-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Dämmmaterial, wie es beispielsweise
in der Bauindustrie eingesetzt wird. Ein Dämmmaterial oder Dämmstoff ist
ein Material mit geringer Wärmeleitung,
das z. B. beim Gebäude-
und Anlagenbau oder bei der Herstellung von Kühlschränken, Gefrierschränken und ähnlichem
zur Wärmedämmung eingesetzt
wird. Außerdem
können
Dämmmaterialien
auch schalldämmende
oder andere bauphysikalische Eigenschaften aufweisen.
-
Gebräuchliche
Dämmmaterialien
sind z. B. geschäumte
Kunststoffe, wie Polystyrol, Neopor oder Polyurethan, geschäumte Elastomere
auf Basis von Neopren-Kautschuk
oder ähnlichen
gummiartigen Basismaterialien, anorganischen Dämmstoffe wie Mineralwolle (Steinwolle
oder Glaswolle), Blähton, Karlite,
Calzium-Silikat-Platten
oder geschäumtes Glas
sowie Naturdämmstoffe
aus nachwachsenden Rohstoffen wie Holzwolle, Schilfrohr oder Cellulose aus
Altpapier. Daneben sind lose Dämmmaterialien bekannt,
die als Schüttungen
lose aufgebracht, als Einblasdämmstoffe
in Hohlräume
eingebracht oder feucht auf Flächen
aufgespritzt werden.
-
Alle
diese Dämmstoffe
haben Vor- und Nachteile. Zum einen sind die Kunststoffe, Elastomere
und anorganischen Dämmstoffe
nur mit relativ hohem Aufwand herzustellen, die natürlichen
Dämmstoffe sind
dagegen oft nicht wasserabweisend oder nicht ausreichend schwer
entflammbar oder anfällig
für Insektenbefall.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein weiteres Dämmmaterial
bereitzustellen, das im Wesentlichen aus einem natürlichen
Material gebildet ist und dennoch die notwendigen Eigenschaften,
die an ein Dämmmaterial
gestellt werden, aufweist. Die Herstellung sollte dabei kostengünstig möglich sein.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Dämmmaterial gelöst, bestehend
aus Wolle mit folgenden Zusatzstoffen
- – Siliziumdioxid,
- – einem
Brandschutzmittel in Form einer wässrigen Lösung mit mehr als 50 Gew.-%
Wasser eines Phosphats und eines Netzmittels.
-
Es
hat sich gezeigt, dass die Nutzung von Schafwolle besonders vorteilhaft
ist, weil diese hervorragende Dämmeigenschaften
aufweist, in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht und ohnehin bereits
schlecht brennt und wasserabweisend ist.
-
Vorzugsweise
wird ein Siliziumdioxid mit Partikeln im Nano-Größenbereich gewählt. Diese Partikel
haben eine Korngröße von etwa
10–9 mm.
Sie können
von Insekten aufgenommen werden, richten dann aber Schaden durch
ihre Scharfkantigkeit an. Insekten vermeiden es deshalb derart imprägnierte Materialien
zu fressen. Motten nisten nicht in Wolle, die mit Siliziumdioxid
versetzt ist. Es hat sich bei Versuchen gezeigt, dass Fraßverluste
an der präparierten
Wolle mit 0,2 äußerst gering
ausfallen.
-
Siliziumdioxid
in kristalliner Nanoform verdunstet weder noch löst es sich mechanisch von der Wolle.
Siliziumdioxid in Nanoform ist extrem ergiebig, mit nur einem Gramm
können
etwa 300 m2 Wolle versetzt werden.
-
Ein
besonders vorteilhafter Effekt ergibt sich, wenn der Wolle zusätzlich Lavendelöl oder Chrysantemenauszüge hinzugefügt werden.
Diese Stoffe schrecken Motten und andere Insekten zusätzlich ab, in
Kombination mit Siliziumdioxid hat sich eine nahezu 100%ige Resistenz
gegen Insekten und ähnliche Lebewesen
gezeigt. Chrysantemenöle
enthalten Pyrethroide, die auch synthetisch herstellbar sind. Diese
Pyrethroide oder auch Permethrine sind nicht gesundheitsschädlich und
als Zuschlagsstoffe zugelassen.
-
Als
weiterer positiver Effekt hat sich gezeigt, dass Siliziumdioxid
in kristalliner Nanoform hydrophob, also wasserabweisend ist. Die
Wolle wird deshalb nicht durchnässt,
was zum Einen eine Geruchsbelastung verhindert, sich zum anderen aber
auch positiv auf die Wärmedämmeigenschaften
auswirkt, die ansonsten durch Feuchtigkeit verschlechtert werden.
-
Die
Erfindung macht sich den Umstand bezüglich des Brandschutzmittels
zunutze, dass bekanntlicherweise bei der Synthese von Phosphaten aus
Phosphorsäure
und einem entsprechendem Reaktionspartner, beispielsweise bei der
Synthese von Diammoniumphosphat aus Wasser, Phosphorsäure und
Ammoniak erheblich Wärme
freigesetzt wird. Dem gemäß verläuft die
Rückreaktion
endotherm, es wird erhebliche Wärme
benötigt.
Dies kann man dazu nutzen, brennende Stoffe herunter zu kühlen.
-
Nun
hat sich aber heraus gestellt, dass eine normale, wässrige Lösung von
Diammoniumphosphaten nicht die gewünschte Abkühlung beim Zersetzen unter
Einwirkung einer feuerbedingten Temperatur, die typisch zwischen
400°C und
1000°C liegt,
liefert. Erst der Zusatz eines Netzmittels, insbesondere eines Tensids,
brachte den gewünschten
Erfolg. Es konnte festgestellt werden, dass erheblich Kälte freigesetzt
wird, die das brennende Gut herab kühlt.
-
Die
Zugabe eines Netzmittels hat bei der feuerfesten Ausrüstung von
brennbaren Gegenständen den
großen
Vorteil, dass die Benetzung der Oberfläche des zu schützenden
Gegenstandes verbessert wird. Trägt
man lediglich eine wässrige
Lösung
eines Phosphats auf die Wolle auf stellt man fest, dass die aufgesprühte Salzlösung nach
Antrocknen Kristalle bildet. Ein homogener, geschlossener Überzug wird nicht
erreicht, vielmehr nur ein partieller Schutz, der nicht zufriedenstellend
ist.
-
Die
Beigabe eines Netzmittels bringt nun aber den Erfolg. Beim Trockenen
der aufgebrachten wässrigen
Phosphatlösung
bilden sich nicht mehr Kristalle, sondern es bleibt eine dünne, deckende Schicht
des Phosphatträgers
auf der Wolle. Dadurch wird die feuerhemmende Ausrüstung deutlich
verbessert.
-
Das
erfindungsgemäße Brandschutzmittel hat
den großen
Vorteil, ausgesprochen umweltfreundlich zu sein. Phosphate sind
bekanntlich Düngemittel.
Wenn sie im Außenbereich
verwendet werden und durch Regen teilweise oder gänzlich abgewaschen
werden, richten sie keinen Schaden an.
-
Weiterhin
wird kein spezielles Lösungsmittel benutzt,
vielmehr wird Wasser eingesetzt. Auch in so weit ist das erfindungsgemäße Brandschutzmittel ausgesprochen
umweltfreundlich.
-
Die
Erfindung bezieht sich nicht vorrangig auf solche Phosphate, die
unter Zufuhr von Wärme einen
Schaum bilden, also intumeszierende Eigenschaften haben. Sie bezieht
sich auf solche Phosphate, bei denen die beschriebene endotherme
Zersetzungsreaktion auftritt.
-
Bei
der Bekämpfung
eines Brandherdes hat das erfindungsgemäße Brandschutzmittel als Löschflüssigkeit
hervorragende Eigenschaften. Es ist flüssiger als Wasser. Die brennenden
Gegenstände
werden besser benetzt. Insbesondere aber verdampft die Löschflüssigkeit
nicht so wie normales Löschwasser
bei hohen, feuerbedingten Temperaturen: Es ist bekannt, dass aufgesprühtes normales
Löschwasser bei
Brandtemperaturen von mehr als 400°C verdampft, bevor das Löschwasser
den zu benetzenden brennenden Gegenstand erreicht, das Wasser hat also
verringerte Löschwirkung.
Es kann sich bei sehr hohen Temperaturen sogar in Wasserstoff und
Sauerstoff zerlegen. Beim Aufsteigen in kühlere Regionen können Wasserstoff
und Sauerstoff wieder zu Knallgas verbrennen, was das Feuer anfacht,
also der beabsichtigten Löschwirkung
zuwider läuft.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Löschflüssigkeit wird
der zu löschende
Gegenstand durch die endotherme Reaktion herunter gekühlt und
Löschwasser verdampft
nicht in dem Maße,
wie dies bei normalem Wasser beobachtet wird. Die brennenden Gegenstände lassen
sich daher besser benetzen und somit auch besser löschen.
-
Mit
dem Brandschutzmittel imprägnierte
Wolle wird beim Anzünden
gekühlt
und brennt schlechter, sie läßt sich
nicht so einfach entzünden.
-
Nun
sind aber wie oben beschrieben Phosphate und deren Salze wasserlöslich. Bei
Anwendung im Außenbereich
zur feuerhemmenden Ausrüstung
von Gegenständen,
beispielsweise Holzaußenflächen, werden
die aufgebrachten Schichten nach und nach durch Regenwasser wieder
abgewaschen. Dies ist nachteilig. In Weiterentwicklung der Erfindung
schlägt
diese vor, zusätzlich
einen Schauminhibitor der Brandschutzflüssigkeit hinzu zugeben. Hier werden
insbesondere Siliko nentschäumer
eingesetzt. Verwendet wird vorzugsweise ein Feststoffanteil an Schauminhibitoren
im Bereich von 0,1 bis 5 Gew-%.
-
Die
Schauminhibitoren verhindern nicht nur das Schäumen des Brandschutzmittels,
sodass dieses die zu schützenden
oder zu löschenden
Gegenstände
besser benetzt, sondern haben auch eine wasserabweisende Wirkung.
Sie behindern das Ablösen
der aufgetragenen, angetrockneten Schicht des Brandschutzmittels
durch Wasser oder Feuchtigkeit.
-
Insgesamt
bilden sich auf der Oberfläche
der Wolle, die mit dem Brandschutzmittel ausgerüstet sind, dünne, zähe Filme
in Form einer geschlossenen Schicht. Diese Filme sind gegen Wasser
beständig, jedenfalls
deutlich beständiger
als Filme ohne Zugabe eines Netzmittels.
-
Für die vorzugsweise
als Schauminhibitoren eingesetzten Silikonentschäumer ist zwar bekannt, dass
Silikon eine wasserabweisende Wirkung hat, es war aber nicht vorauszusehen
und ist überraschend, dass
bei dem erfindungsgemäßen Brandschutzmittel die
Zugabe eines Silikonentschäumers
oder eines anderen Schauminhibitors eine deutliche verbesserte Wetterfestigkeit
bewirkt.
-
Neben
Silikonentschäumern
eignen sich als Schauminhibitoren auch Stearate wie beispielsweise Aluminiumstearat
oder Zinkstearat.
-
Als
Phosphat eignet sich für
die Erfindung insbesondere das bereits erwähnt Diammoniumphosphat, weiterhin
Diammoniumhydrogenphosphat, Guanidinphosphat, Dimelaminphosphat,
Borphosphat, Dinatriumphosphat und Kuperhydroxyphosphat.
-
Einige
dieser Phosphate haben die zusätzliche
Wirkung, bei Zufuhr von Wärme
aufzuschäumen, also
eine intumeszierende Wirkung. Dies gilt beispielsweise für Dimelaminphosphat.
Diese Wirkung tritt zusätzlich
zu den bereits beschriebenen Wirkungen, also insbesondere der endothermen
Reaktion unter Anwesenheit des Netzmittels, und der weiteren Vorteile
die das Netzmittel bringt, auf.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
ist das Netzmittel in einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 1 Prozent
in wässrigen
Lösungen
enthalten.
-
Der
gewichtsmäßige Wasseranteil
im erfindungsgemäßen Brandschutzmittel
liegt über
50%, vorzugsweise zwischen 62 und 95%, insbesondere bei 70 bis 80%.
Das Brandschutzmittel ist ausgesprochen flüssig, es kann wie Wasser aufgetragen
werden, insbesondere und vorzugsweise in Form eines feinen Nebels,
wie er beispielsweise mit einer Zerstäuberspritze erreicht wird.
-
Nachfolgend
werden einige Rezepte, die nur beispielhaft zu verstehen sind, aufgeführt, um
die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Brandschutzmittels zu veranschaulichen:
- 1. Rezept: Vermischt wird ein Feststoffanteil
von 38 Gewichts-Prozent mit 62 Gewichts-Prozent Wasser. Der Feststoffanteil
hat folgende Zusammensetzung:
97,9 Gewichts-Prozent Diammoniumphosphat
2,0
Gewichts-Prozent Silikonentschäumer,
wässrig,
ca. 38 Gewichts-Prozent Feststoffgehalt und
0,1 Gewichts-Prozent
eines kationischen oder anionischen Tensids.
Bewährt haben
sich auch Mischungen verschiedener Phosphatsalze, so kann beispielsweise
der angegebene Anteil an Diammoniumphosphat ersetzt werden durch
2/3 Diammoniumphosphat und 1/3 Guanidinphosphat oder 1/3 Diammoniumphosphat,
1/3 Guanidinphosphat und 1/3 Dimelaminphosphat.
- 2. Rezept: 18 Gewichts-Prozent Feststoffanteil werden mit 82
Gewichts-Prozent
Wasser vermischt. Der Feststoffanteil setzt sich zusammen aus
98,8
Gewichts-Prozent Guanidinphosphat
1,0 Gewichts-Prozent Aluminiumstearat
und
0,2 Gewichts-Prozent Natriumsulfat.
- 3. Rezept: Es wird ein Extrakt hergestellt aus 38 Gewichts-Prozent
Feststoffanteil und 62 Gewichts-Prozent Wasser, der Feststoffanteil
besteht aus 98,9 Gewichts-Prozent Diammoniumphosphat
0,9 Gewichts-Prozent
Silikonentschäumer
und
0,2 Gewichts-Prozent eines Tensids.
-
Eine
verstärkte
Wasserabweisung des Dämmmaterials
kann auch dadurch erreicht werden, dass weiterhin Polydimethylsiloxan
als Emulsion (20–50%,
vorzugsweise 33%) hinzugefügt
wird.
-
Die
Herstellung der Dämmmaterialien
erfolgt vorzugsweise dadurch, dass eine geeignete Wolle in einer
Flotte, bestehend aus den oben genannten Zusatzstoffen getränkt und
anschließend
getrocknet wird. Die Wolle kann dann je nach Bedarf gekämmt, gesteppt
oder abgenäht
und in gewünschte
Größen zugeschnitten
werden. Um die Flotte vor einem Verfaulen zu bewahren, kann ihr
ein Konservierungsmittel, beispielsweise Kaliumsorbat, hinzugegeben
werden.
-
Neben
dem Tränken
der Wolle in der Flotte ist es auch möglich, die einzelnen Bestandteile
auf andere Arten hinzuzufügen.
Denkbar ist ein Besprühen
der Wolle mit einer Mischung der Zusatzstoffe, diese können aber
auch nacheinander in jeweils geeigneten Verfahren aufgebracht werden.
Denkbar ist z. B. auch, dass die Wolle zunächst nur in einigen Zusatzstoffen
getränkt
und anschließend
mit anderen Zusatzstoffen besprüht
wird.
-
Die
Flotte kann beispielsweise die folgende Zusammensetzung aufweisen,
wobei die prozentualen Anteile nur als Richtwerte zu verstehen sind:
80–100% Wasser,
vorzugsweise 95,86%
1–2%
Kaliumsorbat, vorzugsweise 0,5%
1–5% Brandschutzmittel vorzugsweise
2%
0,2–2%
Polydimethylsiloxan, Emulsion 33% vorzugsweise 0,8%
0,2–2% Nano-Siliciumdioxyd
in Wasser, Korndurchmesser weniger 100 nm, vorzugsweise 0,8%
0,01–0,1% Lavendelöl (vorzugsweise
0,04% Lavendelöl)
-
Die
Bestandteile müssen
anteilig derart gemischt werden, dass sich 100% ergeben.
-
Anstelle
von Nano-Siliciumdioxyd ist auch die Verwendung von entsprechend
fein gemahlenem Glas, Ouarz oder Floatglas (sogenanntes Nanoglas) mit
gleicher Partikelgröße möglich.
-
Die
Partikelgröße ist mit
weniger als 100 nm angegeben, vorzugsweise hat sich eine Partikelgröße von 30
nm als besonders wirksam erwiesen. Es ist andererseits aber auch
möglich,
Partikelgrößen im Micro-Bereich
einzusetzen, da diese zwar schlechtere, aber noch ausreichende Wirkung
erzielen.
-
Insbesondere
kann es sinnvoll sein, das Brandschutzmittel auf die zuvor getränkten und
getrockneten Matten aufzutragen bzw. aufzusprühen.
-
Die
Wolle bzw. das Dämmmaterial
kann weiterhin mit Kunststofffasern versehen werden, um ein gewünschtes
Volumen zu erreichen und/oder die Wollfasern dauerhaft zu stützen.
-
Die
Verwendung von Siliziumdioxid als Insektizid ist auch deshalb besonders
vorteilhaft, weil es im Gegensatz zu handelsüblichen Pestiziden oder Fungiziden
keine schädlichen
Nebenwirkungen, für Mensch
und Tier aufweist, insbesondere dünstet es nicht aus.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, diese
können
vielmehr je nach Anwendungsfall beliebig variiert werden.