EP1216820B1

EP1216820B1 - Plattenförmiges Formteil, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: EP1216820B1
Application number: EP01129256A
Authority: EP
Inventors: Geer Schuren; Robert Huusken
Original assignee: Trespa International BV
Current assignee: Trespa International BV
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: EP1216820A1; ES2260149T3; DE50109368D1; JP2002254572A; US20020150749A1; PT1216820E; US6833174B2; ATE321656T1; DE10064890A1

Description

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Formteil mit einem Kern aus einer Anzahl von Kernschichten, an einer oder an beiden Seiten des Kerns befindlichen Substrat-, Dekorations- und Klarschichten, wobei dem Formteil Flammschutzmittel zugesetzt sind, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.
Unter "plattenförmiges Formteil" sind sowohl plane Platten als auch in einer Form hergestellte, nicht plane Formteile zu verstehen, die zum Beispiel verdickte Endkanten oder über die Formatlänge gesehen ein Profil mit unterschiedlichen Dicken besitzen.
Solche Platten bestehen im Allgemeinen aus einer Anzahl mit duroplatischen Bindemitteln imprägnierten Trägerlagen, die in einer Presse mit erhöhtem Druck und Temperatur durch Härtung des Bindemittels zu einer Platte oder einem Formteil geformt werden. Diese Platten und/oder Formteile werden sowohl im Innenausbau als auch für Außenanwendungen eingesetzt und müssen bestimmte Brandnormen erfüllen. Für den Innenausbau kommen die Formteile im Büro, Küche, Bad, Laboreinrichtungen , Möbel usw., für Außenanwendung , z. B. als Fassadenverkleidungen zum Einsatz. Um die Brandnormen zu erfüllen, ist es im Stand der Technik üblich, den Formteilen flammhemmende Additive, sogenannte Flammschutzmittel, hinzuzufügen.
Üblicherweise werden plattenartige Formteile schichtartig aufgebaut und bestehen aus einem Kern als Substrat, der mehrere Schichten aufweist und an einer oder an beiden Seiten mit je einer Substratschicht, einer Dekorationsschicht und einer Klarschicht laminiert ist. Die Dekorations- bzw. Dekorschichten sind im Allgemeinen eingefärbte, pigmentierte bedruckte oder mit einer Dekoration versehene α-Cellulose enthaltende Papiere, die durch Tränken und Trocknen mit einem niedermolekularen Melaminharz zu einem dekorativen Vorpressling gestaltet sind. Die einzelne Dekorschicht kann eine zweite Schicht enthalten, die an der Außenseite der Dekorschicht angebracht ist und aus einem α-Cellulose enthaltenden Papier entsteht, das mit einem niedermolekularen Melaminharz imprägniert ist, jedochweder bedruckt ist noch ein Dekor enthält. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Klarschicht, die als Vorpressling ausgestattet ist. Die Dekor- und Klarschichten enthalten üblicherweise keine Flammschutzmittel. Der Kern besteht aus einer Anzahl von Schichten, die im Allgemeinen aus einem α-Cellulose enthaltendem Papier (Natronkraftpapier) bestehen, die durch Tränkung mit einem niedermolekularen Phenolharz und nachfolgender Trocknung miteinander zu dem Kern verpresst werden. Diese Schicht ist üblicherweise mit einem Flammschutzmittel versetzt.
In der EP-B 0 081 147 ist eine dekorative, für Außenanwendungen geeignete Bauplatte beschrieben, die aus einem gepressten Kern aus Fasern besteht, die von Hitze gehärtetem Phenol-Formaldehydharz umgeben sind und eine Dekorschicht auf einer oder beiden Oberflächen des Kerns aufweist. Der Kern besteht aus Holzfasern und/oder Cellulosefasern, die mit einem hitzehärtbaren Phenol-Formaldehydharz in wässriger Lösung oder Dispersion beschichtet sind. Eine Ausführungsform dieser Bauplatte wird in der Weise hergestellt, dass eine oder mehrere übereinander angeordnete, mechanisch vorverdichtete Schichten auf Basis von Holzteilchen, welche mit dem hitzehärtbaren Phenol-Formaldehydharz imprägniert sind, unter Ausbildung des Kerns der Bauplatte in der Hitze verpresst werden, wodurch das Kunstharz gehärtet wird.
Bei solchen heißverformten dekorativen Hochdruck-Schichtpressstoffplatten (HPL) handelt es sich um sogenannte Kompaktformteile, deren Aufbau entweder dem von Kompaktplatten nach EN 438-1 bzw. ISO 4586 bzw. DIN 16926 entspricht oder einem derartigen Aufbau ähnlich ist.
In der WO99/45061 sind Verbundwerkstoffe beschrieben, die aus einem Faser- und/oder Gewebematerial bestehen, das mit einer Harzmatrix getränkt und gehärtet ist. Die Harzmatrix auf der Basis eines Epoxid/Anhydridreaktionsharzes ist mit reaktiv eingebauten Phosphorverbindungen auf der Basis von Säurederivaten flammwidrig ausgerüstet. Der flammwidrige Verbundwerkstoff umfaßt des Weiteren Füllstoffe, Entschäumer, Verlaufhilfsmittel, Haftvermittler und in der Epoxidharzchemie gebräuchliche Reaktionsbeschleuniger wie z. B. tertiäres Amin und/oder Imidazol und Organometall-Komplexe. Der auf die Harzmatrix bezogene Phosphorgehalt beträgt 0,5 bis 5 Gew.-%. Solche Verbundwerkstoffe werden als Leichtwerkstoffe im Fahrzeugbau für Schienenfahrzeuge, Aufbauten von Kraftfahrzeugen und Schiffs- und Flugzeugskomponenten eingesetzt.
Es ist auch bekannt, flammhemmende Additive in Kunststoffen einzusetzen. So ist beispielsweise in der WO 96/09344 eine flammfeste, glasfaserverstärkte Polyamidharzmasse beschrieben, die 10 bis 40 Gew.-% Melaminphosphat, Melaminpyrophosphat, insbesondere Dimelaminpyrophosphat oder Melaminpolyphosphat sowie Gemische davon enthält. Weitere bevorzugte halogenfreie Flammhemmer, die in der Polyamidharzmasse enthalten sein können, sind Zinkborat, Zinkphosphat, Melaminsulfat oder Ammoniumpolyphosphat. Außerdem können übliche Additivewie Gleitmittel, Dispergiermittel und Haftvermittlerzugesetztwerden, wie etwa Stearate, Phosphonate, Fettsäureamide oder Aerosile. Derartige glasfaserverstärkte Polyamidharzmassen eignen sich insbesondere zur Herstellung von Formkörpern, die in der Elektro- oder Elektronikindustrie eingesetzt werden.
Die Kerne bekannter Platten enthalten Harze aus der Gruppe Aminoplaste, Epoxid-, Urethan-, Duroplaste oder Mischungen hiervon. Diesen Harzen werden im Allgemeinen Flammschutzmittel zugesetzt. Als Flammschutzmittel kommen Phosphor enthaltende Zusätze oder Zusätze mit Phosphor-Stickstoff zum Einsatz. Weitere bekannte Flammschutzmittel sind Borate oder Hydroxide aus Aluminium, Zink, Magnesium und halogenhaltige organische Verbindungen. Besteht der Kern aus einem vorgefertigten Vorpressling aus Holz- und/oder Cellulosefasern so kann das Flammschutzmittel dem Bindemittel für die Holz- bzw. Cellulosefasern zugegeben werden. Daneben besteht auch die Möglichkeit, dass das Flammschutzmittel direkt den Holzfasern oder dem Holzmehl zugegeben wird, aus dem die Vorpresslinge geformt sind. Bei den bekannten Platten, die ein Flammschutzmittel enthalten, liegt stets eine homogene Verteilung des Flammschutzmittels vor, sowohl in der Kernschicht als auch in den Dekorationsschichten, falls diese gleichfalls mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet sind. Solche Dekorationsschichten bestehen beispielsweise aus einem vernetzten Acryl-, Urethan-, Epoxid oder Melaminharz, das mit Acrylharz modifiziert ist und Füllstoffe und/oder Farbstoffe enthält. Diesen Harzen wird dann jeweils ein Flammschutzmittel hinzugefügt.
Im Falle der Erhitzung eines Formteils bis zur Entzündungstemperatur beginnt zuerst die Dekorationsschicht zu brennen und danach die darunter liegenden Kernschichten bis zum Durchbrennen des Formteils. Zur B randverhütung ist es wichtig, dass im Brandfall die Formteile sich nicht entzünden, da durch das Entzünden der Formteile die Erhitzung beschleunigt wird, dementsprechend mehr Wärme freigesetzt wird, wodurch die Erhitzung nochmals beschleunigt wird. Diese aufsteigende Wirkungsspirale beeinflusst das Brandverhalten und die Normierung der Formteile in hohem Maße.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Flammfestigkeit von Formteilen der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die Wirksamkeit der in den Formteilen enthaltenen Flammschutzmitteln erhöht wird. Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils inhomogen ist und dass die Kernschichten Flammschutzmittel enthalten wobei die Schichten nahe den Oberflächen des Formteils größere Mengen an Flammschutzmittel als die Schichten des Kerns enthalten.
Dabei enthalten die einzelnen Schichten des Formteils unterschiedlich große Mengen an Flammschutzmittel. In Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Schichten an den Oberflächen des Formteils größere Mengen an Flammschutzmittel als die Schichten des Kerns. Dabei ist zweckmäßigerweise die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils symmetrisch, wobei der Flammschutzmittelgehalt in den Kernschichten niedriger als in den Substrat- und Dekorationschichten ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist den flammhemmend ausgerüsteten Schichten des Formteils das gleiche Flammschutzmittel zugesetzt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils asymmetrisch, wobei die frontale Dekorationsschicht eine größere Menge an Flammschutzmittel als die rückseitige Dekorationsschicht enthält und die Kernschichten eine niedrigere Menge an Flammschutzmittel als jede der beiden Dekorationsschichten aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die einzelnen Schichten des Formteils unterschiedliche Flammschutzmittel enthalten.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 8 bis 12.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass mit geringeren Mengen von Flammschutzmitteln gegenüber einer homogenen Verteilung der Flammschutzmittel in bekannten Formteilen ein gleich großer Flammschutz erzielt wird bzw. dass bei der gleichen Menge an Flammschutzmittel wie bei einer homogenen Verteilung der Flammschutz erhöht wird.
Im Rahmen der Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Formteils geschaffen werden, das eine inhomogene Verteilung der Flammschutzmittel in den einzelnen Schichten über die Dicke des Formteils ermöglicht. Dies wird durch Einlegen einer Trennschicht, einer Klarschicht, einer Dekorationsschicht und/oder einer Substratschicht, wobei die Dekorationsschicht mit einer Menge m₁ eines Flammschutzmittel und die Substratschicht mit einer Menge m₂ ≤ m₁ eines Flammschutzmittel modifiziert wird, und eines vorgefertigten Kerns, bestehend aus einer Anzahl von Kernschichten, wobei jede Kernschicht mit einer gleich großen Menge m₃ ≤ m₂ eines Flammschutzmittel modifiziert ist, und durch Einlegen einer weiteren Dekorationsschichtund/oder einer Substratschicht, die jeweils mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet sind, einer Klarschicht und einer Trennschicht in eine geöffnete Presse und durch Heißverpressen unter Druck aller in der Presse befindlichen Schichten erreicht, wobei die vorgefertigten Schichten gehärtet werden, die Harze der Schichten zerfließen und die Schichten zu einem massiven homogenen Formteil geformt werden.
In Ausgestaltung des Verfahrens werden die weitere Dekorationsschicht und/oder Substratschicht jeweils mit einer Menge m₁ bzw. m₂ des Flammschutzmittel ausgerüstet, mit m₃ ≤ m₂ ≤ m₁. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die weitere Dekorationsschicht und/oder Substratschicht jeweils mit einer Menge m₄ bzw. m₅ an Flammschutzmittel modifiziert, mit m₃ ≤ m₅ ≤ m₄ und m₅ ≤ m₂ und m₄ ≤ m₁.
Verfahrensgemäß werden die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit dem gleichen Flammschutzmittel modifiziert. Ebenso ist es möglich, dass die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit einem unterschiedlichen Flammschutzmittel ausgerüstet werden.
Mit dem plattenförmigen Formteil werden die Vorteile erzielt, dass mit einer Mengenverteilung des Flammschutzmittels über die Dicke der Platte eine Einsparung von 10 bis 25 Gew.-% an Flammschutzmittel erreicht wird, ohne dass sich das Brandverhalten verschlechtert bzw. dass bei gleicher Menge an Flammschutzmittel wie bei einer homogenen Verteilung ein verbessertes Brandverhalten erzieltwird. Von Vorteil ist auch, dass mit der gleichen Menge an Flammschutzmittel viele unterschiedliche Flammschutzprofile über die Dicke des Formteils erhalten werden können, da die einzelnen Schichten des Formteils variabel mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel ausgerüstet werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen und der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: schematisch den Aufbau eines Formteils aus einzelnen Schichten, die übereinander in eine Presse eingelegt sind,
Figur 2: verschiedene symmetrische Verteilungen von Flammschutzmitteln über die Dicke von Formteilen, deren Kerne jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Kernschichten aufweisen,
Figur 3: verschiedene symmetrische Verteilungen von Flammschutzmitteln ähnlich denjenigen der Figur 2, wobei die Verteilungen nahe den Oberflächen der Formteile flacher als in Fig. 2 sind, und
Figur 4: unterschiedliche asymmetrische Verteilungen von Flammschutzmitteln über die Dicke von Formteilen, deren Kerne jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Kernschichten aufweisen.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau eines Formteils 1 dargestellt, das aus einem Kern 5 besteht, der an jeder Seite jeweils von einer Substratschicht 4, einer Dekorationsschicht 3 und einer Klarschicht 2 eingeschlossen ist. Der Kern 5 besteht aus einem sogenannten Vorpressling, d.h. aus einem Presspaket aus einzelnen Kernschichten 51, 52 , 53, .... Die hintere Ziffer der Bezugszahlen, die die Kernschichten bezeichnen, entsprechen der fortlaufenden Nummerierung dieser Kemschichten. Die Substratschichten 4, 4 dienen als Barriereschichten des Kerns und können bei bestimmten Ausführungsbeispielen auch weggelassen werden. Die Dekorationsschichten 3, 3 bestehen bevorzugt aus einer Lackschicht und haben ein Flächengewicht von 10 bis 400 g/m², insbesondere von 50 bis 250 g/m². Sie bestehen aus einem vernetzten Acryl-, Urethan-, Epoxid- oder Melaminharz, wobei das Acrylharz pigmentiert und Füllstoffe und/oder Farbstoffe enthalten kann. Die Klarschichten 2,2 dienen vor allem als Schutzschichten gegen Beschädigungen der Oberfläche des Formteils. Die Dekor- bzw. Dekorationsschichten 3, 3 können aus Dekorpapieren bestehen, die mit Melamin beharzt sind. Den Dekorationsschichten 3, 3, den Substratschichten 4, 4 und den Kernschichten 51, 52, 53, ... werden erfindungsgemäß jeweils flammhemmende Additive, sogenannte Flammschutzmittel zugesetzt. Handelt es sich bei den Dekorationsschichten 3, 3 um mit Melaminharz imprägnierte Dekorpapiere, so enthalten diese im Allgemeinen keine Flammschutzmittel.
In Fig. 1 ist schematisch das Einlegen der verschiedenen Schichten in eine geöffnete Presse gezeigt, zwischen deren unteren und oberen Schablone 7, 7 die einzelnen Schichten eingelegt werden. Die Trennschichten 6, 6 dienen vor allem dazu ein Ankleben des Formteils 1 nach Beendigung des Pressvorgangs an den Schablonen 7, 7 zu verhindern. Die einzelnen Schichten werden in die geöffnete Presse wie folgt eingelegt: Auf die untere Schablone 7 werden nacheinander die Trennschicht 6, die rückseitige Klarschicht 2, die rückseitige Dekorationsschicht 3, die Substratschicht 4, der Kern 5, eine weitere Substratschicht 4, eine frontale Dekorationsschicht 3, eine frontale Klarschicht 2 sowie eine Trennschicht 6 aufgelegt. Danach wird die Presse geschlossen und unter Druck und Wärme erfolgt die Heißverpressung der Schichten zu dem Formteil 1. Die Temperatur beträgt dabei 120 bis 180 °C und der Druck 60 bis 110 bar.
Der Kern 5 ist als Vorpressling (prepeg) aus den Kernschichten 51, 52, 53, ... gebildet und wird beispielsweise aus Schichten, bestehend aus Holz- und/oder Cellulosefaserteilchen nach dem in der EP-B 0 081 147 beschriebenen Verfahren vorgefertigt. Dies geschieht derart, dass mehrere übereinander angeordnete, mechanisch vorverdichtete Schichten auf der Basis von Holz- und/oder Cellulosefaserteilchen, welche mit einem hitzehärtbaren Kunstharz aus der Gruppe der Aminoplaste, Epoxid-, Urethan-, Duroplaste oder Mischungen hiervon imprägniert sind, unter Hitzeanwendung verpresst werden, wobei das Kunstharz gehärtet wird. Diesen Harzen werden im Allgemeinen die Flammschutzmittel zugesetzt, die aus der Gruppe Phosphor enthaltende oder Phosphor-Stickstoff enthaltende Additive, halogenhaltige organische Verbindungen und Stickstoff enthaltende Verbindungen, Borate oder Hydroxide ausgewählt werden. Bei den Boraten und Hydroxiden handelt es sich um solche des Aluminiums, Zinks, Magnesiums. Die Flammschutzmittel werden insbesondere aus der Gruppe Melaminpolyphosphate, Melaminpyrophosphate, Ammoniumpolyphosphate, Ammonium(pyro)phosphate, Amin(pyro)phosphate, ausgewählt. Zu den anorganischen Flammschutzmitteln zählt auch Antimonoxid. Die größte Wirksamkeit entfalten die phosphorhaltigen Flammschutzmittel, die daher auch bevorzugt eingesetzt werden.
In den Figuren 2 bis 4 sind auf der X-Achse fortlaufende Positionsnummern 11 bis 35 angegeben, die den verschiedenen Schichten des Formteils zugeordnet sind. Die Positionsnummern 11 bis 16 umfassen beispielsweise die frontale Dekorationsschicht, wobei die Positionsnummer 16 die Grenze zu dem Kern 5 markiert, dem beispielsweise die Positionsnummern 17 bis 29 zugeordnet sind. Die Positionsnummern 30 bis 35 betreffen die rückseitige Dekorationsschicht 3 des Formteils 1. Da der Kern 5 im Allgemeinen noch von einer frontalen und einer rückseitigen Substratschicht 4, 4 umschlossen ist, können beispielsweise die Positionsnummern 17,18 und 19 bzw. 27, 28 und 29 solchen Substratschichten zugeordnet sein.
Auf der Y-Achse ist der aktive Gehalt an Flammschutzmittel in Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Schicht aufgetragen. Anstelle des aktiven Gehalts an Flammschutzmittel kann auf der Y-Achse auch der aktive Gehalt an Phosphor oder eines Halogens des Flammschutzmittels aufgetragen sein. Die Mitte der Dicke des Formteils 1 ist durch die Positionsnummer 23 vorgegeben. Die Profile bzw. die Flammschutzmittelverteilung sind gegenüber einer gedachten, durch die Positionsnummer 23 gezogenen Linie symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet. In den Figuren 2 bis 4 ist durch die Gerade m jeweils der Stand der Technik angezeigt, gemäß dem die Flammschutzmittelverteilung homogen ist, d. h. alle mit Flammschutzmittel modifizierten Schichten eine gleich große Menge Flammschutzmittel enthalten. Dabei kann es sich jeweils um das gleiche Flammschutzmittel, aber auch um unterschiedliche Flammschutzmittel in den Schichten handeln, wenn gewährleistet ist, dass der am Brandschutz aktiv beteiligte Anteil an Phosphor in allen Schichten gleich groß ist.
Figur 2 zeigt drei symmetrische Profile a, b, c bzw. Flammschutzmittelverteilung, die unterschiedliche Flankensteilheiten besitzen. Die Profile a und b weisen die steilsten Flanken auf, wobei die Menge an Flammschutzmittel in den beiden äußeren Positionen 11 und 35 16 Gew.-% beträgt und in den Positionen 14 bis 32 4 Gew.-% ausmacht. Profil b hat ähnlich steile Flanken wie das Profil a, wobei die Menge an Flammschutzmittel in den Positionen 14 und 32 8 Gew.% und in den Positionen 15 bis 31 3 Gew.% beträgt. Das Profil c besitzt flachere Flanken als die Profile a und b, wobei in den äußeren Positionen 11 und 35 die Menge an Flammschutzmittel 10 Gew.-% und in den Positionen 19 bis 27 die Menge an Flammschutzmittel 2 Gew.-% beträgt.
Aus Figur 2 ist klar zu ersehen, dass bei den Profilen a, b und c die Gesamtmenge an Flammschutzmittel geringer ist als bei der im Stand der Technik bekannten homogenen Verteilung an Flammschutzmittel, die durch die Gerade m in Figur 2 wiedergegeben ist. Es hat sich gezeigt, dass mit einer Mengenverteilung des Flammschutzmittels über die Dicke des Formteils 1 eine Einsparung von 10 bis 25 Gew.-% an Flammschutzmittel erreicht werden kann im Vergleich zu der bekannten homogenen Flammschutzmittelverteilung. Trotz des geringeren Einsatzes an Flammschutzmittel ist das Brandverhalten eines derart präparierten Formteils 1 genau so gut wie das Brandverhalten eines entsprechenden Formteils mit homogener Flammschutzmittelverteilung. Abhängig von dem gewünschten Brandverhalten wird das Verhältnis der Menge an Flammschutzmittel in der Mitte des Kerns 5 zur Dekorationsschicht und/oder Substratschicht 1 : 1,5 bis 6, insbesondere 1 : 2,0 bis 3,5 gewählt. Werden gleiche Mengen an Flammschutzmittel bei einem Formteil mit homogener Flammschutzmittelverteilung und einem Formteil 1 gemäß der Erfindung mit symmetrischer oder asymmetrischer Flammschutzmittelverteilung eingesetzt, so zeigt das erfindungsgemäße Formteil 1 ein verbessertes Brandverhalten gegenüber dem Formteil mit homogener Flammschutzmittelverteilung.
In Figur 3 sind Profile d, e, f dargestellt, die eine symmetrische Flammschutzmittelverteilung wiedergeben und gegenüber den Proben der Figur 2 flacher sind. Die Profile d und e zeigen eine ähnliche Flankensteilheit und ihre Flanken sind steiler als die Flanken des Profils f. Die Menge an Flammschutzmittel in den Positionen 11 und 35 des Profils d beträgt 10 Gew.-% und sinkt im Bereich von der Position 12 bis 34 auf einen Wert knapp unter 6 Gew.-% ab. Das Profil e hat in den Positionen 13 und 33 eine Menge von 10 Gew.-% Flammschutzmittel und in den Positionen 14 bis 32 eine Menge von 5 Gew.-% Flammschutzmittel.
Die Menge des Flammschutzmittels in den Positionen 11 und 35 des Profils f beträgt 10 Gew.-% und im Bereich von der Postion 17 bis 29 4 Gew.-%.
Figur 4 zeigt schematisch drei Profile g, h, i mit asymmetrischer Flammschutzmittelverteilung in Bezug auf eine gedachte Linie durch die Position 23. In den Positionen 11 bzw. 35 des Profils g beträgt die Menge an Flammschutzmittel 16 Gew.-% bzw. 8 Gew.-%. In dem Bereich von der Position 17 bis 33 liegt der Anteil des Flammschutzmittels bei 4 Gew.-%. Das Profil h zeigt in der Position 11 eine Menge von 12 Gew.-% Flammschutzmittel und im Bereich der Position 15 bis 35 einen Anteil des Flammschutzmittels von 5 Gew.%. Beim Profil i beträgt die Menge an Flammschutzmittel 10 Gew.-% in Position 11 und im Bereich von Position 25 bis 35 3 Gew.-%.
Die Wirksamkeit des Flammschutzes des Formteils 1 hängt neben der eingesetzten Menge an Flammschutzmittel zum Modifizieren der verschiedenen Schichten des Formteils 1 ebenso von der Art des Flammschutzinittels ab. Formteile müssen, da sie unterschiedliche Einsatzgebiete haben, unterschiedlichen Anforderungen an das Brandverhalten, ihren physikalischen und mechanischen Eigenschaften genügen. Dabei wird das Brandverhalten gemessen nach ISO 5660 (Cone Calorimeter), die Witterungsbeständigkeit mittels des Xenontest 1200, die Wasseraufnahme und Quellung in kochendem Wasser gemäß der Norm EN 43 8-2 und im Wasser bei einer Temperatur von 23 °C gemäß der DIN 53495 Verfahren 3L sowie der E-Modul gemäß DIN 53457 und die Biegefestigkeit nach ISO 178 geprüft
Die Flammschutzmittel werden beispielsweise aus der Gruppe Melaminpolyphosphate, Melaminpyrophosphate, Ammoniumpolyphosphate, Ammonium(pyro)phosphate, Amin(pyro) phosphate, halogenierte organische Verbindungen, Borate und Hydroxide des Aluminiums, Zinks, Magnesiums und Antimonoxid ausgewählt. Insbesondere sind phosphor- und phosphor-stickstoffhaltige Flammschutzmittel für Formteile geeignet, deren Kern Cellulose enthält. Flammschutzmittel auf der Basis von halogenierten organischen Verbindungen sind nur beschränkt witterungsbeständig und eignen sich daher nur für Innenanwendung und Kernmodifizierung des Formteils. Wegen der Freisetzung von Halogenen im Brandfall sind sie nicht voll umweltverträglich. Beim Einsatz von anorganischen Flammschutzmittel wie Boraten und Hydroxiden auf der Basis von Aluminium und Magnesium sind relativ hohe Konzentrationen erforderlich, um effektiv flammhemmend zu sein, wodurch dann die mechanischen Eigenschaften und die Wasseraufnahme des Formteils beeinträchtigt werden. Bevorzugte Flammschutzmittel sind im Allgemeinen phosphor- und phosphor-stickstoffhaltige Flammschutzmittel. Bei der Festlegung der Konzentrationen bzw. der Mengen an Flammschutzmittel in den Kernschichten sowie den damit verbundenen Substratschichten, die als Barriereschichten gegen Feuer vorgesehen sind, und den Dekorationsschichten wird so vorgegangen, dass für die Dekorationsschichten hochwirksame Flammschutzmittel wie Melaminpoly-, Melaminpyrophosphat oder Ammoniumpolyphosphate verwendet werden, die schon bei relativ niedrigen Temperatur stark flammhemmend sind. Im Kern können dann weniger wirksame Flammschutzmittel eingesetzt werden, wie beispielweise Ammonium(pyro)phosphat, Amin(pyro)phosphat, bei denen das Ammoniak oder Amin sowohl ionogen als auch covalent gebunden sein kann. Wie schon erwähnt, können in dem Kern Substratschichten, die Barriereschichten sind, integriert werden, wobei diese Substratschichten zweckmäßigerweise den Kern beidseitig laminieren.

Flammfestigkeits-Test (Cone Calorimeter Test)

Der Test erfolgt gemäß der Norm ISO 5660 mit einer Leistung von 50 kW und über eine Dauer von 720 s. Wichtige Untersuchungskriterien sind die Gesamtwärmefreisetzung (THR=Thermal Release) nach verschiedenen Prüfzeiten, die Gesamtwärmefreisetzung, berechnet aus der Gewichtsabnahme und die Zündzeiten für die Dekor- und die Kemschicht. Dabei werden freigesetzte Wärmemengen über der Bestrahlungszeit aufgetragen und aus diesen Kurven ist zu erkennen, nach welcher Zeit beispielsweise die Dekorationsschicht verbrannt ist und wie viel in dieser Zeitspanne zur Wärmefreisetzung durch die Dekorationsschicht beigetragen wird.

Xenon 1200-Test

Dieser Test erfolgt mit Einstellungen gemäß der Vorschrift TNO 158/89 der Anmelderin. Bei diesem internen Test wird ein Muster, ausgerüstet mit Flammschutzmittel, von Xenonlampen über 3000 Stunden Dauer bestrahlt. Dies entspricht einem Einsatz von etwa 10 Jahren unter natürlicher Sonnenbestrahlung in westeuropäischen Klimazonen. Die Lichtquellen sind drei Xenonlampen, jede mit einer Leistung von 4500 W. Die Lichtintensität beträgt 90 ± 5 W/m² im Wellenlängenbereich von 300 bis 400 nm. Die Umgebungstemperatur beträgt 30 °C, die Schwarztafeltemperatur 45 °C ± 3 °C, die relative Feuchtigkeit 65 ± 5 %. Das Muster wird zyklisch mit Wasser 3 min lang besprüht, wobei der einzelne Zyklus 20 min dauert, d.h. 17 min nach Zyklusbeginn setzt die Sprühphase von 3 min Dauer ein. Das Wasser ist destilliert. Das Muster läuft auf einer Kreisbahn um, entlang deren Umfang die Xenonlampen jeweils im Abstand von 120° voneinander positioniert sind. Nach einem Umlauf des Muster erfolgt jeweils eine Wende um 180°, so dass die beiden Seiten im Verhältnis 50/50 bestrahlt werden.
Die Bedingungen, die Flammschutz modifizierte Platten erfüllen müssen, sind u. a. in der EP-A 1 167 463 ausführlich beschrieben. Dabei kommt es im Wesentlichen darauf an, dass die Oberflächeneigenschaften durch die Flammschutzmodifizierungsich nicht verschlechtern dürfen.

Wasseraufnahme und Quellung

Es werden die folgenden zwei Methoden angewandt:

1. Fünf Muster von 50 x 50 mm werden 2 Stunden in kochendem Wasser gelagert. Vor und nach der Lagerung werden Gewicht und die Kantendicke (4-stellig) gemessen. Aus diesen Daten werden Wasseraufnahme und Quellung berechnet. Dieser Test erfolgt gemäß EN 438-2
2. Fünf Muster von 50 x 50 mm werden 500 Stunden in Wasser von 23 °C gelagert. Die Berechnung der Wasseraufnahme und Quellung ist die gleiche wie bei der Methode 1. Dieser Test wird gemäß DIN 53495 Verfahren 3L durchgeführt.

Mechanische Festigkeitstests

Auf einer Biegebank werden von fünf Mustern in Längsrichtung die folgenden Daten bestimmt:

1. die Durchbiegung im Verhältnis zu der ausgeübten Kraft
2. die ausgeübte Kraft bei Bruch des Musters.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen symmetrische und asymmetrische Verteilungen der Flammschutzmittel, während die Vergleichsbeispiele eine homogene Verteilung der Flammschutzmittel aufweisen.

Beispiel 1

Die Dicke des Formteils beträgt 8 mm und der Kern besteht aus Schichten von mit Phenolharz imprägnierten Kraftpapieren, während ein durch Elektronenstrahlen härtbarer Lack die Dekorationsschichten bildet. Des Weiteren wird der Kern durch Substratschichten, die als Flammschutzbarrieren dienen, eingeschlossen. Die verschiedenen Schichten sind mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmitteln modifiziert und darüberhinaus unterscheiden sich auch die Typen der Flammschutzmittel, die in den einzelnen Schichten zum Einsatz gelangen. Es liegt eine symmetrische Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils vor:

Schicht	Flammschutzmittel	Aktivgehalt an Phosphor
Dekorationsschicht, frontal	Ammoniumpolyphosphat	3 %
Substratschicht, frontal	Ammoniumpyrophosphat	2,5 %
Obere Kernschicht	Ammoniumphosphat	2 %
Mittlere Kernschichten	Ammoniumphosphat	1,2 %
Untere Kernschicht	Ammoniumphosphat	2 %
Substratschicht, rückseitig	Ammoniumpyrophosphat	2,5 %
Dekorationsschicht, rückseitig	Ammoniumpolyphosphat	3 %

Der Aktivgehalt an Phosphor in den einzelnen Schichten ist symmetrisch zu den mittleren Kernschichten, die die Mitte der Formteildicke bilden, und die Verteilung des Phosphors entspricht einem mittleren Phosphorgehalt von 1,4 Gew.-% Phosphor.

Beispiel 2

Das Formteil 1 ist 8 mm dick und der Kern besteht aus mit Phenolharz beschichteten Holzfasern, während für die Dekorationsschichten ein mittels Elektronenstrahlung härtbarer Lack Anwendung findet. Die einzelnen Schichten sind mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel modifiziert und darüber hinaus enthalten sie unterschiedliche Typen von Flammschutzmitteln. Die Verteilung der Flammschutzmittel ist in Bezug auf die mittleren Kernschichten asymmetrisch.

Schicht	Flammschutzmittel	Aktivgehalt an Phosphor
Dekorationsschicht, frontal	Melaminpolyphosphat	4 %
Substratschicht, frontal	Melaminpyrophosphat	3 %
Obere Kemschicht	Ammoniumpolyphosphat	1,6 %
Mittlere Kernschichten	Ammoniumphosphat	1 %
Untere Kernschicht	Ammoniumpolyphosphat	1 %
Substratschicht, rückseitig	Melaminpyrophosphat	1 %
Dekorationsschicht, rückseitig	Melaminpolyphosphat	2 %

Die Verteilung des aktiven Phosphors der Flammschutzmittel entspricht einem mittleren Phosphorgehalt von 1,2 Gew.-% Phosphor.

Beispiel 3

Das Formteil 1 ist 8 mm dick und besteht im Kern aus Schichten von mit Phenolharz imprägnierten Holzfasern, während ein mittels Elektronenstrahlung härtbarer Lack die Dekorationsschichten bildet. Die Schichten sind mit unterschiedlichen Mengen anFlammschutzmittel und unterschiedlichen Typen von Flammschutzmitteln modifiziert. Die frontale und die rückseitige Dekorationsschicht enthalten bei diesem Beispiel kein Flammschutzmittel, während die frontale und die rückseitige Substatschicht als Barriereschichten mit einem relativ hohen Anteil an Flammschutzmittel ausgerüstet sind. Die Verteilung der Flammschutzmittel ist symmetrisch zu den mittleren Kernschichten.

Schicht	Flammschutzmittel	Aktivgehalt an Phosphor
Dekorationsschicht, frontal	ohne Flammschutzmittel	-
Substratschicht (Barriere)	Melaminpyrophosphat	6 %
Obere Kernschicht	Ammoniumpyrophosphat	2,5 %
Mittlere Kernschichten	Ammoniumphosphat	1 %
Untere Kernschicht	Ammoniumpyrophosphat	2,5 %
Substratschicht (Barriere)	Melaminpyrophosphat	6 %
Dekorationsschicht, rückseitig	ohne Flammschutzmittel	-

Die Verteilung des aktiven Phosphors entspricht einem mittleren Phosphorgehalt von 1,5 Gew.-% Phosphor, bezogen auf das Gesamtgewicht des Formteils 1.

Beispiel 4

Das Formteil 1 ist 8 mm dick und der Kern besteht aus mit Phenolharz imprägnierten Schichten aus Kraftpapieren. Die Dekorationsschichten sind Dekorpapiere, die mit Melaminharz imprägniert sind. Die Kernschichten sind von Barriereschichten eingeschlossen. Die Barriere- und die Kernschichten sind mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel modifiziert. Für beide Arten von Schichten wird das gleiche Flammschutzmittel eingesetzt. Die Verteilung des Flammschutzmittel ist symmetrisch, wobei die Verteilung des aktiven Phosphors einem mittleren Phosphorgehalt von 1,6 Gew.-% entspricht.

Schicht	Flammschutzmittel	Aktivgehalt an Phosphor
Dekorationsschicht, frontal	Melaminharz	-
Barriereschicht	Ethandiammoniumphosphat	2,5 %
Kernschichten	Ethandiammoniumphosphat	1,5%
Barrierschicht	Ethandiammoniumphosphat	2,5 %
Dekorationsschicht, rückseitig	Melaminharz	-

Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Das Formteil ist jeweils 8 mm dick und der Kern besteht aus mit Phenolharz imprägnierten Kraftpapieren, während für die Dekorationsschichten mit Elektronenstrahlung härtbarer Lack verwendet wird. Der Kern ist von Substratschichten eingeschlossen und die Verteilung der Flammschutzmittel ist homogen. Die frontale und die rückseitige Dekorationschicht sind nicht mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet. Die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 haben eine mittleren Phosphorgehalt von 1,2, 1,8 und 2,4 Gew.-%.

Schicht	Flammschutzmittel	Aktivgehalt an Phosphor
Schicht	Flammschutzmittel	A	B	C
Dekorationsschicht, frontal	-	-	-	-
Substratschicht	Ammoniumpyrophosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Obere Kernschichten	Ammoniumpyrophosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Mittlere Kernschichten	Ammoniumpyrophosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Untere Kernschichten	Ammoniumpyrophosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Substratschicht	Ammoniumpyrophosphat	1,2%	1,8 %	2,4 %
Dekorationsschicht, rückseitig	-	-	-	-

Vergleichsbeispiele 4 bis 6

Das Formteil ist 8 mm stark und besteht im Kern aus Schichten, bei denen es sich um mit Phenolharz beschichtete Holzfasern handelt. Für die Dekorationsschichten wird ein mit Elektronenstrahlung härtbarer Lack angewandt. Die Dekorationsschichten sind nicht mit einem Flammschutzmittel modifiziert. Der Aktivgehalt an Phosphor entspricht einem mittleren Phosphorgehalt der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 von 1,2, 1,8 und 2,4 Gew.-% Phosphor.

Schicht	Flammschutzmittel	Aktivgehalt an Phosphor
Schicht	Flammschutzmittel	A	B	C
Dekorationsschicht, frontal	-	-	-	-
Substratschicht	Ammoniumphosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Kernschichten	Ammoniumphosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Substratschicht	Ammoniumphosphat	1,2 %	1,8 %	2,4 %
Dekorationsschicht, rückseitig	-	-	-	-

Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass das Beispiel 2, das den gleichen mittleren Phosphorgehalt von 1,2 Gew.-% hat wie die Vergleichsbeispiele 1 und 4 eine wesentlich geringere Gesamtwärmefreisetzung als die Vergleichsbeispiele liefert und dass die Zündung sowohl der Dekorschicht als auch des Kerns beim Beispiel 1 wesentlich später erfolgt als bei den Vergleichsbeispielen 1 und 4. Ein Vergleich der Beispiele 1, 3 und 4 mit einem mittleren Phosphorgehalt von 1,4, 1,5 und 1,6 Gew.-% mit den Vergleichsbeispielen 3 und 6, die jeweils einen homogenen mittleren Phosphorgehalt von 2,4 Gew.-% haben zeigt auf, dass bei diesen Beispielen eine geringere Gesamtwärmefreisetzung und eine spätere Zündung des Kerns als bei den Vergleichsbeispielen auftritt. Insofern wird durch die Erfindung der Vorteil erzielt, dass die inhomogene Verteilung des Flammschutzmittels in den Formteilen mit einem geringeren Gewichtsanteil des Flammschutzmittels die gleiche Flammhemmung wie eine homogene Verteilung des Flammschutzmittels mit einem höheren Gewichtsanteil des Flammschutzmittels ergibt.

Claims

Plattenförmiges Formteil mit einem Kern aus einer Anzahl von Kernschichten, an einer oder an beiden Seiten des Kerns befindlichen Substrat-, Dekorations- und Klarschichten, wobei dem Formteil Flammschutzmittel zugesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils inhomogen ist und dass die Kernschichten (51, 52, 53 ...) Flammschutzmittel enthalten wobei die Schichten (3, 3) nahe den Oberflächen des Formteils (1) größere Mengen an Flammschutzmittel als die Schichten des Kerns (5) enthalten.
Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (3, 4, 5, 4, 3) des Formteils (1) unterschiedlich große Mengen an Flammschutzmittel enthalten.
Plattenförmiges Formteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils (1) symmetrisch ist, wobei der Flammschutzmittelgelhalt in den Kernschichten (51, 52, 53, ...) niedriger als in den Dekorations- und Substratschichten (3, 4, 4, 3) ist.
Plattenförmiges Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den flammhemmend ausgerüsteten Schichten des Formteils (1) das gleiche Flammschutzmittel zugesetzt ist.
Plattenförmiges Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils (1) assymmetrish ist, wobei die frontale Dekorationsschicht (3) eine größere Menge an Flammschutzmtitel als die rückseitige Dekorationsschicht (3) enthält und die Kernschichten (51, 52, 53, ...) ein niedrigere Menge an Flammschutzmittel als jede der beiden Dekorationsschichten (3, 3) aufweisen.
Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (3, 4, 5, 4, 3) des Fonnteils (1) unterschiedliche Flammschutzmittel enthalten.
Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzmittel aus der Gruppe Melaminpolyphosphate, Melaminpyrophosphate, Ammoniumpolyphosphate, Ammonium(pyro)phosphate, Amin(pyro)phosphate, halogenierte organische Verbindungen, Borate und Hydroxide des Al, Zn, Mg, Antimonoxid ausgewählt sind.
Plattenförmiges Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Menge an Flammschutzmittel Kern : Dekorationsschicht und/oder Substratschicht = 1 : 1,2 bis 6, insbesondere 1 : 1,5 bis 3,5 beträgt.
Plattenförmiges Formteil nach einem der Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Formteils 1 bis 35 mm, insbesondere 6 bis 12 mm, beträgt.
Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des in den Flammschutzmitteln enthaltenen Phosphors über die Dicke des Formteils einem mittleren Phosphorgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.-% Phosphor im Formteil entspricht.
Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Phosphorgehalt 1,2 bis 1,6 Gew.-% im Formteil beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Formteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Einlegen einer Trennschicht (6), einer Klarschicht (2), einer Dekorationsschicht (3) und/oder einer Substratschicht (4), wobei die Dekorationsschicht (3) mit einer Menge m₁ eines Flammschutzmittels und die Substratschicht (4) mit einer Menge m₂ ≤ m₁ eines Flammschutzmittels modifiziert wird, und eines vorgefertigten Kerns (5) bestehend aus einer Anzahl von Kernschichten (51, 52, 53, ...), wobei jede Kernschicht mit einer gleich großen Menge m₃ eines Flammschutzmittels modifiziert ist, mit m₃ ≤ m₂ ≤ m₁ und durch Einlegen einer weiteren Substratschicht (4) und/oder einer Dekorationsschicht (3), die jeweils mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet sind, einer Klarschicht (2) und einer Trennschicht (6) in eine geöffnete Presse, und Heißverpressen unter Druck aller in der Presse befindlichen Schichten, wobei die vorgefertigten Schichten gehärtet werden, die Harze der Schichten zerfließen und die Schichten zu einem massiven homogenen Formteil geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dekorationsschicht (3) und/oder Substratschicht (4) jeweils mit einer Menge m₁ bzw. m₂ des Flammschutzmittels ausgerüstet werden, mit m₃ ≤ m₂ ≤ m₁.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dekorationsschicht (3) und /oder Substratschicht (4) jeweils mit einer Menge m₄ bzw. m₅ an Flammschutzmittel modifiziert werden, mit m₃ ≤ m₅ ≤ m₄ und m₅ < m₂ und m₄ < m₁.
Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit dem gleichen Flammschutzmittel modifiziert werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit einem unterschiedlichen Flammschutzmittel ausgerüstet werden.
Verwendung der plattenförmigen Formteile für den Innenausbau im Büro, in Küche und Bad, für Möbel, Laboreinrichtungen, die Fassadenvoll- oder teilverkleidung von Gebäuden und von Räumen mit erhöhter Brandgefahr.