DE3732203A1 - Verfahren zur herstellung eines nicht schmelzenden schaumstoffs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines bei Einwirken einer Zündquelle nicht schmelzenden Schaumstoffs auf Polyurethanbasis, der mit einem Feststoffe enthaltenden organischen Binder getränkt ist.

Herkömmliche Weichschaumstoffe auf Polyurethanbasis haben nicht nur den Nachteil, daß sie sehr leicht und intensiv brennen, sondern auch, daß sie schon bei Einwirkung von Temperaturen ab etwa 230°C auch ohne Flammeinwirkung schmelzen, wobei je nach Konfiguration und Anwendung diese Schmelzen abtropfen, die sich dann ebenfalls sehr leicht entzünden können. Diese abtrop­ fenden, brennenden Schmelzen sind bei vielen Anwen­ dungen sehr nachteilig. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung des Schausmtoffs als Sitzpolster in öffent­ lichen Verkehrsmitteln, insbesondere Flugzeugen. Die abtropfenden Schmelzen können dabei zu einer sehr schnellen Brandausbreitung unter starker Rauchentwick­ lung führen, wodurch die Rettungsmöglichkeiten für die Passagiere stark eingeschränkt sind.

Eine weitere erhebliche Gefahr besteht bei Wand- und Deckenverkleidungen aus Schaumstoff als Schall- und Wärmeisolierung, da dann bei einem Brand diese Schaum­ stoffe in die meist unten in den Räumen entstehenden Zündquellen tropfen und somit zu einer schnellen Intensivierung des Brandes führen. In noch erhebliche­ rem Maße sind Deckenverkleidungen von großen Versamm­ lungsräumen gefährlich, da dann brennende Schmelzen auf die Teilnehmer abtropfen können. Auch einer Aus­ rüstung derartiger Verkleidungen mit einer flamm­ hemmenden Beschichtung oder einer entsprechenden Einsprühung kann wegen der im allgemeinen hohen Brandtemperaturen keinen ausreichenden Schutz bieten, da diese Schichten nur kurze Zeit einen Schutz bieten und diesen auch nur, wenn die Oberflächen mechanisch völlig unbeschädigt und nicht durch Halterungsmittel durchdrungen sind.

Aus der DE-OS 27 54 313 ist zwar ein Verfahren zur Herstellung von schwerentflammbarem Polyurethan-Schaum bekannt, bei dem der Schaumstoff mit der 0,1- bis 8-fachen Menge, vorzugsweise der 0,15- bis 3,5-fachen Menge, berechnet als Feststoffe im Tränkmittel, behandelt wird. Hierdurch ergibt sich jedoch eine relativ große Gewichtserhöhung des Schaumstoffs, wodurch dann auch die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die elastischen Eigenschaften, verschlech­ tert werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem der Schaumstoff unter weitgehender Beibehaltung seiner mechanischen Eigen­ schaften so ausgerüstet werden kann, daß er auch bei erhöhten Temperaturen und selbst im Brandfall nicht mehr wegschmilzt, sondern eine stabile Konfiguration beibehält. Es ist dabei nicht so sehr Aufgabe der Erfindung, auch einen nicht brennbaren oder schwer entflammbaren Schaum zu schaffen, sondern es sollen im wesentlichen Mindestkriterien für einen nicht-schmel­ zenden Schaumstoff angegeben werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß die Tränkung des Schaumstoffs in einer solchen Menge erfolgt, bei der die Trockensubstanz des Tränkmittels 2 bis 10 Gew.-% des ungetränkten Schaum­ stoffs beträgt.

Das Verhältnis von Feststoffen zu organischem Binder sollte dabei mindestens 1 betragen.

Üblicherweise weisen schwer entflammbare oder flamm­ hemmend ausgerüstete Schaumstoffe, wie schon vor­ stehend beschrieben, einen sehr viel höheren Anteil an Tränkmaterialien auf, die bis zu einem Vielfachen des unbehandelten Schaumstoffrohgewichtes ausmachen können.

Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß schon bei einer Tränkung in einem so geringen Ausmaß von bis zu 2% des Schaumstoffsgewichtes herunter der Schaumstoff spezielle Eigenschaften maßgebend ändert und daß bei dieser geringen Beladung ein Schmelzen und Abtropfen des Schaumstoffes auch im Brandfalle nicht mehr erfolgt, sondern daß bei einem Brand der Schaum an Ort und Stelle mit meist verminderter Intensität abbrennt, ohne daß die Schaumstoffkonfiguration zusammenbricht.

Als geeignete Tränkmittel kommen dabei eine ganze Reihe von Kombinationen geeigneter organischer Binder und Feststoffe in Frage:

Als organischer Binder kann ein Latex z. B. in Form eines carboxylierten Chloroprenlatex oder eines normalen Chloroprenlatex verwendet werden. Es ist aber auch möglich, als organische Bindersysteme Kunststoff­ dispersionen zu verwenden, wobei beispielsweise Acrylat-Dispersionen, Vinylacetat-Dispersionen oder Polyvinylchlorid-Dispersionen zur Anwendung kommen können.

Als anorganische Feststoffe haben sich insbesondere Metalloxide oder Metallhydroxide, z. B. Aluminium­ hydroxid oder Magnesiumhydroxid, als zweckmäßig er­ wiesen. Es ist aber auch möglich, Metallsalze, z. B. Zinkborat, Kalziumcarbonat oder Bariumsulfat, zu verwenden.

Ferner können als Feststoffe auch Graphitstaub oder Metallpulver zum Einsatz kommen.

Als besonders zweckmäßig hat sich aus den vorstehend genannten Materialien ein Tränkbad mit carboxyliertem Chloroprenlatex als organischer Binder und ein höher­ wertiges Zinkborat mit geringem Kristallwasseranteil erwiesen.

Wie bereits ausgeführt, sollte das Mindestverhältnis von Feststoffen zu organischem Binder - bezogen auf die Trockensubstanz - etwa 1 betragen, d. h. gleiche Anteile von Feststoffen und Binder. Die Obergrenze wird demgegenüber durch das Vermögen des Binders, Feststoffe in der Binderemulsion zu binden, bestimmt, wobei diese Obergrenze ein Verhältnis von 10 sicher nur unwesentlich überschreiten dürfte.

Der Mechanismus des Effektes des Nicht-Schmelzens des Schaumstoffs auch bei einer so geringen Tränkung von 2 bis 10 Gew.-% kann etwa wie folgt erklärt werden:

Voraussetzung für das Auftreten des Phänomens des Nicht-Schmelzens auch bei der angegebenen geringen Beladung ist ein offenzelliger Schaumstoff mit mög­ lichst gleichgroßen Zellen und einer hinreichenden Einzelzellgröße, wie sie etwa bei Schaumstoffen mit einem Raumgewicht von 16-50 kg/m³ auftreten. Durch die Tränkung werden die Zellstege und die verblei­ benden Oberflächen der Zellwände homogen mit dem die Feststoffe enthaltenden Binder überzogen - wenn auch sehr dünn -, so daß das Zellmaterial allseitig weit­ gehend gegen Sauerstoffzutritt abgeschlossen ist. Durch Effekte der an der Oberfläche der Zellstege fein verteilten Feststoffe, die im wesentlichen für das Nicht-Schmelzen verantwortlich sind, ändern sich Kinetik und Reaktionsmechanismus der Pyrolyse des Schaumstoffs, so daß bei der angegebenen geringen Beladung mit Feststoffen diese Feststoffe zwar im allgemeinen nicht verhindern können, daß der Schaum­ stoff selbst brennt, daß diese Feststoffe jedoch soweit durch Reaktion mit den Pyrolysegasen in den Chemismus eingreifen, daß der Schaumstoff selbst nicht mehr schmilzt und abtropft, sondern an Ort und Stelle abbrennt. Dabei ist gleichzeitig aber auch ein lang­ samerer Abbrandverlauf als bei ungetränktem Schaum­ stoff zu beobachten, so daß insbesondere der gefürch­ tete flash-over, d. h. ein explosionsartiges Ausbrei­ ten der Flammen, schon bei diesen geringen Tränkmengen sicher verhindert wird.

Aufgrund der zahlreichen angegebenen Materialien, die als Feststoffe und Binder geeignet sind, ist es also auf einfache Weise möglich, einen Schaumstoff nicht­ schmelzend auszurüsten, wenn lediglich eine hinrei­ chende Menge von Feststoffen in gleichmäßiger Vertei­ lung an die Zelloberflächen gebracht wird.

Es hat sich dabei gezeigt, daß ein so behandelter Schaumstoff unabhängig von Art und Größe der Zünd­ quelle in gleicher Weise reagiert, d. h. nicht weg­ schmilzt. Dies gilt einmal bei kleinen Zündquellen, bei denen zum Beispiel eine brennende Zeitung oder eine glimmende Zigarette mit dem Schaumstoff in Berührung kommt, wobei auch bei Erreichen der Zünd­ und Brenntemperatur ein Schmelzen nicht auftritt.

In gleicher Weise hat es sich ergeben, daß dieser Schaumstoff auch bei großen Zündquellen eine stabile Konfiguration beibehält. Als eine derartige große Zündquelle gilt im allgemeinen der von den Luftfahrt­ aufsichtsbehörden geforderte Test nach FAR 25 853c. Dabei wird der Schaumstoff von einem Kerosinbrenner hoher Intensität und einer Flammentemperatur von 1035°C aus einer Entfernung von 102 mm über 2 min beflammt. Eine andere Prüfmethode, bei der der Schaum­ stoff in gleicher Weise reagiert, besteht darin, den Schaumstoff aus 15 mm Entfernung mit einer Bunsen­ brennerflamme von über 1000°C zu beflammen.

In keiner der vorstehend aufgeführten Versuchsdurch­ führungen trat ein Schmelzen des Schaumstoffs auf, d. h. das Schmelzverhalten bzw. das Phänomen des Nichtschmelzens ist weitgehend unabhängig von Art und Größe der Zündquellen, sondern jetzt eine inhärente Materialeigenschaft des Schaumstoffs.

Dies ist von besonderem Vorteil auch in Fällen, bei denen in der Umgebung des Schaumstoffs durch Wärme­ strahlung eines benachbarten Feuers ohne direkte Flammeinwirkung eine solche Temperatur herrscht, daß üblicherweise ein Abtropfen des von heißer Atmosphäre umhüllten Schaumstoffs auftritt, wobei diese Schmelzen dann auch besonders leicht entzündlich wären und somit zu einer schnellen Brandausbreitung beitragen würden.

Derart ausgerüsteten Schaumstoffen erschließt sich somit ein weites Anwendungsfeld, wobei insbesondere der öffentliche Verkehrsbereich und Räume mit hohem Publikumsaufkommen vorrangig von Bedeutung sind.

Da darüber hinaus ein Nicht-Schmelzen von Schaumstoff im Grunde für alle Anwendungsbereiche von Vorteil und Bedeutung ist, sollte eine derartige Ausrüstung generell als Mindestanforderung Geltung erlangen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines bei Einwirken einer Zündquelle nicht schmelzenden Schaumstoffes auf Polyurethanbasis, der mit einem Feststoffe enthalten­ den organischen Binder getränkt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tränkung des Schaumstoffs in einer solchen Menge erfolgt, bei der die Trockensubstanz des Tränkmittels 2 bis 10 Gew.-% des ungetränkten Schaum­ stoffs beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verhältnis von Feststoffen zu organischem Binder mindestens 1 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organischer Binder ein Latex verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organischer Binder eine Kunststoffdispersion verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffe Metalloxide oder Metallhydroxide verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffe Metallsalze verwen­ det werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoff Graphit verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffe Metallpulver verwendet werden.