DD202836A5

DD202836A5 - Verbundfaserstoffe sowie deren herstellung und anwendung

Info

Publication number: DD202836A5
Application number: DD81231813A
Authority: DD
Inventors: Peter J Briggs; Kevin Mcaloon
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1983-10-05
Also published as: CS229673B2; ES503854A0; ZW15481A1; JPS6412223B2; DK158941B; ATE7686T1; US4442164A; EP0044160B1; IE811512L; CA1162357A; ES8204011A1; FI812169L; FI72914C; AU7272281A; DE3163869D1; FI70569B; BR8104403A; US4543287A; JPS5742566A; AU550451B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein faseriges, mehrschichtiges Material in Form eines dreidimensionalen Blocks, bestehend aus einer Masse brennbarer Faser und Lamellen eines Schichtminerals, ein Verfahren zur Herstellung des faserigen, mehrschichtigen Materials durch Aufbringen der Lamellen eines Schichtmenerals, vorzugsweise als Suspension, auf die brennbaren Fasern und Ausbilden der Fasern und des Schichtminerals zu einem dreidimensionalen Block sowie die Verwendung des faserigen, mehrschichtigen Materials als Isoliermaterial und zum Feuerschutz von Substraten.

Description

Verbundfaserstoffe sowie deren Herstellung und Anwendung Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Faserstoffe und vor allem Verbundfaserstoffe, die aus Fasern bestehen, die mit einem anorganischen Material beschichtet oder in ein anorganisches Material eingebettet wurden, um die Fasern zu verbessern, und die Herstellung und die Verwendung von Verbundfaserstoffen₀

Bekannte technische Lösungen

Fasern und daraus hergestellte Faserstoffe können bekanntlich leicht durch Feuer beschädigt oder zerstört werden«. Fasern, gleich ob es sich um natürliche oder synthetische handelt, die organische Stoffe wie zum Beispiel Wolle-, Baumwolle-, Kunstseide-, Celluloseacetat-, Polyester-, Polyamid- und Lignocellulosefasern enthalten, sind im allgemeinen brennbar und leicht entflammbar» Die Fasern bieten wenig, wenn überhaupt einen Widerstand gegen die Ausbreitung eines Feuers und sind nicht flammenhemmend·

Es wäre selbstverständlich sehr vorteilhaft, zum Beispiel für die Textil-, Ausstattungs- und Bauindustrie, wenn Fasern, vor allem die billigeren anorganischen Fasern so verändert werden könnten, daß ihr Feuerverhalten, z_o B₀ ihre Feuerbeständigkeit und Flammenhemmung, verbessert würde, und es sind zahlreiche Behandlungen zur Erzielung dieses wünschenswerten Ergebnisses vorgeschlagen worden, bei denen die Fasern mit einem feuerfesten Material beschichtet oder in dieses eingebettet wurden oder ein feuer-

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beständiges Material in die Paserstruktur eingebaut wuräe. Bisher ist keine zufriedenstellende Lösung für dieses Problem gefunden worden; vor allem konnte keine Lösung gefunden werden, bei der ein zufriedenstellendes Feuerverhalten von brennbaren Pasern mit annehmbaren Kosten kombiniert werden konnte und doch die flexible Beschaffenheit der Pasern und der daraus hergestellten Stoffe erhalten blieb.

Ziel der Erfindung;

Es ist Ziel der Erfindung, diese Nachteile'weitgehend auszuräumen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundfaserstoff in Form eines dreidimensionalen Blockes zur Verfügung zu stellen, der eine Masse Pasern oder Lamellen eines Schichtminerala aufweist.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundfaserstoffes in Form eines Blockes bereitgestellt, bei dem Lamellen eines Schichtminerals auf brennbare Fasern aufgebracht werden, und zwar vorzugsweise aus einer Suspension in einer inerten Trägerflüssigkeit, und die Fasern und Lamellen zu einem dreidimensionalen Block geformt werden, so daß die Pasern mit den Lamellen beschichtet und durch die Lamellen an ihren Berührungsstellen miteinander verbunden werden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Verbundstoffes handelt es sich auch um eine Methode, durch die brennbare Fasern in

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Form einea Blockes feuerbeständig werden und das Feuerverhalten des Blockes verbessert wird»

Vermiculit ist das bevorzugte Schichtmineral· Unter "Vermiculit" sollen alle mineralogisch und kommerziell -x als Vermiculit bekannten Stoffe, einschließlich Chlorit-Vermiculits, zu verstehen sein.

Mit dem in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriff "Lamellen eines Schichtminerals" sind winzige Teilchen des Schichtminerals gemeint, die durch chemisches DeIaminieren des Sohichtminerals zu Teilchen oder Plättchen mit hohem Schlankheitsverhältnis gewonnen werden. So sind zum Beispiel durch chemische Delaminierung gewonnene Vermiculitlamellen winzige Plättchen, die durch chemische Delaminierung von Vermiculit erzeugt wurden und eine Dicke von weniger als 0,5 Mikrometer, gewöhnlich weniger als 0,05 Mikrometer, und vorzugsweise unter 0,005 Mikrometer und ein Schlankheitsverhältnis (d. h_o Länge oder Breite geteilt durch Dicke) von mindestens 10, vorzugsweise mindestens und am besten von mindestens 1000, zum Beispiel 10 000 haben. Die durch chemische Delaminierung anderer Schichtminerals gewonnenen Lamellen haben ähnliche Dimensionen wie die Vermiculit lamellen,,

fann auch Vermiculit daa bevorzugte Schichtmineral ist, so können auch andere Schichtminerals verwendet werden, z_e B. Montmorillonit, Kaolinit (und Sepiolit und Koalinit enthaltende Tone, beispielsweise Kaoline und Ball Clay) und andere Schicht-Silikatminerale, die chemisch entlaminiert werden können, damit Lamellen oder plättchenartige Teilchen entstehen.

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Die erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffe weisen die Form eines dreidimensionalen Blockes auf, wobei unter dieser Bezeichnung eine dreidimensionale Struktur von beträchtlicher Dicke im Gegensatz zu den einzelnen Paser- oder Schichtformen von Faserstoffen, bei denen es sich im wesentlichen um zweidimensional Strukturen handelt, zu verstehen ist.

In dem Block können die Fasern in Form einzelner Fasern oder als Faserbüschel vorliegen und sie sind im allgemeinen wahllos orientiert, wenn selbstverständlich auch ein gewisser Grad der Faserorientierung nicht auszuschließen ist»

Es dürfte klar sein, daß in dem Verbundfaserblock die Fasern durchgehend (endlos)oder unterbrochen (als Stapelfaser) oder in Form von Büscheln oder Agglomeraten von Fasern vorhanden sein können, wie z„ B₀ als Holzschliff, Stränge, Rovings, Holzschnitzel, Späne und Sägemehle

Die Masse der auf das Fasermaterial aufgebrachten Lamellen kann innerhalb weiter Grenzen je nach dem vorgesehenen Feuer/Temperatur-Einsatz des Verbundstoffes und dem geforderten Grad der Strukturintegrität des Verbundblockes, bevor und nachdem er einem Feuer ausgesetzt worden ist, variieren» Im allgemeinen wird durch eine Erhöhung der Lamellenmasse auf dem Fasermaterial das Feuerverhalten des Blockes verbessert sowie auch die thermischen Bedingungen, die der Block aushalten kann", üs wurde jedoch beobachtet, daß im allgemeinen nur sehr dünn aufgetragene Schichten von Lamellen, zum Beispiel mit weniger als 1 Mikrometer Dicke, auf den Fasern des Blockes oder auf den Büscheln von Fasern in dem Block gebraucht werden, um das Feuerverhalten und das Hochtemperaturverhalten der Fasern zu verbessern. Die Menge der

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Lamellen wird in dem Verbandblock gewöhnlich 0,05 bis Masse% der Pasern betragen, praktisch 0,1 bis 20 Masse% (nur als Hinweis)«, Es können größere als die genannten Lamellenmengen eingesetzt werden, und tatsächlich kann der Verbandstoff soviel Lamellen wie Pasern oder sogar noch mehr enthalten; die Fasermenge in einer derartigen Struktur sollte jedoch mindestens 15 % und vorzugsweise höchstens 20 Masse% des Verbundblockes betragen.

Die Menge der auf die Pasern aufgebrachten Lamellen wird bis zu einem gewissen Grade das Ausmaß der Schädigungen bestimmen, die die Pasern aufweisen, wenn das Verbundmaterial einer Plamme oder über dem Schmelzpunkt der Pasern liegenden Temperaturen ausgesetzt wird. Nur sehr dünn mit Lamellen beschichtete Pasern können verkohlen oder sogar vollständig durch offene Flammen verbrennen, wogegen durch eine Verstärkung der Dicke der Beschichtung die Widerstandsfähigkeit der Fasern gegenüber Schädigung durch die Plamme erhöht wird. Schmelzbare, dünnbeschichtete Pasern können gleichfalls durch eine Plamme oder hohe Temperatur geschmolzen werden,'während durch eine Verstärkung der Beschichtungsdicke die Widerstandsfähigkeit der Pasern gegen !Schmelzen erhöht wird. Bei den meisten praktischen Anwendungsfällen der Erfindung werden die Pasern des Verbundblockes < möglicherweise durch eine Plamme oder hohe Temperaturen beschädigt oder sogar vollkommen verbrannt oder geschmolzen, vor allem an der Oberfläche des Blockes. Aber trotzdem sind die Isoliereigenschaften und das Peuerverhalten des Verbundstoffes nicht nennenswert beeinträchtigt, vor allem nicht die Feuersperr- und Plammenhemmeigenschaften des Verbandmaterials.

Die Herstellung der Verbundfaserstoffe erfolgt durch Auf-

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bringen der Lamellen auf die Fasern oder Faserbüschel und das Formen eines Blockes aus den vermischten Fasern oder Lamellen. Gewöhnlich werden die Lamellen aus einer Suspension in einer Trägerflüsaigkeit, bei der es sich beispielsweise um eine organische Flüssigkeit oder Wasser oder ein anderes wäßriges Medium handeln kann, aufgebracht. Die Suspension, die in dem Prozeß, der für die chemische Delaminierung der Schichtminerale angewandt wird, gewonnen wurde, kann zweckmäßigerweise direkt zur Bildung des Verbundfasermaterials verwendet werden, Wenn, es jedoch gewünscht wird, können Lamellen in Form eines frei-fließenden trockenen Pulvers (wie beispielsweise in der europäischen Patentschrift Nr. 80Oe9311A beschrieben wird) in einer geeigneten Trägerflüssigkeit für die Aufbringung auf das Fasersubstrat auspensiert werden. Der Feststoffgehalt (Lamellen) der Suspension ist nicht kritisch und kann in einem breiten Bereich variieren. Es kann jede beständige Suspension verwendet werden. Im allgemeinen wird der Feststoffgehalt der Suspension bis zu 40 Masse% der Suspension betragen, kann aber auch für die Herstellung von sehr dünnen Beschichtungen auf den Fasern des Blockes nur einige wenige %, z. B. 2 Masse% ausmachen. Der Feststoffgehalt der Suspension wird vorzugsweise für die meisten Anwendungsfälle 10 bis 40 Masse% betragen»

Nach der Aufbringung der Suspension auf die Fasermasse wird die Masse geformt und die Trägerflüssigkeit der Suspension, die zum Aufbringen des Schichtminerals verwendet wurde, wird entfernt, gewöhnlich durch Verdampfung, so daß die Lamellen auf dem Fasersubstrat, vorzugsweise als kohärente Schicht aufgebracht, zurückbleiben. Auf Wunsch läßt man überschüssige Trägerflüssigkeit aus dem Verbundmaterial ablaufen, bevor das Verbundmaterial zur Entfernung zurückgebliebener Trägerflüsaigkeit erhitzt wird. Als Temperatur, bei der die

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Suspension auf das Feuersubstrat aufgebracht wird, kann Jede Temperatur bis zum Siedepunkt der Trägerflüssigkeit gewählt werden, natürlich unter der Voraussetzung, daß die Fasern bei derartigen Temperaturen beständig sindo

Die Suspension (oder Aufschlämmung, wie man auch dazu sagen könnte) kann auf das Fasersubstrat mit Hilfe jeder bekannten Technik wie Streichen (Anstreichen), Sprühen, Rakelauftragen, Wiaohen, Rakelbeschiohten, "Spalf-Beschichten, Walzenbeschichten, Tauahbeschichten und Imprägnieren aufgebracht werden» Für den Fachmann ist es eine einfache Angelegenheit, eine Suspensionsstärke und eine Aufbringungstechnik zu wählen, die für die Aufbringung der entsprechenden Menge Lamellen auf das Fasersubstrat geeignet sind·

Auf Wunach kann die Suspension der Lamellen (im Falle von Vermiculit-Lamellen) zur Erzeugung eines Schaumes für die Aufbringung auf das Fasersubstrat vergast werden, so daß der Vermiculitgehalt des resultierenden Verbundmaterials als zellenartige (feste Schaum) Matrix vorliegt_o Die Umwandlung einer Suspension von Vermiculitlamellen in feste Schaumstoffe wird beispielsweise in der GB-PS Nr. 1 585 104 beschriebene Eine bevorzugte Technik zur Herateilung von Blocken aus losen Fasern besteht in -der Bildung einer teigartigen Suspension aus den Fasern und dem ScJiichtmineral und dem Formen des Teiges zur Gestalt eines Blockes. In einem solchen Fall kann die Fasersuspension die Lamellen enthalten, indem die Fasern in einer Suspension von Lamellen suspendiert, Lamellen in einer Suspension von Fasern suspend jert, oder Suspensionen von Fasern und Lamellen vermischt werden,, Bei diesem Verfahren kann eine geringe Menge eines organischen Bindemittels, zum Beispiel ein Kautschuklatex oder Polymerlatex in die Suspension zur Verbesserung der

Λ * η «

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fertigen Matte eingemischt werden»

Die erfindungsgemäßen faserigen Verbundblöcke weisen ein verbessertes Feuerverhalten und Hochtemperaturverhalten im Vergleich zu den entsprechenden, aus unbehandelten Pasern hergestellten Material auf. So können Fasern, die an sich brennbar sind, feuerbeständig und flammenhemmend gemacht werden, während organische Fasern, die bei niedrigen Temperaturen uuumoliS.en, ao verbessert werden können, daß sie Hochtemperaturverhalten aufweisen,, Es ist ein allgemeines Merkmal der Erfindung, daß das Feuerverhalten und die thermischen Eigenschaften von aus brennbaren Fasern bestehenden Blöcken verbessert werden, indem in sie Lamellen eines Schichtminerals eingebaut werden.

Wie oben erwähnt wurde, ist Vermiculit das bevorzugte Beschichtungsmaterialo Der Grund für diesen Vorrang liegt darin, daß V_ermiculit nicht nur gute Feuerbeständigkeit und thermische Leistung den Verbundfaserstoffen verleiht, sondern daß Vermiculit nahezu als einzige unter den Schichtmineralen ausgezeichnete Selbatklebeeigenschaften aufweist» Nach der Entfernung des Wassers (oder der anderen Trägerflüasigkeit) aus Suspensionen von Vermiculitlamellen haften die Lamellen aneinander und bilden eine verhältnismäßig feste Vermioulitschicht, und Vermiculitlamellen enthaltende Verbundfaserstoffe profitieren von diesem Selbstklebemerkmal der zugesetzten Lamellen, da die Festigkeit und Dauerhaftigkeit dea Verbundstoffes verbessert wird. Die aufgebrachten Vermiculitlamellen können die Rolle eines Klebstoffes spielen und die Fasern oder Faserbüschel der Fasermassen miteinander verbinden und/oder den Verbundstoff an andere Stoffe binden, um beispielsweise Laminate herzustellen.

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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der BeSchichtung der · Pasern des Blockes mit Lamellen ergibt, liegt darin, daß die Fasern flammenhemmend werden, Die Flamme kann sich aber möglicherweise über die Oberfläche der Lamellen ausbreiten, und wenn es erwünscht ist, können in das Verbundmaterial flammenhemmende Zusatzstoffe wie halogenierte 'Verbindungen, Antimontrioxid, Aluminiumtrihydroxid, Sorate und Phosphate eingebaut werden. So können beispielsweise die Flammen daran gehindert werden, sich über das Verbundmaterial auszubreiten, obwohl die tatsächlich von den Flammen berührten F_asern innerhalb des Verbundmaterials verbrannt oder geschmolzen werden können.

Noch ein Vorteil, der sich aus dem Beschichten von nichtbrennbaren Fasern mit Lamellen ergibt, liegt darin, daß die Beschichtung chemisch inert und vor allem beständig gegenüber Säuren und Alkali ist. So können Fasern, die normalerweise nicht in alkalischen Umgebungen zu gebrauchen sind, für einen solchen Einsatz die entsprechende Eignung erhalten.

Die oben beschriebenen Verbundfaserblöcke, die unmodifizierte BeSchichtungen von Lamellen eines Schichtminerals aufweisen, sind nützliche Stoffe für ein weites Anwendungsgebiet. Bei Anwendungsfällen jedoch, bei denen das Verbundmaterial möglicherweise Flüssigwasser ausgesetzt werden kann, empfiehlt es sich, die BeSchichtungen so zu modifizieren, daß sie auf dem Verbundstoff eine verbesserte Wasserfestigkeit ergeben. Unmodifizierte Beschichtungen haben die Neigung, sich in Flüssigwasser abzubauen; aber sie lassen sich leicht modifizieren, damit sie in Flüssigwasser beständig werden. Verbundstoffe, die Vermiculitlamellen enthalten, können durch die Behandlung mit einer Lösung, z. B. einer gesättigten

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Löaung eines Magnesiumsalzea wie Magnesiumchlorid, bei erhöhten Temperaturen oder durch den Einbau eines Wasserfestigkeitaverbesserers in die Suspension der auf das Fasersubstrat aufgebrachten Lamellen wasaerbeatändig gemacht werden, wie in der europäischen Patentveröffentlichung Hr. 0 009 310 A1 beschrieben wird. Geeignete Wasserfestigkeitaverbeaserer sind feinverteilte, in Wasser mäßig lösliche Verbindungen, die eine basische Reaktion in Waaaer ergeben, zum Beispiel Calciumoxid und Magnesiumoxid.

Magnesiumoxid ist der bevorzugte Wasserfestigkeitsverbeaaerer, und dieses Zusatzmittel verleiht dem Verbundmaterial nicht nur Wasserbeständigkeit, sondern es erhöht auoh die Festigkeit dea Verbundstoffes. Magnesiumoxid ist ein besonders bevorzugtes Zusatzmittel für vergaste (geschäumte) Vermiculitsuspensionen, die für die Bildung von Verbundmaterial verwendet werden, da es darüber hinaus noch die Druckfestigkeit der zellartigen (Festschaum) Vermiculitmatrix des Verbundmaterials erhöht. Die Menge des Wasserfestigkeitsverbesserers wird gewöhnlich bis zu 15 Massel, im allgemeinen 10 Masse%, in bezug auf die Lamellen betragen.

Das Wasserfestmachen der Verbundmaterialien kann im Gegensatz zur Verbesserung ihrer Beständigkeit in Flüssigwasaer durch den Einbau eines Silikonpolymervorläufers in die Lamellensuspension vor dem Auftragen oder während des Auftragens der Suspension auf das Fasermaterial und die Behandlung des Verbundmaterials mit einem sauren Gas in Gegenwart von Wasser zur Polymerisierung des Vorläufers und Bildung eines Silikonpolymeren in dem Verbundmaterial erfolgen«, Ein solcher Prozeß der Wasserfestmachung wird in der gleichfalls anhängigen britischen Patentanmeldung Nr. 8 103 459 beschrieben. So kann beispielsweise Natriummethylsiliconat

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in die Suspension eingebaut werden und das resultierende Verbundmaterial mit Kohlendioxid in Gegenwart von Wasser behandelt werden (während des Trocknens des Verbundmaterials oder anschließend an das Trocknen des Verbundmateria.ls und das erneute Anfeuchten desselben)» Die Menge des der Suspendion zugesetzten Siliconpolymervorläufers wird gewöhnlich etwa bis zu 5 Masse%, im allgemeinen etwa 2 Massel in bezug auf die Lamellen betragen.

Zur Bildung der erfindungsgemäßen Verbundstoffe kann jede Suspension von Lamellen von Schichtmineral-en verwendet werden. Die chemische Delaminierung von Schichtmineralen ist allgemein bekannt und jeder der bekannten chemischen DeIaminierungsprozesse kann angewandt werden, einschließlich der in den US-PS Nr. 1 016 385, 1 076 786, 1 119 305 und 1 585 104 und der von Baumeister und Hahn in "Micron", J, 24 7 (1976) für die chemische Entlaminierung von Vermiculit beschriebenen Prozesse_β Nach der Produktion der Suspension von Lamellen, wird die Suspension von chemisch delaminiertem Schichtmineral vorzugsweise einer Naß-Klassierungsbehandlung unterzogen, bei der größere Partikel des Minerals entfernt werden, wie für Suspensionen von Vermiculitlamellen in der britischen Patentanmeldung Nr«, 39510/76, 51425/76 und der deutschen 01s 2 741 859 beschrieben wird. Pur die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Suspension vorzugsweise auf eine Teilchengröße (Plättchen) unter 50 Mikrometer klassiert, so daß die Suspension kolloidale Eigenschaften aufweist. Typische Suspensionen von Vermiculitlamellen, die 'nach dem in der GB-PS Kr. 1 585 104 beschriebenen Prozeß gewonnen und auf Teilchen unter 50 Mikrometer naßklassiert wurden, enthalten etwa 40 % Teilchen im Größenbereich von 0,4 bis 0,5 Mikrometer.

Solche Suspensionen sind die bevorzugten Suspensionen für

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die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffe_β Die erfindungsgemäßen Verbundfaserblöcke können in Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen Faserblöcke normalerweise verwendet werden, und darüber hinaus ermöglichen sie, daß bestimmte Pasern für zahlreiche Anwendungsfälle verwendet werden können, wo diese Pasern bisher als unbrauchbar angesehen wurden, da sie nicht zufriedenstellendes Feuerverhalten zeigten, weil sie beispielsweise brennbare und/oder niedrig-schmelzende Fasern

Einbezogen in die vielen Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verbundfaserstoffes sind Wärme- und Schallisolierungsfälle und der Brandschutz von brennbaren und/oder niedrig-schmelzenden Stoffen wie Kautschuk- und Plastschaumstoffe, Tafeln und Folien, Aluminium, Holz, Papier, Pappe, Glas und dergleichen und der Schutz von Metallen und zementartigen Werkstoffen· Für derartige Anwendungszwecke kann das Verbundfasermaterial als lose Abdeckung angewandt werden, die nicht mit dem Substrat verklebt ist, aber es wurde gefunden, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn der Verbundstoff mit dem Substrat verbunden und laminiert ist«. Der Verbundstoff kann mit dem Substrat unter Verwendung eines herkömmlichen Klebstoffes laminiert werden, obwohl es in den meisten Fällen, in denen das Schichtmineral V_ermiculit ist, durch, die klebrige Beschaffenheit der aus der Suspension abgelagerten Vermiculitlamellen möglich ist, auf einen anderen Klebstoff zu verzichten. So wird beispielsweise die Aufbringung des nassen Verbundstoffes (d. h. der Fasermasse plus Vermiculitsuspension) oftmals zu einer zufriedenstellenden Bindung des Verbundstoffes mit dem Substrat führen· Alternativ kann der Verbundstoff in situ auf dem zu schützenden Substrat gebildet werden·

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Das Verbundmaterial kann auf Wunach andere Substanzen enthalten, ζ. Β« Schlichtemittel, Schmiermittel und Bindemittel auf den Fasern, oder feuerhemmende Mittel oder Füllstoffe«,

Die Verbundfaserstoffe sind auch in Anwendungsflallen brauchbar, die nicht speziell Feuerhemmung und gute thermische Eigenschaften erfordern, zum Beispiel als Verstärkungsschichten für organische und anorganische Stoffe, z. B. Polymere, Kautschuke, Pla#e und Zemente. Anwendungsmöglichkeiten, die die Verstärkung von organischen Stoffen mit Fasern umfassen, schließen GRP (glasfaserverstärkte Plsßfce) ein.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert, aber nicht eingeschränkt, bei denen die folgende allgemeine Verfahrensweise zur Herstellung der Vermiculitsuspensionen angewandt wurde_o

Herstellung von Vermiculitsuspensionen

150 Teile Vermiculiterz (Madeval Mikrometer-Sorte, aus Südafrika) werden mit gesättigter Natriumchloridlösung in einem Masseverhältnis von 1:2 30 Minuten lang bei 80 C in einem Behälter gerührt« Diese Suspension wird anschließend zentrifugiert und mit entionisiertem Wasser gewaschen. Der nasse Kuchen wird in einen zweiten Behälter übertragen, in dem der Vermiculit 30 Minuten lang bei 80 ⁰C mit 1,5 N n-Butylaminhydrochlorid (Verhältnis 2:1 Flüssigkeit : Feststoff) gerührt wird, Diese Suspension wird anschließend zentrifugiert und mit entionisiertem Wasser gewaschen, bevor der nasse Kuchen in einen Quellbehälter gebracht wird, in dem der Vermiculit in entionisiertem Wasser gerührt wird. Wach dem Aufquellen enthält die Suspension etwa 20 % Feststoffe und die Teilchen weisen etwa einen

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Größenbereich von 300 bis 400 Mikrometer auf₀ Diese Suspension wird dann durch eine Art Steinmühle geleitet, in der etwa 50¹ % der Teilchen zu Plättchen mit einer unter 50 Mikrometer liegenden Größe reduziert werden_e Diese gemahlene Suspension wird in einem Fliehkraftklassierer mit Überlauf klassiert, und die leichteren Teilchen mit einer unter 50 Mikrometer liegenden Siebgröße werden für die Verwendung gesammelte Die Analyse dieser 18 bis 21 % Feststoffe enthaltenden Suspension mit Hilfe von Fotosedimentometer und Scheibenzentrifuge ergibt, daß etwa 40 % der Teilchen eine Größe ("äquivalenten Kugeldurchmesser) von 0,4 bis 1,0 Mikrometer haben· Der Feststoffgehalt der Suspension kann leicht durch die Zugabe von Wasser oder durch die Entfernung von Wasser eingestellt werden©

Beispiel 1;

Buchenholzspäne (annähernd Größe 12 mm χ 1-5 mm χ 0,5 mm) werden in einer 4 Masse%igen Vermiculitsuspension eingeweicht, überschüssiges Wasser (und Suspension) wird abgegossen, und die Späne werden 48 Stunden lang luftgetrocknet· Diese behandelten Späne werden 20 Minuten lang bei 175 ⁰C mit 70 kg/nm gepreßt, um einen gut gebundenen Probenblock aus Spanholz zu bilden« Es wurde auch eine Kontrollprobe aus Spanholzplatte unter Verwendung der gleichen Buchenspäne und eines emulgierbaren MDI-Bindemittels hergestellte

15 mm χ 15 mm χ 3 mm große Proben der Spanholzplatten wurden dann in Stahlschalen auf 1075 ⁰C erhitzt· Die behandelten und unbehandelten Proben wurden mit 18 Sekunden geglühte Nach 12 Minuten war die unbehandelte Spanholzplatte zu einem kleinen Häufchen weißen Pulvers zusammengeschrumpft, während die mit Vermiculit behandelte Spanholzplatte grau geworden

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war und sich teilweise nach oben gebogen hatte, aber sonst intakt geblieben war» Der wesentliche Unterschied war, daß in der behandelten Spanholzplatte die Struktur der einzelnen Buchenspäne noch erhalten war und durch die dünne Schicht von Vermiculit, die sie umgab, geschützt war.

Beispiel 2;

Cellulosefasern in Form eines Faservlieses mit einer Größe von etwa 0,6 cm wurden getrocknet und dann in einem Haushaltverflüssiger ("liquidiser") trocken-dispergierte

Jiine Suspension von Vermiculitlamellen, naß-klassifiziert auf unter 50 Mikrometer, (532,9 g von 19 Masse%iger Suspension, 101,25 g Vermiculit) wurde mit entionisiertem Wasser (246 g) und einem oberflächenaktiven Mittel, Forafac (0,5 g) in einem mit Schaumzusatzgerät ausgestatteten Kenwood Chef Mix.ex bei einer Drehzahlstellung auf 4 20 Minuten lang gemischt. Das Schaumzusatzgerät wurde danach durch ein l'eigzubereitungsgerät ersetzt und die dispergierten Cellulosefasern (101,25 g); wurden im Laufe von 25 Minuten bei einer Drehzahleinsteliung von 4 in die Suspension eingemischt. Eine 10 Masse%ige Aufschlämmung von Magnesiumoxidpulver (18,1 g) in Wasser wurde anschließend der Suspension zugesetzt und 30 Sekunden lang in die Suspension eingemischt, worauf die Suspension sofort in eine Form mit den Abmessungen von etwa 15 cm χ 15 cm χ 5 cm gegossen wurde. Nach 30 Minuten wurde der entstandene Faserblock entformt und*bei 80 ⁰C über Wacht in einem Ofen getrocknet« Der trockene Block wies eine Dichte von 205,4 kg/m³ auf.

Der trockene Block wurde direkt in die Flamme eines Bun-sen-

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brenners gehalten, üs wurde die Rauchentwicklung beobachtet, aber der Block brannte nicht, und nach 3 Minuten waren keine Anzeichen für ein Druckbrennen zu sehen, Hach 3 Minuten wurde die Probe aus der Flamme entfernt und man konnte feststellen, daß ein leichtes Verkohlen der Pasern an der exponierten Oberfläche des Blockes stattgefunden hatte, obwohl der Block seine Integrität beibehalten hatte.

Für Vergleichszwecke wurde ein Faserblock hergestellt, indem eine Probe aus den gleichen Cellulosefasern (69 g) in Wasser (949 g) dispergiert und die Suspension in die gleiche Form gegossen wurde, wobei man aber das Wasser frei ablaufen ließ» Nach Trocknen über Nacht wurde der Block in eine Bunsenbrennerflamme gehalten» Der Block entzündete sich sofort und brannte leicht und schnell, bis er durch die Flamme vollkommen zerstört worden war,

Beispiel 3:

Unter Anwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Verfahrensweise mit dem Unterschied, daß das Schaumzueatzgerät am Mischer zum iiinmischen der Cellulosefasern benutzt wurde und die Faserzugabe in einem Zeitraum von 6 Minuten und nicht 25 Minuten erfolgte, wurde ein Faserblock hergestellt:

Cellulosefaser^ (Hartholz 40,5 g

Suspension von Vermiculitlamellen 853 g (162,5

g Vermiculit)

Forafac (oberflächenaktives Mittel) , 0,5 g Wasser 264 g

Magnesiumoxid 16,2 g

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⁺Die Cellulose wurde durch Dispergieren in 1 Liter Wasser in einem Haushaltverflüssiger hergestellt, wobei das Wasser anschließend frei ablaufen konnte_o Die zur Bildung des Blockes verwendeten Cellulosefasern enthielten 129 g Restwassere

Nach dem Entfernen wurde der Block 130 ⁰G 30 Minuten lang getrocknet, worauf Erhitzen in einem Mikrowellenofen für eine Dauer von 5 Minuten und anschließendes Erhitzen auf 120 ⁰C über Wacht folgten,.

Der trockene Block hatte eine Dichte von 119 kg/m und sein K-Paktor wurde als 0,059 W§MK ermittelt.

Ein ähnlich hergestellter, aber 48 Stunden lang bei 70 ⁰C getrockneter Block hatte eine Dichte von 129 kg/m ♦

Belapiel ^:

Es wurde ein Faserblock aus den folgenden Komponenten unter Anwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, nur wurde das Schaumzusatzgerät am Mischer für das Einmischen der Fasern über einen Zeitraum von 20 Minuten verwendet und das Gemisch wurde 1 Minute lang nach der Zugabe der Magnesiumoxidaufschlämmung gemischt:

Cellulosefaser^ 40,5 g

Vermiculitsuspension 162 g Vermiculit -

"15%ige Suspension

Forafac 0,225 g

Wasser 393 g

Magnesiumoxidaufschlämmung 16*2 g in 162 g Wasser

⁺Die Cellulosefasern wurden so hergestellt, daß die Cellu-

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O ^ 1 O 1

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lose 2 Tage lang in Wasser eingeweicht, anschließend eine Dispersion in 2 Litern Wasser in einem Verflüssiger hergestellt, die Dispersion entwässert und die Fasern getrocknet wurden«.

Der entformte Block wurde über Nacht bei 80 ⁰C getrocknet, und es entstand ein trockener Block mit einer Dichte von 140 kg/m³ und einem K-Faktor von 0,063 W/MK,

Die obige Verfahrensweise wurde wiederholt, nur wurden die fasern im Laufe von 25 Minuten in die Suspension eingemischt. Der trockene Block hatte eine Dichte von 140 kg/m .

Beispiel 5:

Sägespäne (120 g) wurden zu einer 19%igen Suspension von Vermiculitlamellen in Wasser (316 g Suspension) gegeben und das Gemisch wurde in einem Kenwood Chef Mixer 5 Minuten lang geschäumt, dann in eine Form mit den Abmessungen von annähernd 15 cm χ 15 cm χ 5 cm gegossen und in der Form über Nacht bie 100 ⁰G getrocknet* Der Block hatte eine Dichte von 352 kg/m³.

ii's wurde ein zweiter Block wie oben unter Verwendung von 90 g Sägespänen anstelle der 120 g hergestellte Die Dichte des trockenen Blockes betrug 332 kg/m³.

Die Blöcke wurden in die Flamme eines Bunsenbrenners gehalten. In jedem Fall konnte man feststellen, daß die Sägespäne an der Oberfläche des Blockes, die mit der Flamme in Berührung kamen, brannten, wenn auch die Brenngeschwindigkeit gering war im Vergleich zu einem aus gepreßten Sägespänen bestehenden Block, und die Oberflächenausbreitung der Flamme

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erfolgte langsame Obwohl die Sägespäne verbrannten, behielt der Block in der Flamme seine Integrität_o

Beispiel 6:

Die in Beispiel 2 beschriebene Verfahrenaweise wurde wiederholt, nur wurde die Suspension der Vermiculitlamellen nicht vor Gebrauch naß-klassiert, um über 50 Mikrometer große Teilchen zu entfernen, sondern stattdessen einfach auf ein Feststoffgehalt von 19 Masse% eingestellt«

Der trockene Block hatte eine Dichte von 250 kg/m . Das Verhalten des Blockes in der Bunsenbrennerflamme war der des im Beispiel 2 beschriebenen Blockes ähnlich»

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Claims

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Erfindungaanspruch

Faseriges, mehrschichtiges Material in Form eines dreidimensionalen Blocks, gekennzeichnet durch eine Masse verbrennbarer Faaern und Lamellen einea Schichtminerals·

2. Material nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Faserlänge zumindest 20 Gew.-% des Blocks beträgt.

3. Material nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge des Schichtmaterials (Mineral) zumindest 20 Gew,~% des Blocks beträgt»

» Material nach Punkt 1, 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Fasern Zellulosefasern sind.

5. Material nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Schichtmineral Vermiculit ist.

6. Material nach einem der .Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Fasermasse üinzelfasern Umfaßt.

Material nach einem der Punkte 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Fasermasse Faserbüschel oder Agglomerate umfaßt.

8. Material nach Punirt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Büschel oder Agglomerate der Fasern Holzschnitzel sind.

9. Material nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Faserbüschel oder Agglomerate Holzsägespäne sind«,

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10_o Material nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge de3 Schichtminerals bia zu 100 Gew,-% der Faaern des Blocks beträgt.

11. Material nach einem der Punkte 1 bia 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Lamellen des Schichtminerala im wesentlichen alle eine Größe von weniger ala 50 Mikrometer aufweisen.

12. Material nach einem der Punkte 1 bia 11, gekennzeichnet dadurch, daß ea zusätzlich einen Wasserstabilitätsverbesserer umfaßt.

13. Material nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Waaaeratabilitätaverbesaerer Magnesiumoxid ist·

14. Verfahren zur Heratellung einea faserigen, mehrschichtigen Materials in Form einea Blocka, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Suspension von Lamellen eines Schichtminerals auf verbrennbare Fasern und Formen der Fasern und Lamellen zu ejLnem dreidimensionalen Block, so daß die Fasern mit den Lamellen überzogen sind und durch die Lamellen an ihren Berührungspunkten miteinander verbunden sind·

15. Verfahren nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension eine wäßrige Suspension ist.

16. Verfahren nach Punkt 14 oder 15, gekennzeichnet durch Ausbilden einer Suspension von verbrennbaren Fasern und Lamellen eines S*rchichtminerals und Einbringen der Suspension in den Block,

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17. Verfahren nach Punkt 14, 15 oder 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Suspension vor dem Einbringen in den Block in den Gaszustand überführt wird.

Verwendung des faserigen, mehrschichtigen Materials nach einem der Punkte 1 bia 13, gekennzeichnet dadurch, daß man es als Isoliermaterial einsetzt.

19o Verwendung des faserigen, mehrschichtigen Materials nach einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß man es als Feuerschutz von Substraten einsetzt©