CN101248124A - 具有阻燃和疏油/疏水性能的开孔泡沫及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含具有基本开孔的泡沫基质和施加于该泡沫基质的主要含有氟碳树脂或硅树脂的浸渍剂层的泡沫。该浸渍剂层额外包含至少一种阻燃物质。本发明进一步涉及一种生产本发明泡沫的方法。

Description

具有阻燃和疏油/疏水性能的开孔泡沫及其生产方法
本发明涉及一种包含具有基本开孔的泡沫基质和施加于泡沫基质的主要含有氟碳树脂和/或硅树脂的浸渍剂层的泡沫，该泡沫具有改善的阻燃性能。本发明进一步提供了一种生产这种泡沫的方法。
包含各种材料的开孔泡沫例如用于建筑物和车辆的隔热和隔声。此外，开孔泡沫用于在机械工程领域对装置和设备隔声和隔热。
为防止泡沫被水或油完全浸泡，DE-A 100 11 388公开了通过用疏水组分如氟代烷基酯涂覆泡沫骨架而使蜜胺树脂泡沫疏水和疏油。
可借助其浸渍蜜胺树脂泡沫的方法例如由EP-A 0 451 535已知。为此，首先将粘合剂施加于蜜胺树脂泡沫表面，随后使蜜胺树脂泡沫与粘合剂一起通过相反旋转的辊之间的间隙，其中设定辊之间的间隙，以使其小于未受影响的蜜胺树脂泡沫的厚度。产生疏油和/或疏水效果的添加剂可以已经加入粘合剂中。导致阻燃性能改善的浸渍并没有由EP-A 0 451 535已知。
本发明的目的是提供具有疏水和/或疏油性能且额外显示改善的阻燃性能的开孔泡沫。
该目的通过一种包含具有基本开孔的泡沫基质和施加于泡沫基质的主要含有氟碳树脂和/或硅树脂的浸渍剂层的泡沫实现，其中该浸渍剂层额外包含至少一种阻燃物质。
适合本发明目的的泡沫例如为其中泡沫基质由蜜胺-甲醛缩聚物构成的泡沫基质。其它合适的泡沫为其中泡沫基质为脲醛缩聚物的泡沫和其中泡沫基质为开孔聚氨酯泡沫的泡沫。泡沫基质优选由蜜胺-甲醛缩聚物构成。
在特别优选的蜜胺-甲醛缩聚物中，用于生产泡沫基质的蜜胺-甲醛的比例为1∶1.2-1∶4。
这类蜜胺-甲醛泡沫例如由EP-B 0 071 672已知。因此，泡沫通过使蜜胺-甲醛缩合产物的水溶液发泡而生产，其中溶液包含乳化剂、酸性硬化剂和发泡剂，优选C5-C7烃。随后，将蜜胺-甲醛缩合物在升高温度下固化。
为赋予泡沫疏水和/或疏油性能，用包含氟碳树脂或硅树脂的市售浸渍剂处理。这防止泡沫被液体水或油完全浸泡。
在浸渍剂中，氟碳树脂和/或硅树脂优选以在水或挥发性有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮或戊烷中的乳化液滴形式存在。水优选作为乳化剂，因为它是不可燃的。
为了额外使泡沫耐火或改善其阻燃性，额外用至少一种阻燃物质浸渍泡沫。
为了节省浸渍步骤，优选用至少一种阻燃剂和氟碳树脂和/或硅树脂的混合物浸渍泡沫。
所用阻燃物质为通常的阻燃剂。阻燃剂为加入可燃性材料中以赋予它们对防止着火更好的保护的化学化合物。阻燃剂使由低强度火源如香烟、蜡烛或电故障引起着火的风险最小化。当点燃阻燃材料时，阻燃剂燃烧并经常防止火向其它部分传播。
由于化学或物理作用，阻燃剂产生阻燃或防止燃烧的机制。化学作用阻燃剂通常中断在气相中自由基链燃烧反应或建立保护材料防止氧气的碳化层并对热源形成屏障(膨胀)。
阻燃剂的物理作用尤其借助由于能量消耗过程的冷却而产生，由添加剂和/或化学释放水引发的所述能量消耗过程将基材温度冷却至低于维持燃烧过程所需的温度。最后，物理作用也可借助稀释产生，此时惰性物质和释放非燃烧性气体的添加剂将泡沫上方的燃烧气体中的氧气浓度降低至燃烧停止的程度。
取决于活性元素，将阻燃剂分为卤素化合物(溴和氯化合物)，磷化合物，氮化合物，膨胀体系，矿物材料(基于铝和镁)以及硼砂、Sb2O3和纳米复合材料。为改善塑料的阻燃性能，例如使用氢氧化铝、溴化物、氯化磷化合物、非卤化的磷化合物，氯化石蜡、氢氧化镁、蜜胺和硼酸盐。本领域熟练技术人员已知的合适阻燃剂例如描述于手册“Flammschutzmittel，hufig gestellte Fragen”of the European Flame Retardants Association，2004年1月。
适合本发明目的的阻燃物质例如为基于第I-III主族金属、锌和铵的硅酸盐、硼酸盐、氢氧化物和磷酸盐的阻燃剂。第I-III主族金属优选为钠、钾。钙、镁或铝。阻燃物质特别优选选自硅酸钠、硅酸钾、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸钠、硼酸钾、硼酸镁、硼酸锌以及(聚)磷酸铵、(聚)磷酸钠、(聚)磷酸钾、(聚)磷酸钙和(聚)磷酸铝。
在一个实施方案中，浸渍剂层优选由包含阻燃物质和氟碳树脂或硅树脂的混合物构成。为此，将合适的话可以呈与一种或多种溶剂一起的乳液形式的还未固化的氟碳树脂或硅树脂首先与阻燃物质混合，随后用该混合物浸渍泡沫。此外，至少一种聚合物分散体可以作为粘合剂存在于混合物中。粘合剂的加入将阻燃物质固定在泡沫孔柱(strut)上，从而防止干燥后的浸渍泡沫在进一步加工中释放灰尘。优选不含甲醛的粘合剂，尤其是热固性丙烯酸酯粘合剂，其例如由BASF以商品名Acrodur销售。由于这些粘合剂的热固化(交联)性能，阻燃、疏水且疏油的泡沫半成品(foam blank)可在模压机或深冲压工具中根据需要成型。开孔泡沫半成品的声学性能(隔音)并不受粘合剂、疏水和疏油组分和阻燃物质的损害，相反通常甚至得到改善。此外，如此处理的泡沫半成品可覆盖由高膨体(high bulk)非织造物或棉非织造物制成的空气渗透性非织造物并压缩。这种进一步加工的形式尤其用于在汽车工业中生产吸声模制品。为防止粘合剂过早固化，泡沫半成品的干燥温度必须不超过100-150℃。在模压机或深冲压工具中压缩或压花以生产模制品在150-240℃，优选170-230℃下进行。
常规的自交联分散体仅包含小比例的反应性共聚单体；在大多数情况下，这些共聚单体为释放甲醛Amol或Mamol单体。另一方面，优选的热固性丙烯酸酯粘合剂溶液或分散体包含显著比例的酸和醇组分，它们在加热时以酯化反应相互交联。很高的交联密度是热成型泡沫组分的热固性特征的原因。优选的热固性丙烯酸酯粘合剂溶液或分散体不包含任何对健康有害的成分，因而与基于环氧化物、酚醛树脂和脲醛树脂的粘合剂相比还具有卫生的优点。热固性丙烯酸酯粘合剂的分散体如Acrodur分散体作为粘合剂还具有其它优点：用其生产的模制品与用热固性丙烯酸酯粘合剂溶液如Acrodur溶液生产的模制品相比具有更高的弹性和部分疏水特征。
在另一实施方案中，浸渍以两段进行。在第一段中，用阻燃物质和粘合剂浸渍泡沫基质。然后在第二步中，将氟碳树脂和/或硅树脂层施加至孔柱上以使泡沫疏水化/疏油化。
在优选实施方案中，在单个浸渍步骤中，用包含氟碳树脂或硅树脂、粘合剂和阻燃物质的混合物浸渍泡沫。混合物通常包含1-30重量％氟碳树脂或硅树脂以及10-70重量％阻燃物质。剩余的重量份基本由粘合剂和水或挥发性有机物质构成。特别优选具有低含量氟碳树脂或硅树脂和高含量阻燃物质的混合物以获得良好的防火保护。
浸渍使开孔泡沫的密度增加了10-2000％。特别优选密度增加100-1000％。在泡沫密度为约10g/l的蜜胺树脂泡沫的情况下，特别优选浸渍泡沫密度为20-100g/l。
其中浸渍剂层由包含阻燃物质和氟碳树脂或硅树脂的混合物构成的本发明泡沫通过包含下列步骤的方法生产：
(a)将至少一种阻燃物质和树脂以及任选至少一种其它聚合物混合，
(b)将混合物施加至泡沫或用混合物浸泡泡沫，
(c)将泡沫和混合物一起压缩以将混合物引入泡沫孔中，
(d)干燥泡沫，
其中步骤(b)和(c)以首先步骤(b)然后步骤(c)而依次进行。
将混合物施加至泡沫并压缩泡沫可例如如EP-A 0 451 535所述进行。为此，使泡沫在两个相反方向旋转的辊之间通过，其中选择辊之间的间隙从而使泡沫在每种情况下被压缩。将浸渍泡沫的混合物供至相互水平的辊上，从而在泡沫通过辊之间的位置形成液体池。由于辊的旋转运动和泡沫压缩，将包含在液体池中的混合物压入泡沫中。混合物包封了泡沫柱，因而在固化后形成闭合表面。
在施加混合物并压缩泡沫之后，优选将如此浸渍的泡沫在干燥箱中于40-200℃的温度下干燥。
为进一步增加浸渍泡沫的密度，也可使已在第一段中浸渍的泡沫多次通过相同的浸渍工艺。这样，包封柱的层的厚度以及密度在每步中增加。
在一个方法变型中，生产本发明泡沫的方法包括下列步骤：
(a)将至少一种阻燃物质施加至泡沫或用至少一种阻燃物质浸泡泡沫，随后压缩或浸轧以使阻燃物质在泡沫中均匀分配，
(b)将树脂施加至泡沫或用树脂浸泡泡沫，和
(c)压缩或浸轧(padding)泡沫以使树脂在来自步骤(a)的负载至少一种阻燃物质的泡沫中均匀分配。
除了施加浸渍泡沫的物质并随后压缩之外，同样可以用浸渍泡沫的物质浸泡泡沫并随后压缩。为了浸泡，例如使泡沫通过包含至少一种浸渍泡沫的物质的浴。然而，本领域熟练技术人员已知的且可借助其浸泡泡沫的任何其它方法都是可接受的。
在另一方法变型中，可以首先施加阻燃物质和粘合剂或用该混合物浸泡泡沫并随后压缩。在另一浸渍步骤中，随后施加氟碳树脂或硅树脂乳液并再次压缩泡沫。在该两段方法中用阻燃物质层和疏油/疏水物质层浸渍泡沫之后，将泡沫在40-200℃的温度下干燥。
也可首先用阻燃物质浸渍泡沫并压缩，然后在施加其次的氟碳树脂或硅树脂层之前干燥泡沫。
在两种实施方案中，压缩优选如EP-A 0 451 535所述经由使泡沫通过两个相反旋转的平行辊之间的限定间隙而进行。
除使泡沫通过两个相反旋转辊之间的间隙之外，也可通过在输送带上输送浸渍泡沫并挤压辊而向泡沫施加浸渍所需的压力，其中该辊的旋转圆周(cumferential)速率等于泡沫移动到泡沫上的速率。此外，例如可通过将泡沫置于将冲头压至泡沫上的压机中而向泡沫施加压力。然而，此时不能连续压缩。
压缩也可借助本领域熟练技术人员已知的任何其它装置进行。
在两种实施方案中，浸渍泡沫的树脂优选以在挥发性溶剂中的乳液存在。合适的溶剂例如为水或挥发性醇如甲醇或乙醇。树脂特别优选以含水乳液存在。
还可借助上述开孔泡沫的随后浸渍生产可根据DIN 4102归为建筑材料类A2的最终部件。这允许热声组件在安全相关的建筑领域以墙或天花板的形式的新应用，尤其是天花板可与例如由金属、石膏板、碳纤维或玻璃纤维非织造物和织造织物等构成的不可燃性覆盖物组合，其中墙或天花板可以是有结构的和平坦的。
不可燃性芯元件尤其是与防火板或防火条如由购自BASF AG的Palusol构成的那些结合也可用于阻燃性门元件，其中所述防火板或防火条优选与本发明浸渍泡沫芯粘合，需要的话该不可燃性芯元件与优选由金属材料制成的不可燃性框结构或木框结合。
通过上述方法浸渍的泡沫也可作为玻璃纤维或碳纤维窗帘的芯材料而有助于防火安全。这种具有提高的防火安全的窗帘优选用于表演或展示用房间的遮光。由于符合按照DIN 4102的燃烧分类A2，这类窗帘也有助于公共建筑如医院、剧院、电影院、多官能房间等的防火安全。
特定烟毒性的降低增加了在铁路车辆和船只建筑中以墙、天花板、空气调节装置和通风装置的隔热声形式的可能的用途范围。
实施例
1.对比实施例
对未浸渍的蜜胺-甲醛泡沫检测燃烧行为和在液体水存在下的行为。按照DIN 4102确定燃烧分类。发现燃烧分类为B1。与液体水接触时，泡沫被完全浸泡并在表面上沉下。
实施例
用浓度为5重量％的氟碳树脂乳液和浓度为30重量％的包含硅酸钠的粘合剂的混合物浸渍蜜胺-甲醛开孔泡沫并在90℃下干燥。在干燥后密度增加150％。如此浸渍的泡沫满足按照DIN 4102的燃烧分类A2的要求并漂在水上。

Claims (18)

1.一种包含具有基本开孔的泡沫基质和施加于该泡沫基质的主要含有氟碳树脂和/或硅树脂的浸渍剂层的泡沫，其中该浸渍剂层额外包含至少一种阻燃物质。
2.根据权利要求1的泡沫，其中所述阻燃物质选自第I-III主族金属、锌和铵的硅酸盐、硼酸盐、氢氧化物和磷酸盐。
3.根据权利要求2的泡沫，其中所述第I-III主族金属为钠、钾、钙、镁或铝。
4.根据权利要求2或3的泡沫，其中所述阻燃物质选自硅酸钠、硅酸钾、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸钠、硼酸钾、硼酸镁、硼酸锌、(聚)磷酸铵、(聚)磷酸钠、(聚)磷酸钾、(聚)磷酸钙和(聚)磷酸铝。
5.根据权利要求1-4中任一项的泡沫，其中所述浸渍剂层由包含阻燃物质、氟碳树脂或硅树脂以及任选至少一种其它聚合物的混合物构成。
6.根据权利要求1-4中任一项的泡沫，其中所述浸渍剂层由分开的层，即包含氟碳树脂或硅树脂的层和包含与阻燃物质一起的至少一种其它聚合物的层构成。
7.根据权利要求5的泡沫，其中所述至少一种其它聚合物为热固性丙烯酸酯溶液或分散体。
8.根据权利要求7的泡沫，其中所述泡沫可通过在180-240℃的温度下热压缩而永久成型。
9.根据权利要求1-8中任一项的泡沫，其中所述泡沫基质由蜜胺-甲醛缩聚物构成。
10.根据权利要求9的泡沫，其中用于生产所述泡沫基质的蜜胺与甲醛的比例为1∶1.2-1∶4。
11.根据权利要求1-8中任一项的泡沫，其中所述泡沫基质为脲醛泡沫。
12.根据权利要求1-8中任一项的泡沫，其中所述泡沫基质为聚氨酯开孔泡沫。
13.一种生产根据权利要求5的泡沫的方法，包括下列步骤：
(a)将至少一种阻燃物质和树脂以及任选至少一种其它粘合剂混合，
(b)将混合物施加至泡沫或用混合物浸泡泡沫，和
(c)将泡沫和混合物一起压缩以将混合物引入泡沫孔中，
(d)干燥泡沫，
其中步骤(b)和(c)以首先步骤(b)然后步骤(c)而依次进行。
14.一种生产根据权利要求6的泡沫的方法，包括下列步骤：
(a)将至少一种阻燃物质施加至泡沫或用至少一种阻燃物质浸泡泡沫，随后压缩或浸轧以使阻燃物质在泡沫中均匀分配，
(b)将树脂施加至泡沫或用树脂浸泡泡沫，和
(c)压缩或浸轧泡沫以使树脂在来自步骤(a)的负载阻燃物质的泡沫中均匀分配，
其中步骤(b)和(c)能同时进行或首先步骤(b)然后步骤(c)而依次进行。
15.根据权利要求14的方法，其中首先向所述泡沫施加阻燃物质，然后施加树脂。
16.根据权利要求15的方法，其中在用氟碳树脂和/或硅树脂在第二步中进一步浸渍之前，首先压缩施加了至少一种阻燃物质的泡沫。
17.根据权利要求13-16中任一项的方法，其中所述树脂以在挥发性溶剂中的乳液存在。
18.根据权利要求1-12中任一项的泡沫在具有特别高的防火保护要求的场所中构建具有热声效应的元件的用途。
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