Verfahren zur Herstellung von wasser- und faserhaltigen Brandsehutzplatten aus Alkalisilikaten Es ist bekannt, faser- und wasserhaltige Alkalisilikat- platten dadurch herzustellen, dass man Fasern in eine Schicht einer Alkalisilikatlösung einbettet und die Schicht anschliessend durch teilweisen Wasserentzug bei erhöhten Temperaturen verfestigt. Diese Verfahrens weise erfordert verhältnismässig lange Trockenzeiten.
Es ist auch bekannt, aus festen löslichen Alkali silikaten bestehende Formlinge dadurch herzustellen, dass man pulverförmige Alkalisilikate mit Wasser bzw. verdünnten Alkalisilikatlösungen anmischt, die so er haltene Mischung in geeignete Formen bringt und ab binden lässt. Um ein Anbacken des fertigen Formkörpers an den Wandungen der Form zu verhindern, müssen diese Mischungen zu einem überwiegenden Teil aus der festen Komponente bestehen und dürfen nur zu einem geringen Teil, z. B. 5 bis 15 %, Flüssigkeit ent halten. Mit solchen festen Mischungen ist es praktisch nicht möglich, Formkörper, z. B. dünne Platten, mit darin gleichmässig verteilten Fasern herzustellen.
Gemäss einer anderen Ausführungsform dieses Verfahrens kann man insbesondere bei der Herstellung kleinerer Form- linge das pulverförmige lösliche Alkalisilikat zunächst durch schwaches Pressen formen, den so erhaltenen, noch lockeren Pressling mit Wasser oder verdünnter Alkalisilikatlösung benetzen und anschliessend abbinden lassen. Auch gemäss dieser Verfahrensweise lassen sich nur sehr schwierig Formkörper herstellen, in denen Fasern homogen verteilt angeordnet sind.
Es wurde nun gefunden, dass man wasser- und faser- haltige Brandschutzplatten in einfacher Weise und unter Vermeidung der erwähnten Schwierigkeiten in kurzen Zeiten herstellen kann, indem man in eine Suspension aus wasserhaltigen Alkalisilikatpartikeln mit einem Wassergehalt von 10 bis 35 GewA, bezogen auf wasser freies Alkalisilikat, in einer Alkalisilikatlösung mit einer Konzentration von 25 bis 45 B8,
wobei das Gewichts- verhältnis der eingesetzten Partikelmenge zum Wasser gehalt der Alkalisilikatlösung zwischen 1 : 5 und 1 : 0,6 und die Viskosität der Suspension bei Raumtemperatur 30 bis 1500 cp beträgt, Fasern einbettet, die Schicht bei erhöhten Temperaturen abbinden lässt, die so verfestigte Schicht von der Unterlage abnimmt und die Platte anschliessend bei erhöhten Temperaturen nachtrocknet.
Die für die Herstellung der Suspension verwendeten Alkalisilikatpartikel weisen einen Wassergehalt von 10 bis 35 GewA, vorzugsweise 15 bis 25 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, auf. Zwecks Erzielung einer homogenen Verteilung der Suspension zwischen den Fasern werden zweckmässig Alkalisilikatpartikel mit einer Korngrösse unter 100 ,u eingesetzt. In der Regel verwendet man Partikel mit einer Korngrösse zwischen 40 und 75,u. Bei geringen Fasermengen, z.
B. 2 bis 10 GewA, bezogen auf das gesamte in der Suspension enthaltene wasserfreie Alkalisilikat, kann auch mit grösseren Partikeln gearbeitet werden.
Die Alkalisilikatlösungen sollen eine niedere Vis kosität aufweisen, damit nach dem Vermischen mit den festen Alkalisilikatpartikeln eine gut giessbare Suspension entsteht. Anderseits aber soll die Viskosität auch nicht zu nieder sein, um eine zu rasche Sedimentation der Partikel zu vermeiden. Diese Bedingungen werden von Alkalisilikatlösungen erfüllt, deren Konzentration 25 bis 45 B6 beträgt. Vorteilhaft setzt man Lösungen mit einer Konzentration von 35 bis 40 B6 ein.
Das Verhältnis von Alkalioxyd zu Siliciumdioxyd in den in Form der Lösungen und Partikel eingesetzten Alkalisilikaten, insbesondere Natriumsilikat, soll zweck mässig zwischen 1 : 2,5 bis 1 : 3,9 betragen. Vorzugs weise werden Alkalisilikate mit einem Verhältnis von Alkalioxyd zu Siliciumdioxyd von 1 :3,0 bis 1 :3,5 eingesetzt. Die Suspensionen werden z.
B. in üblicher Weise durch Vermischen der Alkalisilikatpartikel mit den Alkalisilikatlösungen hergestellt, wobei den Lösungen solche Mengen an Partikeln zugegeben werden, dass das Gewichtsverhältnis der Partikelmenge zu der in der Alkalisilikatlösung enthaltenen Wassermenge zwi schen 1 : 5 und 1 : 0,6, vorzugsweise 1 : 2,5 und 1 : 1,5, beträgt. Ferner sollen die so hergestellten Suspensionen bei Raumtemperatur eine Viskosität von 30 bis 1500 cp, vorzugsweise 150 bis 500 cp, aufweisen.
Für den Fall, dass Suspensionen eingesetzt werden, die sich bereits bei Raumtemperatur innerhalb kurzer Zeiten verfestigen, verfährt man vorzugsweise so, dass man die Suspension auf Temperaturen von 5 bis 15 C kühlt.
Als Fasern kommen vorzugsweise solche silikatischer Natur oder synthetisch organischer Natur in Betracht. Besonders geeignet sind z. B. Glasfasern oder Polyole- finfasern, die aufgrund ihrer glatten Struktur ein gutes Eindringen der Suspensionen in Schüttungen solcher Fasern begünstigen. Die in die Suspension einzubrin gende Fasermenge richtet sich nach deren spezifischem Gewicht und nach den jeweils gewünschten Eigenschaf ten der herzustellenden Platten. Mit steigendem Faser gehalt erhöht sich bei gleichem Wassergehalt die mecha nische Festigkeit der Platten.
Bezogen auf das gesamte in der Suspension enthaltene wasserfreie Alkalisilikat werden vorzugsweise 2 bis 40 GewA, insbesondere 10 bis 25 Gew.%, Fasern eingesetzt. Die Länge der in die Suspension einzubringenden Fasern beträgt im all gemeinen etwa 20 bis 70 mm.
Die mechanische Stabilität der erfindungsgemäss her zustellenden Platten kann durch den Einbau von z. B. Drahtnetzen gesteigert werden.
Die Einbettung der Fasern in diese Suspensionen erfolgt z. B. dadurch, dass man auf eine lockere Schüt- tung der Fasern die Suspensionen, z. B. durch Auf giessen, aufbringt und die Suspensionen in die Schüttung eindringen lässt. Das Eindringen kann z. B. durch Rüt teln der Unterlage, auf die die Faserschüttung auf gebracht ist, oder durch Einwalzen mit Hilfe geriffelter Walzen beschleunigt werden. Die Einbettung kann dis kontinuierlich in einer Form oder aber auch kontinuier lich auf einem in Bewegung gehaltenen endlosen Band erfolgen.
Diese Schichten verfestigen sich unter der Einwir kung erhöhter Temperaturen innerhalb kurzer Zeit. Man wählt hierbei im allgemeinen solche Temperaturen, dass die Temperatur der Schicht etwa 150 C nicht wesentlich übersteigt, da oberhalb dieser Temperatur das in ihr enthaltene Alkalisilikat unter Absieden des Wassers aufschäumt. Um eine rasche Verfestigung zu erzielen, wählt man zweckmässig Temperaturen ober halb 50=' C. Sobald sich die Schichten zu einer Platte verfestigt haben, werden diese von der Unterlage ab genommen. Um ein Abnehmen zu erleichtern und ein Festkleben der entstandenen Platte auf ihrer Unterlage zu verhindern, werden diese zweckmässig mit hydropho- ben Oberflächen, z.
B. durch Auskleiden mit Folien oder Lackieren, versehen. Anschliessend werden die Platten bei erhöhten Temperaturen nachgetrocknet. Die Temperaturen werden auch in diesem Fall vorzugsweise so gewählt, dass die Temperatur der Platte zwischen 50 und 150 C liegt. Durch die Trocknung wird der Wassergehalt der Platte im allgemeinen auf einen Wert von 30 bis 70 Gew.%, vorzugsweise 40 bis 60 GewA, bezogen auf das in der Platte enthaltene wasserfreie Alkalisilikat, eingestellt. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren her gestellten Platten können in an sich bekannter Weise z. B. durch Lackieren und Besprühen mit filmbildenden Materialien gegen den Einfluss von Kohlendioxyd und Wasser beständig gemacht werden.
Es ist aber auch möglich, die Platten mit flächigen Gebilden, z. B. Folien, zu umkleiden.
Die auf diese Weise hergestellten Alkalisilikatplatten sind überraschenderweise sehr flexibel und mechanisch bemerkenswert stabil. Aufgrund dieser Eigenschaften ist es möglich, die Platten ohne erhebliche Schwierig keiten auf die zu schützenden Gegenstände mittels mechanischer Methoden oder durch Verkleben auf zubringen oder sie innerhalb derselben anzuordnen. Solche Platten haben die Eigenschaft, sich zu einer stabilen und sehr feinporigen Schaumschicht aufzublä hen, wenn sie mindestens so hohen Temperaturen aus gesetzt werden, dass das in ihnen noch enthaltene Wasser siedet.
Diese Schaumschichten haben wegen der Ver stärkung durch das Fasergerüst nicht die Neigung zum Reissen und ergeben infolgedessen geschlossene Gebilde mit einem sehr hohen Widerstand gegen den Durch gang von Wärmeenergien. Vor allem können offene Flammen wegen der geschlossenen Struktur der Schaum schichten nicht durchschlagen. Je nach der Art des Erhitzens blähen sich die Platten verschieden stark auf, sie können etwa das 15-fache ihrer ursprünglichen Stärke erreichen. Sie sind deshalb als Brandschutzplatten geeignet.
<I>Beispiel 1</I> In eine 370 X 310 X 10 mm grosse Metallwanne, deren Innenwandungen mit einer Polypropylenfolie aus gekleidet sind, werden zunächst 12 g Stapelglasseide mit einer durchschnittlichen Stapellänge von 53 mm gleich mässig eingestreut.
Mit einer durchlochten Schale, deren Lochdurchmesser 3 bis 3,5 mm beträgt, wird auf die Faserschüttung eine Suspension aufgesprüht, die durch Einrühren von 80g Natriumsilikatpartikeln mit einer Korngrösse von etwa 20 bis 100 u und einem Wasser gehalt von 25 Gew.%, bezogen auf wasserfreies Alkali- silikat, in 160 g einer Natriumwasserglaslösung mit einer Konzentration von 38 Be unter Zusatz von 0,5 Gew.% eines Natriumsalzes eines Sulfonsäureimids als Netzmittel hergestellt worden ist.
Mit Hilfe eines Schabers wird die so aufgebrachte Suspension, die eine Anfangsviskosität von 450 cp besitzt, gleichmässig ver teilt. Anschliessend wird die Schicht 3 Minuten lang in einem auf 170 C erwärmten Trockenschrank gelassen. Die entstandene, etwa 1,2 mm dicke Platte wird der Form noch warm entnommen. Die weiche Platte weist einen Wassergehalt von 80 Gew. 0, bezogen auf wasser freies Alkalisilikat, auf. Anschliessend wird die Platte durch 15-stündiges Stehen bei Raumtemperatur nach getrocknet, wobei der Wassergehalt auf etwa 50 Gew.%, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, absinkt.
Die so hergestellte, sehr elastische Brandschutzplatte bildet nach dem Beflammen mit einem Bunsenbrenner unter Absieden des in ihr enthaltenen Wassers eine etwa 15 mm dicke homogene Schaumplatte aus.
<I>Beispiel 2</I> Auf ein 0,8 mm dickes quadratisches Stahlblech mit einer Kantenlänge von 1 m, dessen Oberfläche mit einer dünnen Schicht eines Epoxydharzes versehen ist, werden 60 g Stapelglasseide mit einer Schnittlänge von 53 mm gleichmässig aufgestreut. Auf diese Faserschüt- tung wird ein Drahtnetz mit einem Drahtabstand von 25 mm gelegt. Die Drahtdicke beträgt 0,4 mm. Auf das Drahtnetz werden weitere 120 g Stapelglasseide aufgebracht.
Wie in Beispiel 1 beschrieben, wird auf die Faserschüttung eine Suspension aufgegossen, die durch Einrühren von 650g Natriumwasserglaspulver in 2,2 kg einer Natriumwasserglaslösung mit einer Kon zentration von 38 B6 bei einer Temperatur von 5 bis 10 C hergestellt worden ist.
Die Natriumsilikat- partikel besitzen eine mittlere Korngrösse von 40 bis 75,u und einen Wassergehalt von 18 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat. Das Verhältnis von Na triumoxyd zu Siliciumdioxyd in den eingesetzten Par tikeln sowie in der Lösung beträgt 1 : 3,4.
Die Suspen sion, die bei 10 C eine Anfangsviskosität von etwa 350 cp besitzt, wird mit Hilfe einer gerillten Walze, deren Rillentiefe, Rillenbreite und Rillenabstand jeweils 2 mm beträgt, gleichmässig in den Fasern verteilt. Das Stahlblech wird von unten mit Infrarotstrahlern derart beheizt, dass es auf seiner oberen Seite eine Temperatur von 110 bis 120 C annimmt.
Nach 2 Minuten kann die verfestigte Schicht, die einen Wassergehalt von etwa 95 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, auf weist, von der Unterlage abgenommen werden und wird anschliessend etwa 25 Minuten lang beidseitig mit Infrarotstrahlern bestrahlt. Die Intensität der Strahlung wird so gewählt, dass sich an der Oberfläche der Alkali silikatplatte eine Temperatur von etwa 140 C einstellt. Nach dem Trocknen erhält man eine elastische Brand schutzplatte, deren Wassergehalt, bezogen auf wasser freies Alkalisilikat, 55 GewA beträgt.
<I>Beispiel 3</I> Auf ein mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min in Bewegung gehaltenes endloses Gummiband, das mit einer dünnen Wachsschicht an der Oberseite versehen ist, mit einer Breite von 1 m, wobei der Abstand der Antriebs- und der Umlenkwalze etwa 12 m beträgt, werden kontinuierlich pro m2 Fläche 20 g Polyprdpy- lenfasern mit einer Länge von 40 mm aufgestreut. Auf diese Faserschüttung wird eine Suspension aufgetragen, die aus 350 g Natriumsilikatpartikeln und 2700 g Natriumwasserglas mit einer Konzentration von 40 B6 besteht.
Die Partikel weisen eine Korngrösse von 100 bis 200 ,u und einen Wassergehalt von 28 GewA, be zogen auf wasserfreies Alkalisilikat, auf. Das Verhältnis von Natriumoxyd zu Siliciumdioxyd in den eingesetzten Partikeln sowie in der Lösung beträgt 1 :3,2. Die Suspension besitzt bei einer Temperatur von 20 C eine Anfangsviskosität von etwa 200 cp. Die Schicht passiert anschliessend eine mit Infrarotstrahlern beheizte Zone. Die Verweilzeit in dieser Zone beträgt etwa 4 Minuten. Die Temperatur in dieser Zone wird so eingestellt, dass knapp oberhalb der Schicht etwa 130 C gemessen werden.
Nach Abnehmen der weichen Platte von dem endlosen Band wird diese mit Hilfe einer Schneidvor- richtung in Abständen von jeweils 3 m durchgeschnitten. Anschliessend werden die Platten auf einem Drahtnetz ruhend beidseitig mit Hilfe von Infrarotstrahlern 24 Minuten lang nachgetrocknet. Der Wassergehalt der fertigen Platte beträgt etwa 65 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat.
<I>Beispiel 4</I> Auf ein in Beispiel 2 beschriebenes Metallblech, das mit Polyvinylchloridfolie überzogen ist, werden 140 g Glasstapelseide mit einer Faserlänge von 50 mm auf gestreut. Während das Blech in Vibration gehalten wird, wird auf die Faserschüttung eine Suspension aus 1000 g Natriumsilikatpartikeln (Na20 : Si02 = 1 : 3,2) in 1200g Natriumwasserglaslöstung (Na--,0 : Si0.; = 1 : 3,2) mit einer Konzentration von 35 Be aufgebracht.
Die Silikatpartikel, deren durchschnittliche Korngrösse 75 bis 100 ,ci beträgt, besitzen einen Wassergehalt von 17 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat. Die Viskosität der Suspension beträgt bei 25 C 1000 cp. Die Schicht wird 4 Minuten lang auf 50 bis 70 C er wärmt, wobei sie sich verfestigt. Nach Abnehmen von dem Metallblech wird die Platte 11/2 Stunden lang nach getrocknet. Die Trockentemperatur wird so gewählt, dass die Temperatur an der Oberfläche 110 C nicht übersteigt. Der Wassergehalt der fertigen Platte beträgt 45 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat.
<I>Beispiel 5</I> In die in Beispiel 1 beschriebene Wanne werden 40 g Stapelglasseide mit einer Stapellänge von 20 bis 30 mm gleichmässig eingestreut und darauf eine Sus pension von 60g Natriumwasserglaspulver (Na20 : Si02 = 1 : 3,4) mit einem Wassergehalt von 20 Gew. %, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, und einer Korngrösse von 40 bis 60 ,u in 360 g Natriumwasserglaslösung (Na--,0 : Si02 = 1 :
3,4) mit einer Konzentration von 25 B6 eingegeben. Die Anfangsviskosität der Suspension beträgt bei 20 C etwa 30 cp. Die Schicht wird 15 Minuten in einem auf 110 C erwärmten Trockenschrank ge lassen. Die verfestigte Schicht wird anschliessend bei der gleichen Temperatur bei mehrmaligem Wenden 3 Stun den lang nachgetrocknet. Der Wassergehalt der fertigen Platte beträgt, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, etwa 60 GewA.
<I>Beispiel 6</I> Man stellt, wie in Beispiel 2 beschrieben, eine Platte unter Verwendung von 53 g Stapelglasseide mit einer Stapellänge von 70 mm und einer Suspension aus 1 kg Wasserglaspulver (Na20 : Si02 = 1 : 3,4) und 1 kg Wasserglaslösung (Na20 : Si02 = 1 : 3,4) mit einer Konzentration von<B>25'</B> Be her.
Die Partikel besitzen eine Korngrösse von 75 bis 100 ,u und einen Wassergehalt von 15 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat. Die Anfangsviskosität der Suspension be- trägtbei 25 C 1500 cp. Die Schicht wird 6 Minuten bei einer Temperatur von 120 C behandelt, wobei sie sich verfestigt. Nach dem Abnehmen der Platte von der Unterlage wird 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 120 C nachgetrocknet. Der Endwassergehalt der Platte stellt sich auf einen Wert von 60 GewA, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, ein.
<I>Beispiel 7</I> In die in Beispiel 1 beschriebene Metallwanne wer den 26 g Glasstapelfasern mit einer Faserlänge von 60 mm eingegeben. Die darauf aufgebrachte Suspension wird durch Vermischen von 60g Wasserglaspartikeln (Na20 : Si02 = 1 : 3,2) mit 300 g einer Wasserglaslösung mit einer Konzentra tion von 45 Be (Na02 : SiQ, = 1 : 2,7) hergestellt.
Die Korngrösse der Partikel beträgt 60 bis 100 ,ri und der Wassergehalt, bezogen auf wasserfreies Alkalisilikat, 18 Gew.519. Die Anfangsviskosität der Suspension beträgt bei einer Temperatur von 20 C 100 cp. Die Schicht wird 25 Minuten lang bei einer Temperatur von 140 C behandelt, wobei sie sich ver festigt. Anschliessend wird sie der Wanne entnommen und, wie in Beispiel 2 beschrieben, nachgetrocknet. Der Wassergehalt der fertigen Platte beträgt 62 GewA, be zogen auf wasserfreies Alkalisilikat.