DE1769343A1

DE1769343A1 - Verfahren zur Herstellung eines brandsicheren Werkstoffes aus gefuellten Polymeren

Info

Publication number: DE1769343A1
Application number: DE19681769343
Authority: DE
Inventors: Ottmar Dr Leuchs
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1968-05-11
Filing date: 1968-05-11
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE1769343B2; DE1933071A1

Description

Verfahren zur Herstellung eines brandsicheren Werkstoffes aus gefüllten Polymeren . - .

An die in neuerer Zeit in wachsendem Maße verwendeten Kunststoffe werden je nach dem Verwendungszweck immer höhere Anforderungen gestellt. So soll beispielsweise die Isolierung elektrischer Kabel und Leitungen aus Polyvinylchlorid unbrennbar sein, wenn solche Kabel oder Leitungen in Bergwerken, auf Schiffen oder anderen feuergefährlichen oder feuergefährdeten Anlagen Verwendung finden. Weichmacherfreies Polyvinylchlorid ist zwar unbrennbar, für die Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen jedoch nicht geeignet. Zu diesem Zweck wird daher weichmacherhaltiges Polyvinylchlorid verwendet, das als flammwidrig bzw. selbstlöschend bezeichnet werden kann. Das bei Erwärmung freiwerdende Chlorwasserstoffgas, das bei der Zersetzung der Isolierung aus Polyvinylchlorid auftritt, löscht nämlich die entstehende Flamme. Dabei ist zu berücksichtigen, daß brennbare Weichmacher die Unbrennbarkeit des Polyvinylchlorids herabsetzen, während unbrennbare Weichmacher dessen Unbrennbarkeit erhalten. Mit unbrennbaren Weichmachern versehene Polyvinylchloridmischungen sind demnach unbrennbar, sie sind aber nicht als brandsicher zu bezeichnen Es hat sich nämlich immer wieder gezeigt, daß die Verwendung von weichmacherhaltigem Polyvinylchlorid zu größeren und unerwarteten Nachfolgeschäden führt, da der bei Erwärmung vom Polyvinylchlorid abgespaltene, gasförmige Chlorwasserstoff, der sich mit Wasser oder Wasserdampf zu Salzsäure verbindet, Metalle, Beton oder sonstige Gegenstände anätzt oder zerstört. Solche Nachfolgeschäden sind dann besondere groß, wenn sich in der Nähe der Schadensstelle zahlreiche hochempfindliche Kontakte befinden, wie es in elektrischen Schaltoder Steueranlagen die Regel ist.

Derartig· Schaden aind bei Polyvinylchlorid in der letzten Zeit Mehrfach bekannt geworden, sie sind jedoch auch bei anderen Polymeren denkbar, sofern diese Polymere unter Hitzeeinwirkung flüchtige Säuren abspalten. Dies ist der Fall z.B. bei Polyvinylidenchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylacetat und anderen»

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Ebenso gehören dizu die perhalogenierten Polymere, wie Polytetrafluorethylen u.a., welche bei großer Hitze Fluor abspalten können, das zusammen mit dem Wasserdampf des brennenden (zündenden) Materials ebenfalls flüdi tige ätzende Säuren bildet.

Dieser Nachteil von säureabspaltenden Werkstoffen aus gefüllten und gegebenenfalls mit unbrennbaren Weichmachern weichgemachten Polymeren wird durch die Erfindung überwunden. Gemäß der Erfindung werden den Polymeren zur Bindung der unter Wärmeeinwirkung abgespaltenen flüchtigen Säuren sehr feinteilige Füllstoffe mit einer mittleren Korngröße vorzugsweise unter 250 mM beigegeben. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man in der Hitze flüchtige Säuren abspaltende Polymere durch geeignete Mischungszusätze so verändern kann, daß die abgespaltene Säure gleich in der Mischung gebunden wird, so daß sie nicht die Möglichkeit hat, als Gas zu entweichen und Nachfolgeschäden zu verursachen. Durch die Verwendung von unbrennbarem Weichmacher und Füllmitteln sehr geringer Körnigkeit werden Polymere so verbessert, daß sie keine flüchtige Säure abspalten und doch ihre gute Eigenschaft der Unbrennbarkeit nicht verlieren. Solche Mischungen können als brandsicher bezeichnet werden, da sie weder brennen noch Nachfolgeschäden verursachen. Im Beispiel des Polyvinylchlorid vereint sich die gute Eigenschaft, nicht zu brennen, mit der guten Eigenschaft von beispielsweise Polyäthylen und anderen brennbaren Isolierstoffen, keinen Chlorwasserstoff abzuspalten und damit keine oder nur unwesentliche Nachfolgeschäden hervorzurufen. Eine mit feinteiligen Füllstoffen,vorzugsweise unter 250 in M, und unbrennbarem Weichmacher aufgebaute brandsichere Polyvinylchloridmischung zersetzt sich wie alle organischen Stoffe in der Hitze und verkohlt dabei, ist also nicht brandfest wie Stein. Wesentlich für den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Werkstoff ist, daß ein von außen herangetragener Brand nicht unterhalten oder weitergeleitet wird und daß keine flüchtige Säure entwickelt wird, dieser Weitetoff also brandsicher ist.

Soll die bei Erwärmung des verwendeten Polymers abgespaltene flüchtige Säure gleich in der Mischung selbst gebunden werden, muß der verwendete Füllstoff zur Bindung der flüchtigen Säure allgegenwärtig sein, d.h. eine sehr geringe Korngröße aufweisen. In Weiterführung

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des Erfindungsgedankens hat es sich daher als besonders vorteilhaft erwiesen, die Korngröße des die abgespaltene flüchtige Säure bindenden Füllstoffes bis zu 100 m M zu wählen. Die Körnigkeit in dieser Größenordnung verhindert mit Sicherheit, daß flüchtige Säuren entstehen.

Als Füllstoff zur Bindung der flüchtigen Säuren können beispielsweise Metalloxyde, wie Magnesium-, Blei-, oder Zinkoxyde verwendet werden. Aber auch flüchtige Säuren bindende Karbonate, wie Calcium- oder Magnesium-Karbonat oder basisches Bleikarbonat (Bleiweiß) sind geeignet, die Brandsicherheit der Mischung zu gewährleisten. Soll der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte polymere Werkstoff beispielsweise als Mantelmischung fürelektrische Kabel oder Leitungen verwendet werden, dann wird man vorteilhaft als für die flüchtigen Säuren bindende Füllstoffe Kreide in sehr feinteiliger Form verwenden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Füllstoffanteil groß genug ist, daß die gesamte theoretisch zu erwartende Menge an flüchtigen Säuren gebunden werden kann.

Die Erfindung sei an Hand der in der nachfolgenden Tabelle angeführten Mischungsbeispiele sowie des in der Figur dargestellten Kabels näher erläutert. .

In der Tabelle sind in der Zusammensetzung unterscheidende Polyvinylchloridmischungen 1 bis 5 angeführt, von denen in bekannter Weise Proben hergestellt wurden. Diese Proben wurden zur Feststellung, ob es sich um eine brandsichere Polyvinylchloridmischung handelt, einmal auf ihre.Entflammbarkeit, gemessen an der Nachbrennzeit, und A zum anderen auf die abgespaltene Chlorwasserstoffmenge,bezogen auf den Chlorgehalt der Mischung, hin untersucht.

Beispiele

Mischung Nr. 1 2 Jk 5

Zusammensetzung:

PVC

Phthalatweichmacher Arom. Phosphatweichmacher Kreide, gemahlen Kreide, gefüllt Stabilisation

Nachbrennzeit (see.): Prozentsatz flüchtigen Chlorwasserstoffes:

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100	100	5	100	100	100
50	63	13	63	35	35
-	-	6ο	-	30	30
—	60	_
	—	6ο	6ο	100
11	5	5	11
5	über 6θ	0	0
100	21	20	0

Die Gegenüberstellung der bei den einzelnen Mischungen 1 bis 5 erzielten Ergebnisse läßt eindeutig erkennen, daß bei Verwendung von einem hinreichend feinteiligen Füllstoff, im angegebenen Ausführungsbeispiel Kreide mit einer Körnigkeit unter 250 mM, insbesondere bis zu 100 m yU j die abgespaltene Chlorwasserstoffmenge, bezogen auf den Chlorgehalt der Mischung, bis auf 0 % absinkt. Die Nachbrennzeit steigt mit zunehmender Bindung des Chlorwasserstoffes an und fällt erst dann auf 0 ab, wenn ein aromatischer Phosphatweichmacher zu etwa 50 % des Gesamtweichmachers zugegeben wird.

Eine solche brandsichere Mischung, deren Unbrennbarkeit, wie das angegebene Beispiel 5 zeigt, durch einen geeigneten Weichmacher erreicht werden kann, und deren Chlorwasserstoff durch hinreichend feinteilige Füllstoffe, beispielsweise Kreide, in genügenden Mengen vollständig gebunden werden kann, ist besonders geeignet als Isoliermaterial für elektrische Kabel und Leitungen^ in feuergefährdeten oder feuergefährlichen Anlagen. Dctbei ist es gleichgültig, ob die Entzündungsbedingungen außerhalb oder innerhalb des Kabels oder der Leitung entstehen.

Ein mit einer brandsicheren Mantelmischung isoliertes Kabel ist in der Figur schematisch dargestellt. Der aus Kupfer oder Aluminium bestehende Leiter 1 ist mit einer geeigneten Isolierhülle 2, beispielsweise aus einer vulkanisierten Gummimischung versehen, über die in bekannter Weise die äußere Umhüllung 3 aus einem thermoplastischen Kunststoff auf Polyvinylchloridbasis in der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen brandsicheren Form aufgebracht ist.

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Claims

i/69343 Kabel- und Metallwerke «, 10. Mai I968 Gutehoffnungshütte AG * $ * ' 1 Aqp Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines brandsicheren Werkstoffes aus gefüllten und gegebenenfalls mit unbrennbaren Weichmachern weichgemachten. Polymeren, insbesondere Polyvinylchlorid, dadurch gekennzeichnet, daß den Polymeren zur Bindung der unter Wärmeeinwirkung abgespaltenen flüchtigen Säuren sehr feinteili- A ger säurebindender Füllstoff mit einer mittleren Korngröße, vorzugsweise unter 250 mA*, beigegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße des die flüchtige Säure bindenden Füllstoffes bis zxj 100 m■/λ beträgt.

3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff die flüchtige Säure bindendea Metalloxyde, beispielsweise Magnesium-, Blei- oder Zinkoxyde verwendet werden.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff die flüchtige Säure bindende Hydroxide verwendet werden. 'm

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff die flüchtige Säure bindende Karbonate, beispielsweise Calcium-Magnesium-Karbonat (Dolomit) oder basisches Bleikarbonat (Bleiweiß) verwendet werden.

6. Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Mischungen von die Säure bindenden Metalloxyden, Hydroxyden oder Karbonaten verwendet werden.

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7· Verfahren nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Kreide in oberflächenbehandelter Form verwendet wird,

8. Verwendung eines nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten polymeren Werkstoffes als brandsichere Isolierung für elektrische Kabel und Leitungen.

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