DE69132677T2

DE69132677T2 - Zink enthaltende Magnesiumoxychlorid Zemente mit Feuerbeständigkeit und hohererLagerstabilität

Info

Publication number: DE69132677T2
Application number: DE69132677T
Authority: DE
Inventors: P. Policastro; S. Tarneja
Original assignee: Pyrotite Corp
Current assignee: Pyrotite Corp
Priority date: 1990-05-17
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2011-05-18
Also published as: ATE203760T1; ES2161686T3; CA2081765A1; EP0530306B1; CA2081765C; EP0530306A1; DE69132677D1; GR3037057T3; DK0530306T3; WO1991018072A1; US5039454A; AU8087291A; EP0530306A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine feuerhemmende Zusammensetzung, ein Verfahren zur Verwendung der feuerhemmenden Zusammensetzung, in dem ein entflammbares Substrat mit der Zusammensetzung beschichtet wird, um es vor Feuer zu schützen, und ein Verfahren zum Einbetten von Bleifarbe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung.
Zum Schutz von Gegenständen vor Feuer sind zahlreiche Verfahren entwickelt worden. Die Grundlage für jedes dieser Verfahren liegt in der Physik der Verbrennung, der Chemie der Flamme und der Konstruktion von Brandschutzsystemen. Viele dieser Verfahren umfassen die Verwendung von feuerhemmenden Beschichtungen, die ein Barrieresystem bilden, das ein Entzünden und Übergreifen von Flammen auf ein brennbares Substrat verhindern soll.
Vier Arten von Feuerschutz-Beschichtungen sind bekannt: (1) ablative; (2) aufblähende; (3) sublimierende und gas- oder dampfbildende; und (4) "keramische" oder anorganische. Ablative Beschichtungen sind allgemein dick, schwer und kostenaufwendig, was ihre Anwendung auf spezielle Fälle einschränkt. Aufschäumende Beschichtungen sind allgemein weich, werden leicht abgerieben und bieten eine beschränkte Schutzdauer - 10 bis 15 min. wenn sie dem Feuer ausgesetzt sind. Sublimierende oder gasproduzierende Beschichtungen bieten eine noch kürzere Schutzdauer - wenn die feuerhemmenden Gase freigesetzt und von der Oberfläche abgeführt worden sind, bleibt das brennbare Substrat ohne Schutz zurück. Solche Beschichtungen werden hauptsächlich zur Behandlung von Fasern und Stoffen verwendet. Keramische Beschichtungen erfordern, wie der Name nahelegt, hohe Temperaturen zum Aushärten, um eine keramische Bindung zu bilden. Viele Strukturkomponenten oder Bauteile können einer solchen Behandlung jedoch nicht standhalten. Anorganische Beschichtungen, wie Portlandzement, Gips, Calciumaluminat-Zement, phosphatgebundener Zement, Silicat-Beschichtungen mit Metallpigmenten, Hochtemperatur- Silikone und Magnesium-"Oxysalz"-Zemente, sind ebenfalls vorgeschlagen worden.
Eine allgemein gebräuchliche Feuerschutz-Beschichtung ist abgeleitet von Magnesiumoxychlorid-Zement. Dieser Zement wird hergestellt durch Mischen von Magnesiumchlorid und Magnesiumoxid mit anderen Materialien, wobei eine viskose, zementartige Mischung entsteht, die auf die Oberfläche des mit einem Feuerschutz zu versehenden Objekts aufgebracht werden kann. Solche Mischungen sind beschrieben in der DE-A-25 26 598 und der Datenbank WPI Woche 8301, Derwent Publications Ltd. An-83-01029. Leider haben die Magnesiumoxychlorid-Beschichtungen, wie auch Feuerschutz- Beschichtungen, die von anderen Oxysalz-Zementen abgeleitet sind, wesentliche Nachteile. So neigen diese Zemente dazu, brüchig und steif zu werden, sie können abplatzen oder bei Hitzeeinwirkung zersprengen (dekrepitieren). Diese Beschichtungen zeigen außerdem schlechte Alterungs- und Wetterfestigkeitseigenschaften. Darüber hinaus sind ihre Zugfestigkeit und ihr Zusammenhalt vermindert, wenn sie dem Feuer ausgesetzt waren.
Eine ideale flammhemmende Beschichtung sollte daher schnell abbinden, nicht brennbar sein, die verschiedensten brennbaren Substrate vor Entzündung bewahren können und dabei die oben aufgeführten, früher beobachteten Nachteile überwinden. Kürzlich wurde gefunden, dass ein Magnesiumoxychlorid- Zement, der verbunden ist mit einem Calciumaluminatzement, der einen hohen Anteil an Aluminiumoxid aufweist, sowie kolloidales Siliziumdioxid einige der in diesem Zusammenhang gestellten Anforderungen erfüllen. Eine solche Zusammensetzung in Form einer dünnen Farbschicht platzt nicht ab, dekrepitiert nicht, bildet praktisch keine Risse bei direkter Flammeinwirkung und zeigt eine ausreichende Zugspannung und Zusammenhalt während der Dauer eines Feuers. Darüber hinaus hat dieser Zement all die Eigenschaften einer guten Farbe, indem er ausgezeichnete Haftungseigenschaften auf einer Vielzahl von Substraten zeigt.
Obwohl dieser feuerschützende Zement einen großen Fortschritt darstellt, indem er viele der dabei gestellten Anforderungen erfüllt, so besteht dennoch ein Bedarf, die Eigenschaften der Zusammensetzung zu modifizieren, um sie an bestimmte Anwendungen anzupassen. So ist die Topfzeit des Zements unpassend kurz für einige industrielle und kommerzielle Anwendungen: nach dem Vermischen der Komponenten miteinander steigt die Viskosität der Mischung schnell an, so dass sie nach Ablauf von 15 bis 20 min nicht mehr verarbeitet werden kann. Darüber hinaus sind einige Ablösungen beobachtet worden, wenn die Flamme schnell und direkt auf die Beschichtung einwirkt.
Weil die Ansatzgröße der Zusammensetzung begrenzt ist auf die Menge, die während der Topfzeit auf das Substrat aufgebracht werden kann, erhöht eine längere Topfzeit die Effektivität mit der die Beschichtung aufgebracht werden kann. Deshalb besteht in diesem Zusammenhang ein Bedarf an einer flammhemmenden Magnesiumoxysalz-Beschichtung, die eine wesentlich längere Topfzeit aufweist. Idealerweise sollte die Beschichtung zudem widerstandsfähiger gegen Abplatzen sein bei direkter Flammeinwirkung.
Zusätzlich zu den flammhemmenden Eigenschaften einer Magnesiumoxysalz-Beschichtung gibt es weitere divergierende Anforderungen, zu deren Erfüllung eine solche Beschichtung beitragen könnte. So ist beispielsweise bekannt, dass Bleifarben eine ernsthafte Gesundheitsgefahr für kleine Kinder darstellen. Entsprechend besteht der Bedarf, solche Farben einzukapseln. Das Einkapselungsmittel sollte eine praktisch undurchdringliche Barriere darstellen, die auch unter härtesten Bedingungen nicht beeinträchtigt wird.

Offenbarung der Erfindung

Diese Erfindung trägt bei zur Erfüllung der im Stand der Technik gestellten Anforderungen durch Bereitstellen einer flüssigen, im wesentlichen homogenen wässrigen Mischung, die Magnesiumoxid in der beanspruchten Menge, Magnesiumchlorid in einer Menge, die ausreicht, um - wie beansprucht - mit einem Magnesiumoxid einen Magnesiumoxychlorid-Zement zu bilden, eine Zink enthaltende Verbindung in einer Menge, die ausreicht um der Mischung eine Topfzeit - wie beansprucht - von 1 bis 6 Stunden zu verleihen, sowie Wasser enthält. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Zink enthaltende Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinkacetat, Zinkbenzoat, Zinkchlorid, Zinkformiat, Zinkoxid, Zinksilikat und Zinkphosphat.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Magnesiumoxid in der erfindungsgemäßen Mischung einen Anteil von etwa 20 bis etwa 60 Gewichtsteilen der Mischung, liegt das Magnesiumchlorid in Form einer wässrigen Lösung mit einer spezifischen Dichte von etwa 1,19 g/ml bis etwa 1,35 g/ml vor, wobei die Magnesiumchlorid-Lösung in der erfindungsgemäßen Mischung einen Anteil von etwa 60 bis etwa 100 Gewichtsteilen der Mischung ausmacht, und hat die Zink enthaltende Verbindung einen Anteil von etwa 1 bis etwa 60 Gewichtsteilen der Mischung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat das Magnesiumoxid in der erfindungsgemäßen Mischung einen Anteil von etwa 35 bis etwa 45 Gewichtsteilen der Mischung, liegt das Magnesiumchlorid in Form einer wässrigen Lösung mit einer spezifischen Dichte von etwa 1,19 bis etwa 1,35 g/ml vor, hat die Magnesiumchlorid-Lösung eine Anteil von etwa 70 bis etwa 90 Gewichtsteilen der Mischung und hat die Zink enthaltende Verbindung einen Anteil von etwa 20 bis etwa 50 Gewichtsteilen der Mischung.
Die Erfindung hat daneben eine flüssige, im wesentlichen homogene, wässrige Mischung zum Gegenstand, die Magnesiumoxid, Magnesiumchlorid in einer Menge, die ausreicht um mit dem Magnesiumoxid einen Magnesiumoxychlorid-Zement zu bilden, eine Zink enthaltende Verbindung und Wasser umfasst. Die Zink enthaltende Verbindung ist darin in einer Menge enthalten, die ausreicht um das wärmebedingte Aufplatzen wesentlich zu vermindern, wenn die Mischung auf ein Substrat aufgebracht und dort gehärtet worden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird gemäß der Erfindung eine flüssige, im wesentlichen homogene, wässrige Mischung bereitgestellt, die Magnesiumoxid, Magnesiumchlorid in einer Menge, die ausreicht um mit dem Magnesiumoxid einen Magnesiumoxychlorid-Zement zu bilden, eine Zink enthaltende Verbindung in einer Menge, die ausreicht um eine Wert von "3" in einem Hitzeschocktest zu erreichen, nachdem die Mischung mit einer Trockendicke von 0,51 mm (20 mils) auf ein Substrat aufgetragen und bei Umgebungsbedingungen etwa 2 Wochen lang ausgehärtet worden ist, sowie Wasser.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Verfügung, um Materialien widerstandsfähig gegen Feuer zu machen, worin die Mischung gemäß der Erfindung auf das widerstandsfähig gegen Feuer zu machende Material aufgetragen und die Zusammensetzung ausgehärtet wird unter Ausbildung einer festen, zementartigen Zusammensetzung.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Einkapseln von Bleifarbe zur Verfügung, wobei das Verfahren das Aufbringen der erfindungsgemäßen Mischung auf die einzukapselnde bleihaltige Farbe und das Aushärten der Mischung unter Ausbildung einer festen, zementartigen Zusammensetzung umfasst.

Beste Form zur Ausführung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich einsetzen, um Materialien feuerhemmend zu machen durch Aufbringen einer flüssigen, im wesentlichen homogenen, wässrigen Mischung auf das feuerhemmend zu machende Material. Die Mischung umfasst eine opake, zementartige Magnesiumoxychlorid-Lösung, die mit einer Zink enthaltenden Verbindung abgemischt ist. Die Bezeichnung "Magnesiumoxychlorid" bezieht sich hier auf die Produkte, die sich beim Vermischen von Magnesiumchlorid, Magnesiumoxid und Wasser bilden, in Mengen, die eine feste, zementartige Masse nach dem Aushärten ergeben. Die Bezeichnung "opak" wird hier in ihrem gebräuchlichen Sinn verwendet zur Bezeichnung eines Materials, das für sichtbares Licht nicht durchlässig ist. Die Bezeichnung "zementartig" wird ebenfalls in ihrem gebräuchlichen Sinn verwendet, um ein Material zu bezeichnen, das die Eigenschaften, insbesondere die Lösungs- und Hafteigenschaften, eines Zements besitzt.
Insbesondere umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung Magnesiumoxid, Magnesiumchlorid. und eine Zink enthaltende Verbindung. Die Bezeichnungen "Magnesiumchlorid" und "Magnesiumoxid" stehen hierbei für MgCl&sub2;·n H&sub2;O bzw. MgO in jeder üblichen wasserlöslichen Form und in jeder Hydratisierungsstufe. Dementsprechend umfasst die Bezeichnung "Magnesiumchlorid" sowohl die nicht-hydratisierte Form (MgCl&sub2;) wie auch das Hexahydrat dieser Verbindung (MgCl&sub2;·6H&sub2;O).
Die gemäß der Erfindung verwendete Zink enthaltende Verbindung kann eine beliebige anorganische Zink enthaltende Verbindung sein. In einzelnen Ausführungsformen der Erfindung hat die anorganische Zink enthaltende Verbindung die Struktur ZnX&sub2;, wobei X ein Halogenid, wie Cl, Br, I oder F, ist. In anderen Ausführungsformen ist die anorganische, Zink enthaltende Verbindung Zinkoxid oder eine Verbindung der Struktur ZnaYb, wobei Y eine chemische Einheit ist, die Phosphor, Silizium oder Bor und ein Heteroatom, wie Sauerstoff oder Schwefel, enthält, und worin a 1, 2 oder 3 und b 1 oder 2 ist. Eine "chemische Einheit" bedeutet hierbei ein Atom oder eine Gruppe von miteinander verbundenen Atomen, die dazu neigen während einer Reaktion zusammenzubleiben (beispielsweise eine chemische Gruppe). Beispiele für eine solche chemische Einheit umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Phosphat, Silikat und Borat. Dementsprechend kann die anorganische, Zink enthaltende Verbindung in speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jede der folgenden Verbindungen entweder für sich allein oder im Gemisch umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Zinkchlorid, Zinkoxid, Zinksilikat, Zinkborat und Zinkphosphat, alle entweder in wasserfreier oder in hydratisierter Form. Die Bezeichnung "Zinkphosphat" umfasst Zinkorthophosphat und Zinkpyrophosphat. Die Bezeichnung "Zinkorthophosphat" schließt Zinkorthophosphat in jeder hydratisierten Form und in jeder Kristallform ein, wie die Dihydrogen-, Octahydrat- und Tetrahydratformen. Zinkorthophosphat-tetrahydrat kann in der α-Hopeit-, der β-Hopeit- oder der Para-Hopeit-Form vorliegen.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Zink enthaltenden Verbindung kann auch eine beliebige Zink enthaltende organometallische Verbindung sein. In Ausführungsformen dieser Erfindung ist die Zink enthaltende Verbindung eine organometallische Verbindung der Struktur Zn(O&sub2;CR)&sub2;, wobei R H, eine C&sub1; bis C&sub4; Alkylgruppe oder eine Phenylgruppe ist. In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Zink enthaltende Verbindung, ohne darauf beschränkt zu sein, die folgenden organometallischen Verbindung, entweder für sich allein oder im Gemisch: Zinkformiat, Zinkacetat und Zinkbenzoat.
Es wurde gefunden, dass die Gegenwart einer Zink enthaltenden Verbindung in einem Magnesiumoxychlorid-Zement in überraschender Weise die feuerhemmenden Eigenschaften eines mit dieser Zusammensetzung beschichteten Substrats verbessert. Weiterhin wurde gefunden, dass das Einarbeiten einer Zink enthaltenden Verbindung in einen feuerhemmenden Magnesiumoxychlorid-Zement die Topfzeit dieses Zements wesentlich verlängert. Die Bezeichnung "Topfzeit" bezieht sich hierbei auf die Zeitspanne, in der nach dem Vermischen der Komponenten, die eine erfindungsgemäße Zusammensetzung ausmachen, eine ausreichend konstante Viskosität gewährleistet ist, um die Zusammensetzung in einer im wesentlichen gleichmäßigen Dicke mit Hilfe einer Sprühvorrichtung aufbringen zu können, ohne dass dabei die Vorrichtung durch ausgehärtete Zusammensetzung verstopft wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden das Magnesiumoxid, das Magnesiumchlorid und die Zink enthaltende Verbindung zu einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung vermischt in Mengen, die notwendig sind, um die Topfzeit des Systems auf mehr als 1 Stunde auszudehnen.
Gefunden wurde weiterhin, dass die Gegenwart einer Zink enthaltenden Verbindung in einem Magnesiumoxychlorid-Zement das Ausmaß des Abplatzens unter Hitzeeinwirkung vermindert, wenn die Zusammensetzung auf ein Substrat aufgebracht ist. "Wärmebedingtes Aufplatzen" bezieht sich dabei auf das Delaminieren einer Beschichtung von einem Substrat, wenn sehr hohe Temperaturen darauf einwirken (beispielsweise wenn die Beschichtung direkt den Flammen ausgesetzt wird). In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung werden das Magnesiumoxid, das Magnesiumchlorid und die Zink enthaltende Verbindung zu einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung vermischt in Mengen, die erforderlich sind, um das Ausmaß des Ablösens bei Hitzeeinwirkung wesentlich zu vermindern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden das Magnesiumoxid, das Magnesiumchlorid und die Zink enthaltende Verbindung zu einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung vermischt in Mengen, die erforderlich sind, um einen Wert von "3" in einem Thermoschocktest zu erreichen, nachdem die Zusammensetzung mit einer Trockendicke von 0,51 mm (20 mils) auf ein Substrat aufgetragen und bei Umgebungsbedingungen über eine Dauer von 2 Wochen gehärtet worden ist. Eine Bewertung mit "3" im Thermoschocktest bedeutet, dass ein beschichtetes Substrat auf weniger als etwa 40% seiner Oberfläche Delaminierungserscheinungen zeigt, wenn es einer Butan-Flamme für 30 s ausgesetzt wird. "Umgebungsbedingungen" bedeuten eine Temperatur von etwa 22,2ºC (72ºF) und etwa 70% relativer Luftfeuchte.
Die Menge an Magnesiumoxid, die für die Erfindung benötigt wird, beträgt etwa 20 bis 60 Gewichtsteile, der bevorzugte Bereich etwa 35 bis 45 Gewichtsteile. Die Menge an Magnesiumchlorid, die für die Kombination mit diesen Mengen an Magnesiumoxid benötigt wird, beträgt etwa 60 bis etwa 100 Gewichtsteile einer wässrigen Lösung, die etwa 20% bis etwa 35% Feststoffe enthält. Dies entspricht einem spezifischen Gewicht von etwa 1,19 bis etwa 1,35 g/ml für die wässrige Magnesiumchloridlösung. Der bevorzugte Bereich des Magnesiumchlorids beträgt etwa 70 bis etwa 90 Gewichtsteile der wässrigen Lösung. Die Menge der Zinkverbindung beträgt etwa 1 bis etwa 60 Gewichtsteile mit einem bevorzugten Bereich von etwa 20 bis etwa 50 Gewichtsteilen.
Zusätzlich zu den vorher beschriebenen Verbindungen können optionale Additive mit eingeschlossen werden, um die Eigenschaften der Zusammensetzung weiter zu modifizieren. Diese umfassen Füllstoffe, wie Fasern aus Holz, Glas, Textilien und Keramik, sind jedoch nicht auf diese beschränkt; thixotrope Stoffe, wie sie beispielsweise auf dem Farbengebiet bekannt sind, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hydroxypropylmethylcellulose, Siliciumdioxid, Talk, Calciumcarbonat und Magnesiumaluminiumsilicate, wie sie unter dem Handelsnamen "Van Gel" vertrieben werden; Pigmente, Farbstoffe und Abtönungsstoffe, wie Titandioxid; Zähigkeitsmodifizierer (impact modifiers), wie Latexe, und Dichtemodifizierer, wie Vermiculite, Perlite und Glasmikrokugeln.
In einer alternativen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung auch zum Verkapseln von Bleifarbe benutzt werden. In diesem Fall kann eine erfindungsgemäße Zusammensetzung auf einen zu verkapselnden Bleifarbenanstrich aufgetragen werden, um so einen Überzug zu bilden, der sogar unter rauhesten Umweltbedingungen undurchlässig ist (z. B. Feuer).
Das Substrat, das unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens feuerresistent gemacht werden soll, kann jedes entzündliche Objekt sein, an dem die erfindungsgemäße Zusammensetzung haftet. Beispiele für geeignete Substrate sind nichtgewebtes Polyester-Spinnvlies, gewebtes Fiberglas, grobes, leinwandartiges Gewebe (burlap), weißes Kiefernholz, laminierte Sperrholzplatten, Holzpaneele, einschichtige Furniere, Dachschindeln, gepresste Fiberglasplatten, Gipsplatten, Polyurethanschaumplatten, Isocyanurafplatten, Polystyrolschaumplatten, Wellpappe und Pressspanplatten ein.
Das Verfahren, nach dem die Zusammensetzung der Erfindung auf das Substrat aufgetragen wird, hängt von der Natur des Substrats sowie den exakten Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Im allgemeinen werden die Beschichtungen durch Bürsten, Sprühen, Tauchen, Walzenantrag, Siebdruck oder mit jedem anderen zweckmäßigen Verfahren aufgetragen. Mehrere Lagen der Beschichtung können übereinander aufgetragen werden, da die frisch aufgetragenen Lagen eine exzellente Haftung auf einer älteren Basisschicht haben.
Sobald die Zusammensetzung aufgetragen wurde, sollte das beschichtete Substrat getrocknet werden. Die Trocknungszeit beträgt bei Raumtemperatur vorzugsweise mindestens 16 Stunden. Die Trocknungszeit kann jedoch drastisch verringert werden, indem man die Trocknungstemperatur auf 37,8º bis 48,9ºC (100º bis 120ºF) erhöht.
Nach dem Trocknen kann die Zusammensetzung mit einer konventionellen Latex- oder auf Öl basierenden Farbe überzogen werden. Obwohl der Überzug entzündlich sein kann, behält das Substrat, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde, seine feuerresistenten Eigenschaften. Der Überzug kann entweder matt, halbmatt oder glänzend sein und enthält im allgemeinen ein Pigment, um die gewünschte Farbe zu verleihen, eine filmbildende Komponente, um die Haftung zum Substrat herzustellen, Weichmacher, um Rissbildung zu vermeiden und einen Vermittler, in dem die anderen Komponenten suspendiert werden. Die genaue Zusammensetzung des Überzugs hängt von den exakten Anforderungen der jeweiligen Verwendung ab.
Unter Einbeziehung der folgenden Beispiele kann die Erfindung noch besser verstanden werden.

Beispiel 1

Verlängerte Topfzeit

Kontrolle und Verlängerung der Topfzeit ist eine wichtige Eigenschaft von Beschichtungszusammensetzungen. Zum Beispiel erfordert das Auftragen des Materials als Beschichtung durch Sprühen nach Durchmischung die Einhaltung einer konstanten Viskosität über einen längeren Zeitraum, um eine einheitliche Dicke zu erzielen und um ein Verstopfen der Sprüheinrichtung zu vermeiden.
Um die Topfzeit einer zinkhaltigen Mischung im Verhältnis zur Topfzeit einer Kontrollmischung, die keine Zinkverbindung enthält, experimentell zu bestimmen, wurden die Mischungen wie in Tabelle 1 gezeigt hergestellt, und die Topfzeit wurde gemessen. Um die Mischungen herzustellen, wurden 600 ml einer 28 gew.-%igen Magnesiumchloridlösung (Reilly Wendover Inc.), eine angemessene Menge Wasser (siehe Tabelle 1), 8 ml Tensid (Lonza Inc., Amphoterge KJ-2), 4 ml Entschäumer (Henkel Inc., Foamaster NXZ) und 160 ml auf Polystyrol-Butadien basierendes Latex (Union Oil Company of California,UNOCAL 4040) in einem 2 I Becherglas verrührt. Zu der Mischung wurde portionsweise über 20 Minuten eine Mischung aus 400 g Magnesiumoxid (Magchem 30 - Martin Marietta Inc.), angemessenen Mengen (siehe Tabelle 1) an Zinkphosphatdihydrat (Mineral Pigments Inc., Coating grade) oder Zinkoxid, amorphem Siliciumdioxid (Illinois Minerals Inc., #1240) und Titandioxid (Kerr McGee Inc., Rutile grade) hinzugefügt. Die resultierende weiße Mischung hat üblicherweise eine Viskosität von etwa 60 bis 70 Krebs-Einheiten.
Die verlängerte Topfzeit der zinkhaltigen Zusammensetzungen ist in Tabelle 1 dargestellt. Die Zusammensetzungen #4 bis #8 haben die Topfzeit proportional zur Konzentration des Zinkphosphats verlängert, im Verhältnis zu den Kontrollzusammensetzungen #1 und #2, die keine Zinkverbindung enthalten. Zusammensetzung #3, die ebenfalls eine Zinkverbindung enthält, zeigt eine deutlich verlängerte Topfzeit gegenüber den Vergleichsversuchen. TABELLE 1

Beispiel 2

Oberflächenentflammbarkeit

Eine Mischung aus 600 ml einer 28 Gew.-% Magnesiumchloridlösung (Reilly Wendover Inc.), einer angemessenen Menge Wasser (siehe Tabelle 2), 8 ml Tensid (Lonza Inc., Amphoterge KJ-2), 4 ml Entschäumer (Henkel Inc., Foamaster NXZ) und 160 ml auf Polystyrol-Butadien basierendem Latex (Union Oil Company of California,UNOCAL 4040) wird in einem 2 l Becherglas verrührt. Zu der Mischung wurde portionsweise über 20 Minuten eine Mischung aus 400 g Magnesiumoxid (Magchem 30 - Martin Marietta Inc.), angemessenen Mengen (siehe Tabelle 2) an Zinkphosphatdihydrat (Mineral Pigments Inc., Coating grade), amorphem Siliciumdioxid (Illinois Materials Inc., #1240) und Titandioxid (Kerr McGee Inc., Rutile grade) hinzugefügt. Die resultierende weiße Mischung hatte eine Viskosität von zwischen 60 bis 65 Krebs-Einheiten.
Das Material wurde dann auf ein Douglasien-Paneel mit einem konventionellen luftlosen Sprühsystem zu einer Dicke von 1,02 mm (40 mils), wie mit einem Nassfilmmessgerät bestimmt, aufgetragen. Die Beschichtung war nach 16 Stunden hart und rissfrei. Messungen mit der Klebebandabzugsmethode unter einem 90º-Winkel in Relation zur Oberfläche des Substrats zeigten eine exzellente Haftung an den Paneelen. Das so behandelte Material wurde gemäß den ASTM D-3806 oder E-84 Oberflächenflammenausbreitungstests getestet. In diesen Tests wurde die Entflammbarkeit einer Oberfläche mit einer nicht entflammbaren Kontroll-Oberfläche, die eine Oberflächenflammenausbreitungsrate von 0 hat, verglichen. ASTM E-84 ist ein 25-Fuß-Tunnel Oberflächenflammenausbreitungstest. Ein niedriger Flammenausbreitungsindex (flame spread index, FSI)-Wert zeigt an, dass das getestete Material flammenhemmend ist. Materialien mit FSI-Werten von 0 bis 25 werden Klasse A zugeordnet; Materialien mit Werten von 25 bis 75 werden Klasse B zugeordnet und Materialien mit Werten größer als 75 werden Klasse C zugeordnet. ASTM D-3806 ist ein 2-Fuß-Tunnel-Oberflächenflammenausbreitungstest. Er ist eine kleinere Version des Tunnels, der in ASTM E-84 benutzt wird, aber die Resultate erlauben oftmals eine Aussage über das Verhalten des Materials im ASTM E-84 Test. Die Resultate sind in Tabelle 2 aufgeführt. TABELLE 2
1 Vergleich: Unbehandelte Douglasie: FSI = 84
Vergleich: Douglasie mit Latex-Farbüberzug und konventioneller Grundierung: FSI = 132 (Mittelwert)
2 Vergleich: Unbehandelte Douglasie: FSI = 77
Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, besitzen Zusammensetzungen, die eine verlängerte Topfzeit aufweisen, ebenfalls Flammenausbreitungsindexwerte von 25 oder weniger, wenn sie auf Douglasienholz aufgetragen werden. Somit werden diese Oberflächen der Klasse A zugeordnet und haben die höchste Nichtentflammbarkeitsstufe für eine Oberfläche gemäß den Kriterien, welche von der National Fire Protection Association (NFPA) festgelegt wurden. Ein Flammenausbreitungsindex von 25 oder weniger entspricht einem wesentlich höheren Wert für die Versuche mit Douglasienholz, was zeigt, dass die Zusammensetzung gemäß der Erfindung effektiv die Oberflächenentflammbarkeit von Holz reduziert, wenn die Zusammensetzung als Beschichtung aufgetragen wird.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist, dass die Beschichtung mit einer Vielzahl von Farben überzogen werden kann, wobei gleichzeitig die reduzierten Flammenausbreitungseigenschaften erhalten bleiben. Dementsprechend zeigt Beispiel #4 aus Tabelle 2 den gleichen Flammenausbreitungsindex wie die beschichteten Douglasien-Paneele in Beispiel #2, obwohl das beschichtete Paneel in Beispiel #4 einen "Latexfarben"-Überzug hat, der selbst brennbar ist. Es ist ebenfalls wichtig zu erwähnen, dass die Oberflächenentflammbarkeit des Holzes erhöht wird, wenn das Holz alleine mit einer Latexfarbe überzogen wird oder wenn sie in Verbindung mit einem Standard-Primer angewendet wird.

Claims

1. Eine flüssige, im wesentlichen homogene, wässrige Mischung umfassend:

(a) Magnesiumoxid in einer Menge von 20 bis 60 Gewichtsteilen der Mischung,

(b) Magnesiumchlorid in Form einer wässrigen Lösung mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,19 g/ml bis etwa 1,35 g7 ml in einer Menge von 60 bis 100 Gewichtsteilen der Mischung, das mit besagtem Magnesiumoxid einen Magnesiumoxychlorid-Zement bildet;

(c) eine zinkhaltige, organische oder anorganische Verbindung in einer Menge von 1 bis 60 Gewichtsteilen der Mischung, die dieser Mischung eine Topfzeit von 1 bis 6 Stunden vermittelt, und

(d) Wasser.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung eine anorganische zinkhaltige Verbindung ist.

3. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung ein Zinkhalogenid oder ein Zinkoxid ist.

4. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung eine anorganische zinkhaltige Verbindung der Formel "ZnaYb" ist, wobei "Y" eine chemische Gruppe ist, die Phosphor, Silicium oder Bor und ein Heteroatom, wie Sauerstoff oder Schwefel, enthält, wobei a aus der Gruppe bestehend aus 1, 2 und 3 und b aus der Gruppe bestehend aus 1 und 2 ausgewählt ist.

5. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinkchlorid, Zinkoxid, Zinkborat und Zinksilikat.

6. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung Zinkphosphat ist.

7. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung eine organometallische zinkhaltige Verbindung ist.

8. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung eine organometallische Verbindung der Formel Zn(O&sub2;CR)&sub2; ist, wobei R aus der Gruppe bestehend aus H, C&sub1;- bis C&sub4;-Alkyl und Phenyl ausgewählt ist.

9. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinkacetat und Zinkbenzoat.

10. Mischung nach Anspruch 5, 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) das Magnesiumoxid in einer Menge von 35 bis 45 Gewichtsteilen der Mischung enthalten ist,

(b) das Magnesiumchlorid in Form einer wässrigen Lösung mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,19 g/ml bis etwa 1,35 g/ml vorhanden ist und die Magnesiumchloridlösung in einer Menge von 70 bis 90 Gewichtsteilen der Mischung enthalten ist,

(c) die zinkhaltige Verbindung in einer Menge von 20 bis 50 Gewichtsteilen enthalten ist.

11. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um das Aufkommen an wärmebedingtem Aufplatzen zu verringern, nachdem die besagte Mischung auf ein Substrat aufgetragen wurde und auf selbigem getrocknet ist.

12. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um den Wert "3" in einem Thermoschocktest zu erreichen, nachdem die besagte Mischung mit einer Trockendicke von 0,51 mm (20 mils) auf ein Substrat aufgetragen und bei Umgebungsbedingungen über eine Dauer von zwei Wochen getrocknet worden ist.

13. Mischung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinkacetat, Zinkbenzoat, Zinkchlorid, Zinkformiat, Zinkoxid, Zinkborat und Zinksilikat.

14. Mischung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zinkhaltige Verbindung Zinkphosphat ist.

15. Mischung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass

a) das Magnesiumoxid in einer Menge von 35 bis 45 Gewichtsteilen der Mischung enthalten ist,

16. Verfahren, um ein Material feuerhemmend zu machen durch Auftragen einer flüssigen, weitgehend homogenen, wässrigen Mischung, umfassend:

a) Magnesiumoxid in einer Menge von 20 bis 60 Gewichtsteilen der Mischung,

(b) Magnesiumchlorid in Form einer wässrigen Lösung mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,19 g/ml bis etwa 1,35 g/ml in einer Menge von 60 bis 100 Gewichtsteilen der Mischung, das mit besagtem Magnesiumoxid einen Magnesiumoxychlorid-Zement bildet;

(d) Wasser.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um das Aufkommen an wärmebedingtem Aufplatzen zu verringern, nachdem die besagte Mischung auf ein Substrat aufgetragen wurde und auf selbigem getrocknet ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um den Wert "3" in einem Thermoschocktest zu erreichen, nachdem die besagte Mischung mit einer Trockendicke von 0,51 mm (20 mils) auf ein Substrat aufgetragen und bei Umgebungsbedingungen über eine Dauer von zwei Wochen getrocknet worden ist.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich das Überziehen der getrockneten Mischung mit einer auf Latex oder Öl basierenden, handelsüblichen Farbe beinhaltet.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um das Aufkommen an wärmebedingtem Aufplatzen zu verringern, nachdem die besagte Mischung auf ein Substrat aufgetragen wurde und auf selbigem getrocknet ist.

21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um den Wert "3" in einem Thermoschocktest zu erreichen, nachdem die besagte Mischung mit einer Trockendicke von 0,51 mm (20 mils) auf ein Substrat aufgetragen und bei Umgebungsbedingungen über eine Dauer von zwei Wochen getrocknet worden ist.

22. Verfahren zum Verkapseln von Bleifarbe durch Auftragen einer flüssigen, im wesentlichen homogenen, wässrigen Mischung, bestehend aus:

(a) Magnesiumoxid in einer Menge von 20 bis 60 Gewichtsteilen der Mischung,

(c) einer zinkhaltigen, organischen oder anorganischen Verbindung in einer Menge von 1 bis 60 Gewichtsteilen der Mischung, die dieser Mischung eine Topfzeit von 1 bis 6 Stunden vermittelt, und

(d) Wasser, auf eine bleihaltige Farbe zum Zwecke der Verkapselung und Trocknung dieser Mischung, wobei eine feste, zementartige Zusammensetzung entsteht.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um das Aufkommen an wärmebedingtem Aufplatzen zu verringern, nachdem die besagte Mischung auf ein Substrat aufgetragen wurde und auf selbigem getrocknet ist.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Verbindung c) ausreicht, um den Wert "3" in einem Thermoschocktest zu erreichen, nachdem die besagte Mischung mit einer Trockendicke von 0,51 mm (20 mils) auf ein Substrat aufgetragen und bei Umgebungsbedingungen über eine Dauer von zwei Wochen getrocknet worden ist.