DE3502372A1 - Brandhemmender schutzstoff fuer kunststoffe - Google Patents

Description

HANS TRAPPENBERG · patenting enieur . Karlsruhe

EUROPÄISCHER PATENTVERTRETER

24.01.1985 n27 KU 1041

KATAFLOX Patent-Verwaltungsgesellschaft mbH Erasmusstr. 9, 7500 Karlsruhe 1

Brandhemmender Schutzstoff für Kunststoffe

Die Erfindung betrifft einen Schutzstoff zur brandhemmenden und Brandfolgen mindernden Ausrüstung von Kunststoffen, insbesondere von Thermoplasten, und hier insbesondere von Polyvinylchlorid und Polyethylen.

Alle organischen Werkstoffe, und damit auch die Kunststoffe, sind brennbar. Manche Kunststoffe sind von ihrem chemischen Aufbau her schwer entflammbar oder können durch eingebaute und/oder eingearbeitete zusätzliche Flammschutzmittel schwer entflammbar eingestellt werden. Trotzdem tragen auch derartige Kunststoffe im Brandfalle zur Brandlast bei. Hierbei ist zu beachten, daß nicht nur die Brennbarkeit oder Entflammbarkeit maßgebend für das Brandverhalten von Kunststoffen sind, sondern auch noch die Brandnebenerscheinungen beachtet werden müssen, wie beispiels-

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weise die im Brandfalle entstehende Rauchentwicklung, das Abspalten schädlicher oder giftiger Gase oder das brennende Abtropfen des Kunststoffmaterials.

Nach DIN 4102, Teil 1, können die Kunststoffe hinsichtlich ihres Brandverhaltens in die Klassifizierung Bl "schwer" oder B2 "normal entflammbar" eingeordnet werden. Verbundbaustoffe mit geringem Kunststoffanteil können auch die Prüfgruppe A2 "nicht brennbar" erreichen. Maßgebend ist auch noch die DIN 53438, die die Entflammbarkeits- und Flammenausbreitungs-Prüfverfahren beschreibt. In dieser Norm sind auch Hinweise über die zulässige Rauchentwicklung beziehungsweise das "brennende Abtropfen" enthalten. Besondere Vorschriften hinsichtlich des Brandverhaltens gelten schließlich auch noch für Kunststoffe, die für die Ausstattung von Straßen- und Schienenfahrzeugen, von Schiffen und Flugzeugen sowie auch für den Bergbau bestehen.

Zum Erreichen der in diesen verschiedenen Vorschriften gekennzeichneten Werte dienen die bereits oben erwähnten Flammschutzmittel, die in die Kunststoffe eingebaut oder nachträglich eingearbeitet werden. So sind Chlor oder Brom enthaltende organische Verbindungen bekannt, die bei Flammeneinwirkung Produkte abspalten, die den Sauerstoffzutritt erschweren, damit das Brandverhalten günstig beeinflussen und auch weitere Brandreaktionen chemisch abbremsen. Anorganische Füllstoffe, die auch zu diesem Zweck eingesetzt werden, verdünnen den brennbaren Stoffanteil im Kunststoff und wirken damit ebenfalls günstig auf das Brandverhalten ein. Gleiches gilt für Wasserglas (Natriumsilikat). Festzustellen ist allerdings, daß verschiedene dieser genannten Additive das Gebrauchsverhalten der damit ausgestatteten Kunststoffe ungünstig beeinflussen können; dies trifft insbesondere für viele anorganische Füllstoffe zu.

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Um das Abtropfen der Kunststoffe, insbesondere das brennende Abtropfen zumindest zu mindern, sind Versuche bekannt geworden, den Kunststoffen Asbestfasern beizumengen. Abgesehen von den gesundheitsgefährdenden Einwirkungen dieser Asbestfaser erbrachten diese Versuche auch keine befriedigenden Ergebnisse.

Damit stellt sich für die Erfindung die Aufgabe, einen Schutzstoff anzugeben, der in die verschiedensten Kunststoffe, insbesondere in Thermoplaste - Polyolefine, Styrol-Polymerisate, Vinylchlorid-Polymerisate, fluorhaltige Polymere, Polyacryl- und Polymethacryl-Kunststoffe, Polyamide, Polyester, Polyethylen, Polyimide und deren Verbundwerkstoffe - eingearbeitet werden kann und hierbei das Brandverhalten günstig beeinflußt. Zur günstigen Beeinflussung des Brandverhaltens zählt hierbei sowohl Hemmung der Entflammbarkeit und des Abbrennverhalten, wie auch Minderung der Rauchentwicklung und des Abtropfens. Hierzu gehört jedoch auch die Unterbindung der Bildung von schädlichen oder gar giftigen Brandprodukten, insbesondere von schädlichen oder giftigen Brandgasen, wie auch die Abspaltung ^; von Salzsäure, die regelmäßig hohe Schäden in der Umgebung des Brandes verursacht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgbe gelöst durch ein Mischungsprodukt aus organischen Fasern mit Oxiden, Hydroxiden, Hydrogencarbonaten und/oder Carbonaten der Erdalkalimetalle mit Phosphorsäure (Orthophosphorsäure).

Die Praxis hat gezeigt, daß ein derartiger Schutzstoff nicht nur die Entflammbarkeit, wie auch das Abbrennverhalten günstig beeinflußt, sondern auch das Abtropfen, wie auch die Rauchentwicklung beziehungsweise die Entwicklung von schädlichen oder giftigen Gasen mindert. Dies mag einmal darauf zurückzuführen sein, daß die anorganischen Füllstoffe den brennbaren Stoffanteil "verdünnen", also die

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Brandlast insgesamt verringern, wie auch die Entflammbarkeit herabsetzen, aber auch darauf, daß durch eine chemische Reaktion die sonst entstehenden Gase und Dämpfe umgesetzt oder deren Entwicklung abgebremst werden. Insbesondere dürften auch die dem Mischungsprodukt beigegebenen organischen Fasern das Abtropfen verhindern, wie dies bei den praktischen Versuchen festgestellt werden konnte. Insgesamt wird also das Brandverhalten eines mit diesem Schutzstoff ausgerüsteten Kunststoffs äußerst günstig beeinflußt, so daß die meisten Kunststoffe durchaus in die oben angeführte DIN-Prüfgruppe A2 "nicht brennbar" eingereiht werden können.

Überraschenderweise ergab sich zudem noch, daß trotz des verhältnismäßig großen anorganischen Anteils dieses Schutzstoffes die Gebrauchseigenschaften der damit versehenenen Kunststoffe nicht oder praktisch nicht gemindert wurden, was wohl auch auf die Beifügung der organischen Fasern zurückzuführen ist. Zu bemerken ist, daß diese organischen Fasern, die ja selbst brennbar sind, im Brandfalle innerhalb des Kunststoffes lediglich pyrolisieren, also ihre verfestigenden Eigenschaften auch noch im Brandfalle beibehalten. Günstig für die Anwendung dieses Schutzstoffes ist auch, daß sein Schüttgewicht mit dem Schüttgewicht praktisch aller oben angeführter Kunststoffe etwa gleich ist, daß also auch bei starken Vibrationen eine Entmischung zwischen Kunststoffpartikeln und Schutzstoff nicht zu befürchten ist.

Insgesamt ergibt sich damit ein Schutzstoff, der geeignet ist, die meisten bekannten Kunststoffe, insbesondere die Thermoplaste, hinsichtlich ihres Brandverhaltens äußerst günstig zu beeinflussen, ohne deren Gebrauchseigenschaften wesentlich zu mindern.

Die Herstellung des Schutzstoffes nach der Erfindung kann auf nassem oder trockenem Wege erfolgen.

Dienasse Herstellung des Schutzstoffes hat den Vorteil, daß feuchte Holzspäne oder auch organische Fasern von Klärschlämmen ohne deren Trocknung verwendet werden können. Bei der Herstellung werden diese organischen Fasern mit einer Feuchte von 0 bis 80 % einer Mischeinrichtung eingegeben, dann die Erdalkalimetalle zugegeben und sodann die Phosphorsäure, im etwa stöchiometrischen Verhältnis, bei zu trockenen Ausgangsmaterialien unter gleichzeitiger Beigabe von Wasser, zugedüst. Das Mischgut kann sodann nach e.in.er kurzen Mischzeit einer Abdampfstrecke und sodann einer Vereinzelungseinrichtung (Mühle) zugeleitet werden.

Die trockene Anlagerung, die den Vorteil einer einfacheren Herstellung hat, geht von tertiären Erdalkaliphosphaten aus, die zusammen mit den organischen Fasern einem mit Praileinbauten versehenen Mahlwerk zugeleitet werden, wobei sich durch atomare Kräfte das Erdalkaliphosphat punktförmig an den organischen Fasern anlagert.

In beiden Fällen sollte das Verhältnis von organischen Fasern zu Mineralien etwa 10:100 bis 40:100 betragen. Bei der Behandlung mit Phosphorsäure wird ein Molverhältnis von Erdalkalimetallen zu Phosphorsäure von 1,5:1,0 bis 4,0:1,0 vorgeschlagen.

Claims (8)

HANS TRAPPENBERG -Patentingenieur · Karlsruhe EUROPÄISCHER PATENTVERTRETER 24.01.1985 nZ7 KU 1041 KATAFLOX Patent-Verwaltungsgesellschaft mbH Erasmusstr. 9, 7500 Karlsruhe 1 PATENTANSPRÜCHE

1. Schutzstoff zur brandhemmenden und Brandfolgen mindern den Ausrüstung von Kunststoffen, insbesondere von Thermoplasten, hier insbesondere von Polyvinylchlorid und Polyethylen,

gekennzeichnet

durch ein Mischungsprodukt aus organischen Fasern mit Oxiden, Hydroxiden, Hydrogencarbonaten und/oder Carbonaten der Erdalkalimetalle mit Phosphorsäure (Orthophosphorsäure ) .

2. Schutzstoff nach Anspruch 1,
gekennzeichnet

durch ein Molverhältnis von Erdalkalimetallen zu Phosphorsäure von 1,5:1,0 bis 4,0:1,0.

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3. Schutzstoff nach Anspruch 1,
gekennzeichnet

durch das Verhältnis von organischen Fasern zu Mineral von 10:100 bis 40:100.

4. Schutzstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die organischen Fasern feine Holzspäne oder Sägemehl

5. Schutzstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß die organischen Fasern die fasrigen Restbestandteile von Klärschlämmen aus Papierfabriken sind.

6. Verfahren zum Herstellen des Schutzstoffes nach den Ansprüchen 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die organischen Fasern mit einer Feuchte von 0 bis 80 % einer Mischeinrichtung eingegeben, dann die Erdalkalimetalle zugegeben und sodann die Phosphorsäure im etwa stöchiometrischen Verhältnis, bei zu trockenen Ausgangsmaterialien unter gleichzeitiger Beigabe von Wasser, zugedüst wird.

7. Verfahren nah Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Mischgut einer Abdampfstrecke und sodann einer Vereinzelungseinrichtung (Mühle) zugeleitet wird.

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8. Verfahren zum Herstellen der Schutzstoffe

nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß tertiäres Alkaliphosphat zusammen mit organischen Fasern einem mit Pralleinbauten versehenen Mahlwerk zugeleitet werden.