DE2316858A1

DE2316858A1 - Selbstverloeschender, stossabsorbierender polyurethanschaum

Info

Publication number: DE2316858A1
Application number: DE2316858A
Authority: DE
Inventors: David John Kelly
Original assignee: Scott Paper Co
Current assignee: Kimberly Clark Tissue Co
Priority date: 1972-04-03
Filing date: 1973-04-02
Publication date: 1973-10-18
Also published as: GB1411163A; BE797647A; JPS4930496A; AU5374473A; JPS527479B2; CA1002247A; FR2179050B1; FR2179050A1

Description

PATENTANWÄLTE

Qr.-Ing. HÄHS FUJSCHKE
DI,"!, -ir.n.^;ι =.- NZ ΛJ-ULAF?

AugusU--V:'.i->^ria-S>EiBo 6B

S 1487 Ro/G.

Scott Paper Company, Industrial Highway at Tinicum Island Road, Delaware County, Pennsylvania, V.St.v.A.

Selbstverlöschender, stossabsorbierender Polyurethanschaum

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein selbstverlöschende, stossabsorbierende Polyurethanschäume und Massen, die bei der Herstellung dieser Schäume brauchbar sind. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung einen selbstverlöschenden, stossabsorbierenden Polyurethanschaum, der aus einer Masse hergestellt wird, welche enthält:

a) ein Polyesterpolyol,

b) ein organisches Polyisocyanat mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis etwa 2,8,

c) ein Phosphat, bestehend aus Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat, einem Ammoniumpolyphosphat, Melaminphosphat, Guanylharnstoffphosphat oder Harnstoffphosphat,

d) einen Katalysator, und

e) ein Treibmittel.

Polyurethanschäume werden allgemein hergestellt durch die Reaktion einer Polyhydroxy-haltigen Verbindung, gewöhnlich eines Polyesterpolyols oder eines Polyätherpolyols, und eines organischen Isocyanats in Gegenwart eines Katalysators und eines

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Treibmittels. Diese Schäume werden gegenwärtig für eine grosse Vielfalt von Anwendungsgebieten verwendet, einschilesslieh
Sturzhelmpolster, Schutzverpackung und in Automobil- sowie anderen Fahrzeugpolstern, wie Türfüllungen und gepolsterten Armaturbrettern. Für diese Anwendungen ist es erwünscht, einen
Polyurethanschaum herzustellen, der eine grosse Kompressionsfestigkeit besitzt, d.h. welcher beim Angreifen einer Kraft
nicht leicht zusammengedrückt wird, und die Fähigkeit besitzt, seine ursprüngliche Kompressionsfestigkeit-beim "Nachlassen einer angelegten Kraft beizubehalten. Polyurethanschäume mit guter Kompressionsfestigkeit und der Fähigkeit, ihre ursprüngliche Konfiguration langsam wieder zurückzugewinnen, werden in
der US-Patentanmeldung Serial No. 55 328 mit dem Titel
"Super-Stiff Polyurethane Foam" vom 8. Juli 1970 (Roland
J. Lamplugh et al) vorgeschlagen. Diese Schäume sind, wie alle Polyurethanschäume, jedoch ausserordentlich entzündbar und widerstehen nicht-dem Angriff einer Flamme. Es w.äre daher erwünscht, einen Schaum mit einer Kombination aus guten stossabsorbierenden Eigenschaften und auch einen Schaum zu haben,
der selbstverlöschend ist, um die Feuersgefahr zu eliminieren
oder auf ein Mindestmass zu beschränken. Mit "selbstverlöschend" ist gemeint, dass das Material nicht in der Lage ist, mehr als eine, kurze Zeit lang, nachdem es von einer offenen Flamme getrennt wurde, in welcher es erhitzt und gezündet worden war,
zu brennen oder eine Flamme zu nähren. Im allgemeinen sind die Verfahren zur Herstellung eines flammverzögernden Polyurethanschaums der bisherigen Technik erfolgreicher gewesen bei Hartschaumsystemen als bei flexiblen oder halbflexiblen Schaumsystemen. Wenn hier verwendet, bezieht sich der Begriff "flexibler Schaum" auf solche Schäume, die elastisch sind, zum Unterschied von Hartschäumen, welche, wenn sie einmal verformt wurden, nicht ihre ursprünglichen Dimensionen wieder zurückgewinnen. Eine
dritte Klasse von Schäumen, d.h. die halbflexiblen Schäume, um fasst jene Schäume, welche nur unter hoher Belastung verformt

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oder zusammengepresst werden können, jedoch elastisch sind, da sie ihre ursprünglichen Dimensionen nach Entfernen der Belastung zurückgewinnen.

Eine Vielzahl von Phosphaten ist zur Verbesserung der feuerverzögernden Eigenschaften von Polyurethanschäumen vorgeschlagen worden. Siehe zum Beispiel die US-PS 3 42J5 ^K^, erteilt an Barnett, mit dem Titel "Flame-Retardant Polyurethane Materials"] die CA-PS 705 937, erteilt an Hartman, mit dem Titel "Polyurethane Foams Plus Intumescent Materials" und die US-Patentanmeldung Serial No. 87I 8lJ vom 14. Oktober 1969 (David J. Kelly), jetzt US-Patent.

Jedoch ist keiner der bisher offenbarten selbstverlöschenden, flexiblen Polyurethanschäume besonders brauchbar für Anwendungen, wo die Stossabsorption wichtig ist, da sie verhältnismässig weiche^ flexible Schäume sind, die nicht die erforderliche Steifheit oder stossabsorbierenden Eigenschaften haben.

Es wäre wünschenswert, einen Polyurethanschaum zu haben, welcher in sich kombiniert sowohl selbstverlöschende als auch stossabsorbierende Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäss werden selbstverlöschende, stossabsorbierende Polyurethanschäume vorgeschlagen und hergestellt. Diese Schäume werden aus einer Masse hergestellt, die enthält

a) ein Polyesterpolyol,

b) ein organisches Polyisocyanat mit einer. Funktionalität von etwa 2,2 bis etwa 2,8,

c) ein Phosphat, bestehend aus Monoammoniumphοsphat, Diammoniumphosphat, einem Ammoniumpolyphosphat, Melaminphosphat, Guanylharnstoffphosphat oder Harnstoffphosphat ,

d) einen Katalysator, und

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e) ein Treibmittel.

Jede dieser Komponenten wird unten im einzelnen beschrieben. Polyole

Jedes Polyesterpolyol, das zweckmässigerweise bei der Herstellung von Polyurethanschaum Anwendung findet., kann zur Herstellung von Schäumen gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zu repräsentativen Polyesterpolyolen, die verwendet werden können, zählen zum Beispiel das Reaktionsprodukt aus polyfunktionellen organischen Carbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen.

Zu typischen polyfunktionellen organischen Carbonsäuren, welche zur Herstellung der bei Ausführung der vorliegenden Erfindung brauchbaren Polyester verwendet werden können, zählen beispielsweise aliphatische Dicarbonsäuren, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure, Glutarsäure, Pimelinsäure und Korksäure, und aromatische Dicarbonsäuren, wie Phthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure und ähnliche. Andere Polycarbonsäuren, die verwendet werden können, umfassen die "Dimersäuren", wie das Dimer der Linolsäure„ Hydroxylhaltige,Monocarbonsäuren, wie Ricinolsäure, können ebenfalls verwendet werden. Alternativ können zur Herstellung der Polyester die Anhydride dieser Säuren verwendet werden« Zu typischen mehrwertigen Alkoholen, welche zur Herstellung der bei Ausführung der vorliegenden Erfindung brauchbaren Polyester verwendet werden können, gehören zum Beispiel die monomeren mehrwertigen Alkohole, wie Glycerin, 1,2,6-Hexantriol, A'thylenglykol, Diäthylenglykol, Trimethylolpropan, Trimethyloläthan, Pentaerythritol, Propylenglykol, I,j5-Butylenglykol und 1,4-Butylenglykol.

Polymeres Isocyanat

Der Begriff "Polyisocyanat" oder "polymeres Isocyanat" ist in der Vergangenheit häufig verwendet worden, um sowohl Di- als

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auch Polyisocyanate zu erfassen. Wenn in dieser Weise benutzt, schliesst der Begriff Isocyanate mit einer Funktionalität von etwa 2,0 bis etwa 3,0 ein. Bei der erfindungsgemässen·Herstellung von Schäumen wurde jedoch gefunden, dass es wesentlich ist, ein polymeres Isocyanat mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis etwa 2,8 in Kombination mit dem unten beschriebenen Phosphat zu verwenden. Zu repräsentativen polymeren Isocyanaten,

zur
welche/erfindungsgeinässen Herstellung von Schäumen verwendet werden können, zählen PAPI, ein Polymethylen-polyphenylisocyanat mit einer Funktionalität von 2,8, erhältlich von Upjohn Co., Kalamazoo, Michigan; ΡΑΡΙ-Γ35 und PAPI-1J5-IMP, welche beide Polymethyleii-polyphenylisocyanate mit einer Funktionalität von 2,8 sind, erhältlich von Upjohn; PAPI-901, ein Polymethylenpolyphenylisocyanat mit einer Funktionalität von 2,5, erhältlich von Upjohnj und PAPI-390 P, ein PoIymethylen-polyphenylisocyanat mit einer Funktionalität von 2,2, ebenfalls erhältlich von Upjohn.

Die Menge des verwendeten polymeren Isocyanate kann innerhalb des Bereiches variiert werden, der gewöhnlich bei.der Herstellung von Polyurethanschäumen angewendet wird, d.h. mit einem Index von etwa 80 bis zu einem Index von etwa l40. Der Begriff "Index" bedeutet in der Benutzung hier das "Verhältnis der tatsächlichen Menge Polyisocyanat im Reaktionsgemisch zur theoretischen Menge Polyisocyanat, die für die Umsetzung mit allen im Reaktionsgemisch vorhandenen, aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindungen,, benötigt v/ird, multipliziert mit 100.

Phosphat

Wie ober: angedeutet wurde, wird das zur Durchführung der vorliegenden Erfindung brauchbare Phosphat aus der Gruppe: i4onoa;ii!iioniumphosphat, Diammoniurnphosphat, Ammoniumpolyphosphate, Melaminphosphat, Guany!harnstoffphosphat und Harnstoff-

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phosphat ausgewählt»

Es wird besonders bevorzugt, ein Ammoniumpolyphosphat der allgemeinen Formel: -

zu verwenden, worin η eine ganze Zahl mit einem Mittelwert grosser als 10 ist und m/n zwischen etwa 0,7 bis etwa 1,1 liegt und der Höchstwert von m gleich n+2 ist» Das Ammoniumpolyphosphat kann durch thermische Kondensation eines Phosphathaltigen Materials, wie Monoammoniumorthophösphat, Diammoniumorthophosphat, kondensierter Phosphorsäure, Orthophosphatsäure und ähnlicher, mit einem Arnmonisierungsmittel und Kondensationsmittel, wie-Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Biuret, SuIfamid, Ammoniumsulfamat, Guanylharnstoff, Ij-J-Diaminoharnstoff, Diharnstoff (i.Orig. biuerea)und ähnlichen, hergestellt werden» Zum Beispiel können insbesondere Monoammoniumorthophosphat und Harnstoff thermisch kondensiert werden, um im wesentlichen wasserunlösliche Ammoniumpoly.phosphate durch Wärmereaktion einer aus praktisch äquimolaren Mengen gebildeten Schmelze bei einer Temperatur von etwa 250°C während einer Zeitspanne von etwa drei Stunden herzustellen. Die Menge des verwendeten Ammoniumpolyphosphats sollte mindestens 5-Teilen je Hundert gleichkommen, bezogen auf 1OO Gewichtsteile des Polyols. Es wird besonders bevorzugt, das Ammoniumpolyphosphat in einer Menge zu verwenden, die gleich etwa 8 bis 25 Gewichtsteilen ist, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyols.

Katalysator ; .

Der in den Massen der vorliegenden Erfindung verwendete Katalysator kann einer jener Katalysatoren sein/ die herkömmlicherweise bei der Herstellung von Polyurethanschäumen verwendet werden/

Zu brauchbaren Katalysatoren, welche verwendet werden können,

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zählen beispielsweise die tertiären Amine, wie N-Alky!morpholine, einschliesslich N-Äthylmorpholin, und NjN-Dia-lkylcyclohexylamine, worin die Alkylgruppen Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl usw. sind, auch Triäthylamin, Tripropylamin, Tributylamin, Triamylamin, Pyridin, Ghinolin, Dimethylpiperidin, Dimethylhexahydroanilin, Diäthylhexahydroanilin, die Reaktionsprodukte aus N,N^t-Diäthylaminoäthano3- und Phenylisocyanat, Esterimide, l-Methyl-4-(dimethylaminoäthyl)-piperazin, N-A'thyläthylenimin, N,M,N^t,N^t-Tetramethyl-l,5-butandiamin, Triäthylamin, 2,4,6-Tri(dimethylaminomethyl)phenol, Tetramethylguanidin, 2-Methylpyrazin, Dimethylanilin und Nicotin; und metallische Verbindungen, einschliesslich jener des Wismuts, Bleis, Zinns, Titans, Eisens, Antimons, Urans, Cadmiums, Kobalts, Thoriums, Aluminiums, Quecksilbers, Zinks, Nickels, Cers, Molybdäns, Vanadiums, Kupfers, Mangans, Zirkons usw.; Beispiele für diese sind Wismutnitrat, Blei-2-äthylhexoat, Bleibenzoat, Bleioleat, Natrium-trichlorphenat, Natriumpropionat, Lithiumacetat, Kaliumoleat, Tetrabutylzinn, Butylzinn-triehlorat, Zinn(lV)-chlorid, Tributylsinn-1-nonylphenat, Zinn(ll)octoat, Zinn(ll)-oleat, Dibutylzinn-di(2-äthylhexoat)., Di(2-fi.thylhexyl)zinnoxid, Titantetraehlorid, Tetrabutyltltanat, Eis3n(lll)Chlorid, Antimontrichlorid, Cadmiumdiäthyldithiophosphat, Thoriumnitrat, Triphenylaluminium, Nickelocen usw. . Die Katalysatorkomponente, entweder als einzelne Verbindung oder als ein Gemisch aus zwei oder mehreren Verbindungen, kann in üblichen Mengen verwendet werden, welche gewöhnlich im Bereich von etwa 0,05 bis 4 Teilen Katalysator je 100 Gewichtsteile der Polyolisocyanat-Reaktionspartner liegen.

Treibmittel

Polyurethane werden verwendet sowohl in der ungeschäumten als auch der sogenannten "Schaum"-Form. Im allgemeinen wird ein geschäumtes Polyurethan gebildet, wenn niedrig siedende Flüssigkeiten, normalerweise gasförmige Treibmittel oder Blähmittel durch die Polyurethan-bildenden Reaktanden erzeugt

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oder diesen inkorporiert werden. Oft ist die Reaktionswärme die Ursache, dass diese niedrigsiedende Flüssigkeit oder diese gasförmigen Treibmittel verdampfen und somit ein Schäumen der Masse bewirken» In einigen Fällen wird der Siedepunkt des Treibmittels so gewählt, dass er. deutlich unterhalb-Raumtemperatur liegt, und die Masse sogar zum Schäumen gebracht werden kann, bevor eine wesentliche- Reaktion zwischen dem Polyol und dem Polyisocyanat als Reaktionspartnern erfolgt ist oder bevor irgendwelche Wärme entwickelt wurde. Diese Technik wird manchmal als Ausschäumen bezeichnet„ Zu brauchbaren Treibmitteln, d.h. Schaum erzeugenden Mitteln, welche zugefügt werden können, wenn Schäume erwünscht sind, zählen Wasser, entweder allein oder im Gemisch mit anderen Komponenten, ζ „Β» als eine wässrige Lösung eines tertiären Amin-Katalysators, sowie die chlorierten und fluorierten Alkane mit 1 bis etwa 2 Kohlenstoffatomen, wie die Chlorfluormethane und "Chlorfluoräthane, welche im Handel unter verschiedenen Handelsbezeichnungen erhältlich sind, wie "Freon" der E.I. DuPont de Nemours , + Company, Inc. „ Das Blähmittel ist gextföhnlich Kohlendioxid, welches durch Inkorporierung von Wasser in der verwendeten Masse gebildet wird, um den Schaum zu erzeugen« Das Wasser reagiert mit einem Überschuss des Polyisocyanats und erzeugt das nötige Kohlendioxid,,

Wenn in der Reäktandenmasse Treib- oder Schäumungsmittel' inkorporiert sind, können auch verschiedene herkömmliche Schaumstabilisatoren enthalten sein, um die Menge und Qualität des erhaltenen geschäumten Polyurethans zu regeln. Für diesen Zweck brauchbar sind verschiedene oberflächenaktive Mittel, einschliesslich Silikonverbindungen und Silikönölgemische, z.B. Siloxanoxyalkylen-Blockcopolymerisate, die unter verschiedenen Handelsbezeichnungen, wie "Silicone L-5j?2" der Union Carbide Corporation, angeboten werden. Für schäumende oder aufblähende Polyurethanpolymere können etwa 5 bis 50 Ge-

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wichtsteile Treibmittel und etvia 0,1 bis 3 Teile des Schaumstabilisierungsmittels je 100 Gewichtsteile des Polyol-Reaktionspartners in der Masse verwendet v/erden.

Alle Komponenten können an einem Ort gemischt und urngesetzt werden. Das Polyol, polymere Isocyanate der Katalysator und das Phosphat können jeweils abgemessen und in einen gewöhnlichen Mischkessel gepumpt und/oder gefüllt werden, dann kann das erhaltene Gemisch einfach zur Polyiaerisationsseite hin bewegt werden zwecks Verwendung in Formguss-, Plattenmaterialoperationen usw. . Alternativ kann das Phosphat mit einem oder mehreren Reaktionspartnern gemischt werden, d.h. mit dem PoIyolj bevor die Mischung mit den restlichen Komponenten erfolgt. Das Phosphat kann mit dem Polyol gemischt werden, bevor es mit dem Polyisoeyanat-Reaktionspartner kombiniert wird, oder das Phosphat kann mit dem Polyisocyanat gemischt werden, bevor man ein solches Gemisch mit dem Polyol-Reaktionspartner kombiniert, wenn jedoch ein Katalysator, wie ein tertiäres Amin, und das Phosphat gemischt und bei Raumtemperatur während einer wesentlichen Zeitdauer stehen gelassen werden, kann Reaktion eintreten. Daher wird es bevorzugt, das Polyol, Polyisocyanat und/oder den Katalysator und das Phosphat entweder gleichzeitig zu mischen oder zunächst das Polyol und/oder Polyisocyanat mit dem Phosphat zu mischen und dann dieses Gemisch mit dem Katalysator zu kombinieren.

In der Technik und Technologie zur Herstellung von Polyurethanschäumen ist es ebenfalls bekannt, eine Technik anzuwenden, die gewöhnlich als eine Vorpolymer-Technik bezeichnet wird. Dies ist eine Technik, wonach ein Teil der zur Herstellung eines Polyurethans einbezogenen Reaktion durchgeführt wird, um ein Vorpolymer von erhöhtem Molekulargewicht zu erhalten, wobei sich Endgruppen entweder als Hydroxyle oder Isocyanate ergeben, je nach der bei der Herstellung des Vorpolymers verwendeten Stöchiometrie. Dieses Vorpolymer wird dann verwendet,

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um das gewünschte Polyurethan-Endprodukt herzustellen., indem man es entweder mit einem Polyisocyanat oder einem der gewünschten Polyole umsetz t, je nachdem ob - wie oben erwähnt -.die Endgruppen des Vorpolymers entsprechend Hydroxyle oder Isocyanate sind. Die Vorpolymer-Technik kann auch benutzt werden, um Schäume gemäss der vorliegenden Erfindung herzustellen.

Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäss hergestellten Schäume besteht darin, dass sie den konstant zu-nehmenden Verlust an Lebensdauer und Eigenschaften durch Feuer reduzieren, weil sie verkohlen, wenn sie einer Flamme ausgesetzt sind, wodurch eine isolierende, feuerverzögernde Sperrschicht zwischen der Flamme und nichtoffenliegenden Teilen des Schaums gebildet wird. Die auf der Kruste des Schaumes gebildete Kohle nach Einwirkung von Hitze bietet einen hohen Widerstand gegenüber dem Wärmefluss zwischen der Wärmequelle und der Schaumstruktur« Die Kohle hat eine geringe thermische Leitfähigkeit und hohe Oxidationsfestigkeit, so dass sie nicht nur Schutz infolge ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit bietet, sondern ihre Oberfläche erreicht eine hohe Temperatur und strahlt somit einen grossen Teil der einwirkenden Wärmebelastung zurück. Die neuartigen Polyurethanschäume dieser Erfindung sind ausgezeichnet durch eine Multiplizität von Schutzmechanismen, wie selbstverlöschende Eigenschaften und Verkohlungseigenschaften, welche Schutz bieten, wenn sie einem Feuer ausgesetzt sind, Ausserdem verhindert der neirartige Schaum dieser Erfindung die Bildung heisser oder brennender Tröpfchen, .die eine ausgedehnte Zerstörung hervorrufen könnten, selbst wenn die Flamme ausgelöscht oder unterdrückt worden ist. Auch wegen der stossabsorbierenden Eigenschaften der Schäume sind sie für Polster- und Verpackungsanwendungen -verwendbar₅ bei welchen bisher kein zufriedenstellender selbstverlöschender Schaum zur Verfügung stand.

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- li -

Um die vorliegende Erfindung zum klareren Verständnis zu beschreiben, werden die folgenden Beispiele gegeben. Diese Beispiele dienen hauptsächlich dem Zwecke der Erläuterung; eine spezifische Angabe eines darin enthaltenen Details sollte nicht als eine Beschränkung des erfindungsgemässen Konzeptes aufgefasst werden. Alle Bestandteile in den schaumbildenden Massen sind in Gewichtsteilen angegeben.

Um die Komponenten der in den Beispielen eingesetzten schaumbildenden Massen zweckmässiger zu beschreiben, sind die Komponenten durch ihre Handelsnamen oder ein repräsentatives Symbol identifiziert worden. Die in den Beispielen verwendeten Handelsnamen oder Symbole sind wie folgt zu identifizieren:

F-50 bezieht sich auf Fomrez 50, ein Polyesterpolyol des Giykoladipat-Typs, erhältlich von Witco Chemical Company, New York, New York.

L-532 ist ein oberflächenaktives Organosilikon-Mittel, erhältlich von Union Carbide Corporation, New York, New York.

P-j50 ist ein Ammoniumpolyphosphat, erhältlich als Phoschek P-30 von Monsanto Company, St.Louis, Missouri.

NEM bedeutet N-Äthylmorpholin.

PAPI-901 ist ein Polymethylen-polyphenylisoeyanat mit einer Funktionalität von 2,3* erhältlich von Upjohn Co., Kalamazoo, Michigan.

Der Ausdruck "TDl" bedeutet ein 80:-20-Gemisch der 2,4- und 2,6-Isomeren des Toluoldiisocyanate.

Der Ausdruck "Index" ist ein in der Technik gebräuchlicher Begriff, der das Verhältnis der tatsächlichen Menge Polyisocyanat im Reäktionsgemisch zur theoretischen Menge Polyisocyanat angibt, die für die Umsetzung mit allen, im Reaktionsgemisch vorhandenen, aktiven Wasserstoffverbindungen benötigt •iird, multipliziert mit 100.

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Die Entflammbarkeit der Schäume wurde nach den folgenden Standardmethoden getestet:

Die Durchbrennzeit wird gemessen durch direktes Inkontaktbringen einer Schaumprobe (15,24 cm χ 15*24 cm χ 5jO8 cm) mit einer offenen Hochdruckflamme. Die verwendete Flammenquelle ist ein allgemeiner Gebläsebrenner unter Benutzung eines Pr-opan- und Luft-Treibstoffs. Der Brenner ist mit einer N-2-Typ-Spitze ausgerüstet. Bei dem Test wird die Spitze des Brenners vertikal oberhalb der Schaumprobe angesetzt und so einjustiert, dass sie sich 5*08 cm + 6,35 tnm von der Fläche des Schaumprüfkörpers befindet. Bevor der Prüfkörper eingesetzt wird, wird der Brenner gezündet und eingestellt, um eine stetige Flamme annähernd 30,48 cm lang zu erzeugen. Die Flamme wird annähernd 5 Minuten brennen gelassen, bevor man das zu testende Schaumprüfstück einsetzt. Der Schaumprüfkörper wird dann eingesetzt, und die Zeit, die für die Flamme erforderlich ist, in den Schaumprüfkörper einzudringen, wird aufgezeichnet. Diese Zeit wird als die Durchbrennzeit des Schaumes bezeichnet. Dieser Test misst die Widerstandsfähigkeit der Schaumprobe gegenüber einer direkt auf-, prallenden Flamme.

Der AIA-60 Sekunden-Vertikaltest bezieht sich auf den von Aerospace Industries Association (AIA) vorgeschlagenen Test auf Entflammbarkeitseigenschaften·von innerhalb der kommerziellen Luftfahrt zu verwendenden Materialien. Die verwendeten Schaumproben (29.,2I cm χ 5,08 cm χ 1,27 cm) werden vertikal auf einen Ringständer gehängt, und die Flamme aus einem Bunsenbrenner, der mit einer Flügelspitze ausgerüstet ist, wird 60 Minuten angelegt und dann entfernt. Um den Test zu bestehen, muss die Sohaumprobe in 15 Sekunden oder weniger nach Entfernung der Flamme selbst verlöschen, und die maximale Brennlänge darf nicht über 15,24 cm hinausgehen.

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Der UL 94-Test bezieht sich auf den Standard UL-Subject 94-Brenntest für ein als selbstverlöschend klassifiziertes Schaumpiastikrnaterial. Bei der Ausführung des Testes, wird eine Schaumprobe (15,2¹I- cm χ 5,θ8 cm χ 1,27 cm) horizontal auf ein Drahtsieb gesetzt, und eine Flamme aus einem Bunsenbrenner, der mit einer Flügelspitze ausgerüstet ist, wird eine Minute auf die Vorderseite der Schauraprobe gerichtet. 5 Proben werden getestet; um den Test zu bestehen, sollten 4 von den fünf Proben nicht langer als 2 Sekunden nach Entfernung der Flamme weiterbrennen und kein Prüfkörper der fünf getesteten sollte langer als 10 Sekunden nach Entfernen der Flamme brennen. Es ist auch erforderlich, um den Test zu bestehen, dass kein Prüfkörper- weiter als 5j 71 cm von dem angebrannten Ende brennt und es keine brennenden Tröpfchen oder Teilchen gibt, die in der Lage sind, J>Q,48 cm unterhalb des Testprüfkörpers liegende Baumwolle zu zünden.

ASTM D-I692 betrifft den ASTM-Standardtest D-I692-59T, in welchem Schaumproben (5*08 cm χ 15*24 cm χ 1,27 om) der Flamme eines Bunsenbrenners entweder für 60 Sekunden oder bis 2,54 ein des Schaumes verbraucht worden sind,' je nachdem, was zuerst eintritt, ausgesetzt und entweder als nichtbrennend, selbstveriöschend oder brennend bewertet werden. Wenn kein Nachglühen oder Schmelzen erkennbar und keine Flamme vorhanden ist, wenn der Brenner entfernt wird, ist die Probe "nichtbrennend". Wenn die Probe sich entzündet und brennt, nachdem der Brenner entfernt wurde, jedoch die Flamme nicht 12,7 cm der Probe verzehrt, wird der Schaum als "selbstverlöschend" bezeichnet. Wenn über 12,7 cm der Probe verzehrt werden, wird der Schaum als "brennend" bewertet.

Der Sauerstoffindex bezieht sich auf den Prozentgehalt Sauerstoff, der in der Atmosphäre zum Brennen eines Schaumes erforderlich ist. Diese Eigenschaft wird durch die in ASTM Standardtest D-2863-70 beschriebene Methode gemessen. Im

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_ . i4 -

allgemeinen gilt., je höher der Säuerstoffindex eines Schaumes ist, umso besser ist die Feuerverzögerung des Materials„

Die stossabsorbierenden Eigenschaften der Schäume wurden nach den folgenden Methoden gemessen:

Die Kompressionsdurchbiegung wurde nach dem ASTM Standard D 1564-64T (Suffix D) gemessen« Die Kompressionsdurchbiegung ist gegeben als (a) die Belastung in kg/cm , die zur augenblicklichen Kompression des Schaumes um 25$ erforderlich

sind, (b) die Belastung in kg/cm , die zur augenblicklichen Kompression des Schaumes um ^0% erforderlich sind., und (c) die Belastung in kg/crn , die zur augen des Schaumes um 65$ erforderlich sind,

die Belastung in kg/crn , die zur augenblicklichen Kompression

Die ^Energieabsorption wurde gemäss ASTM Standard D1596-64 gemessen. Die Energieabsorption ist gegeben als der Peaic-G-Wert für eine gegebene Probe (a) bei einer·Belastung von

O₅028 kg/cm und einer Tropfenhöhe von 91,44 cml (b) einer

¹ p ■

Belastung von 0,042 kg/cm und einer Tropfenhöhe von 76*20 cmj und'(c) bei einer Belastung von 0,042 kg/cm und einer Tropfenhöhe von 91.J ^ cm. Die kleineren Werte zeigen einen Schaum an mit^ besseren stossabsorbierenden Eigenschäften,

Beispiel I

Es wurde eine schaumbildende Masse hergestellt aus:

Komponente Menge -

F-50 . 100

L-532 0,75

Wasser 3,0

P-30 17,0

Anilin : 2,5

NEM . ■ 2,5

PAPI-901 - 69,0

(Index) (HO)

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Aus dem obigen Ansatz hergestellter Schaum hatte eine Dichte von 3j4 pcfj wenn er auf Entflammbarkeit und stossabsorbierende Eigenschaften getestet wurde, zeigte er die folgenden Ergebnisse:

Test

Durchbrennzeit

AIA-60 Sekunden-Vertikaltest

UL 94 Test

Ergebnisse

24 Minuten

bestanden - maximale Brennlänge 6,35 em bestanden - maximale Brennlänge 1,^0 cm maximale Brennzeit Sekunden

ASTM D-I692 nichtbrennend-Brenn-

länge 0 cm

Sauerstoffindex 25,2

Kompressionsdurchbiegung

(a) 25^

(b) 50$

(c) 65%

Energieabsorption

(a) 0,028 kg/cm² - 91*44 cm

(b) 0,042 kg/cm² - 76,20 cm

(c) 0,042 kg/cm² - 91,44 cm

Zum Vergleich ergab eine Kontrollprobe, die aus der gleichen Zusammensetzung hergestellt war, mit der Ausnahme, dass
45,1 Teile TDI (Index = HO) verwendet wurden, die folgenden Ergebnisse:

0,	41
0,	61
1,	04
44	,4
38	,4
43	,8

Test

Durchbrennzeit

AIA-60 Sekunden Vertikaltest

VL94 Test

Ergebnisse

0,9 Minuten

bestanden - maximale Brennlänge 5j71 cm bestanden - maximale Brennlänge 3j IT ^cm

- maximale Brennzeit 0 Sekunden

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Test	44 em	Ergebnisse
ASTM D-I692	20 cm	selbstverlöschend,,
	44 cm	Brennlänge 1,27 cm
Sauerstoffindex .	22,4

	0,15
	0,19
	0,27
Kompressionsdurchbiegung	53,8
(a) 25^	49,8
00 50#	62,0
(c) 65$
Energieabsorption (a) 0,028 kg/cm² ·
(b) 0,042 kg/cm² -
(c) 0,042 kg/cm² -



-91,
- 76,
- 91,

Ein zweiter Vergleich wurde mit einem Schaum vorgenommen,, der aus der gleichen Zusammensetzung hergestellt war, wo jedoch P-30 eliminiert wurde. Wenn auf Entflammbarkeit und stoss· absorbierende Eigenschaften getestet wurde, ergab dieser Schaum die folgenden Ergebnisse:

Test

Durchbrennzeit AIA-60 Sekunden Vertikaltest

VL 94 Test

ASTM D-I692

Säuerstoffindex Kompressionsdurchbiegung

(a) 25$

(b) 50$ (c)

Ergebnisse

Cl Minute

versagt - maximale Brenn länge 29,21 cm

versagt - maximale Brenn länge > 2,35 cm

maximale Brennzeit p> 30 Sekunden

brennend - Brennlänge 10,16 cm

20,1

0,32 0,48 0,81

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7316858

Test Ergebnisse

Energxeabsorption

(a) 0,028 kg/cm² - 91,44 cm '45,1

k_g/cra² - 76,20 38,9

(c) 0,042 kg/cm² - 91,44 cm 44,4

Patentansprüche

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Claims

7316858

Patentansprüche

1.) Selbstverlöschender, stossabsorbierender Polyurethanschaum, dadurch gekennzeichnet, dass er das Reaktionsprodukt aus

a) einem Polyesterpolyol .""".".

b) einem polymeren Isocyanat mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis etwa 2,Q', und

c) ein Phosphat,. - bestehend aus Mono ammonium phosphat. Diaminoniumphosphat, einem Ammoniumpolyphosphat, Melaminphosphat, Guanylharnstoffphosphat oder Harnstoffphosphat,

enthält. · . ' ■ '

2.) Schaum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Ammoniumpolyphosphat ist,

Ι ~$Λ Masse zur Herstellung eines Schaums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: -

a) ein Polyesterpolyol, . "

b) ein polymeres Isocyanat mit einer Funktionalität von etwa 2,2 bis etwa' 2,8,

c) ein Phosphat, bestehend aus Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphatj einem Ammoniumpolyphosphat, Melaminpliosphat, Guanylharnstoffphosphat oder Harnstoffphosphat,

d) einen Katalysator, und

e) ein Treibmittel. ^x

k,) Masse nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein oberflächenaktives Mittel enthält.

5=) Masse nach Anspruch ;5 oder 4, ds-durch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Ammoniumpolyphosphat ist, vorzugsweise der Formel ·

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/3

worin η eine ganze Zahl mit einem Mittelwert über 10 ist und m/n zwischen etwa 0,7 und etwa 1,1 liegt und der Höchstwert von m gleich n+2 ist.

6.) Masse nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Ammoniumpolyphosphats gleich mindestens 5 Gewichtsteilen ist und vorzugsweise etwa 8 bis etwa 25 Gewichtsteile beträgt, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyols in dieser Masse.

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