DE2339722A1

DE2339722A1 - Gummi- oder kunststoffmassen mit flammwidrigem zusatz

Info

Publication number: DE2339722A1
Application number: DE19732339722
Authority: DE
Inventors: Michael Hilton Clfbley; Frank Pitts
Original assignee: Magnesium Elektron Ltd
Current assignee: Magnesium Elektron Ltd
Priority date: 1972-08-07
Filing date: 1973-08-06
Publication date: 1974-02-14
Also published as: US3865760A; FR2195657B1; IT993672B; FR2195657A1; JPS4985137A; NL7310884A; BE803327A; GB1421334A

Description

PATENTANWALT

CWOFFHNBACH(MAIN) · KAISERSTRASSE 9 · TELEFON OtM) jfeafej . KABEL EWOPAT

3. August 1973 37/15

Magnesium Elektron Limited

Lumn's Lane,

Clifton Junction,

Swinton,

Manchester M27 2LS

England

Gummi- oder Kunststoffmassen mit flammwidrigem Zusatz

Die Erfindung bezieht sich auf Gummi- oder Kunststoffmassen mit flammwidrigem Zusatz.

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Bei der Herstellung von Schaumgummi oder geschäumten Kunststoffen ist es üblich, Füllstoffe in die Massen einzuarbeiten, um die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe zu verbessern und die Kosten herabzusetzen. Beispiele von für diesen Zweck verwendeten Füllstoffen sind Kalziumkarbonat und Kaolin. Eine bedeutendere gewerbliche Anwendungsmöglichkeit solcher Werkstoffe liegt in der Hinterlegung von Teppichen mit Schaumgummi oder in der Herstellung getrennter Schaumgummi-Unterlagen für die Benutzung unterhalb von Teppichen.

Ein schwerwiegender Nachteil derartiger Werkstoffe liegt darin, daß sie endzündbar sind, und daß sich die Flammen sehr rasch ausbreiten, nachdem das Material Feuer gefangen hat. Es ist daher schon bekannt geworden, flammwidrige oder flammhemmende Substanzen in die Massen einzuarbeiten. In einigen Fällen sind Halogenverbindungen wie Pentabromtoluol oder chlorierte Paraffine mit einem gebräuchlichen Füllstoff wie Kalziumkarbonat oder Kaolin gemischt worden. Es ist gleichfalls bekannt, zum gleichen Zweck Zinkborat oder Antimonoxid zu benutzen. Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen mit verbesserten flammwidrigen Eigenschaften besteht im Ersatz eines gebräuchlichen Füllstoffs, der seinerseits keine merklichen flammwidrigen Eigenschaften besitzt, durch einen anderen Füllstoff, der nicht nur brauchbare mechanische Eigenschaften besitzt, sondern dem Produkt auch eine gewisse flammhemmende Wirkung verleiht. So ist es z. B. bekannt, zu diesem Zweck Aluminiumtrihydrat zu verwenden. Obwohl ein Schaumgummigemisch aus Gummi und Aluminiumtrihydrat bei einem gegebenen Grad an Flammwidrigkeit merklich billiger ist als ein Gemisch aus Gummi, Kalziumkarbonat (oder

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Kaolin) und einem der oben genannten flanunhemmenden Zusätze (z. B. Pentabromtoluol), ist es immer noch sehr kostspielig im Vergleich mit normalem (nicht flammwidrigem) Schaumgummi, welches lediglich Kalziumkarbonat enthält. Der Grund hierfür liegt darin, daß das zuletzt beschriebene Gemisch unter Verwendung von zerkleinertem, in der Natur vorkommendem Kalkstein hergestellt werden kann, der ein sehr billiges und im Oberfluß zur Verfügung stehendes Mineral ist.

Die Folge ist, ein erheblicher Widerstand gegenüber dem Einsatz flammgehemmter Werkstoffe, obwohl ein Übergang zu solchen Werkstoffen aus Sicherheitsgründen äußerst erwünscht wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dem Einsatz solcher Gummi- und Kunststoffmassen zum Durchbruch zu verhelfen, die einen flammwidrigen Zusatz enthalten, und zwar ohne daß dies mit einer wesentlichen Verteurung der Produkte verbunden ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Gehalt einer anorganischen Verbindung mit Kalzium- und Boratradikalen in den Gummioder Kunststoffmassen. Hierdurch werden gute flammwidrige Eigenschaften der betreffenden Werkstoffe erreicht, ohne daß hierdurch eine unerwünschte Verteuerung eintritt. Vorzugsweise wird als anorganische Verbindung mit Kalzium- und Boratradikalen ein natürliches Mineral in Form eines wasserhaltigen Salzes verwendet.

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Ein bevorzugter flammhemmender Zusatz ist das in der Natur vorkommende Mineral Colemanit, welches ein wasserhaltiges Kalziumborat der Formel Ca^B₄-O₁₁ χ 5H_o0 ist. Colemanit wirkt in zerkleinerter und in den Werkstoff eingearbeiteter Form außerdem als mechanischer Füllstoff. Colemanit ist ein billiges, leicht erhältliches Mineral. Andere Mine ralien, die ebenfalls eingesetzt werden können, sind u. a. Ulexit (Boronatrocalcit) der Formel Na₂O χ CaO 5 B₂O₅ x 16 H₂O und Pandermit (Priceit) der Formel 4 CaO χ 5 B₂O₅ x

Die Massen können in üblicher Weise geschäumt sein (z. B. Schaum-Polyurethan) oder dicht, d. h. ungeschäumt, oder sie können in Form von Vollgummi vorliegen.

Die flammhemmenden Zusätze gemäß der vorliegenden Erfindung können entweder allein oder in Verbindung mit anderen Füllstoffen und flammhemmenden Mitteln wie beispielsweise Kalziumkarbonat oder Aluminiumtrihydrat verwendet werden. So kann beispielsweise ein Gemisch aus Gummi, Cole manit und Pentabromtoluol hergestellt werden, wobei in diesem Fall der Werkstoff gegenüber einer Feuerausbreitung widerstandsfähiger ist als wenn er lediglich aus Gummi und derselben Menge Colemanit hergestellt worden wäre. Das Pentabromtoluol kann durch chlorierte Paraffine oder andere organische flammhemmende Halogenverbindungen ersetzt werden; auch hierbei hat der Werkstoff in gleicher Weise eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Flammenausbreitung als wenn nur Colemanit allein in den Gummi eingearbeitet worden wäre.

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-s-

Die durchschnittliche Korngröße und die Korngrößenverteilung der flammhemmenden Zusätze haben im allgemeinen keine kritische Bedeutung. Bei dichten Produkten wird im allgemeinen eine relativ geringe durchschnittliche Korngröße in der Größenordnung von 1,0 ai vorgezogen, während bei geschäumten Produkten eine durchschnittliche Korngröße im Bereich zwischen 3 und 150 μ im allgemeinen vorgezogen wird.

Die Erfindung soll durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert werden, auf das sie jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel

Ein Verfahren zur Herstellung eines Schaumgummis und die Untersuchungsmethoden werden nachfolgend näher beschrieben:

Der Schaumgummi wird unter Verwendung von Ausgangsstoffen und Rezepten der Firma Revertex Co. Ltd. hergestellt. Die grundlegende Zusammensetzung ist folgende:

Gewichtsteile

Gummimilchsaft - Revinex 34 D40 .·»

(Warenzeichen) 178,6 ^J

Härter ⁺⁺) 11

Tetranatriumpyrophosphat 1

Schaumbildner ⁺⁺-' 8

Eindickungslösung ⁺⁺' 10

Wasser 0 bis 10

Füllstoff 409807/0925 150

(+) Dieser Zahlenwert entspricht 100 Teilen Latex in wasserfreiem Zustand, wobei für alle Gewichtsangaben dieser Zustand gilt.

(++) Hierbei handelt es sich um handelsübliche Markenartikel. Es ist bekannt, daß der Härter eine Zinkverbindung enthält, der Schaumbildner eine Kaliumoleatlösung ist, und daß die Eindickungslösung Methylcellulose oder einen ähnlichen Celluloseabkömmling enthält.

Zunächst wird der Härter langsam in den Latex eingerührt, danach das Tetranatriumpyrophosphat. Im Anschluß daran wird der Füllstoff hinzugegeben und die Rührintensität so eingestellt, daß die Belüftung möglichst gering gehalten wird. Nach vollständiger Dispergierung werden der Schaumbildner und die Eindickungslösung hinzugefügt. Nach Zugabe einer für eine brauchbare Viskosität ausreichenden Wassermenge wird das Gemisch in die Schüssel eines Küchenmixers gefüllt, der mit einem Drahtbesen bestückt ist (beispielsweise in einen "Kenwood Chef-Mixer) und mit dem Drahteinsatz geschlagen bis die erforderliche nasse Schaumdichte erreicht ist. Der gewünschte Zustand wird auf einfache Weise dadurch bestimmt, daß man ein bekanntes Volumen wiegt.

Bei Erreichen der erforderlichen Dichte wird die Geschwindigkeit des Mischers für die Dauer von 5 Minuten auf ein Minimum reduziert, um den Schaum zu veredeln, d. h. die Blasengröße klein und möglichst einheitlich zu machen. Der Schaum wird auf Rupfen ("hessian") oder auf einer Glasplatte zwischen bearbeiteten Seitenplatten ausgebreitet, wodurch eine bestimmte Dicke eingehalten wird, für die Dauer von 3 Minuten unter Infrarot-Lampen behandelt und

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dann in "einem Heißluftofen während einer Dauer' von 20 Minuten bei 140 ⁰C getrocknet und gehärtet. Danach-läßt man den Schaumstoff zum Zwecke des Konditionierens für mindestens 48 Stunden bei Raumtemperatur stehen, bevor er der Prüfung unterzogen wird.

b) Prü£ung_des_Schaumgummis
Entflammbarkeitsprüfung:

Als Prüfmethode wird die sogenannte Sauerstoff-Index-Bestimmung angewendet, wie sie in ASTM (D 2863-70) beschrieben ist. ASTM ist die Abkürzung für "American Society for Testing Materials". Die Veröffentlichungen dieser Materialprüfungsstelle (Sitz in Washington) sind erhältlich durch ASTM, 1916 Race Street, Philadelphia 3, Pa. U.S.A. Liste: Book of ASTM-Standards. Der "Sauerstoff-Index" ist die Angabe der minimalen Sauerstoff-Konzentration, ausgedrückt als Volumen-Prozent, in einem Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff, welche eine Verbrennung ermöglicht.

Physikalische Prüfung:

Die physikalische Untersuchung des Schaumgummis bzw. der Schaumgummiproben schließt Untersuchungen der Verdichtungsverformung sowie der Dicken- und Verdichtungserholung auf folgender Basis ein:

Verdichtungsverformung: Verdichtungsverformung ist die bleibende Verformung, die von der Anwendung einer Druckbelastung herrührt. Für diese Prüfung werden Proben aus dem Schaumstoff geschnitten und ihre Dicke gemessen. Die Proben werden dann bis auf die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke zusammengedrückt, wobei sorgfältig gearbeite-

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te Zwischenlagen verwendet werden, durch welche ein berechneter Spalt zwischen flachen, gegeneinander verspannten Platten erzeugt wird. Die Prüfvorrichtung wird dann für die Dauer von 22 Stunden in einen Heißluftofen gegeben, in dem eine Temperatur von 70 C herrscht. Nach dieser Zeitdauer wird der Einsatz aus dem Ofen entfernt und die Proben herausgenommen. Die Dicke wird nach einer Erholungszeit von 30 Minuten bei Raumtemperatur erneut gemessen.

Dicken- und Verdichtungserholung: Die Dicke des Schaumstoffs unter Belastung wird mittels einer W.I.R.A. Teppich-Dicken-Lehre und einer Untersuchungsmethode bestimmt, die auf dem British Standard (BS) 4098 : 1967 beruht, der sich auf Teppiche bezieht. Die Meßvorrichtung besitzt eine flache, kreisförmige Druckplatte mit einer Fläche von 6,45

2
cm und übt unter Normalbedingungen einen Druck von 17,58

2
g/cm aus. Bei diesem Druck wird die sogenannte Basisdicke des Schaumstoffs gemessen. Durch Aufbringen von Gewichten wird die Dicke des Schaumstoffs bei 52,73 - 210,92 - 421,84

2
- 632,77 und 843,69 g/cm gemessen.

Das Prüfverfahren wird in der Weise durchgeführt, daß der Druck schrittweise bis zum Maximum erhöht und danach in gleichen Schritten wieder bis auf 17,58 g/cm vermindert wird. Dabei wird ein Diagramm der Abhängigkeit der Dicke vom Druck aufgezeichnet.

Dicken- und Verdichtungserholung können unter Zugrundelegung folgender Größen bzw. Begriffe berechnet werden:

t ist die ursprüngliche Dicke ₂

bei einem Druck von 17,58 g/cm

t ist die komprimierte Dicke 2

bei einem Druck von 843,69 g/cm

t ist die Erholungsdicke bei 17,58 g/cmf nach Belastung auf 843,69 g/cm

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Die prozentuale Dickenerholung ist wie folgt definiert:

100 t.

und die prozentuale Verdichtungserholung:

t - t

χ 100

Die durch die Messungen erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:

TABELLE :

Füllstoffe Gewichtsteile auf 100 Teile wasserfreiem Latex	150	Sauerstoff- Index %	Verdich- tungsver- formung %	Verdich tungser holung %	Dicken erho lung %
Aluminiumtrihydrat (2)
^(1)ColeiBani£alciuinkarbonat(3)
(1)150 (2) - (3) -	29	5	94	95
100 - 50	26	9	80	91
75 - 75	25	9	82	91
50 - 100	25	9	90	95
75 75	31	10	90	95
150	30	11	92	96
23	7	88	93

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- ίο -

Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, daß Schaumgummierzeugnisse mit Colemanit als Füllstoff in ihren mechanischen und flammwidrigen Eigenschaften im wesentlichen gleich sind mit den Produkten, die gleiche Gewichtsanteile an Aluminiumtrihydrat als Füllstoff enthalten. Die Tabelle zeigt klar, daß Colemanit entweder allein als flammwidriger Füllstoff oder im Gemisch mit Kalziumkarbonat oder Aluminiumtrihydrat verwendet werden kann.

Die obige Beispielsreihe bezieht sich auf die Verwendung von Colemanit als flammwidriger Füllstoff in Schaumgummi, jedoch ist die Erfindung nicht auf Schaumgummiprodukte beschränkt. Sie ist in gleich vorteilhafter Weise anwendbar bei Massen von geschäumter oder dichter (nicht geschäumter) Beschaffenheit, die aus synthetischen Polymeren wie PVC, Polyolefinen, Polyurethanen, Polyester oder Polyester/Polyamid-Systemen bestehen oder bei Vollgummiartikeln. Die erfindungsgemäßen Massen sind für die Verwendung bei einer Vielzahl von Produkten geeignet , bei denen die Flammwidrigkeit notwendig oder erwünscht ist, insbesondere bei Teppichen und Polsterstoffen für den Einsatz in Gebäuden und Fahrzeugen. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß billige, in der Natur vorkommende Mineralien in ganz hervorragender Weise für die Erzeugung einer flammwidrigen Eigenschaft bei den angegebenen Stoffen geeignet sind.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

1. Gummi- oder Kunststoffmassen mit flammwidrigem Zusatz, gekennzeichnet durch einen Gehalt einer anorganischen Verbindung mit Kalzium- und Boratradikalen.

2. Gummi- oder Kunststoffmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung ein natürliches Mineral in Form eines wasserhaltigen Salzes ist.

3. Gummi- oder Kunststoffmassen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung Colemanit ist.

4. Gummi- oder Kunststoffmassen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung Ulexit ist.

5. Gummi- oder Kunststoffmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Verbindung Pandermit ist.

6. Gummi- oder Kunststoffmassen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen einen Gehalt einer zusätzlichen flammwidrigen Verbindung besitzen.

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7. Gummi- oder Kunststoffmassen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche flammwidrige Verbindung Aluminiumtrihydrat ist.

8. Gummi- oder Kunststoffmassen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche flammwidrige Verbindung eine organische Halogenverbindung ist.

9. Gummi- oder Kunststoffmassen nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Zusatz an Kalziumkarbo· nat als Füllstoff.

10. Gummi- oder Kunststoffmassen nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Korngröße (Durchmesser) der anorganischen Verbindung bei dichten Massen ca. 1 Mikron beträgt.

11. Gummi- oder Kunststoffmassen nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Korngröße (Durchmesser) der anorganischen Verbindung bei Schaumstoffen zwischen 3 und 150 Mikron beträgt.

12. Gummi- oder Kunststoffmassen nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmassen ι aus der Gruppe PVC, Polyolefine, Polyurethane, Polyester oder Polyester/Polyamid gewählt werden.

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- i3 -

13, Gummi- oder Kunststoffmassen nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung als Werkstoffe für Teppiche und Polsterzwecke.

14. Verwendung von anorganischen Verbindungen mit Kalzium- und Boratradikalen, wie Colemanit, Ulexit und Pandermit als flammhemmende Zusätze für Gummi- und Kunststoffmassen.

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