DE3825251C2 - 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 Kraftfahr­ zeugindustrie, 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-Schaumstoff­ flocken. Damit können einmal komplizierte Formteile leichter hergestellt werden sowie Teile mit einem Raumgewicht, das mit normalem Schaumstoff als Blockschaum oder auch Formschaum nicht erreichbar ist. Dabei weist ein derartiger Polyurethan-Verbund­ schaum noch eine erhebliche und insbesondere gezielt einstellba­ re Elastizität auf, die für viele Anwendungen von Bedeutung ist, üblicherweise hat aber ein derartiger Polyurethan-Verbund­ schaum 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 Behan­ deln mit einer Mischung aus einem vernetzbaren Elastomerlatex und einem flammhemmenden Additiv hergestellt werden, wobei man den Polyurethanschaum mit einer Mischung aus einem carboxyl­ gruppenhaltigen Polychloroprenlatex und Aluminiumhydroxid behan­ delt 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 Brand­ schutz, der auch mit nicht unerheblichen Kosten für das Impräg­ niermittel verbunden ist, gar nicht erforderlich, sondern es sind oftmals selbstverlöschende oder nicht schmelzende Eigen­ schaften voll ausreichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen flammhem­ menden Polyurethan-Verbundschaumstoff zu schaffen, dessen Brand­ verhalten 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 flammhem­ mend imprägnierten Schaumstoffflocken vor dem Verpressen minde­ stens 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 herkömmli­ chen 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 Metalloxi­ den, -hydroxiden oder -salzen enthaltenden Latex-Binder getränkt ist. Besonders zweckmäßig hat sich dabei in an sich bekannter Weise eine homogene Tränkmischung aus carboxiliertem Chloropren­ latex 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 eingesetz­ te Flockengewicht, betragen.

Bei der Herstellung eines derartigen Polyurethan-Verbundschaum­ stoffes werden also zunächst Flocken eines unbehandelten Polyure­ than-Standard-Schaumstoffes mit solchen eines flammhemmend imprägnierten Polyurethan-Schaumstoffes gemischt. Dabei können diese Flocken gesondert für den speziellen Anwendungsfall herge­ stellt 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 impräg­ niertem 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 Polyure­ than-Standard-Schaumstoffflocken aneinander stoßen. In einem Brandfall würde sich dann nämlich der Brand entlang einer derar­ tigen Linie ausbreiten und durchfressen.

Es muß vielmehr sichergestellt sein, daß möglichst jede Polyure­ than-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-Schaumstoff­ flocken erforderlich ist, insbesondere wenn letztere auch rela­ tiv groß sind.

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

Nach der trockenen Mischung der Flocken wird das flüssige Binde­ mittel 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 ferti­ gen Polyurethan-Verbundschaumstoffes bestimmen.

Damit ist also durch die Vorgabe entsprechender Anteile von Polyurethan-Standard-Schaumstoffflocken und imprägnierten Poly­ urethan-Schaumstoffflocken ein sehr genau einstellbares Brandver­ halten 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 Außenzo­ nen der Polyurethan-Schaumstoffflocken eindringen, zusätzliche Funktionalitäten erreicht werden, um damit die Anwendungsberei­ che 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 erfor­ derlich ist.

Durch den Einbau anderer Feststoffe oder Partnermaterialien können darüber hinaus gezielte Verbesserungen für spezielle Anwendungsgebiete, wie zum Beispiel eine Erhöhung der Ölbestän­ digkeit sowie Verbesserungen eines mechanischen Absorptionsvermö­ gens 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 Poly­ urethan-Standard-Schaumstoffflocken unter Zusatz von 11 Gew.-% Präpolymer, bezogen auf die Gesamtmasse, innig vermischt.

Diese 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 unbehandel­ ten 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 Polyure­ than-Verbundschaumstoff mit einem Anteil von weit unter 50% flammhemmend imprägnierter Polyurethan-Schaumstoffflocken die wesentlichen Brandschutzbestimmungen erfüllt, d. h. er ist selbst­ verlöschend, 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 Verbundschaum­ stoff aus herkömmlichen, flammgeschützten Polyurethan-Ether- Schaumstoffflocken zwar selbstverlöschend, schmilzt 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 von Isocyanaten oder Isocyanatpräpolymeren als Bindemittel durch Verpressen bei erhöhter Temperatur verfestigt wird, wobei unbehandelte PU-Standard-Schaumstoffflocken in einem solchen Verhältnis mit flammhemmend imprägnierten PU-Schaumstoffflocken gemischt werden, daß der Anteil an flammhemmend imprägnierten Schaumstoffflocken vor dem Verpressen mindestens 30 Vol.-% beträgt und im fertigen Verbundschaumstoff möglichst jede PU-Standard-Schaumflocke von flammhemmend ausgerüsteten PU-Schaumflocken umgeben ist.

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

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 carboxylier­ ter Chloroprenlatex als Bindemittel und ein Zinkborat als Feststoff verwendet und der Schaumstoff in einer Menge von 50-500 Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsrohdich­ te 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 Schaumstoff­ flockengewicht, beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaumstoffflockengemisch zusätzliche, in die Außenzo­ nen der Schaumstoffflocken eindringende Festkörper niedri­ ger Korngrößer in Form von Leitfähigkeitsruß zur Herabset­ zung des elektrischen Widerstandes zugesetzt werden.