DE2456374B2

DE2456374B2 - Flammenhemmende polymere Formmassen

Info

Publication number: DE2456374B2
Application number: DE2456374A
Authority: DE
Inventors: Ronald James Pleasanton Rigge; Igor Orinda Sobolev; Elias Anthony Livermore Woycheshin
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1974-02-11
Filing date: 1974-11-28
Publication date: 1978-09-07
Also published as: CA1021489A; DE2456374A1; GB1460380A; JPS50110446A; DE2456374C3; JPS529462B2; AU7513774A; US3878166A

Description

vermögen, eine verminderte Rauchdichte und einen erhöhten Sauerstoffindex. Den vorstehend gekennzeichneten Polymerisaten können in einem Bereich von etwa 40 bis 50% Ammonium-Dawsonit-Gehalt für gewöhnlich selbstauslöschende Eigenschaften verliehen werden, wie an Hand derHorizontaltest-ivlethode Ul 94 festgestellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Tlammenhemmenden Füllstoff für Polymerisate, und sie bezieht sich insbesondere auf die Einarbeitung von Ammonium-Dawsonit der Formel

NH₄Al(OH)₂CO₃

in Polymerisate, um diesen Polymerisaten eine signifikant herabgesetzte Brenngeschwindigkeit zu verleihen, und ist im Patentanspruch gekennzeichnet

In dem Sinn, wie der Ausdruck »Ammonium-Dawsonit« in dieser Erfindungsbeschreibung gebraucht wird, soll er eine aluminiumhaltige Masse bezeichnen, die wenigstens etwa 50 Gew.-% Ammonium-Dawsonit, wie es durch die allgemeine Formel

NH₄Al(OH)₂CO₃

definiert ist, enthält Zusätzlich zu dem Ammonium-Dawsonit kann die Masse noch gewisse Mengen des aluminiumhaltigen Ausgangsmaterials, z. B.

Al₂O₃

Die thermische Zersetzung des Ammonium-Dawsonits läuft nach der folgenden Gleichung ab:

2 NH₄Al(OH)₂CO₃

enthalten, wobei der Wert von χ zwischen O und 3 schwanken kann, und

Al₂O₃ · 3 H₂O

das vollständig hydratisierte Aluminiumoxid darstellt

Die Herstellung des Ammonium-Dawsonits kann in jeder beliebigen erwünschten Weise erfolgen. So führt z.B. die in der US-PS 27 83124 (LW. G ro te) beschriebene Umsetzung von NH₄HCO₃ mit dem in einem wäßrigen Medium dispergierten

Al₂O₃ · χ H₂O

bei einem pH von wenigstens 7 zur Bildung von NH₄AI(OH)₂CO₃ in guter Ausbeute. Die US-PS 3557 025 (R. B. Emerson und Mitarbeiter) beschreibt die Herstellung von Ammonium-Dawsonit aus einem selektiv calcinierten Aluminiumoxid. Diesem Prozeß liegt eine Umsetzung zwischen NH₄HCO₃ und einem Übergangs-Al₂O₃ zugrunde, und zwar in einem Molverhältnis von 0,5 bis 2,5 Mol NH₄HCO₃ pro Mol Al₂O₃ bei Temperaturen von etwa 100° C bis zu etwa einer Temperatur, die unter jener liegt, die erforderlich ist, um den gebildeten Dawsonit zu zersetzen.

Die thermische Zersetzungstemperatur des Ammonium-Dawsonits liegt zwischen etwa 200° C und etwa 250° C bei einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 5⁰C pro Minute. Je höher der Ammonium-Dawsonit-Gehalt der Masse ist, desto enger ist der Zersetzungsbereich. So zersetzt sich reines Ammonium-Dawsonit innerhalb des engen Temperaturbereichs von etwa 200° C bis etwa 210° C bei einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 5° C pro Minute, während Aluminiumoxid-hydrat

(Al₂O₃ · 3 H₂O)

eine stufenweise fortschreitende thermische Zersetzung zeigt, die — wenngleich sie bei etwa 200° C einsetzt — bei etwa 500° C endet, sofern man die gleiche Erhitzungsgeschwindigkeit anwendet, wobei die Hauptmenge des Wassergehalts bei Temperaturen oberhalb von etwa 250° C freigesetzt wird.

Al₂O₃ + 2CO₂ + 3 H₂O + 2 NH₃

wohingegen sich Al₂O₃ · 3 H₂O beim Erhitzen nach folgender Gleichung zersetzt:

Al₂O₃ · 3 H₂O -> Al₂O₃ + 3 H₂O (2)

Aus einem Vergleich der Gleichungen (1) und (2) ist ersichtlich, daß das Ammonium-Dawsonit ein signifikant wirksameres Material für Flammenhemmungszwecke ist, da das Ammonium-Dawsonit beim Erhitzen mehr Zersetzungsprodukte als Aluminiumoxid-hydrat pro Mol des verwendeten flammenhemmenden Stoffes freisetzt

Beide Verbindungen zersetzen sich endotherm. Diese Wärmeabsorption während der Zersetzung setzt die Temperatur der Pyrolysezone während des Brennens herab und ist die Ursache für einen signifikanten Teil der flammenhemmenden Wirkung dieser Verbindungen.

Darüber hinaus liefern die Zersetzungsprodukte des Ammonium-Dawsonits ein erhöhtes Volumen an Gasen im Vergleich zu jenem, das bei der Zersetzung an Aluminiumoxid-hydrat erzeugt wird, wodurch ein noch stärker wirksamer Schutzwall gegen das Verbrennen geschaffen wird. Ferner ist — wie oben bereits erwähnt — dank des niedrigeren und enger begrenzten Zersetzungstemperatur-Bereichs des Ammonium-Dawsonits dessen Wirksamkeit stärker insbesondere für jene Polymerisate ausgeprägt, die eine verhältnismäßig niedrige thermische Zersetzungstemperatur aufweisen.

Wie gefunden wurde, ist Ammonium-Dawsonit ein

wirksamer flammhemmender Stoff für zahlreiche Polymerisate, insbesondere für solche, die eine niedrige thermische Zersetzungstemperatur und eine hohe Brenngeschwindigkeit aufweisen. Der Ausdruck »Polymerisat« soll in dem Sinn, wie er in dieser Erfindungsbeschreibung gebraucht wird, organische makromolekulare Verbindungen bezeichnen, die die folgenden physikalischen Eigenschaften gekennzeichnet sind:

(a) eine horizontale Brenngeschwindigkeit von etwa 17,8 bis 63,5 mm/Minute, wie sie an Hand des Horizontal-Brenntests UL 94 (Underwriters' Laboratories) für Kunststoffe bestimmt wird; ^j0 (b) eine thermische Zersetzungstemperatur von etwa 450° C oder darunter;

(c) eine Verarbeitungstemperatur von unter etwa 200° C.

Unter dem Begriff »Verarbeitungstemperatur« soli jene Temperatur verstanden werden, die angewendet werden muß, um das Polymerisat durch Verformen, Extrudieren oder eine andere Bearbeitungsweise zu Halbfertig- oder Fertigerzeugnissen verarbeiten zu

bo können.

Zu den typischen Polymerisaten, welche die obenerwähnten physikalischen Eigenschaften aufweisen, gehören u. a die folgenden: Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyacrylnitril, Polymethacrylsäureester, Polypropylen, Polystyrol, ABS-Harze und Polyäthylen. Selbstverständlich stellt die vorstehende Aufzählung nur eine Teilaufzählung dar, und es sollen alle polymeren Materialien einschließlich der Mischpolymerisate, so-

fern sie die oben angeführten charakteristischen Eigenschaften aufweisen, unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Wie gefunden wurde, kann die Einarbeitung von nur etwa 15% des Ammonium-Dawsonit-Füllstoffs in Polymerisate, bezogen auf das mit dem Füllstoff versehene Polymerisatgewicht, eine signifikante Herabsetzung der Brenngeschwindigkeit bewirken. Unter dem Ausdruck »signifikante Herabsetzung der Brenngeschwindigkeit« soll eine Herabsetzung um wenigstens etwa 10% der Brenngeschwindigkeit verstanden werden. Anders ausgedrückt, wenn beispielsweise das Polymerisat ohne Zusatz des flammenhemmenden Ammonium-Dawsonit-Füllstoffs eine Brenngeschwindigkeit von 22,9 mm/Minute aufweist, kann die Einarbettung von etwa 15% Ammonium-Dawsonit, bezogen auf das Gewicht des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats, die Brenngeschwindigkeit um wenigstens etwa 2,29 mm/Minute reduzieren und so ein mit dem Füllstoff versehenes Polymerisat liefern, das durch eine Brenngeschwindigkeit von weniger als etwa 20,3 mm/ Minute ausgezeichnet ist

Wie weiter gefunden wurde, kann ein Zusatz an Ammonium-Dawsonit in Mengen bis zu 50 Gew.-% des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats nicht allein eine signifikante Herabsetzung der Brenngeschwindigkeit bewirken, sondern viele Polymerisate, z. B. Polystyrol, Poly-(methyl-methacrylat) und Polypropylen, können selbstauslöschend gemacht werden, wie an Hand des Horizontal-Brenngeschwindigkeit-Tests UL 94 festgestellt werden kann. Diese Ergebnisse sind äußerst unerwartet, da Polystyrol nicht einmal durch Einarbeiten von mehr als etwa 50%, ja sogar von 70 Gew.-%, Aluminiumoxid-hydrat, bezogen auf das mit dem Füllstoff versehene Polystyrol, flammenhemmend (d. h. hier selbstauslöschend) gemacht werden konnte. Bei Polyäthylen und Polypropylen waren mehr als etwa 50 Gew.-% Aluminiumoxid-hydrat, bezogen auf das Gewicht der mit dem Füllstoff versehenen Polymerisate erforderlich, um ein Flammenhemmungsvermögen zu verleihen.

Es ist demzufolge entdeckt worden, daß kleinere Mengen von Ammonium-Dawsonit, d.h. Mengen von etwa !5 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, auf das Gewicht des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats bezogen, den Polymerisaten signifikant verbesserte flammenhemmende Eigenschaften verleihen, im Vergleich zu den weit größeren Mengen, die man bei Verwendung von Aluminiumoxid-hydrat anwenden muß.

Es können auch Ammonium-Dawsonit-Mengen von über etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats, dem Polymerisat einverleibt werden, jedoch wurde festgestellt, daß hierbei nicht allein Verarbeitungsschwierigkeiten, beispielsweise ein schneller Anstieg der Schmelzviskosität, eintritt, sondern daß auch die flammenhemmende Wirksamkeit des Ammonium-Dawsonits materiell nicht gesteigert wird. Ammonium-Dawsonit-Mengen von unter etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats, setzen die Brenngeschwindigkeit ohne gleichzeitige Einarbeitung einer gewissen Menge von konventionellen flammenhemmenden Mitteln, wie Antimonoxid oder ähnliche Materialien, nicht signifikant herab. In den unteren Zusatzbereichen des flammenhemmenden Ammonium-Dawsonit-Füllstoffs, beispielsweiseim Bereich von etwa 15 Gew.-% bis zu etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats, kann die Einarbeitung von geringen Mengen von konventionellen flammenhemmenden Mitteln, sei es eine Metallverbindung oder eine Phosphorverbindung, eine weitere Herabsetzung der Brenngeschwindigkeit bewirken. Jedoch ist diese Kombination im Vergleich zu der alleinigen Verwendung von Ammonium-Dawsonit mit der Möglichkeit der Bildung von korrosiven und schädlichen Dämpfen während der thermischen Zersetzung und einer gesteigerten Raucherzeugung während

ι ο des Abbrennens verbunden.

Die Einarbeitung von Ammonium-Dawsonit in die Polymerisate kann nach an sich bekannten Arbeitsmethoden erfolgen, z. B. durch Einwalzen, Kneten oder andere konventionelle Verarbeitungsmethoden, wozu auch der Zusatz zum Monomeren vor der Polymerisation gehört. Um die besten Ergebnisse in bezug auf das Flammenhemmungsvermögen beim Zusatz von Ammonium-Dawsonit zu den Polymerisaten zu erzielen, muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Dawsonits im Polymerisat gewährleistet ist. Eine gleichmäßige Verteilung erleichtert nicht nur die weitere Verarbeitung, sondern sie trägt auch zur Erzielung einer maximalen flammenhemmenden Wirkung bei einer gegebenen Dawsonit-Konzentration bei.

Um die neuen Aspekte der vorliegenden Erfindung deutlicher zu veranschaulichen, wird das folgende Beispiel angeführt.

ίο Beispiel

Herstellung von Ammonium-Dawsonit der Formel
NH₄Al(OH)₂CO₃

Eine Natriumaluminatlösung, die eine AbOß-Konzentration von etwa 440 g/Liter und eine NaOH-Konzentration von etwa 390 g/Liter aufweist, wurde mit etwa 10vol.-%iger Salpetersäure umgesetzt. Die Reaktionstemperatur wurde auf etwa 40⁰C gehalten, und es wurde ein pH von etwa 6 bis 7 während der Reaktion durch

-tu einen entsprechend eingeregelten Zusatz von Salpetersäure aufrechterhalten. Das ausgefällte, wasserhaltige Aluminiumoxid wurde dann abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Danach wurde der feuchte Filterkuchen mit einer wäßrigen gesättigten NH₄HCO₃-Lösung ange-

4"> schlämmt, wobei die Anschlämmung einen geringen Überschuß von NH₄HCO₃ über die zur Umwandlung des gesamten wasserhaltigen Aluminiumoxids in Ammonium-Dawsonit erforderliche Menge hinaus enthielt. Nachdem die Anschlämmung 30 Minuten bei Raumtem-

j(i peratur gerührt worden war, wurde die Temperatur auf etwa 80° C erhöht und das Rühren weitere 30 Minuten lang fortgesetzt. Das Reaktionsprodukt wurde dann abfiltriert, mehrere Male mit zunehmenden Mengen von entionisiertem Wasser gewaschen und schließlich

V) nachfolgend 1 Stunde bei etwa HO⁰C getrocknet. Die getrocknete aluminiumhaltige Verbindung wurde dann analysiert. Das Produkt enthielt 25 Gew.-% CO₂ und etwa 12 Gew.-% NH₃, und es wies einen Glühverlust (LOI) von 60,4% auf, bestimmt durch 30 Minuten langes

Wi Erhitzen auf 1000°C. Die Werte des Röntgen-Beugungsspektrums zusammen mit den Ergebnissen der thermischen Analyse belegen deutlich das Vorhandensein von Ammonium-Dawsonit der Formel

hi NH₄Al(OH)₂CO₃

in einer Menge von über etwa 90 Gew.-% des Produkts. Die thermische Zersetzungstemperatur des Produkts

lag, wie gefunden wurde, im Temperaturbereich von 200 bis 210° C bei einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 5° C pro Minute. Enthalpie-Messungen erwiesen, daß dieses Ammonium-Dawsonit-Produkt für die Zersetzung 500 cal/g Wärmeenergie absorbierte (gemessen von 25° C bis 500° C). Als Vergleich sei angeführt, daß ein Aluminiumoxid-hydrat

(AI₂O₃ · 3 H₂O)

von Hydrargillit-Struktur bei der gleichen Meßmethode nur 430 cal/g absorbierte, d. h. etwa 15% weniger als das Ammonium-Dawsonit, was gleichfalls die Überlegenheit des Ammonium-Dawsonits als flammenhemmender Füllstoff für Polymerisate gegenüber dem Aluminiumoxid-hydrat belegt.

Ammonium-Dawsonit
als flammenhemmender Füllstoff

Die Wirksamkeit des Ammonium-Dawsonits als flammenhemmender Füllstoff für Polymerisate wurde in der Weise getestet, daß man Ammonium-Dawsonit in 3 repräsentative Polymerisate einarbeitete, als welche Polypropylen, Polystyrol und Poly(methylmethacrylat) dienten. Diese Polymerisate weisen die weiter oben angeführten physikalischen Kennzahlen auf, und ihre physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle I zusammengestellt.

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Tabelle I

Physikalische Kennzahlen der nicht mit dem Füllstoff versehenen Polymerisate

Polymerisat	Brenn	Thermi	Verarbei
	geschwin	sche ZeT-	tungstempe
	digkeit¹)	setzungs-	ratur
		tempe-
		ratur²)
	mm/Min.	C	=C
Polypropylen*)	22,9	380	<200
Polystyrol**)	36,3	360	<200
Poly-(methyl-	38,1	330	<200
methacrylat

nute, eine thermische Zersetzungstemperatur von unter etwa 450° C und eine Verarbeitungstemperatur von unter etwa 200° C auf.

Polypropylen

Polypropylen-Testmuster wurden durch Einarbeiten von Ammonium-Dawsonit, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden war, in wechselnden Mengen vermittels Einwalzen auf einem Zweiwalzen-Mahlwerk hergestellt. Es wurden Ammonium-Dawsonit-Mengen von 15%, 30%, 40% und 50% (die Prozentwerte sind auf das mit dem Füllstoff

versehene Polypropylen bezogen) den einzelnen Polypropylen-Ansätzen einverleibt, und nach dem Einwalzen wurden Testmuster durch Formpressen bei 185° C hergestellt. Diese Testmuster wurden nach dem Horizontal-Brenngeschwindigkeits-Test UL 94 geprüft; die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt und auch in der Figur grafisch dargestellt.

Polystyrol

Auch Polystyrol-Testmuster wurden durch Einarbeiten von 15%, 30% und 40% Ammonium-Dawsonit (die Prozentwerte sind auf das mit dem Füllstoff versehene Polystyrol bezogen) vermittels Einwalzen in die einzelnen Polystyrol-Ansätze hergestellt. Dann wurden die geformten Testmuster gefertigt, und die Muster wurden nach dem gleichen Brenngeschwindigkeits-Test geprüft, der für das Polypropylen angewendet worden war. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt und gleichfalls in der Figur grafisch dargestellt.

30

') Horizontal-Test UL 94.

²) Die thermischen Zersetzungstemperaturen sind entnommen aus Seite 58, Tabelle VII der Veröffentlichung «The Mechanisms of Pyrolysis, Oxidation and Burning of Organic Materials«, herausgegeben von L. A. Wall, National Bureau of Standards, Special Publication Number 357, vom Juni 1972.

*) »Marlex«, 9400, Hersteller: Phillips Petroleum Company.

**) »Lustrcx« HF-77, Hersteller: Monsanto Company.
***) »Plexiglas« VM-100, Hersteller: Rohm & Haas Company.

Poly-(methylmethacrylat)

Es wurden Ammonium-Dawsonit-Mengen von 15%, 30% und 40% (die Prozentwerte sind auf das mit dem Füllstoff versehene Poly-(methylmethacrylat) bezogen) in Poly-(methylmethacrylat)-Muster durch Einwalzen eingearbeitet. Die geformten Testmuster wurden an Hand des vorerwähnten Brenngeschwindigkeits-Tests geprüft, und die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt und in der Figur grafisch dargestellt.

Zu Vergleichszwecken wurden Polystyrol-, Polypropylen- und Poly-(methylmethacrylat)-Muster hergestellt, von denen jedes 40% technisches Aluminiumoxidhydrat

(Al₂O₃ · 3 H₂O)

Wie aus Tabelle I zu entnehmen ist, weisen die angeführten repräsentativen Polymerisate Brenngeschwindigkeiten von 22,9 mm/Minute bis 3,81 mm/Mi-

t>5 einverleibt enthielt; die Prozentwerte beziehen sich auf die mit dem Füllstoff versehenen Muster. Auch diese Muster wurden durch Einwalzen hergestellt und daraus durch Preßformen die Testmuster geformt. Die geformten Musterstücke wurden dann auf ihre Brenngeschwindigkeit an Hand der vorerwähnten Testmethode UL 94 untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gleichfalls zusammengestellt.

Darüber hinaus wurde auch Calciumcarbonat, ein konventioneller Füllstoff, bei Polystyrol und Polypropylen getestet, und zwar nach Einarbeitung einer Menge von 40% dieses Füllstoffs, und die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle Il ebenfalls angeführt.

9	Tabelle II	%*)	24 56 374	Polystyrol²)	10
	0 15 30		Brenngeschwin digkeit mm/Min.
	40	Polymerisat	36,3 31,2 11,7
Flammenhemmender Füllstoff	50	Poly propylen')	selbst auslöschend	Poly-(methylmeth- acrylat³)
	40	Brenngeschwin digkeit**) mm/Min.		Brenngeschwindig keit mm/Min.
Typ		22,9 19,8 13,7	31,2	38,1 33,0 17,3
Ammonium- Dawsonit NH₄Al(OH)₂CO₃	7,6	30,2	5,1
	selbst- auslöschend	füllstoff versehenen	selbst auslöschend
	13,2	30,5
Al₂O₃-3 H₂O	23,6	-
CaCO₃	) Prozentwerte, bezogen auf das Gewicht des mit dem I *) Horizontal-Brenngeschwindigkeitstest UL-94. ') »Marlex« 9400. ²) »Lustrex« HF-77. ¹J »Plexiglas« VM-100.	Polymerisats.

Aus den in Tabelle II zusammengestellten Ergebnis- m sen kann deutlich entnommen werden, daß die Einverleibung von Ammonium-Dawsonit in die Polymerisate eine signifikante Herabsetzung der Brenngeschwindigkeit bewirkt und sich dadurch dieses neue flammenhemmende Mittel als außergewöhnlich gut brauchbar für eine umfangreiche Klasse von Polymerisaten erweist Neben dem Umstand, daß das Ammonium-Dawsonit diese ausgezeichneten flammenhemmenden Eigenschaften besitzt, reduziert es auch die Rauchdichte des mit dem Füllstoff versehenen Polyme- ίο risats unter Abbrenn- oder Verkohlungs-Bedingungen

und erhöht den Sauerstoffindex des Polymerisats, was weiter belegt, daß während des Brennens oder der Verkohlung des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats die thermischen Zersetzungsprodukte des Ammo· nium-Dawsonits einen wirksamen Schutzwall gegen einen fortgesetzten oxidativen thermischen Abbau des Polymerisats errichten. Auch aus Tabelle IH ist die Verminderung der Rauchdichte und der Anstieg des Sauerstoffindex zu ersehen, wie sie durch die Einarbeitung des Ammonium-Dawsonits in die Polymerisate bewirkt werden.

Tabelle III	%')	Polymerisat	Sauerstoff	Polystyrol	Sauerstoff
Füllstoff		Polypropylen	index³)	Rauchdichte-	index
	40	Rauchdichte-	23,5	Bewertung	23,7-
Typ		Bewertung²)		36
	40	1	22,5		20,2
Ammonium-	40		19,0	78	19,6
Dawsonit	0	6	17,4	80	17,9
Al₂O₃ · 3 H₂O		5		87
CaCO₃	15
Keiner

') Prozentwerte, bezogen auf das Gewicht des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats.

²) Bestimmt nach der ASTM-Vorschrift D 2843.

³) Bestimmt nach der ASTM-Vorschrift D 2863.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Polymere Formmassen mit signifikant herabgesetzter Entflammbarkeit, bestehend aus s

(a) einem aus der Stoffgruppe Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyacrylnitril, Polymethacrylsäureester, Polypropylen, Polystyrol, ABS-Harze und Polyäthylen ausgewählten Polymerisat, to das durch eine Brenngeschwindigkeit von 17,8 mm/Minute bis 63,5 mm/Minute (Horizontal Brenngeschwindigkeits-Test (UL) 94 der Underwriters' Laboratories) eine thermische Zersetzungstemperatur von 450⁰C oder damnter sowie eine Verarbeitungstemperatur von unter 200⁰C charakterisiert ist, und

(b) einem Ammonium-Dawsonit-Präparat, das wenigstens 50 Gew.-% Ammonium-Dawsonit der Formel ·

NH₄Al(OH)₂CO₃

und als Rest aluminiumhaltiges Ausgangsmaterial enthält,

wobei das Ammonium-Dawsonit-Präparat in der Formmasse in einer Menge von 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% des Polymerisats gleichmäßig verteilt ist

30

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Die ausgedehnte Verwendung von Polymerisaten im Anlagen- und Apparatebau, bei Haushaltswaren und Spielzeug unterstreicht die Notwendigkeit, diese Stoffe schwer entflammbar zu machen. Dank der zunehmenden Bedeutung, die das Gebiet des Schwerentflammbarmachens inzwischen gewonnen hat, sind mehrere Verbindungen entwickelt worden, die bei ihrem Einverleiben in Polymerisate zumindest eine Herabsetzung der Entflammbarkeit bewirken und so eine erhöhte Sicherheit beim praktischen Gebrauch dieser Polymerisate gewährleisten. Die meisten dieser entflammungsverzögernden Mittel, die den Polymerisaten einverleibt werden, stellen halogenierte oder phosphorhaltige organische Verbindungen allein oder in Kombination mit Metallverbindungen, wie Antimonoxid, dar, und diese Verbindungen hemmen während der Pyrolyse der Polymerisate die Ausbreitung der Flammen, setzen die Brenngeschwindigkeit herab und vermindern so die Entflammbarkeit Auch Aluminiumoxid-hydrat hat als entflammungshemmendes Mittel für Polymerisate technische Anwendung gefunden, da bei Temperaturen von etwa 200⁰C bis etwa 300⁰C die durch das Brennen der Polymerisate erzeugte Hitze von dem Aluminiumoxidhydrat absorbiert wird, und diese Hitze die endotherme t>o Zersetzung des Hydrats in Wasserdampf und Aluminiumoxid bewirkt. Auf Grund dieser Wärmeenergie-Übertragung auf das Aluminiumoxid-hydrat wird das Verbrennen des Polymerisats durch eine separate Zündquelle in den meisten Fällen auf ein flammenloses Verkohlen reduziert und so ein wirksamer Schutzwall gegen das Verbrennen geschaffen, indem das Vermischen von Luft mit brennbaren Gasen unterbunden wird. Aluminiumoxid-hydrat hat sich als ein überlegener und wirtschaftlicher flammenhemmender Zusatz für die meisten Polymerisate erwiesen, und zwar dank seiner stufenweise fortschreitenden thermischen Zersetzung, die bei etwa 200⁰C einsetzt und bei 300⁰C bis 500⁰C beendet ist, je nach der Erhitzungsgeschwindigkeit. Seine Anwendbarkeit für Polymerisate, die Pyrolyse-Temperaturen von etwa 450⁰C oder darunter und hohe Brenngeschwindigkeiten aufweisen, ist jedoch etwas begrenzt Der Grund für diese begrenzte Anwendbarkeit ist der, daß manche Polymerisate, wie z. B. Polystyrol {Pyrolyse-Temperaturbereich 299° C bis 350⁰C), bei einer Temperatur pyrolytisch zersetzt werden, die niedriger als die Zersetzungstemperatur des Aluminiumoxid-hydrats ist Daher ist die Geschwindigkeit der Pyrolyse zu flüchtigen Produkten (welche dann in der Gasphase verbrennen) höher als die Geschwindigkeit der Dehydratation, und das Hydrat hat dann nicht genügend Zeit um Hitze aus der Verbrennungszone zu absorbieren und die Pyrolyse zu hemmen. Für die Polymerisate mit derartigen verhältnismäßig niedrigen Pyrolyse-Temperaturen wird daher ein flammenhemmender Füllstoff bevorzugt verwendet der sich bei niedrigeren Temperaturen und in einem stärker eingeengten Temperaturbereich als Aluminiumoxid-hydrat thermisch zersetzt Ein solcher flammenhemmendisr Füllstoff sollte imstande sein, bei Temperaturen unter etwa 2ü0°C Hitze zu absorbieren und so den gewünschten und wirksamen Schutzwall gegen die Verbrennung zu schaffen. Darüber hinaus muß ein solcher Füllstoff auch mit den Polymerisaten verträglich sein, er sollte ferner die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Polymerisate nicht über Gebühr verschlechtern, und schließlich müßte seine technische Anwendung auch wirtschaftlich tragbar sein. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer polymeren Formmasse, die solche Eigenschaften aufweist

Es wurde nun gefunden, daß Ammonium-Dawsonit diese Erfordernisse erfüllt, da dessen Zersetzungstemperatur in einem engen Bereich liegt und sogar geringe Mengen, z. B. etwa 15 Gew.-% des des mit dem Füllstoff versehenen Polymerisats, signifikant herabgesetzte Brenngeschwindigkeiten bei Polymerisaten bewirken, die verhältnismäßig niedrige Pyrolyse-Temperaturen aufweisen.

Die Figur veranschaulicht grafisch die Beziehung zwischen dem Ammonium-Dawsonit-Gehalt der mit dem Füllstoff versehenen Polymerisate und der ßrenngeschwindigkeit in mm/Minute der mit dem Füllstoff versehenen Polymerisate bei verschiedenen Ammonium-Dawsonit-Konzentrationen.

Eine polymere Masse, die eine signifikant herabgesetzte Brenngeschwindigkeit aufweist, besteht aus einem Polymerisat, das durch eine Brenngeschwindigkeit von etwa 17,8 bis 63,5 mm/Minute, eine thermische Zersetzungstemperatur von etwa 450⁰C oder darunter und eine Verarbeitungstemperatur von unter etwa 2(X)⁰C gekennzeichnet ist, in Kombination mit Ammonium-Dawsonit wobei das Ammonium-Dawsonit in der Masse in einer Menge von etwa 15 Gew.-°/o bis etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der polymeren Masse, vorhanden ist. Das Ammonium-Dawsonit der Formel

NH₄Al(OH)₂CO₃

verleiht Polymerisaten, wie Polypropylen, Polystyrol und Poly-(methylmethacrylat) ein Flammenhemmungs-