DE19619216A1

DE19619216A1 - Polyurethankunststoff mit Flammschutzmittel

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Publication number: DE19619216A1
Application number: DE1996119216
Authority: DE
Original assignee: KUESTER JOERN 74074 HEILBRONN DE
Current assignee: KUESTER JOERN 74074 HEILBRONN DE
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Polyurethankunststoff mit Flammschutzmittel.

Zur Herstellung von zelligen und nichtzelligen Polyurethankunststoffen werden üblicherweise flüssige (poly-) hydroxylhaltige Komponenten (z. B. Polyäther, Polyester) und/oder CH-acide Verbindungen (z. B. Polyamine), insbesondere Mischungen dieser Komponenten zusammen mit Additiven (Wasser, Katalysatoren, Stabilisatoren, Treibmittel und Flammschutzmittel) als A-Komponente zur Reaktion mit Isocyanaten (z. B. Toluendiissocyanat, Methylendiphenyldiisocyanat) als B-Komponente gebracht.

Der Begriff Polyurethane umfaßt dabei die Bildung von Kunststoffen auf Basis von (Poly-) Urethan-, (Poly-) Harnstoff-, (Poly-) Allophanat,- (Poly-) Biuret-, (Poly-) Isocyanurat-, (Poly-) Carbodiimid-Gruppen.

Zur Erfüllung der Brandschutzanforderungen (z. B. nach DIN 4102 B1/B2) müssen flammhemmende Verbindungen zugegeben werden. Die zur Zeit üblicherweise ver wendeten Flammschutzmittel basieren auf flüssigen bzw. festen, reaktiven bzw. nichtreaktiven Verbindungen vor allem mit hohem Gehalt an Phosphor, Stickstoff und Halogenen (so z. B. Ammoniumpolyphosphat, Dimethylmethylphosphonat, Melamin, Neopentylbromidpolyether usw).

Ein gravierender Nachteil dieser Substanzen ist ihre zum Teil hohe Toxizität bzw. reizende Wirkung. Im Brandfall erzeugen insbesondere halogenhaltige Flamm schutzmittel ätzende und giftige Dämpfe, so daß trotz guter flammhemmender Wirkung die Anwendung von halogenfreien Flammschutzmitteln immer lauter ge fordert wird. Gerade die nichtreaktiven Flammschutzmittel beeinträchtigen die physikalischen Eigenschaften der Polyurethane, so daß die Zugabe adäquater Mengen Probleme bereitet.

In der DE 24 40 767 C3 ist zur Herstellung von Furanharzmischkondensaten ein Zuckeranteil von 3% erwähnt. Durch den hohen Stickstoffanteil entwickelt sich bei Flammeinwirkung Stickstoffgas.

In der DE 25 37 859 A1 ist in direktem Zusammenhang mit Aminoverbindungen ein Stärkemehl, d. h. ein Polysaccharid genannt.

Die EP 0 151 401 A2 gibt handelsübliche Polyole in Form von Zuckerpolyether zur Bildung von Polyurethanen an. Wegen des kleinen Zuckeranteils und der Gegen wart großer Mengen an Ethergruppen geht von den Zuckerpolyethern keinerlei Flammschutzwirkung aus. Zuckerpolyether müssen in aufwendigen chemischen Verfahren aus Zucker hergestellt werden. Als Flammschutzmittel werden herkömmliche Flammschutzmittel verwendet. Diese Druckschrift beschreibt ebenso wie die DE 25 37 859 A1 die Schäumung mit großen Mengen FCKW-haltigen Treibmitteln, die heute zum größten Teil bereits verboten sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ungiftigen, preiswerten Stoff zu finden, durch den der Einsatz üblicher Flammschutzmittel reduziert werden und gleichzeitig eine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften des Polyurethankunststoffes vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist also vorgesehen, daß als Flammschutzmittel handelsüblicher Zucker zugegeben ist. Durch die Verwendung von handelsüblichem Zucker (z. B. Glucose, Fructose, Saccharose oder anderen Ketosen oder Aldosen) als weitere Komponente wird in dem sich ergebenden Polyurethan eine deutliche verkohlende, flammhemmende Wirkung erzielt. Der Anteil von Phosphor-, Stickstoff-, bzw. halogenhaltigen Flammschutzadditiven kann drastisch (bis zu 50%) reduziert werden. Besonders phosphorhaltige Flammschutzmittel wirken synergistisch.

Durch die Hydroxylgruppen der Zuckermoleküle findet eine Vernetzung mit dem Polyurethan- bzw. Polyisocyanuratgerüst statt, so daß die mechanischen Eigenschaften des Polyurethans nicht verschlechtert, sondern im Vergleich zu nicht reaktiven Flammschutzmitteln (z. B. roter Phosphor) deutlich verbessert werden.

Durch die Verwendung von Zucker bis ca. 50%, bezogen auf die A-Komponente, kann, obwohl sich bei Raumtemperatur nur ein Teil des eingesetzten Zuckers löst, eine homogene Verteilung in der Reaktionsmischung erreicht werden. Die während der Reaktion zum Polyurethan in der Mischung auftretenden Temperaturen führen zur Auflösung eines großen Teils des Zuckers im Gemisch (nicht reagiertes Wasser, Polyether, Glycole, Polyesther, Katalysatoren, Isocyanad usw.) und dadurch zu einer Einbindung im Polyurethannetzwerk. Nichtreagierter Zucker wird durch die Polyurethanbildung verkapselt und dadurch wasserunlöslich. Als besonders effizient hat sich die Verwendung von fein gemahlenem Zucker, wie etwa Puder zucker erwiesen.

Generell gilt, daß die flammhemmende Wirkung des Zuckers durch die Vermeidung von Polyetherpolyolen unterstützt wird. Synergistisch wirken Polyole auf Basis amingestarteter, aromatischer Polyetherpolyole bzw. aromatischer Polyesther polyole sowohl in Polyurethan (PUR)- als auch Polyisocyanurat (PIR)- und polyisocyanuratmodifizierten Polyurethankunststoffen (PUIR).

Im Gegensatz zur Verwendung saccharose-gestarteter Polyetherpolyole ermöglicht die Verwendung festen, feingemahlenen Zuckers den unmodifizierten Einsatz eines sehr billigen nachwachsenden, natürlichen Rohstoffes in hoher Konzentration.

Die Herstellung von Polyurethankunststoffen kann auf den üblichen Maschinen (Zwei-Komponenten Hoch- und Niederdruckanlagen) durchgeführt werden und erfordert keine zusätzlichen Investitionskosten. Zur Herstellung der A-Komponente wird der Zucker bevorzugt zu einer möglichst niedrigviskosen, niedermolekularen, wasserhaltigen Mischungsstufe hinzugegeben und vermischt.

Die Zugabe zur Isocyanatkomponente (B-Komponente) ist ebenso möglich und kann zusätzlich zur Herstellung von Zuckerpolymeren und Polymer (Zucker) Isyocyanaten genutzt werden, deren Verwendung zu der gleichen positiven flammhemmenden Wirkung führt.

Die weitere Verwendung von hochmolekuralen Wasserglaslösungen bzw. Wasser glaspulver in Kombination mit Zucker wirkt synergistisch auf die flammhemmende Wirkung.

Durch die Verkohlung der Zuckermoleküle bei Wärme- oder Flammeinwirkung bildet sich eine schützende Kohlenstoffschicht auf der Schaumstoffoberfläche.

Mit den vorliegenden Maßnahmen wird die Herstellung eines pentangetriebenen und halogenfreien Hartschaums ermöglicht, der etwa der Brand-Klassifizierung B1 entspricht.

Claims

1. Polyurethankunststoff mit Flammschutzmittel, dadurch gekennzeichnet, daß als Flammschutzmittel handelsüblicher Zucker zugegeben ist.

2. Polyurethankunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung als A-Komponente (poly-) hydroxylhaltige Komponenten und/oder CH-acide Verbindungen mit Additiven und als B-Komponente Isocyanate miteinander zur Reaktion gebracht sind, und
daß der Zucker als dritte Komponente der A-Komponente zugegeben ist.

3. Polyurethankunststoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der A-Komponente der Zucker zu einer möglichst niedrigviskosen, niedermolekularen, wasserhaltigen Mischungsstufe hinzugegeben und verschmischt ist.

4. Polyurethankunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung als A-Komponente (poly-) hydroxylhaltige Komponenten und/oder CH-acide Verbindungen mit Additiven und als B-Komponente Isocyanate miteinander zur Reaktion gebracht sind, und
daß der Zucker zur B-Komponente zugegeben ist.

5. Polyurethankunststoff nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuckeranteil zwischen 10% und 50%, bezogen auf die A-Komponente oder 10% bis 25% des gesamten Polymergerüsts beträgt.

6. Polyurethankunststoff nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zucker Glucose, Fructose, Saccharose oder andere Ketosen oder Aldosen verwendet wird/werden.

7. Polyurethankunststoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zucker unmodifiziert oder modifiziert und vor der Zugabe fein gemahlen ist.