DE1923982B2 - Flammfestmachen von polyurethanschaumstoffen - Google Patents
Flammfestmachen von polyurethanschaumstoffenInfo
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Description
Der zunehmende Einsatz von Polyurethanhartschaumstoffen in der Bau- und Fahrzeugindustrie macht
es erforderlich, diesen Werkstoff mit einer flammwidrigen Ausrüstung zu versehen. Die Herabsetzung der
Entflammbarkeit von Polyurethanhartschaumstoffen wurde bisher dadurch erreicht, daß man den das
Urethan bildenden Reaktionskomponenten vor der Verschäumung entweder ein inertes Flammschutzmittel
inkorporierte oder die chemische Konstitution der Reaktionskomponenten durch Einbau bestimmter Atome,
wie z. B. Halogen- oder Phosphoratome, die dafür bekannt sind, flammwidrige Eigenschaften zu verleihen,
veränderte. Zusätze, die die Entflammbarkeit von Kunststoffen herabsetzen, sind bekanntlich Verbindungen,
wie Antimontrioxid, Ammoniumbromid, Ortho- und Polyphosphate, elementarer roter Phosphor,
organische Phosphor- und Halogenverbindungen sowie Halogen-Phosphorverbindungen.
Nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 11 73 641 werden Urethangruppen enthaltende, selbstverlöschende
Schausiistoffe durch Umsetzen von Polyisocyanaten mit organischen Verbindungen mit
reaktionsfähigen Wasserstoffatomen sowie Wasser und/oder anderen Treibmitteln in Gegenwart von
phosphorhaltigen Flammschutzmitteln, wie z. B. roter Phosphor, hergestellt. Ein genereller Nachteil der
Inkorporation von inerten flammwidrigen Zusätzen in Polyurethanschaumstoffe besteht darin, daß durch die
Zusätze die mechanischen Eigenschaften des Schaumstoffes, wie z. B. die Abriebfestigkeit, Druckfestigkeit,
Kantenstabilität, Dimensionsstabilität, Scherfestigkeit und Biegefestigkeit, beeinträchtigt werden. Bei Verwendung
Flüssiger Zusätze für den Polyurethanschaumstoff wurde darüber hinaus beobachtet, daß diese aus dem
Werkstoff auswandern und aomit einen dauerhaften Flammschutz nicht gewährleisten. Der Einsatz reaktiver
Flammschutzmittel, also solcher, die an der Urethanbildung chemisch beteiligt sind, hat bisher keine wirtschaftliche
Bedeutung erlangt, da diese Flammschutzmittel zu kostspielig sind. Außerdem sind Abmischungen dieser
reaktiven Flammschutzmittel zu sogenannten Fertigkomponenten infolge des mitanwesenden Wassers
meistens nicht hydrolysebeständig.
In der DT-AS 12 83 532 wird die Inkorporation von
Ammoniumpolyphosphaten oder von Gemischen dieser Phosphate mit halogenhaltigen Verbindungen in Polyurethane
zwecks deren flammwidrigen Ausrüstung beschrieben, wobei die flammhemmenden Mittel mit
irgendeinem oder mehreren der Bestandteile der zur Herstellung des Polyurethanmaterials verwendeten
Reaktionsmasse vermischt werden. Diese Arbeitsweise ist nachteilig, indem durch das Inkorporieren des
Flammschutzmittels in den Kunststoff die physikalischen Eigenschaften des Kunststoffs verschlechtert
werden.
Schließlich ist es nach der GB-PS 10 20 310 bekannt, neben SbCb auch Polyvinylchlorid in Polyurethanschaumstoffe
als Flammschutzmittel zu inkorporieren, wobei ebenfalls eine Verschlechterung der physikalischen
Eigenschaften des Polyurethanschaumstoffes in Kauf genommen werden muß.
Es bestand somit die Aufgabe, eine Anwendungsform von Flammschutzmittel zur Verhinderung oder Herabsetzung
der Entflammbarkeit von Polyurethanhartschaumstoffen zu entwickeln, die die physikalischen
Eigenschaften des Polyurethanhartschaumstoffes nicht zu sehr beeinträchtigt. Diese Forderung wird durch die
Erfindung erfüllt.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Gemischen aus Polyvinylchlorid, einem Lösungsmittel
für Polyvinylchlorid und einem Ammoniumpolyphosphat der aligemeinen Formel
H(n-ra)
in welcher das Verhältnis von m : π 0,7 bis 1,1 beträgt, als
Lösung bzw. Suspension zum Überziehen von Polyurethanhartschaumstoffen zwecks Flammfestmachen, gegebenenfalls
unter Ersatz von einem Teil des Ammoniumpolyphosphates durch Asbestwolle, Ammoniumbromid,
roten Phosphor oder andere flammhemmende Substanzen.
Zur Herstellung der Polyvinylchoridiösung kann als Lösungsmittel beispielsweise Methyläthylketon, Cyclohexanon,
Tetrahydrofuran, Dioxan oder Dimethylformamid verwendet werden. Das in das Lösungsmittel
eingebrachte Polyvinylchloridpulver soll einen K-Wert von vorzugsweise 50 bis 70 und die PVC-Pulverteilchen
eine Teilchengröße von höchstens etwa 0,2 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung löst bzw. suspendiert man im
Lösungsmittel auf 1 Gewichtsteil Polyvinylchlorid mindestens etwa 0,1 Gewichtsteil Ammoniumpolyphosphat.
Gegebenenfalls kann ein Teil des Ammoniumphosphates durch Asbestwolle, Ammoniumbromid,
roten Phosphor und andere flammhemmende Substanzen in einer Menge bis zu etwa 30 Gew.-% ersetzt
werden.
Das Aufbringen der flammwidrigen Substanzen enthaltenden Lösung auf die Oberfläche des Polyurethanhartschaumstoffes
kann in einfacher Weise durch Aufstreichen, Aufspritzen oder Aufspachteln erfolgen.
Von letztgenannter Arbeitsweise wird man dann Gebrauch machen, wenn die Lösung sehr viskos ist.
Zur Erzielung eines ausreichenden Flammschutzes für ein Werkstück aus Polyurethanhartschaufstoff ist es
erforderlich, daß die Schichtdicke der flammwidrigen
Schutzschicht im trockenen Zustand mindestens etwa 0,05 mm, vorzugsweise etwa 0,2 bis 1 mm, beträgt. Die
Trocknung des frisch beschichteten Hartschaumstoffes kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur
erfolgen, wobei in letzterem Falle die Trockn
zeiten verkürzt werden.
zeiten verkürzt werden.
Im einzelnen ist zur Erfindung noch folgendes zu bemerken:
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten flammwidrigen Beschichtungsmasse geht im a'lgerneinen
derart vonstatten, daß man das Polyvinylchloridpulver in einem geeigneten Lösungsmittel vollständig
auflöst und anschließend das Ammoniumpolyphosphat in dieser Lösung suspendiert. Je nach Mengenverhältnis
von Feststoff und Lösungsmittel wird eine Beschichtungsmasse höherer oder niederer Konsistenz erhalten,
wovon schließlich auch die Arbeitsweise zum Aufbringen der Beschichtungsmasse auf die Oberfläche des
Polyurethanhartschaumstoffes abhängt. Zum Aufbringen der Beschichtungsmasse bedient man sich am
einfachsten einer elektrischen oder mit Preßluft betriebenen Spritzpistole, wie sie zum Beispiel zum
Spritzen von Lacken Verwendung findet. Das Aufstreichen mit einem gewöhnlichen Malerpinsel ist ebenfalls
möglich. Im Falle, daß die Masse viskos ist, läßt sie sich vorteilhafterweise mit einem Spachtel aufbringen.
Da unbearbeitete Polyurethanschaumstoffe eine glatte Oberflächenhaut besitzen, bereitet die Haftung
der Anstrichmassen gelegentlich Schwierigkeiten. Eine gute Haftung ist jedoch gewährleistet, wenn man die
Oberfläche beispielsweise mit Hilfe einer rotierenden Schmirgelscheibe oder eines Sandstrahlgebläses aufrauht.
An den Schnittflächen von gesägten Schaumstoffkörpern erübrigt sich vorerwähnte Oberflächenbehandlung.
Wie überraschenderweise gefunden wurde, wird eine optimale Haftung der flammwidrigen Beschichtungsmasse
erreicht, wenn man die Masse unmittelbar nach dem Verschäumungsprozeß auf die noch nicht
völlig ausgehärtete Oberflächenhaut des Polyurethanschaumstoffes aufträgt. Die aufgebrachte Schutzschicht
ist dann so innig mit der Schaumstoffoberfläche verbunden, daß sie sich nur unter Beschädigung der
Schaumstoffoberfläche wieder entfernen läßt.
Um einem Polyurethanhartschaumstoff ein sehr gutes flammwidriges Verhalten zu vermitteln, genügt es
bereits, so viel Beschichtungsmasse aufzubringen, daß diese nach der Trocknung eine Schichtdicke von etwa
0,3 mm besitzt. Der Trocknungsprozeß dauert bei Raumtemperatur etwa 1 bis 3 Tage. Da die erfindungsgemäß
verwendete Beschichtungsmasse praktisch farblos ist, besteht die Möglichkeit, durch Einmischen von
Farbstoffen oder Pigmenten in die Beschichtungsmasse jede beliebige Farbe einzustellen, so daß mit dem
Auftragen der Masse auf die Oberfläche des Schaumstoffkörpers diesem jeweils der gewünschte Farbton
gegeben werden kann.
Die nach der Erfindung präparierten Polyurethanschaumstoffe besitzen gegenüber in bekannter Weise
flammfest gemachten Polyurethanschaumstoffen den Vorteil, daß die mechanischen Eigenschaften des
beschichteten Hartschaumstoffes, wie aus nachfolgender Tabelle ersichtlich, nicht verändert werden, da die
Zusätze lediglich auf der Oberfläche des Kunststoffes haften und nicht den Kunststoff vollkommen durchdringen,
wie bei den bekannten Verfahren.
Zum Nachweis vorgenannten Vorteils wurde in 3 Vergleichsversuchen die Druckfestigkeit eines Polyure-
thanhartschaumstoffes nach DIN-Vorschrift 33 421
geprüft, wobei im Versuch Nr. 1 Polyurethanhartschaumstoff ohne Flammschutzmittel und in den
Versuchen Nr. 2 und 3 flammwidriger Polyurethanhartschaumstoff eingesetzt wurde. Der Polyurethanhartschaumstoff
gemäß Versuch Nr. 2 war mit dem erfindungsgemäß verwendeten Flammschutzmittel vorbehandelt,
während im Versuch Nr. 3 ein Polyurethanhartschaumstoff getestet wurde, in welchem eine
bekannte flammwidrige Paste inkorporiert war. Die in der Spalte A der Tabelle aufgeführten Meßergebnisse
bedeuten die Druckfestigkeit [kp ■ cm-2] des entsprechenden Polyurethanhartschaumsioffes bei 10%iger
Stauchung, während in Spalte B die Druckfestigkeitswerte aufgezeigt sind, die beim Bruch des Polyurethanhartschaumstoffes
erhalten werden. Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die Druckfestigkeitswerte des
erfindungsgemäß vorbehandelten Schaumstoffes und des reinen Polyurethanhartschaumstoffes nur geringfügig
voneinander abweichen.
Ver- Prüfgegenstand A B
1 Polyurethanhartschaumstoff 2,54 2,63 ohi:e Flammschutzmittel
2 Polyurethanhartschaumstoff 2,53 2,64 erfindungsgemäß beschichtet;
Schichtdicke 0,3 mm
Schichtdicke 0,3 mm
3 Polyurethanhartschaumstoff, 2,10 2,26 enthaltend 10 Gewichtsteile
roten Phosphor und Trichloräthylphosphat im Gewichtsverhältnis 1 :1
Überraschenderweise wurde weiterhin festgestellt, daß die erfindungsgemäß vorbehandelten Polyurethanhartschaumstoffe
gemäß ASTMD 1692-59 T als unbrennbar zu bezeichnen sind und somit die bekannten
lediglich selbstverlöschenden Schaumstoffe hinsichtlich des Flammschutzeffektes übertreffen.
Mit nachfolgend beschriebener Beschichtungsmasse, die auf die Oberfläche eines mit Polyurethanhartschaumstoff
beschichteten, metallischen Werkstückes aufgebracht wurde, konnte ein guter Flammschutzeffekt
erzielt werden. Sie bestand aus:
3,3 Gewichtsteilen
7,7 Gewichtsteilen
7,7 Gewichtsteilen
89,0 Gewichtsteilen
Ammoniumpolyphosphat,
Suspensions-Polyvinylchloridpulver mit einem K-Wert von 70 und einer Teilchengröße von maximal 0,16 mm und
Methyläthylketon.
Suspensions-Polyvinylchloridpulver mit einem K-Wert von 70 und einer Teilchengröße von maximal 0,16 mm und
Methyläthylketon.
Um die Wirksamkeit der Beschichtungsmasse in bezug auf Flammschutz zu prüfen, wurden im
Freigelände Abbrandversuche durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden verzinkte Eisenbleche mit einer Fläche
von 0,5 χ 2 m zunächst mit einer 5 cm dicken Polyurethanschaumstoffschicht überzogen. Obige Beschichtungsmasse
wurde dann auf die Oberfläche der Kunststoffschicht mit einem Pinsel aufgestrichen. Die
getrocknete Beschichtungsmasse besaß eine durch-
schnittliche Dicke von 0,7 mm. Die Bleche wurden anschließend vertikal in einem Windfang aufgehängt
und am unteren Ende einer aus 250 cm1 Benzin entfachten Flamme ausgesetzt. Während Polyurethanhartschaumstoffe,
die nicht erfindungsgemäß vorbehandelt waren, bei Flammeinwirkung vollständig abbrannten,
erwiesen sich die flammwidrig gemachten Schaumstoffe unter den gegebenen Bedingungen als unbrennbar.
In einem weiteren Versuch wurde nachfolgende Beschichtungsmasse auf Flammschutzwirkung getestet:
2,2 Gewichtsteile Ammoniumpolyphosphat,
1,1 Gewichtsteile Asbestwolle,
7,7 Gewichtsteile Susper.sions-Polyvinylchlorid mit einem K.-Werc von 70 und einer
Teilchengröße von maximal 0,16 mm,
89,0 Gewichtsteile Methyläthylketon.
89,0 Gewichtsteile Methyläthylketon.
Zur Durchführung des Abbrandtestes wurde analog Beispiel 1 verfahren, wobei sich der flammwidrig
gemachte Polyurethanschaumstoff als unbrennbar erwies. _, . . , ,
Beispiel 3
Beispiel 3
Die gemäß Beispiel 1 und 2 zum Abbrandtest vorbereiteten verzinkten Eisenbleche wurden auf der
beschäumten Seite mit einem Autoger.schweißbrenner längs einer horizontalen Linie 15 Sekunden lang
befächelt. Ohne Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten Beschichtungsmasse brannte der Polyurethanschaumstoff
vöilig ab, während der flammfest gemachte Polyurethanschaumstoff lediglich eine leichte Schwärzung
aufwies.
Es wurden Probekörper, die mit der erfindungsgemäß verwendeten Beschichtungsmasse versehen waren, dem
Abbrandtest nach ASTM D 1692-59 T unterworfen. Nach dem Ergebnis des Abbrandtestes waren die
Probekörper in die Klassifizierung »non burning« einzuordnen.
Claims (3)
1. Verwendung von Gemischen aus Polyvinylchlorid, einem Lösungsmittel für Polyvinylchlorid und '>
einem Ammoniumpolyphosphat der allgemeinen Formel
10
in welcher das Verhältnis von m: η 0,7 bis 1,1
beträgt, als Lösung bzw. Suspension zum Überziehen von Polyurethanhartschaumstoffen zwecks
Flammfestmachen, gegebenenfalls unter Ersatz von einem Teil des Arnmoniumpolyphosphates durch r.
Asbestwolle, Ammoniumbromid, roten Phosphor oder andere flammhemmende Substanzen.
2. Verwendung nach Anspruch 1 als Lösung des Polyvinylchlorids in Methyläthylketon, Cyclohexanon,
Tetrahydrofuran, Dioxan oder Dimethylformamid.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gemische auf 1 Gewichtsteil Polyvinylchlorid
mindestens 0,1 Gewichtsteil Ammoniumpolyphosphat enthalten. 2)
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