DE3819484A1

DE3819484A1 - Flammenschutzbeschichtungsmittel

Info

Publication number: DE3819484A1
Application number: DE19883819484
Authority: DE
Inventors: Kurt Hans Juergen Dipl Goebell
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1989-12-14
Also published as: EP0346001A2; EP0346001A3; JPH0232177A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein eine Dämmschicht bildendes Beschichtungsmittel auf der Basis einer wäßrigen, intumeszierenden Kunstharzdispersion zu Flammschutzzwecken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, im Brandfall gefährdete Teile, z.B. Kabelmuffen, Kabeldurchführungen oder andere Teile aus Kunststoff, Holz und Stahl oder dergleichen, mit einem Feuerschutzmaterial zu be schichten. Als Feuerschutzmaterial kann mit Vorteil ein Material verwendet werden, das sich unter Feuereinwirkung ausdehnt und sich dabei in ein abdichtendes und schlecht wärmeleitendes kru stenartiges Material umwandelt.

Eine bekannte intumeszierende Flammschutzbeschichtung besitzt die Eigenschaft, im Brandfalle über dem zu schützenden Material eine isolierende Kohlenstoffschicht auszubilden, deren Dicke ein Vielfaches der ursprünglichen Beschichtung beträgt. Die Kohlenstoffschicht bildet eine wirksame Abschirmung gegen Feuer und Wärmeeinwirkung und bewirkt als Dämmschicht z.B. einer elektrischen Installa tion, daß im Brandfalle deren Funktion länger aufrechter halten wird sowie, daß weiterhin die durch z.B. brennende Kabel normalerweise hervorgerufenen Sekundärschäden, wie die Abspaltung korrosiver Gase, minimiert werden. Ein bekanntes intumeszierendes Flammschutzmittel besteht z.B. aus den folgenden Komponenten:

1. einer säurebildenden Verbindung, z.B. Phosphorsalze, die unter Hitzeeinwirkung eine nicht flüchtige Säure freisetzt, die

2. eine hydroxylgruppenreiche Komponente, z.B. Stärke oder Pentaerythrit, unter Wasserfreisetzung in Kohlenstoff und Kohlendioxid zersetzt, und

3. einem Treibmittel, z.B. Guanidin oder Melamin, das die Schaumbildung der Kohlenstoffzersetzungsprodukte be wirkt.

Wahlweise können weiterhin Pigmente, Bindemittel und unterschiedliche Aktivatoren zugesetzt sein.

Als Beispiel für eine solche intumeszierende Dispersion ist z.B. aus der US-Patentschrift 41 66 743 eine Zusammen setzung bekanntgeworden, die Ammoniumpolyphosphat als Säurebildner, Dipentaerythrit und Stärke als Kohlenstoff liefernde Komponenten sowie Dicyanidamid als Treibmittel enthält. Ein Nachteil dieser Zusammensetzung liegt jedoch darin, daß die im Brandfall gebildete Dämmschicht relativ leicht durch mechanische Einwirkungen beeinträchtigt oder gar zerstört werden kann, wie z.B. durch Erschütterungen, verursacht durch herunterfallende Gebäudeteile oder auch durch die bei Bränden häufig auftretenden Luftbewegungen. Als Folge davon ist die Flammschutzwirkung stark reduziert oder gar nicht mehr gegeben.

Diesem Problem kann teilweise dadurch begegnet werden, daß man, wie in der deutschen Patentschrift 28 07 697 offenbart, der oben beschriebenen Flammschutzdispersion wärmehärtende Phenoplaste zusetzt, die dem Kohlenstoffschaum eine erhöhte Festigkeit verleihen. Ein Nachteil dieses Verfahrens be steht darin, daß Phenoplaste sich nicht als Zusatz für wasserlösliche Dispersionen eignen; darüber hinaus werden beim Erwärmen u.a. giftige Stoffe, z.B. Phenol und Form aldehyd, freigesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Be schichtungsmittel in Form einer intumeszierenden, wäßrigen Kunstharzdispersion als Flammschutz bereitzustellen, die unter Hitzeeinwirkung in ungiftiger Weise eine gegenüber mechanischen Einwirkungen relativ stabile Kohlenstoff schaumschicht bildet.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Kunstharzdis persion ein Granulat auf Basis von Alkalipolysilikat zu gesetzt wird, dessen Partikeln schwer wasserlöslich sind.

Es ist bereits eine Reihe von Flammschutzmitteln bekannt, die hydratisiertes Alkalipolysilikat in Granulatform ent halten. Aufgrund ihrer Fähigkeit durch Aufnahme von Wasser molekülen zwischen die Silicium-Sauerstoffschichten auf ein Vielfaches ihrer ursprünglichen Größe anzuquellen, eignen sich Alkalipolysilikate ebenfalls gut als intumes zierende Komponenten in Flammschutzdispersionen. So offen baren z.B. die US-Patentschriften der Anmelderin US-A- 42 73 879 und US-A-45 21 333 unterschiedliche Flammschutz beschichtungen, die Alkalipolysilikate in Granulatform als alleinige, intumeszierende Komponenten enthalten.

Um die Verarbeitung zu erleichtern bzw. die Haltbarkeit der Polysilikatpartikeln zu erhöhen, ist es weiterhin be kannt, sie mit einer wasserabweisenden Umhüllung zu ver sehen, die verhindern soll, daß sich die Partikeln vorzeitig auflösen. So ist es z.B. aus der ebenfalls von der Anmel derin eingereichten US-Patentschrift US-A-42 18 502 bekannt, bei Verwendung in Dachbeschichtungen die Polysilikatpar tikeln mit einer Schicht zu umgeben, die aus einer Metall seife und einer ionisierbaren Verbindung des gleichen Metalles, z.B. einem Hydroxid oder einem Chlorid, besteht. In Gegenwart von Wasser entsteht in der Umhüllung ein Metall-Kation, das mit dem Polysilikation zu einem Reak tionsprodukt von geringerer Wasserlöslichkeit reagiert.

Es ist jedoch nicht bekannt, ein schwer wasserlösliches Granulat auf Alkalipolysilikatbasis als Zusatz zu wäßrigen Flammschutzanstrichen beizumischen.

Im Gegenteil zum zuletzt erwähnten Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung das Alkalipolysilikat der wäßrigen Kunstharzdispersion nicht wegen seiner intumes zierenden Eigenschaften zugefügt. Die Dispersion enthält bereits alle notwendigen Komponenten, die im Brandfalle die Ausbildung einer isolierenden Kohleschaumschicht be wirken, so daß der Zusatz einer weiteren intumeszierenden Komponente, in diesem Fall das Alkalipolysilikat, nicht notwendig ist.

Es hat sich jedoch überraschend herausgestellt, daß wäßrige, intumeszierende Kunstharzdispersionen, denen Alkalipoly silikat in Granulatform zugesetzt wird, im Brandfalle eine Kohlenstoffschaumschicht bilden, die sehr viel beständiger ist als die von silikatfreien Dispersionen gebildete. Die Beschichtung auf der Basis einer polysilikathaltigen Kunst harzdispersion ist widerstandsfähig gegen mechanische Ein wirkungen und Feuchtigkeit und bildet bei Feuer keine giftigen Gase, wie das bei organischen z.B. Phenoplaste enthaltenden Schaumbildnern der Fall ist. Außerdem trägt das von dem Polysilikat freigesetzte Wasser im Brandfalle zu einer Abkühlung der Oberfläche bei.

Um diese gewünschten Effekte in wäßrigen Kunstharzdisper sionen dauerhaft zu gewährleisten, muß jedoch dafür Sorge getragen werden, daß das verwendete in der Regel wasser lösliche Alkalipolysilikat in der Dispersion nicht aufge löst wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die einzelnen Partikeln des Silikatgranulats schwer wasser löslich sind. Das kann z.B. vorzugsweise dadurch erreicht werden, daß man sie mit einer wasserabweisenden Umhüllung umgibt. Geeignete Hydrophobierungsmittel können z.B. Wachse oder Paraffin sein, die Hydrophobierung erfolgt nach bekannten Verfahren.

In einer weiteren Ausgestaltung kann das Granulat ein Borat, z.B. Zinkborat, in einer Menge enthalten, daß sich das molare Verhältnis von Bor zu Alkalimetall in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,9 bewegt.

Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Alkalipolysilikat kann es sich z.B. um Natrium- oder Kalium- aber auch Lithium polysilikate handeln. Der Aufbau des Polysilikates ent spricht der Formel M₂O : xSiO₂, wobei M für das Metall und x für einen Zahlenbereich von etwa 1,5 bis etwa 4,0 steht.

Darüber hinaus kann das Granulat zu 5 bis 15 Gew.-% aus Wasser bestehen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dem Beschich tungsmittel das Silikatgranulat in einer Menge zuzusetzen, die zwischen 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise jedoch zwischen 15 bis 50 Gew.-% variiert.

Beispiel für ein erfindungsgemäßes, wäßriges Beschichtungs mittel

17 Gew.-% Wasser
17 Gew.-% Anstrichzusätze
4 Gew.-% Titanoxid
11 Gew.-% Pentaerythrit
11 Gew.-% Phosphorsalze
17 Gew.-% Dicyandiamid
16 Gew.-% Kunstharzdispersion
30 Gew.-% Alkalisilikatgranulat

Beispiele für die Zusammensetzung des Granulats

1. 57 Gew.-% Natriumpolysilikat der Formel
Na₂O : xSiO₂ mit x gleich 2,8 und
43 Gew.-% Zinkborat der Formel3 ZnO×2 B₂O₃;
2. 62 Gew.-% Kaliumpolysilikat der Formel K₂O : xSiO₂mit x gleich 2,8 und
38 Gew.-% Zinkborat der Formel siehe oben;
3. eine der unter 1. oder 2 genannten Zusammensetzungen, die zusätzlich, bezogen auf das Gesamtgewicht, 7,5 Gew.-% Wasser enthält.

In allen vier Fällen wurde der Durchmesser der Partikeln so gewählt, daß er sich in einem Bereich von 300 bis 840 µ bewegte. Als Hydrophobierungsmittel wurde Wachs verwendet.

Claims

1. Beschichtungsmittel auf der Basis einer wäßrigen, intu meszierenden Kunstharzdispersion zu Flammschutzzwecken mit

a) säurebildenden Verbindungen in Form von Salzen einer anorganischen, nicht flüchtigen Säure,
b) hydroxylgruppenreichen Verbindungen, die sich in Ge genwart von Säuren und Wärme zu Kohlenstoff, Wasser und Kohlendioxid zersetzen,
c) einem Treibmittel, das für die Schaumbildung der koh lenstoffreichen Zersetzungsprodukte sorgt und
d) einem thermoplastischen Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein Granulat auf Alkali polysilikatbasis zugesetzt wird, dessen Partikeln schwer wasserlöslich sind.

2. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Partikeln mit einer wasserabweisenden Um hüllung versehen sind.

3. Beschichtungsmittel nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die wasserabweisende Umhüllung aus Paraffin oder Wachs besteht.

4. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat Borat in einer Menge enthält derart, daß das molare Verhältnis von Bor zu Alkalimetall in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,9 liegt.

5. Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalipolysilikat der Formel M₂O : xSiO₂ entspricht, wobei M für das Alkalimetall und x für einen Zahlenbereich von etwa 1,5 bis etwa 4,0 steht.

6. Beschichtungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem Alkalipolysilikat um Natrium- oder Kaliumpolysilikat handelt.

7. Beschichtungsmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem Alkalipolysilikat um Lithiumpolysilikat handelt.

8. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat zu 5 bis 15 Gew.-% Wasser enthält.

9. Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat der Kunstharz dispersion in einer Menge zugesetzt wird, die zwischen 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 15 bis 50 Gew.-%, liegt.