DE3722359A1 - Flammhemmende beschichtungszusammensetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine verbesserte flammhemmende Zusammensetzung, und insbesondere die Formulierung eines solchen flammhemmenden Mittels, das besonders für ein Aufbringen auf Oberflächen von normalerweise brennbaren Materialien wie Holz, Geweben aus Naturfasern, Kunstharzschäumen und -geweben, Stahl und dgl. in Form einer wäßrigen Dispersion geeignet ist.

In der Vergangenheit wurde bereits zahlreiche flammhemmende und feuerhemmende Zusammensetzungen vorgeschlagen, die insbesondere als Oberflächenbeschichtungen für eine große Vielzahl von Materialien bestimmt waren. Traditionellerweise enthalten derartige Zusammensetzungen bestimmte aktive flammhemmende oder feuerhemmende Bestandteile, die bei der Einwirkung einer Flamme und/oder von Wärme zu Lieferanten und/oder Erzeugern von elementarem Chlor, Brom und/oder Phosphor werden. Die sauren feuerhemmenden Mittel katalysieren auch die Umwandlung von polymeren Bindemitteln zu graphitartigen kontinuierlichen Verkohlungsschichten bei Temperaturen unterhalb des Verbrennungstemperatur- Bereiches. Andere Formulierungen enthalten Antimonoxide und dgl.

Für bestimmte Anwendungen bzw. unter den verschiedensten Gesichtspunkten weisen die bekannten flammhemmenden Zusammensetzungen jedoch alle irgendwelche Nachteile auf, zu denen unzureichende Filmbildungseigenschaften für die Beschichtung bestimmter Materialien, unbefriedigende mechanische Eigenschaften des erzeugten Films, nachteilige Trocknungseigenschaften und dgl. gehören.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte flammhemmende Zusammensetzung zur Ausbildung einer flammhemmenden Oberflächenbeschichtung in Form eines im wesentlichen kontinuierlichen Films zum Einkapseln und Umhüllen von Gegenständen aus Holz, Naturfasern, Kunstfasern, Schäumen, Stahl, einer Isolation und dgl. anzugeben, die zu einem bei und oberhalb Umgebungstemperaturen, beispielsweise in einem Temperaturbereich von -35°C bis +121°C, flexiblen Film mit einer hohen Zugfestigkeit führt, der bei etwa 538°C einer chemischen Umwandlung in einen feuerfesten anorganischen Film unterliegt, der sintert und verglast, wobei ein kontinuierlicher Film mit keramischen Eigenschaften gebildet wird, der bei Temperaturen bis zu etwa 1100°C als Feuersperrschicht wirkt, die eine einwirkende Flamme ablenkt, Sauerstoff von dem Substratmaterial fernhält und die Oberflächentemperatur durch wirksame Abstrahlung von Infrarotlicht und sichtbarem Licht vermindert.

Diese Aufgabe wird durch eine flammhemmende Beschichtungszusammensetzung gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 wiedergegeben ist.

Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung ist in Anspruch 2 beschrieben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Zusammensetzung geschaffen, die in Form einer wäßrigen Latexdispersion aufgetragen werden kann und einen im wesentlichen kontinuierlichen Beschichtungsfilm bildet. Es hat sich gezeigt, daß die in der Zusammensetzung vorliegenden einzelnen Bestandteile synergistisch zusammenwirken, so daß eine Raucherverminderung erhalten wird, eine Verminderung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten sowie weitere Eigenschaften, wie sie herkömmliche feuerhemmende Beschichtungen aufweisen.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung weist zum Zwecke der Flammhemmung eine ganz besondere Wirksamkeit auf, da durch sie ein im wesentlichen kontinuierlicher Schutzfilm gebildet wird, der innerhalb eines weiten Bereichs von möglichen Arten der Flammeneinwirkung einer kompositionellen Umwandlung unterliegt, so daß er den Gegenstand und/oder die Struktur, auf die er aufgebracht wurde, verkapselt und oberflächlich umhüllt. Der Film weist isolierende Eigenschaften auf und verhindert den Sauerstoffzutritt zu dem Substrat. Er strahlt bei höheren Temperaturen Infrarotlicht und sichtbares Licht ab. Gemäß der vorliegenden Erfindung formulierte Zusammensetzungen weisen hervorragende feuerhemmende Eigenschaften auf, und darüberhinaus sind die aus ihnen erzeugten Filme flexibel, zeigen eine hervorragende Haftung und liefern eine Beschichtung mit einer herausragenden Zugfestigkeit.

Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist die Abstimmung ihrer Bestandteile so, daß Chlor-, Brom- und Phosphor-Lieferanten auf Grund ihrer bekannten flammhemmenden Eigenschaften wirksam werden, genau wie Antimontrioxid, und das hydratisierte Aluminiumoxid ist auf Grund seiner Fähigkeit zur Wasserabgabe vorhanden. Das Ergebnis ist ein hochwirksames flammhemmendes Material, das sehr gut funktioniert und keinerlei erhebliche Mengen von gebildetem Chlor, Brom, HCl, HBr, HCN, NO oder Ammoniak in gasförmiger Form entwickelt. Die Abgabe von Kohlenmonoxid und Rauch bleibt in einem Bereich, der nicht gefährlich ist.

Aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erzeugte Filme sind dabei auch außerordentlich nützlich zur Verkapselung von Asbest, wobei die Beschichtung eine Niedertemperatur- Flexibilität sowie elastomere Eigenschaften aufweist, die sich günstig auf die Lebensdauer der aufgebrachten Beschichtung auswirken. Zusätzlich haben die Materialien gute Hafteigenschaften, und wegen der physikalischen Eigenschaften der aufgebrachten wäßrigen Materialien sind sie in der Lage, in Asbestfasern einzudringen und diese zu benetzen. Die Materialien widerstehenden einer Verbrennung bei Temperaturen bis zu etwa 538°C, indem sich die Filme allmählich aus einem Polyvinylchlorid-Acryl-Polymerfilm in graphitähnliche Kohlefilme umwandeln, und zwar auf Grund einer chemischen Wechselwirkung des Polymeren mit den in der Zusammensetzung vorhandenen sauren flammhemmenden chemischen Substanzen. Ferner ist die Abgabe saurer Gase wie von gasförmigem Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff oder von Phosphorsäure mäßig und kontrolliert, was teilweise auf eine Reaktion mit dem Calciumcarbonat-Bestandteil zurückzuführen ist. Es wurde ferner festgestellt, daß bei Temperaturen zwischen etwa 538°C und 1093°C ein kontinuierlicher anorganischer Film gebildet wird, der als eine feuerfeste Feuersperrschicht wirkt, wobei der Zusammenhalt des Films durch Wechselwirkungen von Pigmentkomponenten der Zusammensetzung gewährleistet wird, so daß letztlich eine im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung mit keramischen Eigenschaften entwickelt, geschaffen und gebildet wird.

Wenn die erfindungsgemäße flammhemmende Zusammensetzung mit Natriumsilikat vermischt wird, kann sie dazu verwendet werden, Isolierformen zu binden, indem man sie mit Kohlendioxidgas unter mäßigem Druck zur Schaffung einer hochfeuerbeständigen Isolationssperrschicht schnell härtet. Da die feuerhemmenden Eigenschaften von einem filmbildenden Bindemittel geliefert werden, kann die Zusammensetzung auch als Beschichtungszusammensetzung von keramischen Materialien verwendet werden, und zwar auch als Vermiculit, Perlit, faserkeramische Materialien und dgl. enthaltende Schichten. Die Zusammensetzungen haben jeodch auch noch andere Verwendungsmöglichkeiten. Insbesondere können die feuerhemmenden Eigenschafen der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen dazu verwendet werden, Schichten aus montiertem Asbest zu überziehen oder zu verkapseln, wodurch Asbestfasern an Ort und Stelle eingebunden und abgedichtet werden.

Die hervorragenden Bindungs- und Teilchenbenetzungs-Eigenschaften der erfindungsgemäßen Zusammensetzung machen es in Kombination mit der Flexibilität der gebildeten Filme möglich, Asbestfasern an Ort und Stelle zu binden und zu versiegeln. Wobei die flammhemmenden Eigenschaften der Beschichtung dazu beitragen, daß die ursprüngliche Nützlichkeit des überzogenen Asbests als feuerbeständiges Material beibehalten wird. Die Verkapselung des Asbests durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist auch wirksam im Hinblick auf eine Verhinderung oberflächlicher Erosion der Asbestgegenstände, so daß sie die Freisetzung von in der Luft schwebenden teilchenförmigen Asbestmaterialien verhindert.

Die filmbildenden Materialien der vorliegenden Erfindung beruhen auf einer wäßrigen Latexdispersion eines Polyvinylchlorid- Acryl-Copolymeren in Kombination mit bestimmten anderen filmbildenden und viskositätssteuernden Bestandteilen. Einige der Bestandteile erfüllen in der Formulierung eine mehrfache Funktion. Beispielsweise ist das Antimonpentoxid in kolloidaler Form einerseits auf Grund seiner gutbekannten feuerhemmenden Eigenschaften vorhanden, zusammen mit einem Pigment wie hydriertes Aluminiumoxid. Das hydrierte Aluminiumoxid erwies sich als besonders nützlich als wasserabgebendes Mittel. Zum Binden saurer Gase ist in der Formulierung ein Calciumcarbonatzusatz vorgesehen, wobei Calciumcarbonat ein sehr nützlicher Pigmentzusatz ist, der als hochschmelzendes, filmfestigendes weißes Streckpigment wirkt. Es ist auch ein Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, daß die wäßrigen Dispersionen schnell durch Wasserverdampfung völlig aushärten, so daß innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums der vollständige Härtungszyklus durchlaufen wird. Außerdem wird eine hervorragende Adhäsion erreicht.

Die in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen Halogenlieferanten enthalten Chlor und Brom in atomarer und ionischer Form, so daß sie ihre bekannte Wirksamkeit als Radikalinhibitoren für die über freie Radikale ablaufende Flammenausbreitung entwickeln können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen noch näher beschrieben, denen der Fachmann weitere Anwendungsmöglichkeiten und/oder Vorteile entnehmen kann.

Beispiel I

Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält die folgenden Bestandteile in folgenden Mengen und zu folgenden Zwecken:

Das filmbildende feuerhemmende Mittel der Zusammensetzung besteht aus den Bestandteilen Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymeres, Decabromdiphenyloxid, Isodecyldiphenylphosphat, Antimonpentoxid, Caliumcarbonat und hydratisiertes Aluminiumoxid. Diese Bestandteile bilden in der angegebenen Kombination in der Formulierung das eigentliche filmbildende und feststoffhaltige feuerhemmende Mittel. Calciumcarbonat dient als weißes Pigment sowie als Binder oder Fänger für saure Gase, die während des Verbrennungsprozesses erzeugt werden. Das Calciumcarbonat ist vorzugsweise fein verteilt, wobei es eine Teilchengröße im Bereich von einigen µm aufweist. Antimontrioxid hält in der vorliegenden Formulierung freigesetztes Halogen in Flammennähe, wodurch die Wirksamkeit der Zusammensetzung zur Flammenhemmung gestreckt wird.

Die Steuerung der Rheologie wird durch eine Kombination von Verdickungsmitteln wie kolloidalem Siliciumoxid, Texipol und Polyacrylsäure erreicht. Das kolloidale Siliciumoxid wirkt als Verdickungsmittel, während die Polyacrylsäure in Kombination mit dem Vinylchlorid-Acryl- Copolymer-Latexmaterial als ein Verdickungsmittel wirkt. Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymer-Latexmaterialien sind selbstverständlich kommerziell erhältlich.

Um eine Gleichförmigkeit beim fertigen Produkt und vorteilhafte Aufbringeigenschaften zu erhalten, wird eine Kombination aus nichtionischen und ionischen Tensiden, Co-Lösungsmitteln und Einebnern wie Butylcellosolve, Frostschutz-Stabilisatoren wie Glycolen und Koalesziermitteln für die Latexteilchen verwendet. Nonylphenoxypoly- (ethylenoxy)-ethanol, Lecithin, Propylenglycol werden als Tenside oder zur Pigmentdispergierung verwendet.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als Arbeitslösung auf die zu schützenden Oberflächen durch Aufsprühen aufgebracht werden, kann jedoch auch wie eine herkömmliche Anstrichfarbe aufgebracht werden. Das Aufsprühen ermöglicht es, herkömmliche Materialien wie Holz und Stahl zu beschichten, genau wie starre Strukturen und Asbestschichten. Das luftfreie Versprühen wird von der EPA zur Asbestverkapselung angegeben. Der Aushärtungsprozeß kann dadurch beschleunigt werden, daß man mäßige Temperaturen einwirken läßt, etwa im Bereich von 93°C.

Aus der Zusammensetzung des vorliegenden Beispiels I hergestellte gehärtete Beschichtungsfilme lieferten hervorragende Ergebnisse, wenn sie gemäß ASTM E-84 getestet wurden. Der Rauchentwicklungsindex betrug 5, die Flammen- Ausbreitung wurde mit 5 bewertet, wobei als Basis eine Bewertung von 0 für Zement und eine Bewertung von 100 für unbehandelte rote Eiche dienten. Die Standard-Prüfvorschriften gemäß ASTM E-84 sind auf dem vorliegenden Fachgebiet gutbekannt und anerkannt.

Der in der vorliegenden Zusammensetzung verwendete Phosphatester-Weichmacher ist wegen seiner hydrophoben Eigenschaften vorteilhaft. Dieser Bestandteil gewährleistet vorteilhafte Langzeiteigenschaften. Dieser Bestandteil ist ferner auch für die sehr erwünschte Niedertemperatur- Flexibilität des gehärteten Films wichtig.

Wenn die Gesamtzusammensetzung völlig ausgehärtet ist, zeigt sie die Fähigkeit zu einem Niedertemperatur-Glasübergang. Es wird angenommen, daß das auf Anwesenheit und die Natur des Acrylbestandteils des Latex-Copolymeren sowie auf die Wirkung des Weichmachers zurückzuführen ist.

Obwohl die in Beispiel 1 angegebene Formulierung sich als außerordentlich vorteilhaft bezüglich der Eigenschaften des Endprodukts erwiesen hat, können bestimmte der in der Zusammensetzung vorhandenen Bestandteile in geringeren oder höheren Menge vorhanden sein, beispielsweise innerhalb der in den nachfolgenden Beispielen II und III angegebenen Bereiche.

Beispiel II

BestandteilGew.-%

CaCO₃ 8 bis 16 Al₂O₃ · 3H₂O 5 bis 20 Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol/Lecithin 0,6 bis  1,2 kolloidales SiO₂ und/oder Texipol 1 bis  2 Polyacrylsäure 0,5 bis  1 Decabromdiphenyloxid 0,5 bis  2 Isodecyldiphenylphosphat 0,5 bis  5 kolloidales Antimonpentoxid (50%ige wäßrige Dispersion) 0 bis  3,5 Ammoniak (26° Baumè) oder Kaliumtripolyphosphat 0,1 bis  0,3 Titandioxid und Färbepigmente 0 bis  5 Wasser (einschl. Wasser aus dem Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymerlatex35 bis 50

Beispiel III

BestandteilGew.-%

CaCO₃ 8 bis 16 Al₂O₃ · 3H₂O 5 bis 20 Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol/Lecithin 0,6 bis  1,2 kolloidales SiO₂ und/oder Texipol 1 bis  2 Polyacrylsäure 0,5 bis  1 Decabromdiphenyloxid 0,5 bis  2 Isodecyldiphenylphosphat 0,5 bis  5 Antimontrioxid (50%ige wäßrige Lösung) 0 bis  1,75 Ammoniak (26° Baumè) oder Kaliumtripolyphosphat 0,1 bis  0,3 Titandioxid und Färbepigmente 0 bis  5 Wasser (einschl. Wasser aus dem Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymerlatex)35 bis 50

Claims (2)

1. Flammhemmende Beschichtungszusammensetzung zur Erzeugung eines im wesentlichen kontinuierlichen Films auf der Oberfläche von normalerweise brennbaren Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine wäßrige Dispersion der folgenden Bestandteile in Gew.-% ist: BestandteilGew.-%CaCO₃ 8 bis 16 Al₂O₃ · 3H₂O 5 bis 20 Nonylphenoxypoly(ethylonoxy)ethanol/Lecithin 0,6 bis  1,2 kolloidales SiO₂ und/oder Texipol 1 bis  2 Polyacrylsäure 0,5 bis  1 Decabromdiphenyloxid 0,5 bis  2 Isodecyldiphenylphosphat 0,5 bis  5 Antimontrioxid oder kolloidales Antimonpentoxid 0 bis  1,75 Ammoniak (26° Baumè) oder Kaliumtripolyphosphat 0,1 bis  0,3 Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymer-Latexfeststoffe in einer
50%igen wäßrigen Lösung30 Wasser (einschl. des Wassers, das mit dem Polyvinylchlorid-Acryl-
Copolymerlatex eingeführt wurde)35 bis 50 Titandioxid und Färbepigmente 0 bis  5

2. Flammhemmende Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch die folgenden Bestandteile und deren Anteile in Gew.-%: BestandteilGew.-%CaCO₃ 8,30 Al₂O₃ · 3H₂O 8,30 TiO₂ 1,57 Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol 0,60 Lecithin 0,20 kolloidales SiO₂ 1,60 Polyacrylsäure 0,55 Decabromdiphenyloxid 1,87 Isodecyldiphenylphosphat 4,55 Antimontrioxid 1,50 Ammoniak (26° Baumè) 0,17 Polyvinylchlorid-Acryl-Copolymerlatex (in 50%iger Lösung)59,95 Wasser10,84