DE19519972A1 - Brandhemmendes phosphatfreies Pulver und seine Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein brandhemmendes Pulver sowie dessen Verwendung in Polyurethanen und in fakultativ glasfaserverstärkten Harz/Härter-Gemischen.

In der Vergangenheit wurden insbesondere halogenhaltige, phosphorhaltige und antimonhaltige Verbindungen als brandhemmendes Pulver bzw. Flammschutzmittel eingesetzt. Nachteilig bei solchen Pulvern oder Flammschutzmitteln ist, daß sie bei der Verbrennung großenteils giftige Gase abgeben. Außerdem sind mit solchen Substanzen ausgerüstete Materialien nach ihrer Ausmusterung nur schwer zu entsorgen. Weiter wurden Hydroxide, z. B. Aluminium- und Magnesiumhydroxid verwendet. Diese müssen zur Erzielung eines ausreichenden Brandschutzeffektes in derart hohen Mengen eingesetzt werden, daß die Viskosität von damit versetzten, ungehärteten Kunststoff-Massen unannehmbar hoch wird.

Polyurethane sind wie praktisch alle Kunststoffe brennbar. Insbesondere aufgeschäumtes Polyurethan, wie es heute als Produkt im Markt ist, ist leicht entflammbar (meist Klasse B3 nach DIN 4102, dem Brennbarkeitsprüfverfahren, das insbesondere für das Bauwesen angewendet wird). Da Polyurethane äußerst vielseitig einsetzbare Werkstoffe sind, ist es deshalb wünschenswert, sie mit Flammschutzmitteln schwer entflammbar zu machen. Besonders wünschenswert ist es, daß sie im Brandfall keine giftigen Gase abgeben und besser zu entsorgen sind.

Harz/Härter-Gemische, und insbesondere solche, die glasfaserverstärkt sind, lassen sich als brandhemmende Strukturen einsetzen, wenn sie mit Flammschutzmitteln behandelt worden sind. Auch diese Strukturen sollten im Brandfall keine giftigen Gase abgeben und besser zu entsorgen sein.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues brandhemmendes Pulver zur Verfügung zu stellen, das phosphatfrei ist und im Brandfall keine giftigen Gase abgibt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, im Stand der Technik bekannte Polyurethan-Massen, -Werkstoffe und Mehrkomponenten-Systeme sowie fakultativ glasfaserverstärkte Harz/Härter-Gemische schwer entflammbar bzw. brandhemmend oder brandfest zu machen, ohne daß die oben geschilderten Nachteile auftreten können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Pulvers gelöst, das überwiegend Ammoniumsulfat enthält. Bevorzugt werden dem Pulver als weitere Bestandteile Hydrophobierungsstoffe, beispielsweise auf Basis von Kieselsäuren, und/oder Zusätze zur Verbesserung der Fließfähigkeit, z. B. auf Silikat-Basis, zugesetzt. Besonders bevorzugt ist es, ein Pulver mit einem Ammoniumsulfatgehalt von 90 bis 98 Gew.-% und insbesondere von 90 bis 95 Gew.-%, einem Gehalt an Hydrophobierungsstoffen von 0,5 bis zu 2,5 Gew.-% und insbesondere unter 2 Gew.-% sowie einem Gehalt an Zusätzen zur Verbesserung der Fließfähigkeit, insbesondere auf Silicatbasis, von etwa 2 bis 5 Gew-%, insbesondere unter 3 Gew.-%, zu verwenden. Dieses Pulver kann zu Polyurethan oder den Bestandteilen der Formmassen oder Kunstharze oder Mehrkomponenten-Systeme (auch vor dem Vermischen) für (noch) nicht ausgehärtetes Polyurethan oder dem fakultativ glasfaserverstärkten Harz/Härter-Gemisch bzw. dessen Vorprodukten oder einzelnen Komponenten dafür beigegeben werden.

Die Ausgangsstoffe für die Herstellung des Polyurethans für die erfindungsgemäßen Polyurethan-Massen und -Werkstoffe sind dem Fachmann bekannt. Insbesondere sind hier zu nennen Polyole (Di- oder Polyhydroxyverbindungen), z. B. Polyether, lineare oder verzweigte Polyester (Polyhydroxyverbindungen, z. B.: Kondensate von Adipinsäure und Phthalsäure mit einem Überschuß aus Triolen und Diolen) oder lineare Polyester (Dihydroxyverbindungen mit endständigen OH-Gruppen, z. B.: Kondensate von Adipinsäure mit einem Überschuß an Diolen, ferner Isocyanate, beispielsweise Polyisocyanate wie 2-Methyl-1,3-Phenylendiisocyanat). Als Starter dienen üblicherweise Diole oder Triole. Die Ausgangsstoffe können auch prepolymerisiertes Polyurethan enthalten. Die Zugabe von Wasser in geringer Menge bewirkt die Abspaltung von CO₂ aus dem Isocyanat, wodurch Schaumstoffe erhalten werden können (chemisches Treibverfahren). Werden leicht siedende Treibmittel zugesetzt, läßt sich auf physikalischen Wege ebenfalls ein Schaumstoff erhalten.

Erfindungsgemäß wird mindestens einem der Ausgangsstoffe für das PUR der noch nicht durchpolymerisierten Masse bzw. für ein solches Kunstharz oder einer oder mehreren Komponenten eines Mehrkomponenten-Systems für PUR das flammhemmende Pulver zugesetzt, und zwar bevorzugt in einer Menge von 10 bis mehr als 50 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt etwa 30 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsstoffe für das Polyurethan. Tests haben ergeben, daß die Zugabe von 30 Gew.-% des flammhemmenden Pulvers bewirkt, daß die Brandklassifizierung B1 (schwer entflammbar) nach DIN 4102 erreicht wird.

Erfindungsgemäßes PUR in Form eines aufschäumbaren, brandhemmenden PUR-Schaums kann über entsprechende stationäre Sprühanlagen wie auch in transportablen Behältern, insbesondere in luftdicht abgeschlossenen Sprühbehältnissen, aufbewahrt und an seinen Einsatzort transportiert werden. Brandhemmende Polyurethan-Schäume sind insbesondere zu Brandschutzzwecken geeignet. Beispielsweise können sie zum Ausschäumen von Hohlräumen, Öffnungen oder Spalten eingesetzt werden, um diese brandhemmend zu machen.

Die vorteilhaften Eigenschaften der Polyurethan-Schäume, die sich an jede Geometrie anzupassen vermögen und deren Härtegrad beliebig einstellbar ist, wobei die Aushärtung in akzeptabler Zeit erfolgt, werden erfindungsgemäß mit brandhemmenden Eigenschaften kombiniert. Dadurch können Hohlräume, die durch nicht brandhemmenden Streben oder Rahmen umfaßt sind, brandsicher ausgestaltet werden, ohne daß die Streben oder Umfassungen selbst brandgeschützt werden müßten.

Auch für Isolierungen lassen sich die erfindungsgemäßen Polyurethane einsetzen, beispielsweise als Polyurethan-Hartschaum. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Herstellung brandhemmender, selbsttragender Bauteile oder Formteile. Erfindungsgemäßer PUR-Schaum kann ferner für das Kernbeschichten von Platten in Sandwich-Bauweise sowie Platten für den Fahrzeug- oder Möbelbau oder Dämmplatten für das Bauwesen eingesetzt werden. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Kältetechnik.

Für alle genannten Verwendungen sind die erfindungsgemäßen Schäume bzw. die entsprechenden Vorprodukte infolge ihrer vorgenannten Eigenschaften besonders gut geeignet.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind brandhemmende Gieß- Streich- und Spachtelmassen sowie Klebstoffe. Solche flüssigen, dickflüssigen oder höher viskos eingestellten Mischungen härten zu weichelastischen oder hartelastischen Massen aus. Die Massen können zusätzlich zu dem brandhemmenden Pulver Füll- oder Farbstoffe enthalten wie Schwerspat, Talkum, Titandioxid, Eisenoxidschwarz und anderes. Die Reaktionskomponenten sind dem Fachmann bekannt. Es handelt sich häufig um geradkettige oder schwach verzweigte Polyester oder Polyether und Isocyanat. Die erfindungsgemäßen Massen mit brandhemmenden Eigenschaften sind besonders geeignet für Kabelgarnituren, z. B. als Kabelvergußmassen, ferner für Dichtungen, z. B. für das Kleben und Abdichten von Batteriekästen, Transformatoren, Wandlern und anderen stromführenden Materialien, als Formmaterial, Textilbeschichtungen, Eingießen von Elektrobauteilen und dergleichen (weichelastische Einstellungen) sowie die Beschichtung von Fußböden, Dächern, Rampen, Beschichtungen von Stahlflächen im Fahrzeug- und Schiffsbau, Tankauskleidungen, Fugenvergußmassen und dergleichen (hartelastische Einstellungen).

Alle vorgenannten Polyurethane können auch als Zwischen- und/oder Außenschichten in Mehrschichtstrukturen zusammen mit anderen Materialien eingesetzt worden.

Erfindungsgemäß liegt ein weiteres Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet der PUR-Klebstoffe. Es werden brandhemmende Ein- und Zwei-Komponenten-Klebstoffe aus oder mit Polyurethan bereitgestellt, die sich im wesentlichen für Kunststoffverklebungen in der Bauindustrie und im Fahrtzeugbau sowie als Haftvermittler auf Metallen für Polyurethan-Beschichtungen eignen. Auch diese Klebstoffe enthalten in der einen bzw. in einer oder beiden von zwei Komponenten das oben beschriebene, erfindungsgemäße flammhemmende Pulver.

Erfindungsgemäße Harz/Härter-Gemische umfassen bevorzugt Harze wie Polyesterharze, Vinylesterharze, Epoxidharze, Phenolharze, Polyamide oder Polyimide oder Mischungen davon. Sie können in Platten und beliebig andere Formkörper gegossen werden, aber auch gespachtelt oder dergleichen werden. Wenn sie glasfaserverstärkt sind, lassen sich daraus unter anderem extrem stabile Gegenstände formen, die bei Schichtdicken im Millimeter-Bereich beliebige Formen haben können. (Selbstverständlich sind auch dickere oder dünnere Schichtstrukturen möglich). Die verstärkenden Glasfasern können in Form von Flocken, "chopped glass", Vliesen, Fasern oder Geweben enthalten sein. Sie können in das Harz/Härter-Gemisch eingearbeitet werden, oder die Glasfasern, z. B. in Form von Gewebe, werden damit getränkt. Weitere Techniken sind z. B. Walzen, Rollen, Spachteln, Streichen, Spritzen. Bevorzugt sind auch zwei oder mehrere solcher glasgewebehaltiger oder glasvlieshaltiger Schichten zu einer Mehrschichtstruktur miteinander laminiert. Zusätzlich kann eine Deckschicht aufgebracht sein, die im wesentlichen aus dem gleichen Harz/Härter-Gemisch besteht, mit dem das darunterliegende Glasgewebe imprägniert ist. Die Deckschicht kann Farbstoffe enthalten oder mit solchen bedruckt sein, wodurch ästhetische Dekorationseffekte erzielt werden können. Die Menge an brandhemmendem Pulver beträgt bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Harz/Härter-Gemisch.

Die erfindungsgemäßen fakultativ glasfaserverstärkten Harz/Härter-Gemische lassen sich als Brandschutzstrukturen einsetzen. Sind sie mit der oben beschriebenen Deckschicht versehen, besitzen sie zusätzlich verlöschende Eigenschaften.

Claims (16)

1. Brandhemmendes Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß es überwiegend Ammoniumsulfat enthält.

2. Brandhemmendes Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es neben Ammoniumsulfat Hydrophobierungsstoffe, bevorzugt auf der Basis von Kieselsäuren, sowie ein Additiv zur Verbesserung der Fließfähigkeit enthält.

3. Brandhemmendes Pulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Ammoniumsulfat in einer Menge von 90 bis 98 Gew.-%, bevorzugt etwa 95 Gew.-%, Hydrophobierungsstoffe in einer Menge von 0,5 bis 2,5 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 2,0 Gew.-%-, und das Additiv zur Verbesserung der Fließfähigkeit in einer Menge von 2 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 3 Gew.-%, enthält.

4. Brandhemmendes Pulver nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv zur Verbesserung der Fließfähigkeit eine Substanz auf Silicatbasis ist oder umfaßt.

5. Brandhemmende Polyurethan-Formmasse oder ebensolches -Kunstharz oder Mehrkomponenten-System zur Herstellung eines PUR, umfassend

• - Ausgangsstoffe für die Herstellung des jeweiligen Polyurethans und
• - ein flammhemmendes Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Brandhemmende Polyurethan-Formmasse oder ebensolches -Kunstharz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das flammhemmende Pulver in einer Menge von nicht unter 10 Gew.-% und bevorzugt von etwa 30 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsstoffe für die Herstellung des Polyurethans, vorliegt.

7. Brandhemmendes Polyurethan in Form von Schäumen, Gieß-, Streich- oder Spachtelmassen oder Klebstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es ein flammhemmendes Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.

8. Brandhemmendes Polyurethan nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flammhemmende Pulver in einer Menge von nicht unter 10 Gew.-% und bevorzugt von etwa 30 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsstoffe für die Herstellung des Polyurethans, vorliegt.

9. Brandhemmendes Harz/Härter-Gemisch, umfassend

• - ein Harz/Härter-Gemisch und
• - ein flammhemmendes Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das in das Harz/Härter-Gemisch eingearbeitet ist.

10. Brandhemmendes Harz/Härter-Gemisch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Polyesterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz, Phenolharz, Polyimid oder Polyamid ist oder umfaßt oder aus Mischungen solcher Harze besteht oder solche umfaßt.

11. Brandhemmendes Harz/Härter-Gemisch nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das flammhemmende Pulver in einer Menge von etwa 10 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Harz/Härter-Gemisch, vorliegt.

12. Glasfaserverstärker Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß er Glasfasern und ein brandhemmendes Harz/Härter-Gemisch nach einem der Ansprüche 9 bis 11 enthält.

13. Glasfaserverstärker Kunststoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß er Glasfasern in Form von Flocken, Vliesen, Fäden oder Gewebe enthält.

14. Glasfaserverstärker Kunststoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Lagen mit dem Harz/Härter-Gemisch imprägniertes Glasgewebe aufeinander laminiert sind.

15. Glasfaserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auf einer oder beiden Seiten des Kunststoffs eine Deckschicht aus im wesentlichen dem genannten Harz/Härter-Gemisch aufgebracht ist.

16. Brandhemmende Mehrschichtstruktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht Farbstoffe enthält oder mit solchen bedruckt ist.