600 x 600 mm enthielt in der Mitte einen Ausschnitt, der den Abmessungen der Plattenabschnitte entsprach. In diesen Ausschnitt wurde die zu prüfende Probe eingesetzt. Die Vorderseite des Probenkörpers wurde mit einem Erdgas / Luft betriebenen Gebläsebrenner beflammt und die Temperatur im Zentrum des Flammenkegels gemessen. Der Gebläsebrenner wurde so eingestellt, daß auf der Flammenseite eine Temperatur von 900 t 200C gehalten wurde. Auf der unbeflammten Plattenrückseite wurde ein Thermoelement mittels Klebeband auf die Plattenoberfläche aufgeklebt.
Mit diesem Thermoelement wurde der Temperaturanstieg auf der Plattenrückseite gemessen. Der Beflammungsversuch galt als beendet, wenn die Temperatur auf der Plattenrückseite 1000C überstieg.

Claims

Feuerhemmende Isolierstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Patentansprüche Feuerhemmende Isolierstoffe bestehend aus einer Kombination an sich bekannter Isoliermaterialien mit kristallwasserhaltigen anorganischen Salzen und Portlandzement.
2.) Feuerhemmende Isolierstoffe nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daB sie als handelsübliche Isolierstoffe Vermiculit, Perlit, Bims, Glaswolle, Steinwolle, Basaltwolle oder Asbest zusammen mit anorganischen, kristallwasserhaltigen Salzen und Portlandzement enthalten.
3.) Feuerhemmende Isolierstoffe nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß sie als anorganische Salze Aluminiumsulfat A12(S04 ) 3 . 18H20, Natriumaluminiumsulfat Na Al (SO4)2 . 12H20, Kaliumaluminiumsulfat KAL (S04)2 12H2O, Natriumtetraborat Na28407 . 10H20, Natriumcarbonat Na2C03 . 10H20, Dinatriumphosphat Na2HP04 . 20, Trinatriumphosphat Na3PO4 . 12H20, Natriumsilikat Na2Si03 . 9H20 und Natriumsulfat Nu 2504 . 10H20 neben Portlandzement und den handelsüblichen Isolierstoffen enthalten.
4.) Verfahren zur Herstellung feuerhemmender Isolierstoffe nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man handelsübliche Isolierstoffe mit anorganischen, kristallwasserhaltigen Salzen bzw. deren Lösungen und Portlandzement imprägniert und auf einen Wassergehalt trocknet, der dem entsprechenden Salzhydrat entspricht.
5.) Verfahren zur Herstellung feuerhemmender Isolierstoffe nach Anspruch1), dadurch gekennzeichnet, daß man vorgefertigte Platten aus handelsüblichen Isolierstoffen mit Lösungen anorganischer Salze und Aufschlämmen von Portlandzement imprägniert und auf den Wassergehalt der jeweiligen Salzhydrate trocknet.
6.) Verfahren zur Herstellung feuerhemmender Isolierstoffe nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß man körnige Isoliermaterialien mit Schmelzen anorganischer Salzhydrate und Portlandzement imprägniert und anschliessend verpresst.