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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung zur Verwendung
als ein Steckschichtmaterial für
die Herstellung von Kunststoff-Schichtstoffen.
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Hintergrund der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
anderes Deckschichtmaterial, das Polyvinylidenfluorid enthält, ist
in der europäischen
Patentschrift Nr. 0151812 A2 beschrieben.
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US-Patent
Nr. 5,132,164 beschreibt ebenfalls einen Film nach Art eines Fluorharzes
mit einem Mehrschichtaufbau.
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Coextrusionsverfahren
zur Herstellung von Verbundpolymeren sind ebenfalls bekannt, wie
z. B. in der britischen Patentschrift Nr. 2071007 A beschrieben
ist.
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Die
Warmverformung eines Kunststoffsubstrats bei gleichzeitiger Bildung
einer integralen Beschichtung auf der Oberfläche des Thermoplasten ist in
US-Patent Nr. 5,268,203 angegeben.
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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.
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Während Fluorpolymere
wegen ihrer Witterungsbeständigkeit
und chemischen Beständigkeit
in größerem Umfang
als Deckschichtbestandteile vorgeschlagen wurden, sind sie im Verhältnis zu
anderen Polymeren außerordentlich
teuer.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
besteht daher ein Bedarf an Deckschichtmaterialien, die Feuerhemmung,
gute Witterungsbeständigkeit
und Haltbarkeit zeigen, kostengünstig
herzustellen sind, gut aussehen und Farbstoff enthalten können.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Deckschicht-Polymer
zu schaffen, das feuerhemmend ist und eine oder mehrere dieser anderen
Erfordernisse erfüllt.
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Abriss der Erfindung
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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.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
anderes Beispiel eines minderen wahlweisen Bestandteils ist ein
Wärmeabfuhrmaterial.
Die Wärmeabfuhrmaterialien
umfassen Aluminiumoxidtrihydrat und Magnesiumhydroxid.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
der Zusammensetzung der Erfindung ist erwünschtermaßen eine Anzahl von Nebenbestandteilen enthalten.
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Eine
weitere Diskussion der wesentlichen Bestandteile des Verbundstoffs
ist unten als Teil der allgemeinen Diskussion der bevorzugten und
geringeren Bestandteile enthalten:
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Oroglas DRT/HFI-10 – Hochmolekulare
Polymethylmethacrylate (PMMAs).
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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.
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Paraloid B-67 Niedermolekulares
Poly(isobutylmethacrylat) (IBMA)
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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.
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Microfine Ceepree
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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.
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Pigment
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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.
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Irgastab T-9/Irgaplast
39
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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.
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Lancowax TF 778
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Dieses
Material ist ein PTFE-Wachs, das als Prozesshilfe dient, um in dem
Herstellungsverfahren das Fließen
des gemischten Schmelzmaterials durch die Extrusionsdüse zu unterstützen.
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Tinuvin 320
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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.
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Tinuvin 770
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Dies
ist ein gehinderter Amin-Lichtstabilisator (HALS).
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Uniwax 1760
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Dies
ist ein Polyethylenwachs-Gleitmittel.
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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.
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Zum
richtigen Verständnis
und vollständigen
Ausführung
der Erfindung wird nun ein Reihe spezifischer Beispiele vollständig beschrieben.
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Beispiel 1
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Eine
Deckschichtzusammensetzung nach der Erfindung wird durch Mischen
der Bestandteile A und B unter Benutzung eines Schneckenextruders
mit einer zusätzlichen
Seiteneinführung
hergestellt.
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Bestandteil
A
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Bestandteil
B
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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.
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Beispiel 2
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Die
folgende Methode diente zur Herstellung eines Deckschichtverbundstoffs
aus den folgenden Bestandteilen:
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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.
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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.
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Beispiel 3
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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.
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Beispiel 4
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Die
in Beispiel 2 beschriebene allgemeine Methode wurde benutzt, um
ein Deckschichtmaterial aus den folgenden Bestandteilen herzustellen:
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Beispiel 5
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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.
