DE1621719B - Feuerhemmende Beschichtungs-Zusammensetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine feuerhemmende Beschichtungs-Zusammensetzung zur Verwendung mit brennbaren, zellulosehaltigen Materialien, mit einem bei Wärme zersetzbaren Schwellmittel und einem Bindemittel, wobei das Schwellmittel Hexamethylentetramin und eine im wesentlichen nicht flüchtige und in der Wärme zersetzbare anorganische Schwellkomponente enthält.

Bekannte, derartige Zusammensetzungen enthalten im allgemeinen ein organisches Bindemittel und einen oder mehrere in dem Bindemittel enthaltene Schwellkomponenten, die eine zellulare Asche ergeben sollen, die die Ausbreitung von Feuer verzögern soll. Bekannte derartige Zusammensetzungen sind zur Beschichtung von zellulosehaltigen Materialien verwendet worden, einschließlich Holz, Holzfaserplatten, Karton, Papier, Pappe und zelluloseartige Gewebe, wie Baumwolle.

Es sind auch verschiedene organische Materialien, besonders polymere Materialien, verwendet worden, um das organische Bindemittel in Zusammensetzungen mit einer Schwellkomponente zu bilden. Das Anschwellen wird bei diesen Zusammensetzungen durch den Einschluß eines oder mehrerer anschwellender Wirkstoffe erreicht, worunter sich verschiedene anorganische Stoffe befinden, beispielsweise Monoammoniumphosphat und verschiedene zerlegbare organische Verbindungen, beispielsweise Dizyandiamid und Hexamethylentetramin. Wenn eine Beschichtung dieser Art mit Feuer in Berührung kommt, verkohlt die Beschichtung, verbrennt aber nicht so leicht, und ein zellularer Aufbau entsteht, der Asche und Kohle enthält.

Aus dem Buch von K a u s c h »Das chemische Feuerlöschwesen«, 1939, S. 6, sind Feuerlöschmittel mit Zusätzen von Stickstoffbasen und Wachsen bekannt. Durch das Buch »Brandlehre und chemischer Brandschutz« von Scheichl, 1955, S. 214ff., sind außerdem verschiedene Feuerschutzmittel bekannt, darunter auch ein Mittel mit organischen Wirkkomponenten, die sich durch Schaumschichtbildung auszeichnen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine feuerhemmende Beschichtungs-Zusammensetzung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die eine dickere kohlenstoffhaltige Kruste ergibt als die bekannten feuerhemmenden Zusammensetzungen, so daß die Brennbarkeit damit beschichteter zellulosehaltiger Materialien wesentlich verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus Kohlenwasserstoffwachs besteht bzw. mehr als etwa 50°/₀ eines Kohlenwasserstoffwachses — bezogen auf das Bindemittel — enthält.

so Trotz seiner hohen Entzündlichkeit ist Kohlenwasserstoffwachs überraschenderweise ein ausgezeichnetes Bindemittel für feuerhemmende Beschichtungs-Zusammensetzungen. Kohlenwasserstoffwachse ergeben in der angegebenen Zusammensetzung eine dickere kohlenstoffhaltige Kruste als die bisher bekannten Zusammensetzungen, so daß die feuerhemmende Wirkung dei Zusammensetzung nach der Erfindung überraschenderweise größer als die bekannter Zusammensetzungen ist.

Es wird bevorzugt, wenn das Kohlenwasserstoffwachs ein mikrokristallines Wachs ist. Der Schmelzpunkt dieses Wachses liegt in der Regel im Bereich zwischen etwa 55 bis 75° C.

Die Zusammensetzung nach der Erfindung kann die Form einer heißen Schmelze aufweisen, wodurch sie sich leicht mit geeigneten, bekannten Maschinen auf flächige Materialien auftragen läßt.

In einer anderen Ausführungsform ist die Zusammensetzung in Wasser und einem Suspensionsmittel dispergiert. In dieser Form läßt sie sich besonders leicht auf Holzfaserplatten und strukturähnliche Werkstoffe aufbringen.

Es sei noch erwähnt, daß saure Emulsionen der bevorzugt verwendeten mikrokristallinen Wachse stabil sind und nicht ausfallen, wenn sie anderen festen Bestandteilen der Dispersion beigefügt werden. An Stelle von mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachsen können auch Paraffinwachse verwendet werden.

Bevorzugte Zusammensetzungen verwenden ein Kohlenwasserstoffwachs als einziges Bindemittel. Es kann jedoch als Bindemittel auch eine Zusammensetzung verwendet werden, die einen größeren Teil, d. h. mehr als etwa 50 % eines Kohlenwasserstoffwachses enthält. Der kleinere Bestandteil· in solchen Bindemitteln kann ein organisches Bindemittel enthalten, z. B. Polymere und besonders Vinylpolymere, solche wie Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid. Die Bindemittel bilden in der bevorzugten Beschichtungs-Zusammensetzung dieser Erfindung etwa 25 bis 30 Gewichtsprozent des gesamten Feststoffgehalts. Größere oder kleinere Mengen von Bindemittel können verwendet werden. Der Betrag an Bindemittel übersteigt jedoch gewöhnlich nicht 40 °/₀ des gesamten Feststoffgehalts. Er unterschreitet auch nicht etwa 25 °/o des gesamten Feststoffgehalts merklich. Der Ausdruck »gesamter Feststoffgehalt« bezieht sich auf die Gesamtsumme aller Zutaten in der Beschichtungs-Zusammensetzung mit Ausnahme von Wasser.

Das Bindemittel bildet in der Beschichtungs-Zusammensetzung dieser Erfindung die Hauptquelle von Kohlenstoff. Es kann jedoch, wenn gewünscht, Stärke hinzugefügt werden, um zusätzlichen Kohlenstoff vorzusehen. Außerdem können die anderen kohlenstoffhaltigen Bestandteile der Beschichtungs-Zusammensetzung, beispielsweise Hexamethylentetramin, auch als Kohlenstoffquelle dienen.

Der anschwellende Whkstoff der vorliegenden Erfindung enthält Hexamethylentetramin und eine im wesentlichen nicht flüchtige anoiganische yerbindung. Diese anorganische Verbindung ist in den meisten Fällen eine Verbindung, welche sich unter Bildung eines Gases bei einer Temperatur in dem Bereich von 150 bis 320⁰C zersetzt und ist gewöhnlich entweder ein Phosphat, ein Sulfat oder ein Ammoniumsalz. Gute Ergebnisse sind mit Ammoniumdihydrogenphosphat erreicht worden. Es können jedoch andere, im wesentlichen nicht flüchtige Verbindungen, solche wie Ammoniummonohydrogenphospha^Natriumdihydrogenphosphat, Ammoniumsulfat, Ammoniumsulfamat und eine Kombination von Borax und Borsäure im Gewichtsverhältnis von 50:50 verwendet werden.

Der im wesentlichen nicht flüchtige, anorganische, anschwellende Wirkstoff ist der hauptsächlich anschwellende Wirkstoff. Er bildet etwa 30% des Gesamtfeststoffgehaltes der Beschichtungs-Zusammensetzung und kann in dem Bereich von etwa 20 bis etwa 35% des Gesamtgewichtes der Feststoffe liegen. Das Verhältnis von Hexamethylentetramin zu Ammoniumdihydrogenphosphat liegt in dem Bereich von etwa 50:70 bis etwa 20:90 (Gewichtsprozent). Andere, im wesentlichen nicht flüchtige anorganische schwellende Wirkstoffe können auf ungefähr einer entsprechenden Gewichtsbasis Ammoniumdihydrogenphosphat ersetzen.

Zusätzlich zu Hexamethylentetramin und einem im wesentlichen nicht flüchtigen anorganischen Material enthalten die Beschichtungen dieser Erfindung organische Substanzen, die beim Zersetzen Gas abgeben. Dicyandiamid ist ein Beispiel eines solchen Materials. Dieses Material ist in verhältnismäßig kleinen Beträgen vorhanden, z. B. von etwa einem Drittel bis zu einem Maximum von etwa der Hälfte des Gewichts des anorganischen schwellenden Wirkstoff es. Das Vorhandensein von zusätzlichen schwellenden Materialien, solche wie Dicyandiamid, verändert nicht das Verhältnis von Hexamethylentetramin zu dem im wesentlichen nicht flüchtigen Material gemäß dieser Erfindung.

Farbstoffe und Füllmittel können, wenn gewünscht, hinzugefügt werden. Zum Beispiel wird den Beschichtungs-Zusammensetzungen dieser Erfindung häufig Ton beigemengt. Die bevorzugte Tonmenge liegt bei etwa 14 bis 15% .des gesamten Feststoffgehaltes. Beträge von mehr als etwa 25% über den bevorzugten Beträgen, d. h. mehr als etwa 18 bis 20% des gesamten Feststoffgehalts, werden gewöhnlich vermieden, da solche großen Beträge das Anschwellen der Zusammensetzung nachteilig beeinflussen. Ton kann ohne schädliche Wirkung vollständig weggelassen werden.

Ein Alaun, ein solches wie Kalium -Aluminium-Sulfat, wird vorteilhaft beigemengt, um die bei der Verkohlung der Beschichtungs-Zusammensetzung gebildete Asche zu verbessern. Es ist wichtig für diese Asche, an dem zellulosehaltigen Substrat zu haften, da eine haftende Asche die Feuer- und Wärmebeständigkeit der Beschichtung erhöht. Die Zusammensetzungen dieser Erfindung haben vorzugsweise die Form von wäßrigen Dispersionen. Solche Dispersionen sind häufig infolge der hohen Azidität des anorganischen schwellenden Wirkstoffes ausgesprochen sauer. Oft liegt der pH-Wert bei 2. Der Prozentsatz der Feststoffe in den Dispersionen dieser Erfindung liegt gewöhnlich bei etwa 50%, wie z. B. von etwa 45 bis etwa 55%.

Der hohe Säuregehalt der Dispersionen macht, wie bereits erklärt, die Verwendung eines säurebeständigen ίο Wachses nötig. Es wild bevorzugt, die Zusammensetzungen dieser Erfindung als wäßrige Dispersionen herzustellen, weil sie in dieser Form leichter auf Holzfaserplatten oder andere in der Struktur ähnliche Teile aufgebracht werden kann, die beschichtet werden sollen. ■ "■'.■

Um die verschiedenen wasserlöslichen Bestandteile in Suspension zu halten, wird ein Suspensionswirkstoff, ein solcher, wie Natriumkohlenoxydmethylzellulose verwendet. Andere geeignete Suspensionswirkstoffe ao enthalten Methylzellulose, Hydroxymethylzellulose und Natriumalginat.

Das geringste Beschichtungsgewicht, das Hartpapiereinlagen für Pappe eine wirksame feuerverzögernde Eigenschaft gibt, liegt bei etwa 14,6 kg Feststoff pro 100 qm beschichteter Oberfläche. Bei diesem Beschichtungsgewicht wird eine wirksame Feuerverzögerung erreicht, obwohl etwas größere Beschichtungsgewichte verwendet werden können. Wesentlich größere Beschichtungsgewichte werden im allgemeinen vermieden, weil die Papiereinlage übermäßig steif wird. Verschiedene zellulosehaltige Materialien erfordern zur Erreichung des besten ■ Resultats im allgemeinen verschiedene Beschichtungsgewichte.

Die Zusammensetzungen dieser Erfindung verleihen brennbaren Zellulosematerialien ausgezeichnete Feüerbeständigkeit, wenn man sie mit bisher bekannten Beschichtungs- Zusammensetzungen vergleicht. Die Feuchtebeständigkeit der Beschichtungen dieser Erfindung ist jedoch wie bei bisher bekannten Zusammen-Setzungen recht niedrig. Die Zusammensetzungen dieser" Erfindung sind also .wasserempfindlich. Dies rührt von den großen Mengen wasserlöslicher Verbindungen und besonders anorganischer Salze her, welche Bestandteile des schwellenden Wirkstoffes sind. Es wurde festgestellt, daß die Feuchtebeständigkeit ohne Verlust in der Anschwellung wesentlich durch die Aufbringung eines dünnen Wachsüberzuges auf. die vorher beschriebene schwellende Beschichtungs-Zusammensetzung verbessert werden kann, nachdem sie getrocknet ist. Gute Resultate wurden erreicht bei einem Beschichtungsgewicht von etwa"'6,S₁Kg pro 100 qm. Das diesen Überzug bildende Wachs kann in wäßriger Emulsion oder als warme Schmelze aufgebracht werden, wobei die Schmelze: bevorzugt wird. Der Wachsschicht werden gewöhnlich keine Verbindungswirkstoffe beigemengt im Gegensatz zu dem anschwellenden Wirkstoff und den anderen Bestandteilen, die in das Wachs gemengt werden, um die erste schwellende Beschichtungs-Zusammensetzung, dieser Erfindung zu bilden. .. . . . ■ ...

Alternativ können die feuerhemmenden Zusammensetzungen dieser Erfindung.in trockener, fester Form hergestellt werden. Solche trockenen Zusammensetzungen haben dieselben Bestandteile, abgesehen von der Weglassung des Wassers, wie die vorher beschriebenen Dispersionen. Die besten Ergebnisse bei der Herstellung trockener Zusammensetzungen weiden erreicht, wenn die anschwellenden Wirkstoffe, die

Farbstoffe und die anderen festen Bestandteile in trockenem Zustand zusammengemischt und dann langsam dem geschmolzenen Wachs oder den Wachsmischungen beigemengt werden. Das Verhältnis und die Größenordnung der verschiedenen Bestandteile zueinander ist das- oder dieselbe wie vorher angegeben worden ist, mit der Ausnahme, daß das Verhältnis von Anschwellmittel und Farbstoff-Feststoffen zu Wachs, Wachsmischungen oder geschmolzenen Feststoffen etwas vermindert wird. Die Anschwellmittel und Farbstoff-Feststoffe bilden etwa 50 bis 60°/₀, vorzugsweise etwa 55°/o> des Gesamtgewichts der Trockenmischung. Die Mengen von Farbstoff und Anschwellstoff-Feststoffen in der Trockenmischung muß genügend sein, daß, wenn eine Flamme mit der Beschich- tung in Berührung kommt, die Anschwellung stattfindet, bevor das Wachs eine Möglichkeit hat, zu schmelzen, und wegzulaufen und die Schwellstoff-Feststoffe mit ihm. Andererseits muß die Menge der Anschwellstoff- und Farbstoff-Feststoffe niedrig genug sein, daß die Dispersionen dieser Feststoffe in geschmolzenem Wachs nicht zu flüssig sind, um mit normalerweise verfügbaren Beschichtungsmethoden gehandhabt zu werden. Die Verwendung von Dispersionen in geschmolzenem Wachs macht es möglich, as Schmelzbeschichter zu verwenden, und schaltet die Trocknungsperiode aus, die bei Wasserdispersionen nötig ist. Die Beschichtung starrer Zellulosematerialien wird durch diese letztere Art des Beschichters wesentlich erleichtert. ,

Diese Erfindung wird nun unter Hinweis auf spezielle Ausführungsformen weiter beschrieben, wie durch die folgenden Beispiele dargestellt wird. Jedes der folgenden Beispiele gibt die Zusammensetzung einer dieser Erfindung an, wobei alle Teile in Gewichtsteilen angegeben werden. Bei der Aufbereitung der Zusammensetzungen werden die Bestandteile in der unten angegebenen Reihenfolge beigemengt.

Beispiell

Bestandteil

Wasser 60

5°/_oige Wasserlösung von Natriumkohlen-

oxydmethylzellulose mittlerer Viskosität. . 34,5

Hexamethylentetramin I 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

> »Mobilcer X« 75

»Mobilcer X« ist eine säurebeständige wäßrige Emulsion eines mikrokristallinen Kohlenwasserstoff wachses, das einen Feststoff gehalt von ungefähr 50 % aufweist.

Beispiel 2

Bestandteil Gewichts

teile

Wasser 60

5°/_oige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Beispiel 3

Bestandteil

Gewichtsteile

Wasser 60

5%ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

B e i s pi el 4
Bestandteil

Wasser 60

5 %ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Dicyandiamid .... 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

B ei s pie I 5
Bestandteil

Gewichts-

Wasser

5%ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 20

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton ; 30

Dicyandiamid ... 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Beispiel 6
Bestandteil

Wasser 60

5%ige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 50

Monoammoniumphosphat : 70

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

Beispiel 7
Bestandteil

Gewichtsteile

Wasser 60

5⁰/oigeNatriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 112

Beispiel 8

Bestandteil

Gewichtsteile

Wasser 60

5%ig^e Natriumkohlenbxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer Q« 75

»Mobilcer Q« ist eine wäßrige Emulsion, die etwa 50 Gewichtsprozent eines säurebeständigen mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses enthält, dessen Schmelzpunkt bei etwa 76° C liegt.

B e i s ρ i e 1 9

Bestandteil

■ Gewichtsteile

Wasser 60

5°/_oige Natriumkohlenoxydmethylzelluloselö-

sung 34,5

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

Ton 30

Dicyandiamid 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

»Mobilcer X« 75

»Saran Latex F 122-A20« <.. 25

»Saran Latex F 122-A20« ist eine säurebeständige wäßrige Emulsion von Polyvinylidenchlorid, hergestellt von der Firma Dow Chemical Co., Midland, Michigan.

Die obigen Bestandteile in jedem der Beispiele 1 bis 9 werden in der angegebenen Reihenfolge in ein Mischgefäß gebracht; alle Bestandteile, ausgenommen das Wachs und der Latex, werden in ein mit einem Propellerrührwerk versehenen Behälter gebracht und glattgerührt. Die sich ergebende Mischung wird dann in einen Waring-Mischer überführt und etwa 5 Minuten gerührt. Die feindispergierte Mischung wird dann zui ück in das Gefäß mit dem Propellerrührwerk gebracht, wonach die Wachsemulsion und gegebenenfalls dei Latex zugefügt wird.

Die oben beschriebenen, hergestellten Dispersionen weiden auf die Oberfläche von Zelluloscmaterial, beispielsweise Hartpapier, gebracht, und zwar in einer oder mehr ' Passagen durch eine Beschickungsmaschine Die Beschichtung oder die zusätzliche Beschichtung wird nach jedem Aufbringen gctiocknet. Das Gesamtgewicht der Beschichtung nach dem Trocknen sollte wenigstens 14,6 kg pro 100 qm betiagen.

Beispiel 10

Hartpapiereinlage für Pappe wird mit der Zusammensetzung des Beispiels 1 beschichtet und getrocknet. Dann wird eine Überzugsschicht von »Mobilcer C«- Wachs in 50%iger wäßriger Emulsion aufgebracht, in einer Beschichtungsrate von 6,85 kg pro 100 qm der Papiereinlage.

»Mobilcer C« ist eine wäßrige Emulsion, die etwa ίο 44 Gewichtsprozent eines säureempfindlichen Paraffinwachses enthält, dessen Schmelzpunkt bei etwa 55⁰C liegt.

Trockenwachszusammensetzungen gemäß dieser Erfindung können in Form einer warmen Schmelze aufgebracht werden. Beispiel 11 veranschaulicht die Zusammensetzung und Aufbringung einer solchen Trockenzusammensetzung.

Beispiel 11
Bestandteil

Gewichtsteile

Hexamethylentetramin 30

Monoammoniumphosphat 90

Stärke 15

_a5 Ton 30

Kaliumaluminiumsulfat 15

125 Gewichtsteile der obigen Trockenmischung werden dann in 100 Gewichtsteilen von Paraffinwachs in geschmolzenem Zustand dispergiert.

Die oben beschriebene Trockenmischung wird dann auf die Oberfläche einer zellulosehaltigen Platte gebracht, während das Wachs in geschmolzenem Zustand ist. Diese Beschichtung wird in einem Beschichtungsgewicht von mindestens 19,5 kg pro 100 qm aufgebracht.

Beispiel 12

130 Gewichtsteile der Trockenmischung des Beispiels 11 wird der folgenden verbundenen Wachsmischung in geschmolzenem Zustand beigefügt.

Bestandteil

Petrol wachs 50

Arochlor 2565* 50

Elvax 260** 30

* Arochlor ist ein chloriertes Diphenyl, hergestelll von der Firma Monsante Chemical Company.

** rivax 260 ist ein Vinylharz, hergestelll durch die Firma F.. I. du Pont de Memours & Co.

Diese Beschichtung wird in Gewichten von wenigstens 19,5 kg pro lOOqm aufgebracht.

Die vorliegende Erfindung schafft eine wirtschaftliehe und hochwiiksame feuerhemmendc Zusammensetzung, welche auf Zellulosematerialien, solche wie Pa ppi: j Faserstoff, Holz u.dgl., aufgebracht werden kann.

309 608/261

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Feuerhemmende Beschichtungs-Zusammensetzung zur Verwendung mit brennbaren, zellulosehaltigen Materialien mit einem bei Wärme zersetzbaren Schwellmittel und einem Bindemittel, wobei das Schwellmittel Hexamethylentetramin und eine im wesentlichen nicht flüchtige und in der Wärme zersetzbare anorganische Schwellkomponente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus Kohlenwasserstoffwachs besteht bzw. mehr als etwa 50 % eines Kohlenwasserstoffwachses — bezogen auf das Bindemittel — enthält.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffwachs ein mikrokristallines Wachs ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffwachs einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 55 bis etwa 75° C aufweist.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung in Wasser und einem Suspensionsmittel dispergiert ist.

5. Verfahren zum Aufbringen der feuerhemmenden Beschichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung in Form einer heißen Schmelze aufgebracht wird.