DE1923982B2

DE1923982B2 - Flammfestmachen von polyurethanschaumstoffen

Info

Publication number: DE1923982B2
Application number: DE19691923982
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef DipL-Chem. Dr 5030 Hürth; Komorniczyk Klaus Dipl.-Chem. Dr 5159 Türnich; Münch Peter 5030 Burbach; Kandier Joachim Dipl.-Chem. Dr 5043 Lechenich Dany
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1969-05-10
Filing date: 1969-05-10
Publication date: 1977-11-17
Also published as: NL7006622A; DE1923982A1; NL167709C; DE1923982C3; DK130537C; AT295168B; FR2047496A5; BE750142A; CH537965A; SE371831B; DK130537B; NL167709B; GB1265610A

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.

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

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.

Beispiel 1

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

89,0 Gewichtsteilen

Ammoniumpolyphosphat,
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.

Beispiel 2

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.

Zur Durchführung des Abbrandtestes wurde analog Beispiel 1 verfahren, wobei sich der flammwidrig gemachte Polyurethanschaumstoff als unbrennbar erwies. _, . . , ,
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.

Beispiel 4

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

Patentansprüche:

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)