DE3603493A1

DE3603493A1 - Brandhemmender schutzstoff fuer kunststoffe

Info

Publication number: DE3603493A1
Application number: DE19863603493
Authority: DE
Inventors: Alfons K Herr; Helmut Dr Wiehn
Original assignee: KATAFLOX PATENT
Current assignee: KATAFLOX PATENT
Priority date: 1986-02-05
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DE3603493C2

Description

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 beispielsweise 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 B1 "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 53 438, 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.

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 Aufgabe gelöst durch ein Mischungsprodukt aus

a) organischen Fasern mit
b) sekundären Erdalkaliphosphaten und/oder tertiären Alkali- oder Erdalkaliphosphaten und
c) gebranntem und/oder gelöschtem Kalk.

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 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 beispielsweise die von der AIRBUS-INDUSTRIE geforderten Grenzwerte der Toxizität deutlich unterschritten werden.

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 gleichen Wirkungen dieses Mischungsproduktes ergeben sich nach der Erfindung dann, wenn statt der sekundären Erdalkaliphosphate und/oder tertiären Alkali- oder Erdalkaliphosphate die Oxide, Hydroxide, Hydrogencarbonate und/oder Carbonate der Alkalimetalle und/oder der Erdalkalimetalle mit Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) umgesetzt werden. Bei Verwendung dieses Mischungsanteils soll das Molverhältnis von Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen zu Phosphorsäure nach der Erfindung 1,5 : 1,0 bis 4,0 : 1,0 betragen.

Sowohl hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit wie auch der Verwertbarkeit wird zwischen sekundären und/oder tertiären Erdalkali- beziehungsweise Alkalimetallen und gebranntem und/oder gelöschtem Kalk ein Molverhältnis von 1 : 0,5 bis 1 : 5 und hinsichtlich des Verhältnisses von organischen Fasern zu Mineral von 10 : 100 bis 60 : 100 vorgeschlagen.

Die organischen Fasern können hierbei feine Holzspäne, Sägemehl oder feingemahlene Zellulose sein. Besonders wirtschaftlich verwertbar sind die organischen Fasern, die den fasrigen Restbestandteilen von Klärschlämmen aus Papierfabriken entstammen.

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

Zur trockenen Herstellung werden die trockenen organischen Fasern zusammen mit den trockenen Mineralien einem Mahlwerk, zweckmäßigerweise einem Mahlwerk mit Pralleinbauten, zugeleitet und zusammen gemahlen. Hierbei lagern sich die Materialien durch atomare Kräfte punktförmig an den organischen Fasern an.

Bei der nassen Herstellung des Schutzstoffs nach der Erfindung werden die organischen Fasern mit einer Feuchte von 0 bis 80% einer Mischeinrichtung eingegeben, dann die Mineralien zugegeben und sodann die Phosphorsäure im etwa stöchiometrischen Verhältnis, bei zu trockenen Ausgangsmaterialien unter gleichzeitiger Beigabe von Wasser, zugedüst. Anschließend kann das Mischgut einer Abdampfstrecke und sodann einer Vereinzelungseinrichtung (Mühle) zugeleitet werden.

Statt diesem Schutzstoff, der sich zur brandhemmenden und brandverhindernden Ausrüstung von Kunststoffen eignet, den Kunststoffherstellern oder -Verarbeitern anzuliefern, kann der Schutzstoff auch bereits mit Kunststoff vermengt, als fertiges Agglomerat in den Handel gebracht werden, was den Vorteil hat, daß dieses Gemenge hydrophob ist. Hierbei sollen nach der Erfindung 10% bis 80% des Schutzstoffs mit 90% bis 20% des jeweiligen Kunststoffs in einem Heißmischer vermengt werden.

Claims

1. Schutzstoff zur brandhemmenden und Brandfolgen mindernden Ausrüstung von Kunststoffen, insbesondere von Thermoplasten, hier insbesondere von Polyvinylchlorid und Polyethylen, gekennzeichnet durch ein Mischungsprodukt aus

2. Schutzstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mischungsprodukt aus

a) organischen Fasern mit
b) Oxiden, Hydroxiden, Hydrogencarbonaten und/ oder Carbonaten der Alkalimetalle und/oder der Erdalkalimetalle mit Phosphorsäure (Orthophosphorsäure)

3. Schutzstoff nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Molverhältnis von Oxiden, Hydroxiden, Hydrogencarbonaten und/oder Carbonaten der Alkalimetalle und/oder Erdalkalimetalle zu Phosphorsäure von 1,5 : 1,0 bis 4,0 : 1,0.

4. Schutzstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Molverhältnis von sekundären und/oder tertiären Erdalkali- beziehungsweise Alkalimetallen zu gebranntem und/oder gelöschtem Kalk von 1 : 0,5 bis 1 : 5.

5. Schutzstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Verhältnis von organischen Fasern zu Mineral von 10 : 100 bis 60 : 100.

6. Schutzstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Fasern feine Holzspäne, Sägemehl oder feingemahlene Zellulose sind.

7. Schutzstoff nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Fasern die fasrigen Restbestandteile von Klärschlämmen aus Papierfabriken sind.

8. Verfahren zum Herstellen eines Schutzstoffs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trockenen organischen Fasern zusammen mit den trockenen Mineralien einem Mahlwerk zugeleitet und zusammen gemahlen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlwerk mit Pralleinbauten versehen ist.

10. Verfahren zum Herstellen des Schutzstoffes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Fasern mit einer Feuchte von 0 bis 80% einer Mischeinrichtung eingegeben, dann die Oxide, Hydroxide, Hydrogencarbonate und/oder Carbonate der Alkalimetalle und/oder der Erdalkalimetalle zugegeben und sodann die Phosphorsäure im etwa stöchiometrischen Verhältnis, bei trockenen Ausgangsmaterialien unter gleichzeitiger Beigabe von Wasser, zugedüst wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgut einer Abdampfstrecke und sodann einer Vereinzelungseinrichtung (Mühle) zugeleitet wird.

12. Verfahren zum Herstellen eines brandhemmend ausgerüsteten Kunststoffs, dadurch gekennzeichnet, daß 10% bis 80% des Schutzstoffs nach den Ansprüchen 1 bis 11 in einem Heißmischer mit 90% bis 20% Kunststoff vermengt und anschließend agglomeriert werden.