DE3825251A1 - Verfahren zur herstellung eines schwer entflammbaren polyurethan-verbundschaumstoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines schwer entflammbaren Polyurethan-Verbundschaumstoffes, der aus Polyurethan-Schaumstoffflocken unter Zumischung eines Bindemittels durch Verpressen bei erhöhter Temperatur verfestigt wird.

Bei einer Reihe von Produkten, insbesondere für die Kraftfahrzeugindustrie, für die Verpackungsindustrie und für Anwendungen im Schallschutz, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, diese aus Polyurethan-Verbundschaum herzustellen, d. h. aus mit einem Bindemittel benetzten und verpreßten Polyurethan-Schaumstoffflocken. Damit können einmal komplizierte Formteile leichter hergestellt werden sowie Teile mit einem Raumgewicht, das mit normalem Schaumstoff oder Blockschaum oder auch Formschaum nicht erreichbar ist. Dabei weist ein derartiger Polyurethan-Verbundschaum noch eine erhebliche und insbesondere gezielt einstellbare Elastizität auf, die für viele Anwendungen von Bedeutung ist, üblicherweise hat aber ein derartiger Polyurethan-Verbundschaum das gleiche Brandverhalten wie herkömmliche, direkt geschäumte Teile, d. h. dieser Verbundschaum brennt sehr leicht unter Bildung abtropfender Schmelze. Diese leichte Brennbarkeit und insbesondere das Schmelzen, wobei diese Schmelzen ebenfalls leicht brennen, ist jedoch für die meisten Anwendungen von erheblichem Nachteil.

Andererseits sind aber z. B. aus der DE-OS 27 54 313 flammhemmend ausgerüstete Polyurethan-Schaumstoffe bekannt, die durch Behandeln mit einer Mischung aus einem vernetzbaren Elastomerlatex und einem flammhemmenden Additiv hergestellt werden, wobei man den Polyurethanschaum mit einer Mischung aus einem carboxylgruppenhaltigen Polychloroprenlatex und Aluminiumhydroxid behandelt und den Latex mit Zinkoxid oder Magnesiumoxid vernetzt.

Man könnte nun daran denken, entsprechende schwer entflammbare Polyurethan-Verbundschaumstoffe allein aus imprägnierten Flocken eines solchen Schaumstoffes herzustellen. Da ein derartiger imprägnierter Polyurethan-Schaumstoff aber schon von Hause aus ein sehr hohes Raumgewicht aufweist, das im allgemeinen über 100 kg/m³ liegt, würde das Raumgewicht eines entsprechenden Verbundschaumstoffes wegen des erforderlichen Verpressens und des zusätzlichen Bindemittels noch erheblich darüber liegen, so daß damit die Anwendungsbereiche erheblich eingeschränkt wären. Außerdem ist in vielen Fällen ein vollständiger Brandschutz, der auch mit nicht unerheblichen Kosten für das Imprägniermittel verbunden ist, gar nicht erforderlich, sondern es sind oftmals selbstverlöschende oder nicht schmelzende Eigenschaften voll ausreichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen flammhemmenden Polyurethan-Verbundschaumstoff zu schaffen, dessen Brandverhalten in weiten Grenzen gezielt eingestellt werden kann und bei dem insbesondere das Erhalten spezieller physikalischer Werte in keiner Weise behindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß unbehandelte Polyurethan-Standard-Schaumstoffflocken in einem solchen Verhältnis mit flammhemmend imprägnierten Polyurethan- Schaumstoffflocken gemischt werden, daß der Anteil an flammhemmend imprägnierten Schaumstoffflocken vor dem Verpressen mindestens 30 Vol.-% beträgt und als Bindemittel Isocyanate oder Isocyanatpräpolymere verwendet werden.

Bei einem derart hergestellten Polyurethan-Verbundschaumstoff können somit eine erhebliche Menge von Flocken eines herkömmlichen Polyurethan-Standard-Schaumstoffes verwendet werden, wobei dennoch ein spezifisches Brandverhalten und insbesondere ein Nichtabtropfen erreicht werden kann.

Dabei sollte die Flockengröße zweckmäßigerweise 1-25 mm, insbesondere 8-20 mm, betragen.

Die flammhemmend ausgerüsteten Schaumstoffflocken können dabei aus einem Polyurethan-Schaumstoff erhalten werden, der in an sich bekannter Weise mit einem Feststoffe in Form von Metalloxiden, -hydroxiden oder -salzen enthaltenden Latex-Binder getränkt ist. Besonders zweckmäßig hat sich dabei in an sich bekannter Weise eine homogene Tränkmischung aus carboxiliertem Chloroprenlatex und einem Zinkborat und/oder Aluminiumoxid erwiesen, wobei das Bindersystem mit dem Zinksalz als Feststoff in einer Menge von 50-500 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsrohdichte des unverflockten Schaumstoffes, verwendet werden sollte.

Bezüglich des Bindermittelanteils sollte dieser mindestens 5 Gew.-%, insbesondere 10-20 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Flockengewicht, betragen.

Bei der Herstellung eines derartigen Polyurethan-Verbundschaumstoffes werden also zunächst Flocken eines unbehandelten Polyurethan- Standard-Schaumstoffes mit solchen eines flammhemmend imprägnierten Polyurethan-Schaumstoffes gemischt. Dabei können diese Flocken gesondert für den speziellen Anwendungsfall hergestellt werden oder es können aber auch gesondert aufbereitete Abfälle verwendet werden. Die Flockengröße sollte im allgemeinen 25 mm nicht überschreiten, wobei das Untermaß bei einer Feinflocke von etwa einem Millimeter Durchmesser liegt.

Es können dabei Flocken gleicher Größe zumindest der einen Schaumstoffsorte oder auch Flocken unterschiedlicher Größe zur Anwendung kommen.

Der Anteil der zu verwendenden Flocken aus flammhemmend imprägniertem Polyurethan-Schaumstoff ist einmal abhängig von dem gewünschten Brandverhalten des fertigen Verbundschaumstoffes, zum anderen aber auch von der Flockengröße. Bei dem fertigen Polyurethan-Verbundschaumstoff muß nämlich sichergestellt sein, daß sich in dem entsprechenden Verbundschaumstoff-Stück keine durchgehenden Reihen brennbarer Schaumstoffflocken bilden, d. h., daß nicht auf einer Bahn eine größere Anzahl von Polyurethan- Standard-Schaumstoffflocken aneinander stoßen. In einem Brandfall würde sich dann nämlich der Brand entlang einer derartigen Linie ausbreiten und durchfressen.

Es muß vielmehr sichergestellt sein, daß möglichst jede Polyurethan- Standard-Schaumstoffflocke von flammhemmend ausgerüsteten Polyurethan-Schaumstoffflocken umgeben ist, so daß zwar ein punktuelles Ausbrennen einzelner Flocken möglich sein kann, daß sich ein solcher Brand aber nicht weiterfrißt.

Das bedeutet für das Mischungsverhältnis, daß bei größeren Flocken aus Polyurethan-Standard-Schaumstoff auch ein höherer Anteil an flammhemmend ausgerüsteten Polyurethan-Schaumstoffflocken erforderlich ist, insbesondere wenn letztere auch relativ groß sind.

Die vorstehenden Aussagen beziehen sich dabei allein auf das Volumenverhältnis der zu vermischenden Polyurethan-Schaumstoffflocken. Da im allgemeinen die getränkten Polyurethan-Schaumstoffflocken sehr viel schwerer sind als die Standard-Schaumstoffflocken, wird sich bezüglich der Gewichte ein völlig anderes Verhältnis ergeben, bei dem gewichtsmäßig die getränkte Flocke überwiegt.

Nach der trockenen Mischung der Flocken wird das flüssige Bindemittel zugegeben, das, wie bereits erwähnt, aus Isocyanaten oder Isocyanatpräpolymeren besteht. Derartige als Bindemittel eingesetzte Präpolymere weisen noch freie NCO-Gruppen auf, wobei ein bestimmter Anteil dieser NCO-Gruppen mit den aus dem Polyurethan-Standard-Schaumstoff stammenden Flocken zu einer echten Vernetzung an deren Oberfläche kommt, so daß damit auch eine chemische Verbindung der Flocken erfolgt.

Durch das anschließende Verpressen unter erhöhter Temperatur, die auch durch das Hindurchleiten von Wasserdampf erreicht werden kann, wird die endgültige Formgebung und Festigkeit des Polyurethan-Verbundschaumteils erreicht, wobei insbesondere das Rohgewicht der Flocken, der jeweilige Mischungsanteil und die Stärke der Verpressung das endgültige Raumgewicht des fertigen Polyurethan-Verbundschaumstoffes bestimmen.

Damit ist also durch die Vorgabe entsprechender Anteile von Polyurethan-Standard-Schaumstoffflocken und imprägnierten Polyurethan- Schaumstoffflocken ein sehr genau einstellbares Brandverhalten zu erreichen, d. h. es kann damit ein "Brandschutz nach Maß" erreicht werden.

Darüber hinaus können durch die Zugabe weiterer Materialien, insbesondere Festkörper niedriger Korngröße, die in die Außenzonen der Polyurethan-Schaumstoffflocken eindringen, zusätzliche Funktionalitäten erreicht werden, um damit die Anwendungsbereiche eines solchen Verbundschaumstoffes zu erhöhen.

So ist es beispielsweise durch Zugabe von Leitfähigkeitsruß möglich, den elektrischen Widerstand eines solchen Polyurethan- Verbundschaumstoffes herabzusetzen, wie das insbesondere für Verpackung von elektrischen oder elektronischen Bauteilen erforderlich ist.

Durch den Einbau anderer Feststoffe oder Partnermaterialien können darüber hinaus gezielte Verbesserungen für spezielle Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel eine Erhöhung der Ölbeständigkeit sowie Verbesserung eines mechanischen Absorptionsvermögens bei Schall, Schwingungen oder Stößen erreicht werden.

Anhand der nachfolgenden Beispiele werden das erfindungsgemäße Verfahren erläutert und die Meßergebnisse für das Brandverhalten dargestellt:

Beispiel 1

Imprägnierte Polyurethan-Schaumstoffflocken mit einer Größe von 10 mm werden zu 42 Vol.-% mit 58 Vol.-% unbehandelter Polyurethan- Standard-Schaumstoffflocken unter Zusatz von 11 Gew.-% Präpolymer, bezogen auf die Gesamtmasse, innig vermischt.

Die Mischung wird so stark komprimiert, daß ein Polyurethan-Verbundschaum mit einem Raumgewicht von 130 kg/m³ erreicht wird, und unter Hindurchleiten von Wasserdampf ausgehärtet.

Beispiel 2

Eine Polyurethan-Schaumstoffflockenmischung wie nach Beispiel 1 aus imprägnierten Polyurethanschaumstoffflocken und unbehandelten Polyurethan-Standard-Schaumstoffflocken, jedoch auf ein Endraumgewicht von 160 kg/m³ verpreßt.

Beispiel 3

Es werden nur Flocken von 10 mm Größe eines nicht imprägnierten, herkömmlich flammgeschützten Polyurethan-Ether-Schaumstoffes mit 11 Gew.-% Präpolymer gemischt, auf ein Raumgewicht von 130 kg/m³ verpreßt und durch Wasserdampf ausgehärtet.

Nachstehend werden die physikalischen Daten und in Tabelle 2 das Brandverhalten der drei Beispiele gegenübergestellt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Aus diesen Beispielen ergibt sich eindeutig, daß ein Polyurethan- Verbundschaumstoff mit einem Anteil von weit unter 50% flammhemmend imprägnierter Polyurethan-Schaumstoffflocken die wesentlichen Brandschutzbestimmungen erfüllt, d. h. er ist selbstverlöschend, brennt also nicht selbsttätig weiter, schmilzt auch bei größerer Zündquelle nicht und tropft nicht ab, wobei diese Schmelzen besonders leicht brennen, und er erfüllt die Brandschutzklasse B2. Im Gegensatz dazu ist ein Verbundschaumstoff aus herkömmlichen, flammgeschützten Polyurethan-Ether- Schaumstoffflocken zwar selbstverlöschend, schmiltzt aber bei Einwirken einer Zündquelle und tropft brennend ab und erfüllt damit lediglich UTAC St. 18-502, Kat. 3.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines schwer entflammbaren Polyurethan-Verbundschaumstoffes, der aus Polyurethan- Schaumstoffflocken unter Zumischung eines Bindemittels durch Verpressen bei erhöhter Temperatur verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unbehandelte Standard-Schaumstoffflocken in einem solchen Verhältnis mit flammhemmend imprägnierten Schaumstoffflocken gemischt werden, daß der Anteil an flammhemmend imprägnierten Schaumstoffflocken vor dem Verpressen mindestens 30 Vol.-% beträgt und als Bindemittel Isocyanate oder Isocyanatpräpolymere verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockengröße 1-25 mm, insbesondere 8-20 mm, beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flammhemmenden Polyurethan-Schaumstoffflocken aus einem Polyurethan-Schaumstoff erhalten werden, der in an sich bekannter Weise mit einem Feststoffe in Form von Metalloxiden, -hydroxiden oder -salzen enthaltenden Latex-Binder getränkt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als Tränkmischung carboxylierter Chloroprenlatex als Bindemittel und ein Zinborat als Feststoff verwendet und der Schaumstoff in einer Menge von 50-500 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsrohdichte des unverflockten Schaumstoffes, getränkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindemittelanteil mindestens 5 Gew.-%, insbesondere 10-20 Gew.-%, bezogen auf das eingesetzte Schaumstoffflockengewicht, beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaumstoffflockengemisch zusätzliche, in die Außenzonen der Schaumstoffflocken eindringende Festkörper niedriger Korngröße in Form von Leitfähigkeitsruß zur Herabsetzung des elektrischen Widerstandes zugesetzt werden.