DE102004056913A1 - Mittel und Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelementes sowie Brandschutzelement - Google Patents

Mittel und Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelementes sowie Brandschutzelement Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Herstellung eines Brandschutzelements auf der Basis von Polyurethanschaumstoffen aus einer Polyol- und einer Diisocyanatkomponente, wobei die Polyolkomponente mindestens ein phosphorhaltiges Polyol enthält. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Polyolkomponente und die Diisocyanatkomponente frei von Boraten sind. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements sowie ein aus dem erfindungsgemäßen Mittel hergestelltes Brandschutzelement.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Herstellung eines Brandschutzelementes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Gattungsgemäße Mittel sowie daraus hergestellte Brandschutzelemente sind aus der EP 0 400 402 B1 bekannt. Diese Brandschutzelemente auf der Basis von Polyurethanschaumstoffen enthalten, neben Blähgraphit und üblichen Zusätzen, jeweils 2 bis 30 Gew.-% Borate, Melamin- und/oder Ethylendiaminsalze sowie phosphorhaltige Polyole, wobei diese letzteren drei Komponenten zusammen in einer Menge von maximal 50 Gew.-% vorliegen.
  • Derartige Brandschutzelemente in Form von Formteilen aus flexiblem Schaumstoff dienen vor allem zur Abdichtung von Durchführungen von brennbaren und nichtbrennbaren Rohren durch Decken und Wände. Mit diesen Brandschutzelementen werden die Zwischenräume zwischen Rohr und Wand bzw. Decke verstopft. Außerdem können Module oder Zuschnitte für die brandverzögernde Abdichtung von Kabelabschottungen im Schiffbau eingesetzt werden. Bei Bedarf kann das Material ohne besonderen Aufwand mit einem einfachen Messer passend zugeschnitten werden. Üblicherweise werden die passenden Formteile allerdings bereits bei der Herstellung erzeugt, indem die Ausgangsstoffe in einer passenden Form aufgeschäumt werden. Im Brandfalle expandieren die und bilden einen sehr festen Carbonschaum, der die Öffnung verschließt, das Übergreifen des Feuers durch die Durchführung verhindert und auch dem Druck von Löschwasser widersteht (Hose-Stream-Test).
  • Der Einbau dieser Brandschutzelemente ersetzt das bisher übliche Verfahren zum Verschließen der Zwischenräume von Rohrdurchführungen, bei dem zuerst die Restöffnungen mit Mineralwolle verstopft und dann zusätzlich mit einer Brandschutzdichtmasse meist beidseitig abgedichtet werden müssen. Da diese Brandschutzelemente von einer Seite der Rohrdurchführung aus in nur einem Arbeitsgang installiert werden können, resultiert eine signifikante Ersparnis an Arbeitszeit. Der staubfreie Einbau macht die Verarbeitung einfacher und angenehmer, aufwendige Reinigungsarbeiten entfallen.
  • Die bekannten Brandschutzelemente enthalten allerdings in der Regel ein borathaltiges Mineral, bspw. Colemanit. Dies verteuert die Ausgangsstoffe.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brandschutzelement, ein Mittel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bereit zu stellen, welches noch preiswerter bei guter Brandschutzwirkung ist.
  • Die Lösung besteht in einem Mittel zur Herstellung eines Brandschutzelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Polyolkomponente und die Diisocyanatkomponente frei von Boraten sind.
  • Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, dass Borate, insbesondere borathaltige Mineralien, verzichtbar sind. Ferner muss die mengenmäßige Obergrenze aus phosphorhaltigem Polyol und Melamin- bzw. Ethylendiaminsalzen von 50 Gew.-% nicht eingehalten werden; sie kann vielmehr überschritten werden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ferner ein Verfahren zur Herstellung des neuen Brandschutzelements gemäß Anspruch sowie das resultierende Brandschutzelement selbst. Beim Herstellungsverfahren werden alle Bestandteile der Polyolkomponente zugesetzt und vermischt. Darin wird die Diisocyanatkomponente zugegeben und das Brandschutzelement aufgeschäumt, ggf. nachdem die Mischung in eine Form gefüllt wurde.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Insgesamt sollte die Polyolkomponente 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 75 Gew.-% mindestens eines Bindemittels auf Polyolbasis enthalten. Dieses Bindemittel kann aus der Gruppe umfassend Polyetherpolyole, phosphorhaltige Polyole und Polyethylenglykole ausgewählt sein. Vorzugsweise sind alle diese Komponenten enthalten. Ferner kann bis zu 50 Gew.-% Bayfomox® PA Komponente 1 enthalten sein.
  • Mindestens eines dieser Polyole kann vorzugsweise eine molare Masse von 300–600 und/oder die OH-Zahl 250–270 aufweisen.
  • Vorzugsweise enthält das Bindemittel mindestens einen Phosphonsäureester, vorzugsweise N,N-Dihydroxyethylaminomethanphosphonsäurediethylester.
  • Das Bindemittel kann bspw. 5–25 Gew.-% Polyetherpolyol (Diol) mit der OH-Zahl 250–270 und/oder Polyetherpolyol (Triol) mit der OH-Zahl 250, 15–40 Gew.-% Polyethylenglykole und 10–30 Gew.-% phosphorhaltige Polyole, vorzugsweise N,N-Dihydroxyethylaminomethanphosphonsäurediethylester enthalten.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn als mindestens eine Polyolkomponente Bayfomox® PA Komponente 1 enthalten ist. Bayfomox® ist eine Marke der Bayer AG und dient im Rahmen dieser Patentanmeldung zur Beschreibung einer der Komponenten des erfindungsgemäßen Mittels zur Herstellung eines Brandschutzelements. Bayfomox® PA Komponente 1 ist eine stickstoff- und phosphathaltige Polyolformulierung der Fa. Bayer AG, die als Flammschutzmittel dient und bisher ausschließlich mit einer darauf abgestimmten Diisocyanatkomponente, Bayfomox® Komponente 2 L70, als Bayfomox®-Rohstoffsystem vertrieben wird. Es hat sich nun gezeigt, dass Bayfomox® PA Komponente 1 nicht zwingend mit der erwähnten Bayfomox® Komponente 2 L70 zusammen verarbeitet werden muss. Die Polyolkomponente kann, muss aber nicht, 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 45 Gew.-% Bayfomox® PA Komponente 1 enthalten.
  • Von Vorteil ist es, wenn mindestens ein dämmschichtbildender Füllstoff in einer Menge von 5 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise 9 bis 20 Gew.-% enthalten ist. Dieser Füllstoff kann aus der Gruppe umfassend Melamin, Melaminsalze, vorzugsweise Melaminphosphat, Ammoniumsalze, vorzugsweise Ammoniumpolyphosphat, Ethylendiaminsalze, vorzugsweise Ethylendiaminophosphat und Pentaerythrit ausgewählt sein. Die Summe der Anteile an phosphorhaltigen Polyolen und dämmschichtbildendem Füllstoff kann in der späteren Gesamtmischung aus Polyolkomponente und Diisocyanatkomponente über 50 Gew.-% liegen.
  • Die Polyolkomponente kann ferner flammhemmende Füllstoffe und/oder Pigmente enthalten.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden näher erläutert. Das Rohmaterial der Brandschutzelemente besteht aus zwei flüssigen Komponenten, die manuell oder mit einer automatischen Dosier- und Mischanlage vermischt und in eine Form gegeben werden. Dort reagieren die beiden vermischten Komponenten zu einem flexiblen Schaummaterial und können nach ca. 15 Minuten entformt werden. Dieses grundsätzliche Herstellungsverfahren entspricht den bekannten Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschäumen und kann auch der EP 0 400 402 B1 entnommen werden. Dieses Herstellungsverfahren kann auf an sich bekannte Weise automatisiert werden, so dass eine Endlosfertigung möglich ist.
  • Die Komponente 1 (das Harz) setzt sich im Ausführungsbeispiel wie folgt zusammen:
  • Figure 00050001
  • Die Summe dieser Komponenten beträgt 100 Gew.-%. Falls Bayfomox Pa Komp 1 enthalten ist, sollte die Summe aus Bayfomox Pa Komp 1 und Bindemittel 55 Gew.-% nicht unterschreiten.
  • Als Option, jedoch nicht zwingend können Blähmittel und/oder Treibmittel hinzugefügt werden. Bspw. kann als Blähmittel 0–30 Gew.-% Blähgraphit, z.B. Nordmin NM 248 eingesetzt werden. Diese optionale Komponente kann im Einzelfall für den jeweiligen gewünschten Brandschutz-Einsatz optimiert werden. Als Treibmittel kann, je nach gewünschter Dichte des resultierenden Schaums, 0–0,8 Gew.-% Wasser hinzugefügt werden. Alle Mengenangaben sind hierbei auf 100 Gew.-% der Komponente 1 bezogen.
  • Als Komponente 2 oder Härter dient, je nach gewünschter Härte des Schaummaterials, 25–65 Gew.-% 4,4'-Methylendi(phenylisocyanat) (im Folgenden: MDI), z.B. Desmodur 44 V 70 L. Auch diese Mengenangabe ist auf 100 Gew.-% der Komponente 1 bezogen.
    •
  • Anwendungsbeispiel 1:
  • Ein Gemisch aus:
    249,20 g Bayfomox PA
    175,70 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethylester
    54,33 g Mischung aus Melaminphosphat und Ethylendiaminophosphat
    17,45 g Aluminiumhydroxid
    1,74 g Eisenoxidrot
    99,69 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    2,49 g Wasser
    wurde mit 199,40 g MDI verrührt. Diese Mischung wurde in eine Form mit den Innenmaßen 50 × 60 × 1050 mm gegeben, und die Form wurde verschlossen.
  • Nach ca. 15 min wurde die Form wieder geöffnet und das fertige Bauteil mit den entsprechenden Maßen daraus entnommen. Man erhielt ein weichflexibles Schaumformteil mit einer Dichte von ca. 250 g/L, das zum Abdichten von Rohrdurchführungen durch Decken und Wände geeignet ist.
  • Anwendungsbeispiel 2:
  • Ein Gemisch aus:
    39,23 g Bayfomox PA
    82,95 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethylester
    25,65 g Mischung aus Melaminphosphat und Ethylendiaminophosphat
    8,27 g Aluminiumhydroxid
    0,80 g Eisenoxidrot
    31,40 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    0,80 g Wasser
    wurde mit 65,90 g MDI verrührt. Diese Mischung wurde in eine zylinderförmige Form mit einem Radius von 25 mm und einer Länge von 500 mm gegeben. Die Form wurde verschlossen und nach 15 min daraus ein weich flexibles zylinderförmiges Formteil mit einer Dichte von ca. 260 g/L entnommen. Dieses Formteil kann zum brandverzögernden Abdichten von Rohrdurchführungen durch Decken und Wände eingesetzt werden.
  • Anwendungsbeispiel 3:
  • Ein Gemisch aus:
    34,73 g Bayfomox PA
    97,93 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethylester
    30,28 g Mischung aus Melaminphosphat und Ethylendiaminophosphat.
    9,72 g Aluminiumhydroxid
    0,97 g Eisenoxidrot
    26,05 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    0,87 g Wasser
    wurde mit 69,45 g MDI verrührt und in eine Form mit den Abmessungen 160 mm × 130 mm × 50 mm gegeben. Nach einer Aushärtungszeit von ca. 15 Minuten konnte ein rechteckiger, weichflexibler Formstein aus der Form entnommen werden. Aus diesem Formstein wurden mit Hilfe einer Schneidmaschine Platten mit unterschiedlicher Dicke geschnitten, die zum Einbau in Kabelabschottungen für den Schiffbau geeignet sind.
  • Anwendungsbeispiel 4:
  • Ein Gemisch aus:
    136,50 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethylester
    42,30 g Mischung aus Melaminphosphat und Ethylendiaminophosphat.
    13,50 g Aluminiumhydroxid
    1,40 g Eisenoxidrot
    38,50 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    1,30 g Wasser
    wurde mit 79,50 g MDI verrührt und in eine Form mit den Abmessungen 50 mm × 50 mm × 500 mm gegeben, und die Form wurde verschlossen. Nach einer Aushärtungszeit von ca. 15 Minuten konnte die Form geöffnet und das fertige Bauteil mit den entsprechenden Maßen daraus entnommen werden. Man erhielt ein weichflexibles Schaumformteil mit einer Dichte von ca. 250 g/L, das zum Abdichten von Rohrdurchführungen durch Decken und Wände geeignet ist.
  • Anwendungsbeispiel 5:
  • Ein Gemisch aus:
    138,40 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethylester
    69,20 g Mischung aus Melamin, Ammoniumpolyphosphat und Pentaerythrit
    20,80 g Aluminiumhydroxid
    2,30 g Eisenoxidrot
    34,60 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    0,90 g Wasser
    wurde mit 80,70 g MDI verrührt und in eine Form mit den Abmessungen 205 mm × 130 mm × 50 mm gegeben. Nach einer Aushärtungszeit von ca. 15 Minuten konnte ein rechteckiger, weichflexibler Formstein aus der Form entnommen werden. Aus diesem Formstein wurden mit Hilfe einer Schneidmaschine Platten mit unterschiedlicher Dicke geschnitten, die zum Einbau in Kabelabschottungen für den Schiffbau geeignet sind.
  • Anwendungsbeispiel 6:
  • Ein Gemisch aus:
    40,00 g Bayfomox PA
    96,00 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethyl-ester
    48,00 g Mischung aus Melamin, Ammoniumpolyphosphat und Pentaerythrit
    14,40 g Aluminiumhydroxid
    1,60 g Eisenoxidrot
    20,00 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    1,00 g Wasser
    wurde mit 80,00 g MDI verrührt und in eine Form mit den Abmessungen 145 mm × 200 mm × 40 mm gegeben. Nach einer Aushärtungszeit von ca. 15 Minuten wurde ein rechteckiger, weichflexibler Formstein aus der Form entnommen. Dieser Formstein ist u. a. für den Einsatz als Kabelabschottung im Schiffbau geeignet.
  • Anwendungsbeispiel 7:
  • Ein Gemisch aus:
    104,56 g Mischung aus Polyethylenglykol, Polyetherpolyol (Diol) mit einer OH-Zahl von 250–270, N,N-Dihydroxyethyl-aminomethanphosphonsäurediethyl-ester
    119,95 g Mischung aus Melaminphosphat und Ethylendiaminphosphat
    1,81 g Eisenoxidrot
    11,32 g Blähgraphit (z.B. Nordmin NM 248)
    0,9 g Wasser
    wurde mit 63,37 g MDI verrührt und in eine Form mit den Abmessungen 145 mm × 200 mm × 40 mm gegeben. Nach einer Aushärtungszeit von ca. 25 Minuten wurde ein rechteckiger, flexibler Formstein aus der Form entnommen mit einer Dichte von ca. 260 g/L. Dieser Formstein ist u. a. für den Einsatz als Kabelabschottung im Schiffbau geeignet.

Claims (12)

  1. Mittel zur Herstellung eines Brandschutzelements auf der Basis von Polyurethanschaumstoffen aus einer Polyol- und einer Diisocyanatkomponente, wobei die Polyolkomponente mindestens ein phosphorhaltiges Polyol enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente und die Diisocyanatkomponente frei von Boraten sind.
  2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente 30 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 30–75 Gew.-% mindestens eines Bindemittels auf Polyolbasis enthält.
  3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bindemittel aus der Gruppe umfassend Polyetherpolyole, phosphorhaltige Polyol und Polyethylenglykole ausgewählt ist.
  4. Mittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bindemittel eine molare Masse von 300–600 und/oder die OH-Zahl 250–270 aufweist.
  5. Mittel nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bindemittel 5–25 Gew.-% Polyetherpolyol (Diol) mit der OH-Zahl 250–270 und/oder Polyetherpolyol (Triol) mit der OH-Zahl 250, 15–40 Gew.-% Polyethylenglykole und 10–30 Gew.-% phosphorhaltige Polyole, vorzugsweise N,N-Dihydroxyethylaminomethanphosphonsäurediethylester enthält.
  6. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente Bayfomox® PA Komponente 1 enthält.
  7. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 45 Gew.-% Bayfomox® PA Komponente 1 enthält.
  8. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente 5 bis 55 Gew.-%, vorzugsweise 9 bis 20 Gew.-% mindestens eines dämmschichtbildenden Füllstoffs enthält.
  9. Mittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine dämmschichtbildende Füllstoff aus der Gruppe umfassend Melamin, Melaminsalze, vorzugsweise Melaminphosphat, Ammoniumsalze, vorzugsweise Ammoniumpolyphosphat, Ethylendiaminsalze, vorzugsweise Ethylendiaminophosphat und Pentaerythrit ausgewählt ist.
  10. Mittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente ferner flammhemmende Füllstoffe und/oder Pigmente enthält.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Brandschutzelements auf der Basis von Polyurethanschaumstoffen aus einer Polyolkomponente und einer Diisocyanatkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Polyolkomponente mindestens ein phosphorhaltiges Polyol, Bayfomox® PA Komponente 1, sowie ggf. weitere Zusätze gemischt werden, anschließend die Diisocyanatkomponente zugegeben und die Reaktionsmischung aufgeschäumt wird.
  12. Brandschutzelement, hergestellt aus einem Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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