DE19702760A1

DE19702760A1 - Brandhemmender Polyurethanschaum

Info

Publication number: DE19702760A1
Application number: DE1997102760
Authority: DE
Inventors: Lothar Lutzner
Original assignee: JOACHIM GLUSKE FA
Current assignee: JOACHIM GLUSKE FA
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1998-07-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen brandhemmenden Po lyurethanschaum, basierend auf Polyolen und Isocyanaten, mit einem die Entflammbarkeit erschwerenden Mittel.

Ein brandhemmendes Polyurethan mit den vorgenannten Merkmalen ist aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 295 09 033 bekannt. Dieses bekannte Polyurethan weist ABC-Löschpulver auf, um eine Schwerentflammbarkeit gemäß der Brandklassifi zierung B1 nach DIN 4102 zu erreichen. ABC-Löschpulver eignet sich zum Löschen von Bränden der Brandklassen A,B und C. Es ist ein Gemisch aus Natriumhydrogencarbonat, Alkaliphosphat und dergleichen. Es muß zum Beeinflussen der Entflammbarkeit von Polyurethan nicht optimal angesehen werden. Denn der mehr oder weniger feste Polyurethanschaum ist nicht zum Löschen von Bränden bestimmt, wie das ABC-Löschpulver, sondern soll schwer entflammbar sein.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen brandhemmenden Polyurethanschaum mit den eingangs ge nannten Merkmalen so zu verbessern, daß die zu fordernde schwere Entflammbarkeit und ein verbesserter Brandschutz mit optimalen Mitteln erreicht werden und eine Anwendung mit un terschiedlichen Systemen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schaum ein im Brandfall aufschäumendes Mittel zusätzlich zu dem die Ent flammbarkeit erschwerenden Mittel aufweist.

Im Brandfall wird das die Entflammbarkeit erschwerende Mittel des Polyurethanschaums dafür sorgen, daß letzterer den Vorschriften der Brandklassifizierung B1 nach DIN 4102 ge nügt. Bei einer Flammbeaufschlagung wird sich also der Poly urethanschaum nicht so schnell verzehren, wie wenn er das die Entflammbarkeit erschwerende Mittel nicht aufweist. Ein er heblicher Teil des Volumens des Polyurethanschaums wird je doch durch die Flammbeaufschlagung verzehrt, so daß es infol gedessen zu einer Minderung des Brandschutzes kommen kann, obwohl der brandhemmende Polyurethanschaum den Anforderungen genügt. Die vorerwähnte Minderung des Brandschutzes kann aus der Konstruktion herrühren. Es können sich beispielsweise Fu genverhältnisse zwischen Fensterrahmen und Wandlaibung erge ben, die nur eine geringe Dicke der Polyurethanschaumschicht gestatten. Die Fugenverhältnisse können auch so sein, daß ge wisse Fugenbereiche nicht komplett ausgeschäumt wurden. In all diesen Fällen ist zu befürchten, daß der effektive Brand schutz nicht ausreicht. Unter Einwirkung des im Brandfall aufschäumenden Mittels wird ein solcher Schutz jedoch er reicht. Je nach Konstruktion können die Schichtdicken des Schaums im Brandfall vergrößert werden, so daß sich die Schaumverzehrung verringert bzw. das brandbeaufschlagte Schaumvolumen vergrößert und der Verzehrungsvorgang verlang samt wird. Ferner wird auch erreicht, daß die Fugendichtig keit verbessert wird, weil das im Brandfall aufschäumende Mittel die Fugen schließt. Feuer- oder Rauchdurchtritt wird entsprechend erschwert oder verhindert. Die Wirkung des brandhemmenden Polyurethanschaums wird insgesamt verbessert.

Die Wirkung des im Brandfall aufschäumenden Mittels läßt sich auf alle brandhemmenden Polyurethanschäume anwenden. Ei ne besondere Verbesserung ergibt sich jedoch dadurch, daß der Schaum Blähgraphit und/oder Blähglimmer enthält. Blähgraphite bzw. -Graphitverbindungen und Blähglimmer enthalten Graphite bzw. Graphitverbindungen und Glimmer, die in Bezug auf den Polyurethanschaum brandhemmend sind. Sie lassen sich nicht bzw. nicht so leicht durch das Feuer verzehren, wie Polyure thanschaum. Es ist daher grundsätzlich möglich, beliebigen Polyurethanschaum mit Blähgraphit und/oder Blähglimmer zu vermischen und auf diese Weise einen brandhemmenden Polyure thanschaum herzustellen. Hierzu reicht es aus, wenn als Mi schungsbestandteil ein Polyurethanschaum der Brandklassifi zierung B2 eingesetzt wird, der also an sich nicht schwer entflammbar ist, weil er die vorerwähnten Mittel zur Erschwe rung der Entflammbarkeit nicht aufweist. Auch in diesem Fall findet eine beispielsweise 10%ige Volumenvergrößerung statt, mit der die vorbeschriebene Volumenvergrößerung bzw. Fugen füllung erfolgt. Vor allem ist jedoch von Bedeutung, daß das Graphit bzw. der Glimmer im Brandfall zusätzliche Wirkung entfalten. Der Verzehrvorgang des Polyurethanschaums findet so statt, daß der Graphit bzw. der Glimmer über die infolge des Verzehrvorgangs relativ zurückweichende Außenfläche des Schaums vorstehen. Sie bilden eine Art Igelstruktur, die den Zutritt der Flammen zu der Schaumoberfläche erschwert. Es tritt eine Verlangsamung des Verzehrvorganges ein und damit eine Brandhemmung.

Als Blähmittel kommen chemische Verbindungen zum Ein satz, die unter dem Einfluß von Wärme Gase abspalten, z. B. Stickstoffgase oder Kohlendioxyd, welche sich ausdehnen und das von ihnen besetzte Volumen vergrößern.

Die Flammhemmung hängt von der Formulierung des Polyure thanschaums ab. Es ist vorteilhaft, den Polyurethanschaum so auszubilden, daß der Schaum das im Brandfall aufschäumende Mittel zu 10 bis 78 Gewichtsprozent enthält. Je nach spezifi schem Gewicht des eingesetzten, im Brandfall aufschäumenden Mittels wird der Gewichtsanteil dieses Mittels am Schaum größer oder kleiner sein. Um die gewünschte Verbesserung der Brandhemmung zu erreichen, kommt es wegen der spezifischen Wirkung des Mittels entsprechend dem sogenannten Igeleffekt vor allem darauf an, daß hinreichendes Volumen zur Verfügung steht. Ein schwereres Mittel wird also mit einem Anteil grö ßerer Gewichtsprozente vorhanden sein müssen.

Mit den vorbeschriebenen Mitteln ist es möglich, brand hemmenden Polyurethanschaum so auszubilden, daß er den Anfor derungen an die Brandklassifizierung B1 nach DIN 4102 er reicht. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die dafür ein zusetzenden Mittel zu verringern oder mit anderen brandhem menden Mitteln zu kombinieren. Beispielsweise kann die Aus bildung des brandhemmenden Polyurethanschaums so beschaffen sein, daß nur ein geringer Anteil von im Brandfall aufschäu mendem Mittel erforderlich ist, weil die Fugenstruktur im Ausschäumbereich eher unkritisch ist. Der Polyurethanschaum kann daher so ausgebildet werden, daß er phosphat- und/oder halogenhaltig ist. Phosphate und Halogene bewirken eine Redu zierung der Brandempfindlichkeit.

Eine besonders vorteilhafte und wirksame Formulierung des brandhemmenden Polyurethanschaums ergibt sich dann, wenn der nicht aus im Brandfall aufschäumendes Mittel aufweisende Restbestandteil des Schaums zu
40 bis 65 Gewichtsprozent aus einem Isocyanat und zu
35 bis 55 Gewichtsprozent aus einer Polyolmischung herge stellt ist, die sich folgendermaßen zusammensetzt:

a) 10 bis 20 Gewichtsprozent Polyether- und/oder Poly esterpolyol,
b) 30 bis 50 Gewichtsprozent phosphat- und/oder halo genhaltiges Polyetherpolyol, letzteres
- b1) mit einem Phosphatanteil von 10 bis 20 Gewichtsprozent, bedarfsweise ergänzt mit einem Halogenanteil von 15 bis 35 Ge wichtsprozent, oder
- b2) mit einem Halogenanteil von 30 bis 50 Ge wichtsprozent, und
c) 35 bis 65 Gewichtsprozent phosphat- und/oder halo genhaltiger Weichmacher, letzterer
- c1) mit einem Phosphatanteil von 5 bis 25 Ge wichtsprozent und/oder
- c2) mit einem Halogenanteil von 25 bis 35 Ge wichtsprozent.

Bei dieser Ausgestaltung des Polyurethanschaums ist von Bedeutung, daß auf die Grundbestandteile Einfluß genommen wird, aus denen der nicht aus im Brandfall aufschäumendes Mittel aufweisende Restbestandteil des Schaums hergestellt wird. Insbesondere wird Einfluß genommen auf die Zusammenset zung der Polyolmischung, deren Polyether- und Weichmacherbe standteile brandhemmend ausgerüstet werden, und zwar im Um fang der vorangegebenen Zusammensetzungen. Es werden also phosphat- und/oder halogenhaltige Polyole bzw. Weichmacher eingesetzt, um die Brandhemmung des Polyurethanschaums zu er reichen. Das nicht feuerhemmend modifizierte Polyether- und/ oder Polyesterpolyol wird für die Stabilität der Mischung be nötigt, während mit dem feuerhemmend modifizierten Polyether polyol das spezifische Brandverhalten beeinflußt wird.

In vorteilhafter Weise wird der Restbestandteil des Po lyurethanschaums so ausgebildet, daß das Isocyanat ein Diphe nylmethandiisocyanat ist. Das vorgenannte Diisocyanat, insbe sondere das Diphenylmethan-4.4'-Diisocyanat läßt sich in Po lyadditionsverfahren mit einem Polyol besonders gut verschäu men, wobei das Vorhandensein von Feuchtigkeit zur Abspaltung von schaumbildend wirkendem Kohlendioxyd führt.

Die Polyolmischung zur Herstellung des Restbestandteils des Polyurethanschaums kann so ausgebildet werden, daß der Weichmacher Trialkylphosphat ist.

Zur Herstellung des Restbestandteils des Polyurethan schaums kann so vorgegangen werden, daß die Polyolmischung zu 0,5 bis 5 Gewichtsprozent einen Katalysator aufweist. Mit Hilfe des Katalysators wird die Herstellung des Schaums ver bessert. Der Katalysator wird den Reaktionsbestandteilen an gepaßt und kann ein Amine- oder ein Metallkatalysator sein.

Es ist möglich, den Restbestandteil des brandhemmenden Polyurethanschaums dadurch herzustellen, daß den Reaktions partnern für die Polyaddition schaumbildende Bestandteile zu gegeben werden, so daß also beispielsweise CO₂ abgespalten wird. Um von dieser Art der Schaumbildung unabhängig zu sein, kann es jedoch vorteilhaft sein, den Restbestandteil des Po lyurethanschaums so auszubilden, daß er mit 10 bis 25 Ge wichtsprozent Treibmittel hergestellt ist, wobei der Isocya natanteil 35 bis 50 Gewichtsprozent und der Anteil der Poly olmischung 30 bis 45 Gewichtsprozent beträgt. Durch den Ein satz des Treibmittels im Umfang der angegebenen Gewichtspro zente verändern sich die prozentualen Gewichtsanteile des Isocyanats und der Polyolmischung, die ohne Vorhandensein ei nes Treibmittels eingesetzt würden, wie angegeben.

Der Polyurethanschaum kann so ausgebildet werden, daß er vor seiner Anwendung in einer Aerosoldose gelagert ist. Hier handelt es sich um einen stabilen, daß heißt lagerfähigen 1-Komponentenschaum, der bei Temperaturen oberhalb des Ge frierpunkts und bis zu Raumtemperaturen mehrere Monate lager fähig ist.

Das Treibmittel wird entsprechend den Anforderungen an das Aufschäumen ausgewählt. Von bewährten Eigenschaften wird Gebrauch gemacht, wenn als Treibmittel ein Fluorkohlenwasser stoff und/oder komprimierte Luft und/oder ein gering entzünd liches Alkan-Gasgemisch vorhanden ist. Die vorgenannten Treibmittel sind die vorteilhaftesten. Fluorkohlenwasserstoff hat nicht die Ozonschädlichkeit, wie beispielsweise Fluor chlorkohlenwasserstoffe. Komprimierte Luft ist vollkommen um weltneutral und preiswert. Gering entzündliche Alkan-Gasgemi sche können aus industriell verfügbaren Gasen hergestellt werden.

Eine Schaumstabilisierung ist in vielen Anwendungsfällen wünschenswert und notwendig. Sie unterstützt die Brandbestän digkeit bzw. Formbeständigkeit des Polyurethanschaums, auch für den Brandfall. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn ein Polysiloxan-Schaumstabilisator vorhanden ist.

Der brandhemmende Polyurethanschaum zeigt ein schwer entflammbares Brandverhalten gemäß DIN 4102 B1. Infolgedessen kann ein bedeutend besserer Brandschutz erreicht werden, als wenn Standardpolyurethanschaum eingesetzt wird. Spezielle An wendungen für den schwer entflammbaren Polyurethanschaum sind insbesondere im Baubereich zu finden. Genannt werden bei spielsweise

- die Auskleidung zwischen Rahmen und Mauerwerk bei Brand schutzverglasungen;
- die Hinterfüllung von Zargen zwischen Mauerwerk und Holz zarge bei Brandschutztüren;
- die Hinterfüllung zwischen Mauerwerk und Stahlzargen bei Brandschutztüren mit sowohl herkömmlichen, als auch thermisch getrennten Stahlzargen;
- die Füllung von Brandschutzfugen unterschiedlicher Breite und Länge in Wänden unterschiedlicher Dicke und unterschied licher Materialien des Mauerwerks, wie diverse Betonsorten, leichte Trennwände etc.;
- die Erstellung von Kabelschotts;
- das Ausfüllen von Mauerdurchbrüchen generell und Mauer durchbrüchen, durch die verlegte Leitungen führen;
- das generelle Ausschäumen von Öffnungen, Hohlräumen und Spalten, die brandhemmend ausgerüstet werden sollen.

Um die beispielsweise genannten Anwendungen durchführen zu können, wird der Schaum unterschiedlich ausgerüstet, näm lich beispielsweise durch Einstellung der Viskosität der Mi schung oder durch die Anwendung unterschiedlich wirkender Treibmittel oder Treibmechanismen. Der Polyurethanschaum kann in folgenden Systemen angewendet werden:

- 1-Komponentensystem, z. B.:
- 1-Komponentensystem, feuchtaushärtend, in Aerosolverpackung, unter Einsatz eines Treibgases, Applizierung mittels einer Dosierpistole oder direkt aus der Verpackung mittels eines Schlauchs.
- 1 1/2-Komponentensystem, also wie vor, wobei ein Härter zusätzlich eingesetzt wird. Als Härter wird beispielsweise ein kurzkettiges Polyol, wie Diol, angewendet.
- 2-Komponentensystem, z. B. aus Aerosolverpackungen oder mit Kunststoffbehältern.

Ein Beispiel für eine Zusammensetzung von Komponenten zur Herstellung eines brandhemmenden Polyurethanschaums wird wie folgt angegeben:
10 bis 78 Gewichtsprozent Blähgraphit und/oder Blähglimmer
22 bis 80 Gewichtsprozent Restbestandteil, dieser bestehend aus:
35 bis 50 Gewichtsprozent Isocyanat (Diphenylme thandiisocyanat)
30 bis 45 Gewichtsprozent Polyolmischung:

a) 10 bis 20 Gewichtsprozent Polyether- und/oder Polyesterpolyol,
b) 30 bis 50 Gewichtsprozent phosphat- und/oder halogenhaltiges Polyether polyol, letzteres
- b1) mit einem Phosphatanteil von 10 bis 20 Gewichtsprozent, oder
- b2) mit einem Halogenanteil von 30 bis 50 Gewichtsprozent, und
c) 35 bis 65 Gewichtsprozent phosphat- und/ oder halogenhaltiges Trialkyl phosphat, letzteres
- c1) mit einem Phosphatanteil von 5 bis 25 Gewichtsprozent und/oder
- c2) mit einem Halogenanteil von 25 bis 35 Gewichtsprozent.
d) 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Polysiloxan- Schaumstabilisator.
e) 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Aminekatalysa tor.

10 bis 25 Gewichtsprozent Treibmittel, nämlich Fluorkohlenwasserstoff, insbesondere 1,1,1,2-Tetrafluorethan.

Der vorstehend beispielsweise beschriebene Polyurethan schaum befindet sich als Prepolymer in einer Aerosoldose, die mit einer Dosierpistole zu bedienen ist, oder aus der das Prepolymer mittels Schlauch direkt angewendet wird. Blähgra phit und/oder Blähglimmer sind derart fein verteilt im Schaum, daß die vorerwähnten Anwendungen behinderungsfrei möglich sind. Blähglimmer ist beispielsweise unter der Han delsbezeichnung Vermiculit erhältlich. Plättchenförmige Struktur von Blähglimmer muß vor dem Zumischen pulverisiert werden.

Claims

1. Brandhemmender Polyurethanschaum, basierend auf Polyolen und Isocyanaten, mit einem die Entflammbarkeit erschwe renden Mittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum ein im Brandfall aufschäumendes Mittel zusätzlich zu dem die Entflammbarkeit erschwerenden Mittel aufweist.

2. Brandhemmender Polyurethanschaum, basierend auf Polyolen und Isocyanaten, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum Blähgraphit und/oder Blähglimmer enthält.

3. Polyurethanschaum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schaum das im Brandfall auf schäumende Mittel zu 10 bis 78 Gewichtsprozent enthält.

4. Polyurethanschaum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß er phosphat- und/oder halo genhaltig ist.

5. Polyurethanschaum nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der nicht aus im Brandfall aufschäumendes Mittel aufweisende Restbestandteil des Schaums zu 40 bis 65 Gewichtsprozent aus einem Isocyanat und zu 35 bis 55 Gewichtsprozent aus einer Polyolmischung her gestellt ist, die sich folgendermaßen zusam mensetzt:

a) 10 bis 20 Gewichtsprozent Polyether- und/oder Polyesterpolyol,
b) 30 bis 50 Gewichtsprozent phosphat- und/oder halogenhaltiges Polyetherpolyol, letzteres
- b1) mit einem Phosphatanteil von 10 bis 20 Gewichtsprozent, bedarfsweise er gänzt mit einem Halogenanteil von 15 bis 35 Gewichtsprozent, oder
- b2) mit einem Halogenanteil von 30 bis 50 Gewichtsprozent, und
c) 35 bis 65 Gewichtsprozent phosphat- und/oder halogenhaltiger Weichmacher, letzte rer
- c1) mit einem Phosphatanteil von 5 bis 25 Gewichtsprozent und/oder
- c2) mit einem Halogenanteil von 25 bis 35 Gewichtsprozent.

6. Polyurethanschaum nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Isocyanat ein Diphenylmethandiisocya nat ist.

7. Polyurethanschaum nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Weichmacher Trialkylphosphat ist.

8. Polyurethanschaum nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Polyolmischung zu 0,5 bis 5 Gewichtsprozent einen Katalysator aufweist.

9. Polyurethanschaum nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß er mit 10 bis 25 Gewichts prozent Treibmittel hergestellt ist, wobei der Isocya natanteil 35 bis 50 Gewichtsprozent und der Anteil der Polyolmischung 30 bis 45 Gewichtsprozent beträgt.

10. Polyurethanschaum nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß er vor seiner Anwendung in einer Aerosol dose gelagert ist.

11. Polyurethanschaum nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß als Treibmittel ein Fluorkohlenwas serstoff und/oder komprimierte Luft und/oder ein gering entzündliches Alkan-Gasgemisch vorhanden ist.

12. Polyurethanschaum nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß ein Polysiloxan-Schaumsta bilisator vorhanden ist.