DE69922048T2

DE69922048T2 - Überzugszusammensetzung

Info

Publication number: DE69922048T2
Application number: DE69922048T
Authority: DE
Inventors: Jason Nicholas WELTON; Herbert Keith Gnosall DODD
Original assignee: HB Fuller Coatings Ltd
Current assignee: Sherwin Williams Co
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: JP2002533512A; WO2000037557A3; US6696513B1; EP1013713A1; DE69922048D1; ATE282665T1; WO2000037557A2; EP1144506B1; EP1144506A2; AU1876000A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung zur Verwendung als ein Steckschichtmaterial für die Herstellung von Kunststoff-Schichtstoffen.
Hintergrund der Erfindung
Kostengünstige Kunststoffe, wie Polyvinylchlorid (PVC) finden viele wirtschaftliche Verwendungen, erfordern aber oft eine Abdeckung mit anderen Werkstoffen, wenn durch die beabsichtigte Verwendung wahrscheinlich eine unbillig schnelle Verschlechterung des Basiskunststoffs veranlasst wird oder wenn der Wunsch besteht, dem Basiskunststoff Farbe, Glanz, Witterungsbeständigkeit oder irgendeine andere Eigenschaft zu verleihen.
PVC ist z. B. wegen seiner niedrigen Kosten, der Steifigkeit, leichten Verarbeitung (z. B. durch Extrusion) und anderer mechanischer Eigenschaften für die Verwendung bei verschiedenen Bauwerkstoffen und -produkten geeignet. Beispiele sind Fenstersysteme einschließlich Profile für alle Fenstertypen, Türsätze und verwandte Gegenstände; Dachfirst und Verkleidungsprodukte, wie Gurtsimse, Giebelschutzbretter, Bogenleibungen, Schiffplanken- und Keilspundverkleidung; Regenwassersysteme, wie Dachrinnen, Fallrohre und Zubehör; und Leitungssysteme, wie Abwasserund Prozessleitungen für den Einsatz über und unter der Erde. Oft benutzen diese Produkte expandiertes PVC, um so Werkstoff zu sparen und das Gewicht dieser Produkte zu verringern. PVC ist jedoch gegenüber Wärme und Licht relativ unbeständig und hat keine gute Haltbarkeit oder Beständigkeit gegenüber Verwitterung. Dies kann besondere Probleme ergeben, wenn das Aussehen des Bauprodukts, etwa eines Fensterrahmens wichtig ist. Die PVC-Verschlechterung umfasst die Vergilbung des Materials und kann hässlich sein. Das Problem der geringen Witterungsbeständigkeit kann desgleichen z. B. bei Dachrinnen von besonderer Bedeutung sein. Die Verschlechterung der PVC-Dachrinnen kann zu Rissen in dem Material führen, die schließlich einen Wasseraustritt aus den Dachrinnen ermöglichen können.
Andere Basiskunststoffe, die auf diesen Anwendungsgebieten anstelle von oder neben PVC eingesetzt werden können, sind Polybuten, Polypropylen, Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamide und Polymere auf Styrolbasis, wie Acrylnitril-Butaden-Styrol-Copolymere, hochschlagfestes Polystyrol und Styrol-Acrylnitril-Polymere. Diese Werkstoffe werden aus Kosten- oder Gewichtsüberlegungen geschäumt. Diese Werkstoffe haben im Allgemeinen ein oder mehrere der Nachteile des PVC.
Eine herkömmliche Lösung für das Problem der geringen Haltbarkeit des Basiskunststoffs ist die Beschichtung des Kunststoffs mit einer dünnen Schicht eines Deckschichtmaterials, nämlich eines anderen Materials mit besserer Beständigkeit gegenüber Verwitterung und vielleicht anderen erwünschten Eigenschaften, wie Farbe und Glanz. Diese Deckschichtmaterialien sind in der Technik bekannt.
US-Patent Nr. 3,458,391 beschreibt einen beschichteten Gegenstand, der in Übereinanderlage ein Steifigkeit verleihendes Basiselement aufweist, an das ein Schutzfilm aus einer Mischung aus 90 bis 40 Gew.-% Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylmethyacrylat und 10 bis 60 Gew.-% Polyvinylidenfluorid gebunden ist.
US-Patent Nr. 5,322,899 gibt eine Deckschicht Polymerzusammensetzung an, die 30 bis 80 % eines Fluorpolymerbestandteils, 5 bis 50 % Polymethylmethacrylat und 5 bis 50 % Polyethylmethacrylat aufweist.
Die internationale Patentanmeldung Nr. WO 93/05959 beschreibt einen Kunststoffverbundstoff aus einem Strangpressprodukt mit wenigstens 2 Schichten einschließlich einer Schicht einer ersten Polymersubstanz mit 1 bis 70 Gew.-% eines Acrylmaterials, eines Fluorpolymeren und eines anorganischen Pigments in Berührung mit einer zweiten polymeren Schicht.
Ein anderes Deckschichtmaterial, das Polyvinylidenfluorid enthält, ist in der europäischen Patentschrift Nr. 0151812 A2 beschrieben.
US-Patent Nr. 5,132,164 beschreibt ebenfalls einen Film nach Art eines Fluorharzes mit einem Mehrschichtaufbau.
Coextrusionsverfahren zur Herstellung von Verbundpolymeren sind ebenfalls bekannt, wie z. B. in der britischen Patentschrift Nr. 2071007 A beschrieben ist.
Die Warmverformung eines Kunststoffsubstrats bei gleichzeitiger Bildung einer integralen Beschichtung auf der Oberfläche des Thermoplasten ist in US-Patent Nr. 5,268,203 angegeben.
Ein Übersichtsbericht der Entwicklungen der Kunststofffensterrahmen, einschließlich PVC, coextrudierter und PMMA-beschichteter Profile, der PVC-Extrusionsanlage, von expandierbarem PVC und Stabilisatoren ist zu finden in Macplas Int., Juni 1991, Seiten 57 bis 64. Mischungen von selbsterlöschendem PVC mit hochschlagfestem Polystyrol, PMMA und ihre rheologischen Eigenschaften sind in einem Artikel beschrieben mit dem Titel „Feuerhemmende Gemische, Legierungen und thermoplastische Elastomere", Konferenzberichte Hilton Head Island, SC, 17. bis 20. März 1991, Seiten 59 bis 84.
Während Fluorpolymere wegen ihrer Witterungsbeständigkeit und chemischen Beständigkeit in größerem Umfang als Deckschichtbestandteile vorgeschlagen wurden, sind sie im Verhältnis zu anderen Polymeren außerordentlich teuer.
Ein besonders wichtige Eigenschaft von Deckschichtmaterialien ist die feuerhemmende Eigenschaft. In US-Patent Nr. 4,965,309 ist ein rauchunterdrückender Zusatzstoff für Kunststoffe vorgeschlagen, der eine anorganische Zinkverbindung, eine andere anorganische Magnesiumverbindung als Magnesiumoxid und eine anorganische Molybdänverbindung sowie eine anorganische Kupferverbindung enthält. Der Einbau eines solchen Rauchunterdrückungsadditivs in PVC wird vorgeschlagen.
Die japanische ungeprüfte Patentbeschreibung Nr. 54/034359 beschreibt eine Zusammensetzung, die 100 Gewichtsteile eines Polymergemisches aus 95-35 Gewichtsteilen Polytetramethylenterephthalat und 5-65 Gewichtsteilen eines wenigstens 50 Gew.-% eines Methylmethacrylatpolymeren enthaltenden Methacrylatpolymeren, 3-40 Gewichtsteile einer Halogenverbindung, wie eines bromierten Epoxyharzes des Bisphenol-A-Typs, 1-30 Gewichtsteile einer Antimonverbindung, wie Antimontrioxid, und 3-70 Gew.-% (des gesamten Harzes) eines nicht elektrisch leitfähigen anorganischen Füllstoffs, wie Glasfaser und Talkum, aufweist.
I. N. Razinskaya et al., Plast Massy, Nr. 2 (1983), Seiten 49 bis 50 untersuchten die Synergie bei der gleichzeitigen Einwirkung von drei feuerhemmenden Mitteln, nämlich Antimontrioxid, Trichlorethylphosphat und Polyvinylfluorid in Zusammensetzungen mit Methylmethacrylat.
Arakawa et al., Kobunshi Ronbunshu (japanische Polymerwissenschaft und -technologie), Band 31, Nr. 10 (1974), Seiten 643 bis 647 machten eine quantitative Untersuchung der synergetischen Wirkung von Chlor und Phosphor oder Antimon bei der Verleihung selbsterlöschender Eigenschaften an Polymethylmethacrylat, wobei eine Mischung aus Polymethylmethacrylat und einem Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Copolymeren eingesetzt wird.
Während Acrylpolymere, wie Polymethylmethacrylat, viele der bei einem Deckschichtmaterial gewünschten Eigenschaften haben, ist ihre Entflammbarkeit ein Nachteil für ihre Verwendung. Dieser Nachteil kann bis zu einem gewissen Grade dadurch abgeschwächt werden, dass man diese Acrylpolymer-Deckschichtmassen als Coextrudate mit Halogen abgebenden Materialien, z. B. einem halogenhaltigen Polymeren, wie PVC, formuliert. Das Halogen abgebende Polymere liefert eine Quelle von Halogenatomen, die als ein Kettenabbrecher bei einer freiradikalischen Verbrennungsreaktion wirken können, wenn die Deckschichtmasse dem Feuer ausgesetzt ist. Wenn der Basiskunststoff PVC und das Halogen abgebende Polymere PVC ist, bildet sich zwischen identischen Bestandteilen des Basiskunststoffs und der Deckschicht eine starke Bindung. Um jedoch die scharfen Feuersicherheitsbestimmungen in vielen Ländern zu erfüllen, wird es oft nötig sein, ziemlich große Mengen (typischerweise wenigstens etwa 70 Gew.-%) des Halogen abgebenden Polymeren in das Deckschichtmaterial einzubauen. Während der Einbau großer Mengen von z. B. PVC in die Zusammensetzung eine Verbesserung der Feuerhemmung des Deckschichtmaterials herbeiführen kann, kann er auch zu einer größeren Verschlechterung der Deckschicht bei Einwirkung von UV-Licht oder unter anderen ungünstigen Umweltbedingungen führen.
Für viele Baumaterialien und -produkte ist es besonders wichtig, widerstandsfähig gegenüber der Flammenausbreitung zu sein. Idealerweise sollten polymere Verbundstoffe für den Einsatz in diesen Werkstoffen und Produkten die Normen von BS476, Teil 7, in dem Vereinigten Königreich erfüllen und die entsprechenden Feuersicherheitsprüfungen in anderen Ländern bestehen.
Es besteht daher ein Bedarf an Deckschichtmaterialien, die Feuerhemmung, gute Witterungsbeständigkeit und Haltbarkeit zeigen, kostengünstig herzustellen sind, gut aussehen und Farbstoff enthalten können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Deckschicht-Polymer zu schaffen, das feuerhemmend ist und eine oder mehrere dieser anderen Erfordernisse erfüllt.
Abriss der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Deckschichtpolymerzusammensetzung geschaffen, die eine Mischung enthält aus
einem schmelzextrudierbaren Acrylpolymer-Bestandteil,
10 bis 50 Gew.-% der Zusammensetzung eines Halogendonatorbestandteils,
einer wirksamen Menge eines Halogenverflüchtigungsmittels, und
einem Verkohlung induzierenden Bestandteil, der bei einem Flammenangriff auf die Zusammensetzung Kohlebildung herbeiführt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine Deckschicht-Polymerzusammensetzung. Diese umfasst einen schmelzextrudierbaren Acrylpolymer-Bestandteil, der vorzugsweise ein Acrylpolymer mit einem Molekulargewicht von etwa 50000 bis etwa 500000 auf einer zahlgemittelten Basis enthält oder umfasst. Die Deckschicht-Polymerzusammensetzung umfasst ferner etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Zusammensetzung eines Halogendonatorbestandteils, wie Polyvinylchlorid (PVC), das befähigt ist, sich bei Einwirkung einer Flamme auf die Zusammensetzung als ein Halogendonator zu verhalten. Ein dritter Bestandteil der Zusammensetzung ist ein Halogenverflüchtigungsmittel, wie Antimontrioxid oder Natriumantimonat, während ein vierter Bestandteil ein die Verkohlung herbeiführender Bestandteil ist, d. h. ein Bestandteil, der bei Flammenangriff auf die Zusammensetzung auf der Oberfläche der Zusammensetzung die Kohlebildung und dadurch die Bildung einer Sperre für die Eindringung der Flamme in den darunter liegenden Werkstoff induziert. Typische, die Verkohlung induzierende Bestandteile sind verglasende Keramiken und Zinksalze, wie Zinkstannat, Zinkborat oder ein Gemisch daraus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der schmelzextrudierbare Acrylpolymerbestandteil wenigstens eine größere Menge eines hochmolekularen Acrylpolymeren mit einem Molekulargewicht von etwa 50000, bevorzugter etwa 100000 bis etwa 500000 und insbesondere von etwa 150000 bis etwa 350000 auf einer zahlgemittelten Basis. Diese Acrylharze können durch Polymerisation von Estern oder Amiden der Acrylsäure oder einer α-Alkylacrylsäure, z. B. Methacrylsäure gebildet werden. Beispiele geeigneter Ester sind Acrylamid, α-Methylacrylamid, Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und dergleichen. Neben Homopolymeren können auch ungeordnete oder Block-Copolymere eingesetzt werden. Bevorzugte hochmolekulare Werkstoffe sind Oroglas DRT und Oroglas HFI-10, die von Atohaas UK Ltd., 1 Focuspark, Ashbourne Way, Cranmore Boulevard, Shirley, Solihull B90 4QU, England erhältlich sind, sowie Diakon, das von ICI Acrylics, P.O. Box 90, Wilton Centre, Middlesbrough, Cleveland TS90 8JE, England, erhältlich ist.
Der schmelzextrudierbare Acrylpolymer-Bestandteil enthält vorzugsweise mehr als etwa 50 Gew.-% eines hochmolekularen Acrylpolymeren und bis zu etwa 50 Gew.-% eines niedermolekularen Acrylpolymeren mit z. B. einem Molekulargewicht in dem Bereich von etwa 10000 bis etwa 100000 auf einer zahlengemittelten Basis. Typische niedermolekulare Acrylpolymere sind Paraloid B-67, das von Rohm & Haas, Lennig House, 2 Masons Avenue, Croydon CR9 3NB, England, erhältlich ist. Vorzugsweise macht der gesamte schmelzextrudierbare Acrylpolymer-Bestandteil etwa 40 bis etwa 75 Gew.-% der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung aus.
Die Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung der Erfindung enthält 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung eines Halogendonatorbestandteils, z. B. PVC, als ein Flammschutzmittel. Obgleich Halogendonatorpolymere gute feuerhemmende Eigenschaften haben, neigen sie auch zur Unbeständigkeit gegenüber UV-Licht. Demgemäss neigen bekannte Mischungen aus PVC und niedermolekularen Acrylpolymeren, die relativ hohe Anteile, typischerweise etwa 70 Gew.-% oder mehr PVC enthalten, zum Abbau, wenn sie länger UV-Licht ausgesetzt werden. In der Polymerzusammensetzung des Deckschichtmaterials der Erfindung ist der Anteil des Halogendonatorbestandteils relativ zu bekannten Mischungen verringert. Der relativ niedrige Anteil des Halogendonatorbestandteils in Kombination mit dem Einsatz hochmolekularer Acrylpolymere verleiht der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung der Erfindung ausgezeichnete UV-Stabilität.
Der Halogendonatorbestandteil ist vorzugsweise PVC, jedoch umfassen andere geeignete Halogendonatorpolymere halogenhaltige Polymere, wie chloriertes Polyethylen, Fluorpolymere, z. B. Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenchlorid und bromierte Polyacrylate. Andere Halogendonatoren, die erwähnt werden können, sind Hexabromcyclododekan, Octabromdiphenylether und Cereclor (das von Imperial Chemical Industries plc. erhältlich ist).
Wenn der Halogendonatorbestandteil PVC ist, hat er vorzugsweise einen K-Wert von etwa 50 bis etwa 65. Ein geeignetes handelsübliches Material ist Evipol SH5730, das von EVC Limited, 1 King' court, Manor Farm Road, Runcorn, Cheshire WA7 1HR, England erhältlich ist, oder Benvic ER1525/1A, das von Solvay Chemicals, Grovelands Business Center, Boundary Way, Hemel Hempstead, Hertfordshire HP2 7TE, England erhältlich ist.
Die Deckschicht-Polymerzusammensetzung enthält ferner eine wirksame Menge typischerweise etwa 1 Gew.-% bis zu etwa 10 Gew.-% eines Halogenverflüchtungsmittels, dessen Funktion es ist, sich mit Halogenradikalen zu vereinigen, die durch den Halogendonator beim Angriff einer Flamme an der Oberfläche der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung und von einem flüchtigen Halogenid durch Reaktion mit ihm freigesetzt werden. Beispiele geeigneter Halogenverflüchtigungsmittel sind Antimonoxid, Antimonsalze, wie ein Alkalimetallantimonat, z. B. Natriumantimonat, und Stannatsalze, wie Zinkstannat oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren davon. Vorzugsweise enthält die Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung etwa 3 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% des Halogenverflüchtigungsmittels. Durch den Halogendonator in Gegenwart einer Flamme freigesetzte Halogenradikale vereinigen sich z. B. mit Antimonoxid unter Bildung des flüchtigen Antimontrichlorids Sb₂Cl₆, wird angenommen. In der Flamme dissoziiert dieses, um wieder Halogenradikale zu bilden, die mit Hydroxyradikalen reagieren, die vermutlich die Radikale sind, die hauptsächlich für die Ausbreitung einer Flamme verantwortlich sind. Durch Einfangen der Hydroxyradikalen wird die Kettenreaktion freier Radikale beendet, so dass dies hilft, eine weitere Flammenausbreitung zu verhindern.
Bei einer bevorzugten Zusammensetzung wird eine synergistische Kombination aus PVC und Antimonoxid (oder Natriumantimonat) eingesetzt, die Fänger flüchtiger Radikale bildet, die die Flammenausbreitungsstufe in dem Verbrennungsprozess beenden. Das Verhältnis von PVC zu Antimonoxid (oder Natriumantimonat) muss für den wirksamen Nutzen der Halogene aufrecht erhalten werden. Die Anwesenheit von PVC verringert die UV-Beständigkeit des Deckschichtmaterials. Die für Hitze und Scherung empfindliche Natur des Polymeren erfordert einen Zusatz von PVC zu der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung bei einer relativ niedrigen Temperatur (z. B. weniger als etwa 200°C), um die Gefahr zu vermeiden, dass ein stark UV- empfindliches Material hergestellt wird infolge der Bildung überempfindlicher Radikale, die durch Chlorwasserstoffabspaltung von dem Polymergerüst verursacht wird.
Der die Verkohlung induzierende Bestandteil liegt typischerweise in einer Menge von 2 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung vor. Er kann ein vitrifizierendes keramisches Material sein, wie Ceepree Microfine, das ein Produkt der Brenner Mond Limited ist und von Ceepree Products, 135a Linaker Street, Southport, Merseyside PR8 SDF, England, erhältlich ist. Andere geeignete Verkohlung induzierbare Bestandteile sind Zinkborat, Zinkphosphat, Zinkstannat und Phosphonate, wie Dimethyl-methylphosphonat.
Andere Bestandteile können in der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung der Erfindung typischerweise in Mengen enthalten sein, die etwa 5 Gew.-% der Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung nicht übersteigen. Z. B. können ein PVC-Stabilisator, wie carboxyliertes Organozinn, das von Ciba Geigy Limited, Hulley Road, Macclesfield, Cheshire SK10 2NX, England, unter der Bezeichnung Irgastab T-9 erhältlich ist, oder epoxydiertes Sojabohnenöl, das von Ciba Geigy Limited unter der Bezeichnung Irgaplast-39 erhältlich ist, eingesetzt werden.
Ein anderes Beispiel eines minderen wahlweisen Bestandteils ist ein Wärmeabfuhrmaterial. Die Wärmeabfuhrmaterialien umfassen Aluminiumoxidtrihydrat und Magnesiumhydroxid.
Als Beispiel eines anderen geringeren Bestandteils können geringe Mengen Fluorpolymere, wie Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit des Materials bei der Herstellung zu verbessern. Ein geeignetes handelsübliches Material ist Lancowax TF1778, das von Capricorn Chemicals, Lisle Lane, Ely, Cambridgeshire CB7 4AS, England, erhältlich ist. Ein Absorber von ultraviolettem Licht, wie das Benzotrialzol Tinuvin 320, das von Ciba Geigy Limited erhältlich ist, oder Lowilite 55, das von Great Lakes, P. O. Box 44, Oil Sites Road, Ellesmere Port, South Wirral, L65 4GD, England, erhältlich ist, kann ebenfalls als geringerer Bestandteil in die Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung eingearbeitet werden.
Die Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung der Erfindung kann ferner ein Pigment oder ein Pigmentgemisch enthalten, um der Zusammensetzung eine Farbe zu verleihen. Typischerweise übersteigt die Menge Pigment oder Pigmentgemisch nicht etwa 18 Gew.-% der Zusammensetzung und liegt üblicher in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.% der Zusammensetzung. Geeignete Pigmente sind jene, die in der folgenden Tabelle 1 angegeben sind.
Tabelle 1
Bei der Auswahl eines Pigments für die Einbringung in eine Deckschicht-Polymerzusammensetzung wählt man vorzugsweise ein anorganisches Pigment, vorzugsweise eins, das einen niedrigen Wärmegewinn hat, wenn es dem Sonnenlicht ausgesetzt wird.
Die Erfindung schafft auch ein Polymerlaminat, das einen Basiswerkstoff, wie PVC und eine Schicht einer Deckschicht-Polymerzusammensetzung nach der Erfindung umfasst. Ein solches Polymerlaminat kann benutzt werden, um Bauwerkstoffe und -produkte herzustellen, wie Fenstersysteme einschließlich Profile für alle Fenstertypen, Türsätze und damit in Verbindung stehende Gegenstände, Dachleitungs- und Verkleidungsprodukte, wie Gurtsimse, Giebelschutzbretter, Bogenleibungen, Schiffsplanken und V-Nut-Verkleidungen; Regenwassersysteme, wie Dachrinnen, Fallrohre und Zubehör; Rohrleitungssysteme, wie Abwasserund Prozessrohrleitungen, für den Einsatz über und unter dem Erdboden. In diesen Produkten kann das Basismaterial in expandierter Form, z. B. als expandiertes PVC vorliegen.
Vorzugsweise hat die Schicht eine Dicke von etwa 40 μm bis etwa 500 μm. Bei Verwendung auf starren Basispolymeren, wie PVC, können Dicken von etwa 40 μm bis etwa 100 μm zur Anwendung kommen. Eine dickere Schicht kann jedoch erwünscht sein, wenn das Basispolymer geschäumt ist, z. B. geschäumtes PVC ist. In diesem Fall ist die Schicht wunschgemäß wenigstens etwa 150 μm bis etwa 200 μm dick, um irgendwelche Oberflächenmängel infolge der geschäumten Natur des zugrunde liegenden Basispolymeren zu verdecken.
Die Deckschicht-Polymerzusammensetzung der Erfindung hat eine Reihe wichtiger Vorteile gegenüber bisher bekannten Deckschichtmaterialien. Die Deckschicht-Polymerzusammensetzung der Erfindung ist für seine Wetter- und UV-Beständigkeit nicht von dem Einsatz von Fluorpolymeren abhängig, die sehr teuer sind und auch infolge der Schwierigkeit, Kohlenstoff-Fluorbindungen in der Umgebung aufzubrechen, umweltschädliche Werkstoffe sind.
Die Verwendung von hochmolekularen Acrylpolymeren in der Deckschicht-Polymerzusammensetzung der Erfindung verleiht der erfindungsgemäßen Deckschicht- Polymerzusammensetzung ausgezeichnete mechanische Eigenschaften der Festigkeit und Steifigkeit und auch gute UV-Beständigkeit.
Die feuerhemmende Eigenschaft der Verbundstoffe der Erfindung wird trotz des relativ niedrigen Anteils der Halogendonatorpolymeren darin durch den zusätzlichen feuerhemmenden Effekt des die Verkohlung induzierenden Materials auf einem ausgezeichneten Wert gehalten.
Bekannte Acryl/PVC-Mischungen haben relativ niedermolekulare Acrylpolymere benutzt. Niedermolekulare Acrylpolymere haben schlechtere mechanische Eigenschaften und geringere UV-Stabilität als die in dieser Erfindung benutzten hochmolekularen Acrylpolymeren. Bisher war es nicht möglich, höhermolekulare Acrylpolymere einzusetzen wegen des Abbaus des PVCs bei der Schmelztemperatur des Acrylpolymeren. Die Erfindung erlaubt den Einsatz hochmolekularer Acrylpolymere ohne PVC-Abbau. Die Erfindung benutzt daher vorzugsweise eine Mischung eines hochmolekularen Acrylpolymeren mit einem niedermolekularen Acrylpolymeren.
In der Zusammensetzung der Erfindung ist erwünschtermaßen eine Anzahl von Nebenbestandteilen enthalten.
Eine weitere Diskussion der wesentlichen Bestandteile des Verbundstoffs ist unten als Teil der allgemeinen Diskussion der bevorzugten und geringeren Bestandteile enthalten:
Oroglas DRT/HFI-10 – Hochmolekulare Polymethylmethacrylate (PMMAs).
Diese hochmolekularen PMMAe sind im Handel erhältlich von Atohaas UK Limited, 1 Focus Park, Ashbourne Way, Cranmore Boulevard, Shirley, Solihull B90 4QU, England und verleihen den Verbundwerkstoffen der Erfindung gute mechanische Eigenschaften und ausgezeichnete UV- Beständigkeit, und sie haben eine gute Haftung an dem Basiskunststoff, z. B. PVC.
Paraloid B-67 Niedermolekulares Poly(isobutylmethacrylat) (IBMA)
Dieses niedermolekulare Acrylatharz hat ein Tg von etwa 50°C. Es kann eingesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit der Oroglasharze durch Verringerung der Tg des Gesamtsystems zu verbessern.
Microfine Ceepree
Dieses aufblähende keramische Pulver ist im Handel von Ceepree Products, 135a Linaker Street, Southport, Merseyside PR8 SDF, England, erhältlich und verglast bei Einwirkung intensiver Hitze unter Bildung einer Sauerstoffsperrschicht auf der Oberfläche des Werkstoffs. Diese Wirkung zusammen mit dem Effekt des Radikale fangenden Polymeren macht das Deckschichtmaterial der Erfindung unfähig zur Flammenunterstützung.
Pigment
Pigmente mit hoher Dauerhaftigkeit können eingesetzt werden, um unter Einwirkung von UV-Licht gute Farberhaltungseigenschaften des Deckschichtmaterials beizubehalten. Um dem Werkstoff schlechte Wärmegewinneigenschaften zu verleihen, werden stark IR-reflektierende oder schwach IR-absorbierende Pigmente eingesetzt, z. B. ein oder mehrere der oben in Tabelle 1 aufgeführten Pigmente.
Irgastab T-9/Irgaplast 39
Diese primären bzw. sekundären PVC-Wärmestabilisatoren werden benutzt, um die Bildung aktiver Radikalzentren auf dem PVC dadurch einzuschränken, dass man ihre Ausbreitung (T-9) beschränkt und das autokatalytisch erzeugte HCl (T-39) deaktiviert.
Lancowax TF 778
Dieses Material ist ein PTFE-Wachs, das als Prozesshilfe dient, um in dem Herstellungsverfahren das Fließen des gemischten Schmelzmaterials durch die Extrusionsdüse zu unterstützen.
Tinuvin 320
Dieses Material ist ein UV-Absorber, der zum Schutz des PVC in dem Deckschichtmaterial der Erfindung beiträgt und den Durchgang des UV zu dem Basiskunststoff verhindert, wenn dieser mit dem Deckschichtmaterial nach der Erfindung beschichtet ist.
Tinuvin 770
Dies ist ein gehinderter Amin-Lichtstabilisator (HALS).
Uniwax 1760
Dies ist ein Polyethylenwachs-Gleitmittel.
Eine besonders bevorzugte Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung nach der Erfindung enthält eine Mischung aus:
40 bis 75 Gew.-% der Zusammensetzung eines schmelzextrudierbaren Acrylpolymer-Bestandteils,
10 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung eines Polyvinylchlorids, das einen K-Wert von etwa 50 bis etwa 65 hat, als ein Halogendonatorbestandteil,
3 bis 8 Gew.-% der Zusammensetzung Natriumantimonat oder Antimontrioxid als Halogenverflüchtigungsmittel, und
2 bis 15 Gew.-% einer Zusammensetzung wenigstens eines unter Zinkstannat und Zinkborat ausgewählten Zinksalzes als ein die Verkohlung induzierender Bestandteil.
Zum richtigen Verständnis und vollständigen Ausführung der Erfindung wird nun ein Reihe spezifischer Beispiele vollständig beschrieben.
Beispiel 1
Eine Deckschichtzusammensetzung nach der Erfindung wird durch Mischen der Bestandteile A und B unter Benutzung eines Schneckenextruders mit einer zusätzlichen Seiteneinführung hergestellt.
Bestandteil A
Bestandteil B
Der Bestandteil A enthält den Hauptbinder, etwas Feuersperrmaterial und das Pigment und wird der Hauptzuführung des Extruders zugesetzt. Wegen der hohen Viskosität dieses Materials während des Schmelzprozesses wird in dem Extruder viel Scherungswärme erzeugt. Die Schnecke wird eingestellt, um das Bindermaterial schnell aufzuschmelzen und die anorganischen Zusatzstoffe vor dem Durchgang durch eine Kühlförderstufe einzumischen. Dies bringt die Schmelztemperatur von etwa 230°C herunter auf etwa 195°C. An diesem Punkt wird der Bestandteil B, der das wärmeempfindliche PVC enthält, zusammen mit der Stabilisatorpackung, dem Wachs und Feuersynergist durch eine Seitenzuführung zugesetzt. Nach einer schnellen Mischung wird das Produkt unter Vakuum entgast. Es wird dann durch eine Einzelstrangdüse ausgetragen und in einem Wasserbad abgeschreckt, bevor es pelletisiert und getrocknet wird.
Beispiel 2
Die folgende Methode diente zur Herstellung eines Deckschichtverbundstoffs aus den folgenden Bestandteilen:
Bestandteil A
Bestandteil B
Der Bestandteil A enthielt den Hauptbinder, etwas Feuersperrmittel, Prozesshilfen und das Pigment und wurde der Hauptzuführung eines Doppelschneckenextruders zugesetzt. Die Schnecken wurden eingestellt, um dem Bestandteil A eine hohe Scherung zu verleihen. Die Zylindertemperaturen wurden auf 215°C eingestellt, und eine Schneckendrehzahl von 250 UpM wurde benutzt, die eine Auslauftemperatur von 240°C ergab. Nach erfolgter Vermischung wurde der Bestandteil A pelletisiert und 3 Stunden bei 70°C in einem Luftumlauftrockner getrocknet.
Die gemischten Körner des Bestandteils A wurden dann dem vorgewogenen Bestandteil B zugesetzt, der die übrigen scherempfindlichen feuerhemmenden Zusatzstoffe und die UV-Absorber enthielt, und eingemischt. Die Zylindertemperaturen wurden auf 180°C eingestellt, und es wurde eine Schneckendrehzahl von 180 UpM benutzt, die eine Auslauftemperatur von 195°C ergab. Diese zweite Extrusion benutzte einen Doppelschneckenexpander, der mit Schnecken ausgerüstet war, die zur Ausübung einer schwachen Scherung ausgelegt waren. Das Kompound wurde pelletisiert und dann mindestens 3 Stunden bei 55°C in einem Luftumlauftrockner getrocknet.
Beispiel 3
Unter Benutzung einer Coextruder-Anordnung mit genau dem gleichen Temperaturprofil wie bei Standard-PVC wurde das pelletisierte Deckschichtmaterial auf Acrylbasis des Beispiels 1 in den Deckschichtmaterialtrichter eines Coextruders geschüttet, der mit einer Coextrusionsdüse ausgestattet war, die für die Extrusion einer PVC-Verkleidungsplatte mit einer Beschichtung aus einem Deckschichtmaterial geeignet war. Zu Anfang diente PVC als Basispolymermaterial und auch als Deckschichtmaterial. Die Deckschichtmaterialien wurden ohne eine Unterbrechung des Laufs der Maschine verändert. Das gefärbte Acryl-Deckschichtmaterial brauchte 10 bis 20 Minuten, um das PVC durchzuspülen. Dann wurde die gefärbte, konturierte PVC-Verkleidungsplatte, die eine mittlere Deckschichtdicke von etwa 300 μm hatte, auf die genaue Länge abgeschnitten. Die Verkleidungsplatte war dann einbaufertig. Sie wurde BS476: Teil7: 1987, Methode zur Klassifizierung der Oberflächenfeuerausbreitung von Produkten, unterzogen und erreichte die Klasse 1Y.
Beispiel 4
Die in Beispiel 2 beschriebene allgemeine Methode wurde benutzt, um ein Deckschichtmaterial aus den folgenden Bestandteilen herzustellen:
Bestandteil A
Bestandteil B
Beispiel 5
PVC-Platten von 0,5 m × 0,5 m wurden nach der in Beispiel 3 beschriebenen allgemeinen Arbeitsweise unter Benutzung der Deckschichtzusammensetzungen der Beispiele 1, 2 bzw. 4 hergestellt. Diese Platten wurden einem Feuerbeständigkeitstest ähnlich dem unterworfen der beschrieben ist in BS476: Teil7: 1987, Methode zur Klassifizierung der Flammenoberflächenausbreitung von Produkten. Alle drei Platten zeigten bei diesem Test ähnlich gute Leistungswerte.

Claims

Polymerzusammensetzung, die sich für die Verwendung als eine Deckschichtmaterialzusammensetzung eignet und eine Mischung enthält aus einem schmelzextrudierbaren Acrylpolymer-Bestandteil, der mehr als 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Acrylbestandteils, eines hochmolekularen Acrylpolymeren mit einem Molekulargewicht in dem Bereich von etwa 150.000 bis etwa 350.000 auf anzahlgemittelter Basis und bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Acrylpolymerbestandteils, eines niedermolekularen Acrylpolymeren mit einem Molekulargewicht von etwa 10.000 bis etwa 100.000 auf anzahlgemittelter Basis enthält, 10 bis 50 Gew.-% der Zusammensetzung eines Halogendonatorbestandteils, einer wirksamen Menge eines Halogenverflüchtigungsmittels, und einem Verkohlung induzierenden Bestandteil, der bei Flammenangriff auf die Zusammensetzung eine Kohlebildung herbeiführt.
Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, bei der der Acrylpolymer-Bestandteil 40 bis 75 Gew.-% der Zusammensetzung umfaßt.
Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner mit einem Pigment, um dem Material Farbe zu verleihen.
Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Halogendonatorbestandteil ein halogenhaltiges Polymer aufweist, das einen K-Wert von etwa 50 bis etwa 65 hat.
Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Halogendonatorbestandteil Polyvinylchlorid aufweist.
Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der die Verkohlung induzierende Bestandteil eine Mischung aus glasartigen Werkstoffen umfaßt, die einen breiten Schmelzbereich von etwa 350°C bis zu etwa 800°C zeigt und bei Temperaturen in dem Bereich von etwa 800°C bis etwa 900°C entglast.
Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der die Verkohlung induzierende Bestandteil Zinkborat, Zinkstannat oder ein Gemisch daraus aufweist.
Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Menge des die Verkohlung induzierenden Bestandteils in dem Bereich von etwa 2 Gew.-% bis zu etwa 15 Gew.-% der Zusammensetzung liegt.
Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die eine Mischung enthält aus 40 bis 75 Gew.-% der Zusammensetzung des schmelzextrudierbaren Acrylpolymerbestandteils, 10 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung eines Polyvinylchlorids, das einen K-Wert von etwa 50 bis etwa 65 hat, als ein Halogendonatorbestandteil, 3 bis 8 Gew.-% der Zusammensetzung Natriumantimonat oder Antimontrioxid als Halogenverflüchtigungsmittel, und 2 bis 15 Gew.-% der Zusammensetzung wenigstens eines unter Zinkstannat und Zinkborat ausgewählten Zinksalzes als ein die Verkohlung induzierender Bestandteil.
Polymerschichtstoff mit einem Basiswerkstoff und einer Beschichtung aus einer Deckschichtmaterial-Polymerzusammensetzung, die ein Gemisch aufweist aus einem schmelzextrudierbaren Acrylpolymerbestandteil, 10 bis 50 Gew.-% der Zusammensetzung eines Halogendonatorbestandteils, einer wirksamen Menge eines Halogenverflüchtigungsmittels, und einem Verkohlung induzierenden Bestandteil, der bei Flammenangriff an der Zusammensetzung die Bildung einer Verkohlung veranlaßt.
Polymerschichtstoff nach Anspruch 10, bei dem der Acrylpolymerbestandteil 40 bis 75 Gew.-% der Zusammensetzung umfaßt.
Polymerschichtstoff nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei dem der Acrylpolymerbestandteil wenigstens eine größere Menge eines hochmolekularen Acrylpolymeren aufweist, das ein Molekulargewicht von etwa 100.000 bis etwa 500.000 hat.
Polymerschichtstoff nach Anspruch 12, bei dem der Acrylpolymerbestandteil mehr als 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Acrylbestandteils, eines hochmolekularen Acrylpolymeren mit einem Molekulargewicht in dem Bereich von etwa 150.000 bis etwa 350.000 auf anzahlgemittelter Basis und bis zu 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Acrylpolymerbestandteils, eines niedermolekularen Acrylpolymeren mit einem Molekulargewicht von etwa 10.000 bis etwa 100.000 auf anzahlgemittelter Basis umfaßt.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem die Polymerzusammensetzung des Deckschichtmaterials ferner ein Pigment für die Farbgebung umfaßt.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem der Halogendonatorbestandteil ein halogenhaltiges Polymer umfaßt, das einen K-Wert von etwa 50 bis etwa 65 hat.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem der Halogendonatorbestandteil Polyvinylchlorid aufweist.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem der die Verkohlung herbeiführende Bestandteil eines Mischung aus glasartigen Werkstoffen umfaßt, die einen breiten Schmelzbereich von etwa 350°C bis etwa 800°C zeigt und bei Temperaturen in dem Bereich von etwa 800 bis etwa 900°C entglast.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem der die Verkohlung induzierende Bestandteil Zinkborat, Zinkstannat oder ein Gemisch daraus aufweist.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei dem die Menge des die Verkohlung induzierenden Bestandteils in dem Bereich von etwa 2 Gew.-% bis zu etwa 15 Gew.-% der Zusammensetzung liegt.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 19, bei dem die Polymerzusammensetzung des Deckschichtmaterials eine Mischung aufweist aus 40 bis 75 Gew.-% der Zusammensetzung des schmelzextrudierbaren Acrylpolymerbestandteils, 10 bis 30 Gew.-% der Zusammensetzung eines Polyvinylchlorids, das einen K-Wert von etwa 50 bis etwa 65 hat, als ein Halogendonatorbestandteil, 3 bis 8 Gew.-% der Zusammensetzung Natriumantimonat oder Antimonoxid als Halogenverflüchtigungsmittel, und 2 bis 15 Gew.-% der Zusammensetzung wenigstens eines unter Zinkstannat und Zinkborat ausgewählten Zinksalzes als ein die Verkohlung induzierender Bestandteil.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 20, bei dem die Beschichtung eine Dicke von etwa 40 μm bis etwa 500 μm hat.
Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 21, bei dem der Basiswerkstoff Polyvinylchrorid enthält.
Bauprodukt mit einem Polymerschichtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 22.