DE2124811B2 - Feuerfeste Schaumstoffplatte - Google Patents

Description

20

Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Schaumstoffplatte vom Raumgewicht 20—80 kg/m³, die bei Flammeinwirkung keine brennbaren oder rauchenden Gase abgibt

Nach der britischen Patentschrift 11 70 999 ist es bekannt, Hohlperlen aus Vinylchlorid-Äthylen-Copolymeren zu einem schwerbrennbaren Schaumstoff zu verarbeiten. Wird ein solcher Schaumstoff beflammt, so schmelzen die Hohlperlen weg, und die Flamme kann durch das entstehende Loch hindurchschlagen. In dieser Patentschrift wird auch das Verkleben der Hohlperlen mit einer Wasserglaslösung zu einem wärmestandfesten Schaumstoff beschrieben. Nach Trocknung entsteht ein syntaktischer Schaumstoff aus Hohlperlen und der silikathaltigen Gerästsubstanz. Unter syntaktischen Schaumstoffen werden geschäumte Stoffe von einem niedrigen Raumgewicht verstanden, die aus einer zusammenhängenden Phase eines beliebigen Bindemittels bestehen, in die hohle, sphärische Gebilde eingebettet sind, die ihrerseits eine zusammenhangende selbstunterstützende Membrane besitzen.

Ein syntaktischer Schaumstoff kommt einem geschlossenen, zelligen Schaumstoff gleich, bei dem an der Grenzfläche von fester Phase und eingeschlossenem Gas eine dünne Membrane aus dem Material der Hohlperlen liegt. Bei einem Abbindeprozeß verhindert die Membrane, daß die eingeschlossenen Gase entweichen oder größere Poren bilden. Die mit Hilfe von Wasserglas hergestellten Schaumstoffplatten gemäß der britischen Patentschrift 11 70 999 besitzen eine hohe Flammfestigkeit bei einer außergewöhnlich langen Durchbrennzeit von über 30 Minuten.

Nachteilig ist jedoch ihr hohes Raumgewicht von 100 bis 300 kg/m³. Zwar können durch einen erhöhten Anteil von Hohlperlen auch Schaumplatten mit niederem Raumgewicht hergestellt werden, jedoch besitzen solche Platten kürzere Durchbrennzeiten. Auch läßt bei einem geringeren Raumgewicht die Druckfestigkeit nach. Um mit Polystyrol oder Polyurethanschäumen vergleichbare Wärmedämmwerte zu t>o erhalten, müßten diese Platten in dicken Schichtstärken von über 5 cm zum Einsatz kommen. Das Aushärten eines syntaktischen Wasserglasschaumes in dicken Schichten bereitet aber Schwierigkeiten, da das restliche Wasser durch dicke Schichten hindurch nur to schwer zu entfernen ist

Es wurde nun gefunden, daß man feuerfeste Schaumstoffplatten herstellen kann, die bei einer Flammeinwirkung weder durchbrennen, noch brennbare und rauchende Gase abgeben, gleichzeitig eine gute Wärmedämmwirkung bei einem niedrigen Raumgewicht besitzen, wenn man Platten aus schwerentflammbaren Polyurethanschaumstoffen, einseitig oder beidseitig mit einem syntaktischen Schaumstoff, bestehend aus 1 bis 20 Gewichtsteilen Hochperlen aus speziellen Vinylchlorid-Äthylen-Copolymerisaten und 80 bis 99 Gewichtsteilen einer silikathaltigen Gerüstsubstanz, beschichtet Die syntaktisch geschäumte Silikatschicht besitzt in der Regel eine Dicke von 0,5 bis 5 cm, die Polyurethanplatte ist in der Regel 2 bis 10 cm dick. Das Raumgewicht der Schichtplatte liegt in der Regel zwischen 20 und 80 kg/m³ und somit wesentlich unter dem Raumgewicht einer reinen syntaktisch geschäumten Silikatplatte derselben Dicke. Beispielsweise beträgt das Raumgewicht einer reinen Silikatplatte 100 kg/m³, dagegen das einer mit demselben Material in 1 cm dicker Schicht einseitig überzogenen 2 cm dicken Polyurethanplatte 50 kg/m³. Die Verbundplatte besitzt eine Wärmeleitzahl von ca. 0,025, dagegen die reine Silikatplatte 0,050.

Eine 7,5 cm dicke Silikatplatte entspricht somit einer 3 cm dicken Verbundplatte bei gleicher Wärmedämmung. Durch Verwendung der Verbundplatte ergeben sich erhebliche Gewichtseinsparungen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine feuerfeste Schaumstoffplatte vom Raumgewicht 20—80 kg/m³, die bei Flammeinwirkung keine brennbaren oder rauchenden Gase abgibt, aus Hohlperlen aus einem Copolymerisat von Vinylchlorid und Äthylen und aus einer silikathaltigen Gerüstsubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwer entflammbare Polyurethanschaumstoffplatte einseitig oder beidseitig mit einem syntaktischen Schaum, bestehend aus 1 bis 20 Gewichtsteilen Hohlperlen aus einem Copolymerisat aus 92—85 Gew.-°/o Vinylchlorid und 8—15 Gew.-% Äthylen und 80—99 Gewichtsteilen einer silikathaltigen Gerüstsubstanz beschichtet worden ist.

Erfindungsgemäß werden Platten aus schwerentflammbaren Polyurethan-Schaumstoffen eingesetzt. Die Herstellung solcher Polyurethanschaumstoffe ist an sich bekannt und z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift 19 29 034 und in den belgischen Patentschriften 7 61 626 und 7 52 261 beschrieben. Darüber hinaus wird die Herstellung derartiger Schaumstoffe z. B. auch in dem Kunststoff-Handbuch, Band VII, Polyurethane, herausgegeben von R. Vieweg und A. Höchtlen, Carl Hanser Verlag, München, 1966, z. B. auf den Seiten 518—520 und 475 beschrieben. Vorzugsweise werden harte Schaumstoffe eingesetzt.

Dem Polyurethanschaumstoff können gegebenenfalls flammhemmende Substanzen zugesetzt worden sein. Als flammhemmende Substanzen sind allgemein Halogen, Phosphor, Antimon, Bor sowie gegebenenfalls Stickstoff enthaltende organische Verbindungen zu nennen.

Das Raumgewicht der Polyurethanschaumplatten beträgt in der Regel 10 bis 60 kg/m³. Man kann die Platten aus Blöcken in der gewünschten Dicke schneiden.

Die verwendeten Hohlperlen bestehen aus 8 bis 15 Gewichtsprozent Ä'lhylen und 85 bis 92 Gewichtsprozent Vinylchlorid in copolymerisierter Form. Sie werden z. B. nach der britischen Patentschrift 1187 667 hergestellt. Der Durchmesser der Hohlperlen beträgt in der Regel 50 bis 2000 μπι. Es ist zweckmäßig, die Hohlperlen in wasserfeuchter Form, wie sie unmittelbar

nach dem Blähprozeß anfallen, zu verwenden, doch können auch getrocknete Hohlperlen eingesetzt werden. Vorteilhaft vermischt man das silikathaltige Bindemittel vor dem Blähprozeß im Polymerisationsoder einem zweiten Mischautoklaven. Will man nach dem Blähprozeß die silikathaltigen Bindemittel einmischen, so kann dies auf Schnecken, Mischern, Knetern geschehen. Die silikathaltigen Bindemittel werden in Form ihrer wäßrigen Lösungen oder als Hydrosole eingesetzt. Unter silikathaltigem Bindemittel versteht man an sich bekannte Alkalisilikate, wie sie z. B. durch Behandeln von Quarz, Gläsern, silikathaltigen Mineralien, Kieselsäurederivaten mit Alkalilaugen entstehen und unter der Bezeichnung »Wassergläser« bekannt sind. Ferner kommen monomere oder polymere Kieselsäure, Kieselsäure mit aliphatischen oder oycloaliphatischen Alkoholen, hydratisierte Kieselsäure, sogenannte Hydrosole in Frage, wie sie in Gmelin, Handbuch der anorganischen Chemie, 8. Auflage, Bd. 15, S. 408—484 beschrieben sind.

Die silikathaltigen Bindemittel werden als 10 bis 80 Gew.-%ige Lösungen oder Sole in Wasser mit den Hohlperien vermischt, bzw. vor dem Blähprozeß den feinteiligen, treibmittelhaltigen Polymerteilchen zugegeben. Auf 1 bis 20 Gewichtsteile Hohlperlen bzw. feinteiliges ungeschäumtes Polymerisat werden 99 bis 80 Gewichtsteile silikathaltige Bindemittel eingesetzt. Die Hohlperien haben im geblähten Zustand ein Schüttgewicht von 4 bis 60 kg/m³. Die Mischungen können noch Zusätze wie Pigmente, Stabilisatoren, Verdickungs- und Gleitmittel, Elastifiziermittel, weitere Bindemittel wie organische Polymeremulsionen oder wasserlösliche Kleber, wie in der britischen Patentschrift 11 70 999 beschrieben, enthalten. Solche Zusätze können in 1 bis 50 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile silikathaltiges Bindemittel eingesetzt werden. Durch Altern, Entzug von Wasser, entweder thermisch oder durch Säuren oder Basen bzw. Basen bindende Mittel, gelieren die Schaummischungen, und es entstehen feste Schaumgerüste. Das Altern kann durch Zusätze beschleunigt werden, wie z.B. durch latente Säuren. Das sind Verbindungen, die Säuren in Freiheit setzen können, die ihrerseits ein Gelieren oder eine Polykondensation der Kieselsäurederivate bewirken. Solche Verbindungen sind zum Beispiel Azodicarbonamide, Percarbonate, Kohlensäureester, Ammoniumcarbonat, Ammoniumoxalat, Ammoniumcarbamat, Formiate. Diese Verbindungen spalten beispielsweise bei Temperatureinwirkung Kohlendioxyd ab, das das Alkali bindet, und somit ein Gelieren der Schaummassen hervorruft

Man kann auch mit Aminhydrochloriden wie Anilinhydrochlorid, Ammoniumsalzen wie Ammoniumacetat, anorganischen und auch organischen Säuren, bzw. Polycarbonsäuren gelieren. Die Katalysatoren werden in 0,5 bis 50 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile silikathaltiges Bindemittel zugesetzt. Die Silikat-Hohlperlenmischung wird z. B. mit Breitschlitzextrudern, Walzen, Rakeln, Abf treifern auf die Polyurethanplatten diskontinuierlich oder kontinuierlich in 0,5 wj bis 5 cm dicker Schicht aufgetragen. Zur Verbesserung der Haftung kann die Polyurethanplatte vorher mit einem Haftvermittler wie Wasserglaslösung oder einem Kleber besprüht oder bepinselt werden.

Die Verbundplatten trocknen bei Raumtemperatur <>> oder auch bei erhöhter Temperatur in öfen oder auch durch Beblasen mit erwärmter Luft. Sehr zweckmäßig erweist sich die Erwärmung durch Infrarot oder Mikrowellenbeheizung. Die Schaumschicht wird dabei z. B. auf Temperaturen von 40 bis 130° gebracht Zur Beschleunigung des Abbindevorganges können die Platten auch mit Kohlendioxyd, Salzsäure, Stickoxyden, Ameisensäure, Essigsäure, Schwefeldioxyd beblasen werden. Der Vorteil der beanspruchten Schaumplatten besteht darin, daß bei Flammeinwirkung die Hohlperien keine brennbaren Gase abspalten, wie es beispielsweise bei Verwendung von geschäumten Polystyrolkugeln bekannt ist Der überwiegende Anteil in den Zersetzungsgasen der Hohlperien besteht aus Chlorwasserstoffsäure, die teilweise vom alkalischen Silikatgerüst absorbiert wird. Bei Flammeinwirkung verbrennt der minimale organische Anteil ohne Rauchentwicklung vollständig zu Kohlendioxyd und Wasser. Das zurückbleibende fast geschlossenzelüge Silikatgerüst widersteht der Flammeinwirkung und verhindert auch eine Ausbreitung der Flammen. Die erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendende Polyurethanschicht schmilzt an der Stelle der Beflammung weg, ohne dabei selbst zu brennen. Die zurückbleibende Silikatschicht verhindert auch ein Durchschlagen der Flamme, so daß die beanspruchten Platten besonders als Brandschutzplatten Interesse finden. Solche Brandschutzplatten dienen zur Fassadenisolierung, zur Errichtung von Zwischenwänden, zur Flachdachisolierung, wobei die hohe Druckfestigkeit von 5 bis 10 kg/m² von Vorteil ist Im folgenden werden Möglichkeiten zur Herstellung von Verbundplatten beschrieben.

Vergleichsbeispiel

Man mischt 10 000 ecm feuchte Hohlperlen mit einem Wassergehalt von 50 Gew.-%, einem Teilchendurchmesser von 300 bis 600 μπι der Zusammensetzung 13,5 Gew.-% Äthylen und 86,5 Gew.-% Vinylchlorid mit 1000 ecm einer 10-%igen wäßrigen Zitronensäurelösung. Unter die so vorbehandelten Hohlperlen mischt man rasch 4000 g einer 25 Gew.-% Wasserglaslösung und streicht die Masse in eine silikonierte Form der Abmessungen 40 χ 40 χ 7,5 cm. Die Mischung wird unter Kohlendioxydatmosphäre 1 Stunde bei 50°C im Wärmeschrank gelagert, und anschließend wird die gelieferte Platte entformt. Bei Raumtemperatur gelagert, benötigt man ca. 3 Wochen bis zur Gewichtskonstanz. Das Raumgewicht der Platte beträgt nunmehr 100 g/l. Die Wärmeleitzahl beträgt 0,050.

Beispiel 1

Eine Polyurethanplatte der Abmessung 40 χ 40 χ 2 vom Raumgewicht 25 g/l, hergestellt durch Verschäumung einer Mischung von 100 g eines auf Bisphenol A gestarteten Propylenoxydpolyäthers, der entständig mit 13 Gew.-% Äthylenoxid modifiziert worden ist und eine OH-Zahl von 240 aufweist, 1,5 g Wasser, 0,8 g Triäthylamin und 30 g Monofluortrichlormethan sowie 105 g eines nach der französischen Patentschrift 7017 514, Beispiel IA, hergestellten Biuretpolyisocyanats vom NCO-Gehalt 34,6 Gew.-°/o, wird einseitig mit einer 25%igen Wasserglaslösung eingepinselt, in einen 40 χ 40 χ 3 cm-Rahmen gelegt und mit der im Vergleichsbeispiel beschriebenen Mischung beschichtet. Nach 1-stündigem Gelieren im Wärmeofen unter Kohlendioxydatmosphäre wird entformt und die Platte bei Raumtemperatur gelagert. Nach ca. 3 Tagen wird ein konstantes Gewicht erreicht. Die Platte besitzt ein Raumgewicht von 50 g/l bei einer Wärmeleitzahl von 0,025. Die Druckfestigkeit auf der Silikatschaumseite beträgt 7 kg/cm². Die Platte wird in der Mitte mit einem

Gebläsebrenner, der mit Luft und Erdgas gespeist wird und eine 10 cm lange Flamme erzeugt, auf der Seite der Silikatschicht beflammt Bei der Beflammung tritt keine Rauchentwicklung auf, auch schlagen aus der Platte keine Flammen aus. Nach etwa 3 Minuten beginnt die Polyurethanschicht auf der Rückseite wegzuschmelzen. Nach 10 Minuten zeigt die Polyurethanseite ein Loch vom Durchmesser 7 cm. Auch nach 30 Minuten war die Flamme durch die Silikatschicht noch nicht durchgeschlagen.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wird wiederholt jedoch anstelle der beschriebenen Polyurethanplatte eine Platte, die hergestellt ist durch Verschäumung einer Mischung aus 100 g eines auf Sucrose gestarteten Propylenoxidpolyäthers der OH-Zahl 380, 1 g Siliconstabilisator, 13 g Triäthylamin, 0,5 g Wasser, 10 g Trichloräthylophosphat und 40 g Monofluortrichlormethan und 110 g eines Polyphenyl-polymethylen-polyisocyanats (hergestellt durch Kondensation von Anilin mit Formaldehyd und

anschließende Phosgenierung) vom NCO-Gehalt 31,2 Gew.-%.

Die Abmessung des Rahmens beträgt wiederum 40 χ 40 χ 3 cm, das Raumgewicht 30 g/L Nach Erreichen eines konstanten Raumgewichtes der Schichtplatte von 40 g/l betrug die Wärmeleitzahl 0,023. Nach Beflammung wies die Polyurethanseite nach 5 Minuten ein Loch vom Durchmesser 8 cm auf, die Silikatschicht war nach 30 Minuten noch intakt.

Beispiel 3

Die in Beispiel 1 beschriebene Schichtplatte wird nach dem Abbindeprozeß auf der unbeschichteten Seite mit derselben Silikatmischung in einem 40 χ 40 χ 4 cm Rahmen beschichtet und wie in Beispiel 1 beschrieben auf Gewichtskonstanz getrocknet Die Dichte beträgt jetzt 623 g/l bei einer Wärmeleitzahl von 0,03. Bei Beflammung war die Platte äußerlich nach 30 Minuten noch intakt Die Platte wurde auseinander geschnitten, sie zeigte innen einen Hohlraum von ca. 9 cm Durchmesser.

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Feuerfeste Schaumstoffplatte vom Raumgewicht 20—80 kg/m³, die bei Flammeinwirkung keine brennbaren oder rauchenden Gase abgibt, enthaltend Hohlperlen aus einem Copolymerisat von Vinylchlorid und Äthylen und aus einer silikathaltigen Gerüstsubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwerentflammbare Polyurethanschaumstoffplatte einseitig oder beidseitig mit einem syntaktischen Schaum, bestehend aus 1 bis 20 Gewichtsteilen Hohlperlen aus einem Copolymerisat aus 92—85 Gew.-% Vinylchlorid und 8—15 Gew.-% Äthylen und 80—99 Gewichtsteilen einer silikathaltigen Gerüstsubstanz beschichtet worden ist