DE2649222C2

DE2649222C2 - Verfahren zur Herstellung eines flexiblen offenzelligen, flammhemmenden Schaums

Info

Publication number: DE2649222C2
Application number: DE19762649222
Authority: DE
Inventors: William Thomas Walsall Staffordshire Allen; Peter Stratford-on-Avon Warwickshire Merriman
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1975-11-06
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1982-01-28
Also published as: FR2330721A1; IT1124770B; DE2649222A1; FR2330721B1; GB1519795A

Description

Die DE-OS 25 33 180 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flammhemmenden flexiblen Polyurethanschaums, bei dem man einen teilchenförmigen Füllstoff in die schaumbildende Reaktionsmischung einarbeitet.

Während die Schäume, die gemäß dieser DE-OS hergestellt wurden, einen zufriedenstellenden Grad der Flammhemmung bzw. Flammabweichung besitzen, selbst wenn sie in relativ entflammbare Materialien (z. B. Holz, Papier Textilien u. dgl.) eingewickelt sind oder sich in deren Nähe befinden, stellt die erforderliche hohe Füllstoffbeladung ein Hemmnis für Merkmale wie die Verarbeitbarkeit, die Zusammendrückbarkeit, Elastizität und die Biegeermüdungsfestigkeit dar. Es ist bekannt, daß die Verarbeitbarkeit von Schaumformulierungen, die eine starke Füllstoffbeladung enthalten, verbessert werden kann, indem man zusätzlich Wasser in die Formulierungen einbringt, jedoch wurde gefunden, daß dies zu einer zunehmenden Zusammendrückbarkeit und/oder dazu führt, daß der Füllstoff dazu neigt, während der Biegung aus dem Schaum herauszufallen.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, offenzelligen, flammhemmenden Schaums durch Einbringen eines wäßrigen Polymer-Latex aus (A) Polymer, (B) Wasser, (C), in Suspension oder Dispersion, einem teilchenförmigen, flamrnhemmenden Additiv, das in Wasser und in den anderen Komponenten der Suspension oder Dispersion unlöslich ist, sowie ggf. (D) weiteren üblichen Zusätzen in einen bereits vorgefertigten Schaum mit einer Dichte im Bereich von 10 bis 50 kg/m³, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (A) Naturkautschuk, synthetischer Polyisopren-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polychloropren oder eine Mischung von zwei oder mehr dieser Komponenten ist und das Additiv (C) in dem Latex in einer Menge im Bereich von 7:1 bis 20 :1, bezogen auf das Gewicht des Feststofftrockengehalts des Latex, vorliegt, und daß das Additiv (C) auf das Schaummatrixmaterial in einer Menge im Bereich von 2:1 bis 4.5 : 1, bezogen auf das Gewicht des Schaummatrixrnaterials zusammen mit dem Feststofftrockengehalt des Latex, aufgebracht wird.

Vorzugsweise kann das Verhältnis von Additiv zu Latex im Bereich von 8,5 : 1 bis 14:1 auf das Gewicht bezogen betragen.

Aus der DE-OS 20 31 160 ist ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, offenzelligen, flammhem-

j5 menden Schaums bekannt, bei dem ein wäßriger Polymer-Latex mit einem Gehalt an teilchenförmigen, flammhemmenden Additiv in den bereits vorgefertigten Schaum eingebracht wird.

Demgegenüber ergibt sich nach der Erfindung, insbesondere den Beispielen, daß Fü!lstoff-zu-Bindemittelverhältnisse, die weit höher sind als jemals durch diese DE-OS vorausgesagt werden konnten, verwendet werden können, um Schäume herzustellen, deren Endeigenschaften sie geeignet machen für u. a. Polsterwarenkoniponenten. Ungeachtet also der vergleichsweise hohen Beladungen an Füllstoffen weisen die Endprodukte ein verbesserte Verhalten auf, wenn sie einem dynamischen Ermüdungstest unterworfen werden. Im Gegensatz dazu lehrt die angegebene DE-OS, daß relativ niedrigere Füllstoffanteile verwendet werden können, um harte Schäume herzustellen (d. h. genügend hart, um sie fähig zu machen, daß sie maschinell bearbeitet werden können wie andere feste Materialien).

Sofern nicht anders angegeben, sind die vorliegend genannten Mengen auf das Gewicht des ursprünglichen Schaummatrixmaterials und den Trockenfeststoffgehalt des Latex, ausschließlich des flammhemmenden Additivs, jedoch einschließlich jeglicher im wesentlichen nicht flüchtiger Kompoundierungsbestandteile wie Vulkanisationsmittel, Beschleuniger, Antioxydantien, Schutzmittel, Weichmacher u. dgl. bezogen.

Der Latex kann entweder in vorgehärtetem Zustand verwendet werden oder, sofern zweckmäßig, kann er mit Bestandteilen für die folgende Härtung kompoundiert werden.

Die Menge des teilchenförmigen flammhemmenden Additivs, das auf den Schaum aufgebracht wird, kann vorzugsweise im Bereich von 2,5 :1 bis 3,75 :1, bezogen

bo auf das Gewicht des Gesamtgewichts des Schaummatrixmaterials zusammen mit dem Gehalt an trockenen Feststoffen des Latex liegen.

Geeignete teilchenförmige flammhemmende Additiva umfassen Aluminium- bzw. Aluminiumoxydhydrat

b5 (z. B. Hydnirgillit), Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxyd und wasserunlösliche Verbindungen bestehend aus oder enthaltend Aluminiumhydroxyd oder Aluminiumhydrat (z. B. Ammoniumdawsonit), wobei diese

Additive getrennt oder in Kombination verwendet werden können.

Geeignete Latices für die Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren umfassen diejenigen von Naturkautschuk, synthetischem Polyisoprenkautschuk, i Styrolbutadienkautschuk und Polychloropren oder Mischungen irgendwelcher derselben. Es kann auch ein geringerer Anteil von ein oder mehreren anderen Latices oder Dispersionen wie Polystyrollatex oder Acryllatices eingeschlossen sein. ι ο

Die offenzelligen, flexiblen Schäume, auf die das erfindungsgerpäße Verfahren anwendbar ist, umfassen Polyurethanschaum, Latexschäume, andere Typen von Naturkautschuk- und synthetischen Kautschukschäumen und Schäume von plastifiziertem Polyvinylchlorid.

Das teilchenförmige, flammhemmende Additiv kann geeigneterweise in den bereits hergestellten Schaum in Form einer Suspension oder Dispersion in dem wäßrigen Polymerlatex eingebracht werden durch:

20

a) Imprägnierung des Schaums mit der Latex/Additiv-Dispersion oder Suspension gefolgt durch

b) Entfernung von überschüssigem Additiv durch Abpressen, Schütteln, Zentrifugieren, Einblasen von Luft oder andere geeignete Mittel, gegebenenfalls gefolgt von

c) einer Gelierung der verbliebenen Suspension, gegebenenfalls durch anschließendes Waschen, gefolgt von

d) einem Wegtrocknen des Wassers, nötigenfalls J« gefolgt durch

e) Härten des Polymeren, z. B. durch Erhitzen.

Die Stufe e) kann teilweise oder vollständig während der vorangegangenen Stufen, insbesondere während der Wärmegelierung und dem Trocknen durch Hitze, erfolgen.

Die erfindungsgemäß behandelten Schäume können partiell oder vollständig mit der Latexdispersion des flammhemmenden Additivs imprägniert werden, z. B. kann die partielle Imprägnierung angewendet werden, wenn es erwünscht ist, einen sich auf Schichten erstreckenden oder in anderer Weise örtlich begrenzten flammhemmenden Effekt bei dem hergestellten Artikel hervorzurufen. 4^r>

Zusätzlich zu dem flammhemmenden Additiv in der Latexdispersion oder -suspension können andere Additiva wie Vulkanisationsmittel, Schutzmittel, Weichmacher, Beschleuniger und Pigmente verwendet werden, vorausgesetzt, daß sämtliche der Bestandteile in -,0 der erhaltenen Mischung in gleicher Weise chemisch und kolloidal verträglich sind und nicht die Wirkung der anderen Bestandteile in dem fertiggestellten Produkt inhibieren.

Die maximale Partikelgröße des Additivs ist haupt- -,5 sächlich auf Zellgröße des Schaumes beschränkt.

Der Nettofeststoff-Trockengehalt der teilchenförmigen Dispersion in dem Latex liegt geeigneterweise innerhalb des Bereiches vor. 35—65Gew.-% beispielsweise 40—55Gew.-7o. Bei höheren Feststoffgehalten eo besitzt die Dispersion eine relativ hohe Viskosität, die zu Schwierigkeiten bei der Durchführung der Imprägnierung des Schaumes führen kann. Bei merklich niedrigeren Feststoffgehalten enthält der imprägnierte Schaum einen unzuträglich hohen Wasseranteil, der t,5 gegebenenfalls entfernt werden muß, was zusätzliche Kosten verursacht. Bei sehr niedrigen Feststoffgehalten kann der Schaum mit der Dispersion gesättigt werden, während er noch keinen hinreichend hohen Gehalt an dem teilchenförmigen Additiv enthält, um zufriedenstellende flammhemmende Eigenschaften zu ergeben.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert

Beispiel 1

Man stellte eine Latexdispersion aus den in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten Bestandteilen her.

Tabelle	1	Bestandteile	Gew.-Teile
Bedeu
tung	Latex	100
a)	Zinkoxyddispersion	2
b)	Schwefeldispersion	2,5
c)	Antioxydansdispersion	1
d)	Zinkdiäthyldithiocarbamat-	1
e)	Dispersion
	Zinkbenzothiazolylmercaptid-	1
0	Dispersion
	Latex-Stabilisatorlösung	12
g)	teilchenförniiges Additiv	720
h)	Wasser	735
i)

Bedeutungen zu Tabelle 1

a) Zentrifugierter Naturkautschuklatex mit hohem Ammoniakgehalt mit einem Trockcnkuulschukgeruli von 60 Gew.-%.

b) 50%ige wäßrige !Dispersion.

c) 50%ige wäßrige Dispersion.

d) 50%ige wäßrige Dispersion eines phenolischen Antioxidans.

e) 50%ige wäßrige Dispersion.
Γ) 50%ige wäßrige Dispersion.

g) 50%ige wäßrige Lösung eines Lalex-Stabilisators.
h) Kristallines hydratisiertes Aluniiniumoxyd(Hydrargiliit) mit einem Mittelpartikeldurchmessei von 11,5 Mikron.

Die Latexdispersion wurde verwendet, um einen 10 cm dicken Block eines offenzelligen, flexiblen Polyätherurethanschaums mit einer Schüttdichte von 15 kg/m³ zu imprägnieren.

Die Imprägnierung wurde durch wiederholtes Zusammenpressen und Entspannen des Schaumes erreicht, während der Schaum völlig in die Dispersion eingetaucht war.

Im Anschluß an die Imprägnierung wurde der Schaumblock durch ein Paar von Kompressionswalzen zur Entfernung überschüssiger Dispersion hindurchgeleitet. Der Block wurde dann 8 Stdn. bei 20⁰C an der Luft getrocknet, bevor er weitere 6 Stdn. an der Luft bei 105⁰C getrocknet wurde, um die Trocknung zu vervollständigen und den Latex zu härten.

Das Gewicht des so behandelten Blocks stellte sich als das 5,35-fache des ursprünglichen (unbehamdelten) Gewichts heraus entsprechend einer Beladung von 294,2 Gew.-% (121 Vol.-%) mit Aluminiumhydrat, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schaummatrixmaterials zusammen mit dem Trockenfeststoffgehalt des Latex.

Der behandelte Schaumblock zeigte die in der nachfolgenden Tabelle II angegebenen Eigenschaften. Ein unbehandelter Schaumblock wurde zum Vergleich mit einbezogen.

Tabelle II

Eigenschaften	Einheiten	Beispiel 1	Vergleich 1
Dichte	kg/m³	80	15
Zugfestigkeit	KN/m²	82	99
Dehnung beim Bruch	%	180	225
Zusammendrückbarkeit bei 70 C	%	11,16	9,5
BS 3667 Kugeldruckhärte	N	173	80
Rückprallelastizität	%	32	41
Dynamischer Ermüdungstest*)
Kugeldruckhärte	%
nach 1-stündiger Unterbrechung	der anfänglichen	75	64
	Härte
nach S-stiinrlieer I Interhrechune	desel.	80	67

*)Eine Tafel des Produkts wurde 184 000 Druckzyklen bef einer Frequenz von 1 Hr unterworfen.

Obgleich die Behandlung des Schaumes gemäß der Erfindung zu einer gewissen Beeinträchtigung seiner physikalischen Eigenschaften führt (siehe Tabelle II), ist eine derartige Beeinträchtigung im wesentlichen nicht so schwerwiegend, daß nicht annehmbare Produkte gebildet würden. Überraschenderweise wurden die Ermüdungseigenschaften des Schaums durch die erfindungsgemäße Behandlung verbessert. Der Schaum erwies sich als geeignet für die Verwendung in Polsterwarenkomponenten.

Beispiel 2

Man verwendete eine aus den in der vorstehenden Tabelle I angegebenen Bestandteilen in den gleichen Mengenverhältnissen hergestellte Latexdispersion wie in Beispiel 1 beschrieben, um einen 10 cm dicken Block eines offenzelligen, flexiblen Polyurethanschaums mit einer Schüttdichte von 27 kg/m³ zu imprägnieren.

Das Gewicht des so behandelten Blocks betrug das 5,0-fache seines anfänglichen (unbehandelten) Gewichts

Tabelle III

entsprechend einer Beladung von 276,4 Gew.-% (114Vol.-%) mit Aluminiumhydrat, bezogen auf das Gesamtgewicht von Schaummatrixmaterial zusammen mit dem Feststofftrockengehalt des Latex. Der behandelte Schaumblock besaß Eigenschaften, wie sie in der nachfolgenden Tabelle III angegeben sind, wobei ein unbehandelter Block zu Vergleichszwecken mit herangezogen wurde.

Iiigcnschaflcn	l-jnhcilcn	Heispiel 2	Vergleich 2
Dichte	kg/m¹	135	27
Zugfestigkeit	KN/m²	86	100
Dehnung beim Bruch	%	147	200
Zusammendrückbarkeit bei 70 C	%	7,9	8
BS 3667 Kugeldruckhärte	N	520	135
Rückprallelastizität	%	40	50

Die Flammhemmung des behandelten Schaums wurde folgendermaßen untersucht:

Es wurden Blöcke von »behandelten« und »Vergleichsw-Schäumen zu Miniaturmatratzen verarbeitet, indem man sie mit einem wasserfesten Polyamidtextilüberzug (wie er für Krankenhausmatratzen verwendet wird) umgab.

Jede Matratze wurde dann an einer Ecke mit zwei Baumwollaken und zwei cellular-gewebten Baumwolldecken umwickelt, wobei die Laken und Decken derart unter der Ecke der Matratze umgeschlagen wurden, daß unter der Ecke eine zweifache Dicke erhalten wurde.

Sämtliche Laken und Decken wurden vor dem Test bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 bis 60% Luft-konditioniert.

Jede umwickelte Matratze wurde in einem oben

y, offenen Behälter aus Asbestzementfolie bzw. -platten eingebracht, wobei die Dimensionen des Behälters derart waren, daß ein Luftspalt von ca. 3,5 cm um die überzogene Ecke herum verblieb und der Behälter mit Vorrichtungen versehen war, um die Matratze ca. 2,5 cm

mi über dem Boden des Behälters mit lediglich einer zu vernachlässigenden Beeinträchtigung des Luftzutritts an die untere Oberfläche der Probe zu tragen.

Es wurde 3 Sek. lang eine mit einer Geschwindigkeit von 55 cc/Min. brennende Butanflamme auf die Ecke tr> der äußersten Decke aufgebracht und dann entfernt.

Die Ergebnisse der Brenntests sind in der nachfolgenden Tabelle IV gezeigt.

Tabelle IV

Zeil (Min.) seit
der linllernung
der Bulanflamme

Beispiel 1

Vergleich

Beispiel 2

Vergleich 2

die Decken brennen
langsam

die Verbrennung hört auf
(Selbsterlöschung); die
Decken sind vollständig
verbrannt, jedoch blieben
90% des Schaums nach der
Entfernung der Asche
erhalten.

vollständige Verbrennung der Probe die Decken brennen
langsam

vollständige
Verbrennung
der Probe

die Verbrennung hörte auf (Selbsterlöschung);
die Decken sind
vollständig verbrannt,
jedoch blieben 88% des
Schaums nach der Entfernung der Asche erhalten.

Zu keinem Zeitpunkt während des Brennens der 2» behandelten Schäume war die Emission von Rauch stark noch traten andere als außerordentlich kleine Flammen entlang der brennenden Ecken der Decken auf.

Beispiel 3

Man verwendete die in Beispiel 1 beschriebene Formulierung, um einen 16 mm dicken Block eines offenzelligen, flexiblen Polyurethanschaums mit einer Dichte von 15 kg/m³ zu imprägnieren.

Der imprägnierte Schaum wurde durch den Spalt 1» zwischen einem Paar von Kompressionswalzen zur Entfernung von überschüssigem Imprägnierungsmittel hindurchgeleitet. Das Gewicht des feuchten gewalzten Produkts war 12,5 mal so hoch wie dasjenige des ursprünglichen Schaums. Das Produkt wurde an der J"i Luft getrocknet und dann 6 Stdn. bei 150⁰C gehärtet.

Der gehärtete Block besaß ein Gewicht entsprechend einer Füllstoffbeladung von 368 Gew.-% (151 Vo!.-%) des Schaummatrixmaterials zusammen mit dem Feststofftrockengehalt des Latex. 4»

Das behandelte Schaummaterial war weich und flexibel und hörte beim Aussetzen an eine Flamme zu brennen auf, wenn die Flamme entfernt wurde.

Man lagerte das Produkt von Beispiel 3 42 Stdn. bei 140" C. Am Ende dieser Zeit war es stark verfärbt und «"> verhältnismäßig steif und brüchig. Jedoch waren dessen Flammbeständigkeit bzw. flammhemmende Eigenschaften durch das Alterungsverfahren nicht beeinträchtigt.

Das Produkt von Beispiel 3 erwies sich als geeignet für die Verwendung als flexibles Rohrisolationsmaterial. 3« Es besaß eine thermische Leitfähigkeit (bei 50° C) in der Größenordnung von 0,05 VVatt/rn.⁰C.

Beispiel 4

Man stellte einen vorgehärteten Naturkautschuk-Latex her, indem man die in der nachfolgenden Tabelle V angegebenen Bestandteile mischte und 6 Stdn. bei 45° C erhitzte.

60 Bezeichnung

Tabelle	V	Bestandteil	Gew.-Teile
Bezeich nung	Naturkautschuk-Latex Schwefeldispersion Zinkoxyd-Dispersion	100,0 2,5 1,0
(a) (b) (C)

Bestandteil	Gew.-Teile
Zinkdiäthyl-dithiocarbamat-	1,0
Dispersion
Zinkbenzothiazolylmercaptid-	1,0
dispersion
Antioxydans-Dispersion	2,0
Latex-Stabilisatorlösung	10,0
Kai ium hydroxy d-Lösung	2,0

Bezeichnung für Tabelle V

(al Ein Zink-stabiüsierter zentrifugierter Naturkautschuk-Latex mit niedrigem Ammoniakgehalt und mit einem Trockenkautschukgehalt von 60 Gew.-%.

(b) 50%ige wäßrige Dispersion.

(el 50%ige wäßrige Dispersion.

(d) 50%ige wäßrige Dispersion.

(e) 50%ige wäßrige Dispersion.

(f) 5()%ige wäßrige Dispersion eines phenolischen Antioxydans.

(g) 5"/nige wäßrige Lösung eines Latex-Stabilisators.
(h) !(!"Zeige wäßrige Lösung.

Unter Verwendung des vorstehend erläuterten vorgehärteten Latex wurde eine Dispersion aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:

	Gew.-Teile
vorgehärteter Naturkautschuk-Latex	119,5
(siehe Tabelle V¹
Latex-Stabilisator	50,0
(a) Magnesiumcarbonat	600,0
Wasser	900,0

(a)3 MgCO₃ · Mg(OH)₂ · 3 H₂O von »schwerer« Qualität.

Die Dispersion besaß einen Gesamttrockenfeststoffgehalt von 40%.

Man imprägnierte einen Block aus Polyurethanschaum mit einer Dichte von 50 kg/m³ (erhältlich von Dunlopillo Limited unter der Handelsbezeichnung Dunlopreme D2) mit dieser Dispersion derart, daß dessen Nassendgewicht 15,8 mal so hoch war wie das ursprüngliche Gewicht, entsprechend 35OGew.-°/o (162 Vol.-%) Magnesiumcarbonat je 100 Gew.-Teile

Gesamtpolymeres.

Nach 3-stündigem Trocknen bei 105⁰C wurde ein flexibles Material erhalten. Wie bei den vorangegangenen Beispielen waren die Flammbeständigkeit bzw. flammhemmenden Eigenschaften ausgezeichnet.

Die physikalischen Eigenschaften des Produkts waren die folgenden:

Zugfestigkeit

KNVm

Dehnung beim Bruch

81,4

280

Beispiel 5

Unter Verwendung des vorgehärteten Latex von Beispiel 4 wurde eine Dispersion hergestellt, indem man eine ähnliche Rezeptur, jedoch unter Verwendung von

Magnesiumhydroxyd anstelle von Magnesiumcarbonat anwandte.

Man imprägnierte einen Block aus Dunlopreme D2 Polyurethanschaum zur Erzielung eines Nassendgewichts, das 13,95 mal so hoch war wie das ursprüngliche Gewicht entsprechend 320Gew.-% (136Vol.-%) Magnesiumhydroxyd je lOOGew.-Teile des gesamten Polymeren.

Nach 4-stündigem Trocknen bei 105^cC wurde ein flexibles Material mit ausgezeichneten flammhemmenden bzw. flammabweisenden Eigenschaften erhalten.

Die physikalischen Eigenschaften des Produkts waren wie folgt:

Zugfestigkeit Dehnung beim Bruch

KN/m

89,2

250

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, offenzelligen, flammh^mmenden Schaums durch Einbringen eines wäßrigen Polymer-Latex aus (A) Polymer, (B) Wasser, (C), in Suspension oder Dispersion, einem teilchenförmigen, flammhemmenden Additiv, das in Wasser und in den anderen Komponenten der Suspension oder Dispersion unlöslich ist, sowie ggf. (D) weiteren üblichen Zusätzen in einen bereits vorgefertigten Schaum mit einer Dichte im Bereich von 10 bis 50 kg/m³, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (A) Naturkautschuk, synthetischer Polyisopren-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polychloropren oder eine Mischung von zwei oder mehr dieser Komponenten ist und das Additiv (C) in dem Latex in einer Menge im Bereich von 7:1 bis 20 :1, bezogen auf das Gewicht des Feststoff trokkengehalts des Latex, vorliegt, und daß das Additiv (C) auf das Schaummatrixmaterial in einer Menge im Bereich von 2 :1 bis 4,5 :1, bezogen auf das Gewicht des Schaummatrixmaterials zusammen mit dem Feststofftrockengehalt des Latex, aufgebracht wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension oder Dispersion des Additivs in dem Latex einen Nettotrockenfeststoffgehalt von 35 bis 65 Gew.-°/o besitzt.