EP1216820A1 - Plattenförmiges Formteil, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung - Google Patents

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EP1216820A1
EP1216820A1 EP01129256A EP01129256A EP1216820A1 EP 1216820 A1 EP1216820 A1 EP 1216820A1 EP 01129256 A EP01129256 A EP 01129256A EP 01129256 A EP01129256 A EP 01129256A EP 1216820 A1 EP1216820 A1 EP 1216820A1
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EP
European Patent Office
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layers
flame retardant
core
molded part
layer
Prior art date
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EP01129256A
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English (en)
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EP1216820B1 (de
Inventor
Geer Schuren
Robert Huusken
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Trespa International BV
Original Assignee
Trespa International BV
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Publication date
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Publication of EP1216820B1 publication Critical patent/EP1216820B1/de
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    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C5/00—Processes for producing special ornamental bodies
    • B44C5/04—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers
    • B44C5/0461—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers used as wall coverings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44C—PRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C5/00—Processes for producing special ornamental bodies
    • B44C5/04—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers
    • B44C5/0469—Ornamental plaques, e.g. decorative panels, decorative veneers comprising a decorative sheet and a core formed by one or more resin impregnated sheets of paper
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
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Definitions

  • the invention relates to a plate-shaped molding with a core of a number of Core layers, on one or both sides of the core substrate, decoration and Clear layers, the flame retardant being added to the molding, a method its manufacture and its use.
  • Plate-shaped molded part includes both flat plates and molds made in one mold. to understand non-planar molded parts, for example the thickened end edges or over the Seen in format length, have a profile with different thicknesses.
  • Such plates generally consist of a number with thermosetting binders impregnated backing layers, which pass through in a press with increased pressure and temperature Hardening of the binder can be formed into a plate or a molded part.
  • These plates and / or molded parts are used both in interior construction and for outdoor applications and have to meet certain fire standards.
  • the molded parts come in Office, kitchen, bathroom, laboratory equipment, furniture etc., for outdoor use, e.g. B. as Facade cladding for use.
  • flame-retardant additives so-called flame retardants
  • Plate-like molded parts are usually built up in layers and consist of one Core as a substrate, which has several layers and one or both sides with each Substrate layer, a decorative layer and a clear layer is laminated.
  • the decoration or Decorative layers are generally colored, pigmented or printed with a Decoration-containing papers containing ⁇ -cellulose, which are soaked and dried with a low molecular weight melamine resin are designed as a decorative preform.
  • the single decorative layer can contain a second layer on the outside of the Decorative layer is attached and is made from an ⁇ -cellulose-containing paper that with is impregnated with a low molecular weight melamine resin, but is neither printed nor a decor contains. It is a so-called clear layer, which is equipped as a pre-compact is.
  • the decorative and clear layers usually do not contain any flame retardants.
  • the core consists of a number of layers, generally of an ⁇ -cellulose containing Paper (sodium kraft paper) are made by impregnation with a low molecular weight Phenolic resin and subsequent drying are pressed together to form the core. This Layer is usually mixed with a flame retardant.
  • EP-B 0 081 147 describes a decorative building board suitable for outdoor use described, which consists of a pressed core of fibers made of heat-hardened phenol-formaldehyde resin are surrounded and a decorative layer on one or both surfaces of the Has core.
  • the core consists of wood fibers and / or cellulose fibers with a thermosetting phenol-formaldehyde resin are coated in aqueous solution or dispersion.
  • An embodiment of this building board is manufactured in such a way that one or more superimposed, mechanically pre-compacted layers based on wood particles, which are impregnated with the thermosetting phenol-formaldehyde resin to form the Core of the building board are pressed in the heat, whereby the synthetic resin is hardened.
  • Such hot-formed decorative high-pressure laminates are are so-called compact molded parts, the structure of which is either that of compact panels EN 438-1 or ISO 4586 or DIN 16926 corresponds or is similar to such a structure.
  • WO99 / 45061 describes composite materials which consist of a fiber and / or Fabric material that is impregnated and hardened with a resin matrix.
  • the resin matrix is based on an epoxy / anhydride reaction resin with reactive built-in phosphorus compounds flame retardant based on acid derivatives.
  • the flame retardant Composite material also includes fillers, defoamers, flow control agents, adhesion promoters and reaction accelerators commonly used in epoxy resin chemistry, e.g. tertiary amine and / or imidazole and organometallic complexes.
  • the phosphorus content related to the resin matrix is 0.5 to 5% by weight.
  • Such composites are considered as lightweight materials in Vehicle construction for rail vehicles, superstructures of motor vehicles and ship and Aircraft components used.
  • a flame retardant, glass fiber reinforced polyamide resin composition is described, the 10 to 40 wt .-% melamine phosphate, melamine pyrophosphate, especially dimelamine pyrophosphate or melamine polyphosphate and mixtures thereof.
  • More preferred Halogen-free flame retardants that can be contained in the polyamide resin composition Zinc borate, zinc phosphate, melamine sulfate or ammonium polyphosphate.
  • Common additives such as lubricants, dispersants and adhesion promoters can be added, such as Stearates, phosphonates, fatty acid amides or aerosils.
  • Such glass fiber reinforced polyamide resin compositions are particularly suitable for the production of moldings used in electrical or Electronics industry are used.
  • the cores of known plates contain resins from the group of aminoplasts, epoxies, urethanes, Thermosets or mixtures thereof. These resins are generally flame retardants added. Additives or additives containing phosphorus come as flame retardants with phosphorus nitrogen. Other known flame retardants are borates or Hydroxides made of aluminum, zinc, magnesium and halogenated organic compounds.
  • the core consists of a prefabricated preform made of wood and / or cellulose fibers the flame retardant can be added to the binder for the wood or cellulose fibers become. There is also the possibility that the flame retardant directly Wood fibers or the wood flour is added, from which the preforms are formed.
  • Such layers of decoration consist of a cross-linked acrylic, urethane, or epoxy Melamine resin that is modified with acrylic resin and contains fillers and / or dyes. A flame retardant is then added to each of these resins.
  • the object of the invention is to provide the flame resistance of moldings as described above Art to improve so that the effectiveness of the flame retardants contained in the molded parts is increased. This problem is solved in such a way that the distribution of the Flame retardant is inhomogeneous across the thickness of the molded part.
  • the individual layers of the molded part contain quantities of different sizes Flame retardants.
  • the layers contain on the surfaces of the molding larger amounts of flame retardant than the layers of the core. It is expediently the distribution of the flame retardants over the thickness of the molded part symmetrical, the flame retardant content in the core layers lower than in the Is substrate and decoration layers.
  • the flame-retardant layers of the molded part the same flame retardant added.
  • the distribution of the flame retardants is over the thickness of the molding is asymmetrical, with the frontal decorative layer being a larger one Amount of flame retardant as the back decoration layer contains and the core layers a lower amount of flame retardant than either of the two decorative layers exhibit. It is also possible that the individual layers of the molded part are different Flame retardants included.
  • the advantage of the invention is that with smaller amounts of flame retardants compared to a homogeneous distribution of the flame retardants in known moldings same flame retardancy is achieved or that with the same amount of flame retardant how to increase flame retardancy with a homogeneous distribution.
  • a method for producing a plate-shaped molded part is also to be created, which enables an inhomogeneous distribution of the flame retardants in the individual layers over the thickness of the molded part. This is done by inserting a separating layer, a clear layer, a decorative layer and / or a substrate layer, the decorative layer being modified with a quantity m 1 of a flame retardant and the substrate layer with a quantity m 2 2 m 1 of a flame retardant, and a prefabricated core a number of core layers, each core layer being modified with an equal amount of m 3 m m 2 of a flame retardant, and by inserting a further decorative layer and / or a substrate layer, each of which is equipped with a flame retardant, a clear layer and a separating layer into an open one Press and achieved by hot pressing under pressure of all layers in the press, whereby the prefabricated layers are hardened, the resins of the layers melt and the layers are formed into a solid, homogeneous molded part
  • the further decorative layer and / or substrate layer are each equipped with an amount m 1 or m 2 of the flame retardant, with m 3 m m 2 m m 1 .
  • the further decorative layer and / or substrate layer are each modified with an amount m 4 or m 5 of flame retardant, with m 3 m m 5 m m 4 and m 5 m m 2 and m 4 m m 1 .
  • the decoration, substrate and core layers are each coated with the modified the same flame retardant. It is also possible that the decoration, substrate and Core layers are each equipped with a different flame retardant.
  • the advantages of the plate-shaped molded part are that of a quantity distribution of the flame retardant savings of 10 to 25% by weight over the thickness of the plate Flame retardant is achieved without the fire behavior deteriorating or that same amount of flame retardant as with a homogeneous distribution an improved Fire behavior is achieved. Another advantage is that with the same amount of flame retardant many different flame retardant profiles can be obtained across the thickness of the molded part can, since the individual layers of the molded part are variable with different amounts Flame retardants can be equipped.
  • a molded part 1 which consists of a core 5, which is enclosed on each side by a substrate layer 4, a decorative layer 3 and a clear layer 2.
  • the core 5 consists of a so-called pre-compact, that is to say from a press package composed of individual core layers 51, 52, 53,...
  • the rear digit of the reference numbers which denote the core layers correspond to the consecutive numbering of these core layers.
  • the substrate layers 4, 4 serve as barrier layers of the core and can also be omitted in certain exemplary embodiments.
  • the decorative layers 3, 3 preferably consist of a lacquer layer and have a weight per unit area of 10 to 400 g / m 2 , in particular 50 to 250 g / m 2 .
  • the decorative or decorative layers 3, 3 can consist of decorative papers which are coated with melamine. According to the invention, flame-retardant additives, so-called flame retardants, are added to the decorative layers 3, 3, the substrate layers 4, 4 and the core layers 51, 52, 53, ... If the decorative layers 3, 3 are decorative papers impregnated with melamine resin, they generally do not contain any flame retardants.
  • Fig. 1 is schematically the insertion of the different layers in an open press shown, between the lower and upper template 7, 7 inserted the individual layers become.
  • the separating layers 6, 6 are used primarily for gluing the molded part 1 after Prevent completion of the pressing process on the templates 7, 7.
  • the individual layers are placed in the open press as follows: be on the lower template 7 successively the separating layer 6, the rear clear layer 2, the rear decorative layer 3, the substrate layer 4, the core 5, a further substrate layer 4, a frontal layer Decorative layer 3, a frontal clear layer 2 and a separating layer 6 placed. After that the press is closed and the hot pressing takes place under pressure and heat Layers to the molded part 1.
  • the temperature is 120 to 180 ° C and the pressure 60 to 110 bar.
  • the core 5 is formed as a pre-compact (prepeg) from the core layers 51, 52, 53, ... and is for example from layers consisting of wood and / or cellulose fiber particles according to the in of the method described in EP-B 0 081 147. This happens in such a way that several Mechanically pre-compacted layers based on wood and / or Cellulose fiber particles, which with a thermosetting resin from the group of Aminoplasts, epoxy, urethane, thermosets or mixtures thereof are impregnated under Heat application are pressed, whereby the synthetic resin is hardened.
  • pre-compact prepeg
  • the flame retardants will be generally added the flame retardants from the group containing or Phosphorus nitrogen-containing additives, halogen-containing organic compounds and Nitrogen-containing compounds, borates or hydroxides can be selected. Both Borates and hydroxides are those of aluminum, zinc, magnesium.
  • the Flame retardants are selected in particular from the group melamine polyphosphates, melamine pyrophosphates, Ammonium polyphosphates, ammonium (pyro) phosphates, amine (pyro) phosphates, selected.
  • the inorganic flame retardants also include antimony oxide. The largest The phosphorus-containing flame retardants are effective, which is why they are preferred be used.
  • consecutive position numbers 11 to 35 are on the X axis specified that are assigned to the different layers of the molded part.
  • the position numbers 11 to 16 comprise, for example, the frontal decorative layer, the Position number 16 marks the border to the core 5, for example the position numbers 17 to 29 are assigned.
  • the item numbers 30 to 35 concern the back Decorative layer 3 of the molded part 1. Since the core 5 is generally still from a frontal and a rear substrate layer 4, 4 is enclosed, for example Item numbers 17, 18 and 19 or 27, 28 and 29 can be assigned to such substrate layers.
  • the active content of flame retardant in percent by weight is on the Y axis based on the weight of the respective layer.
  • Flame retardants on the Y axis can also contain the active phosphorus or one Halogen of the flame retardant can be applied.
  • the middle of the thickness of the molded part 1 is specified by item number 23.
  • the profiles or the flame retardant distribution are symmetrical with respect to an imaginary line drawn through item number 23 or asymmetrical.
  • the straight line m indicates the position the technique indicated according to which the flame retardant distribution is homogeneous, d. H. all with Flame retardants modified layers an equal amount of flame retardants contain. It can be the same flame retardant, but also act different flame retardants in the layers if it is ensured that the The proportion of phosphorus actively involved in fire protection is the same in all layers.
  • Figure 2 shows three symmetrical profiles a, b, c and flame retardant distribution, respectively have different slopes.
  • Profiles a and b have the steepest flanks, the amount of flame retardant in the two outer positions 11 and 35 16% by weight is and accounts for 4 to 4% by weight in positions 14 to 32.
  • Profile b has similarly steep flanks like profile a, the amount of flame retardant in positions 14 and 32 being 8% by weight and in positions 15 to 31 is 3% by weight.
  • the profile c has flatter flanks than that Profiles a and b, in the outer positions 11 and 35 the amount of flame retardant 10% by weight and in items 19 to 27 the amount of flame retardant is 2% by weight.
  • this will be Ratio of the amount of flame retardant in the center of the core 5 to the decorative layer and / or substrate layer 1: 1.5 to 6, in particular 1: 2.0 to 3.5 selected.
  • the molding 1 according to the invention shows an improved Fire behavior compared to the molded part with homogeneous flame retardant distribution.
  • profiles d, e, f are shown, which have a symmetrical flame retardant distribution reproduce and are flatter than the samples of Figure 2.
  • Profiles d and e show one Similar slope and its edges are steeper than the edges of profile f.
  • the amount of flame retardant in positions 11 and 35 of profile d is 10% by weight and drops in the range from position 12 to 34 to a value just below 6% by weight.
  • the profile e has in positions 13 and 33 an amount of 10 wt .-% flame retardant and in Items 14 to 32 an amount of 5 wt .-% flame retardant.
  • the amount of flame retardant in positions 11 and 35 of the profile f is 10% by weight and in the range of position 17 to 29 4% by weight.
  • Figure 4 shows schematically three profiles g, h, i with asymmetrical flame retardant distribution with respect to an imaginary line through position 23.
  • the amount of flame retardant is 16% by weight or 8% by weight.
  • the area of the Positions 17 to 33 are 4% by weight of the flame retardant.
  • the profile h shows in position 11 contains an amount of 12% by weight of flame retardant and in the area of position 15 to 35 a proportion of the flame retardant of 5 wt .-%.
  • the amount is Flame retardant 10% by weight in position 11 and in the range from position 25 to 353% by weight.
  • the effectiveness of the flame retardancy of molded part 1 depends on the amount used Flame retardant for modifying the various layers of the molded part 1 also from the type of flame retardant. Molded parts need to be used in different areas have different requirements for fire behavior, their physical and mechanical properties are sufficient.
  • the fire behavior is measured according to ISO 5660 (Cone Calorimeter), weather resistance using the Xenon Test 1200, water absorption and swelling in boiling water according to standard EN 438-2 and in water at a Temperature of 23 ° C according to DIN 53495 method 3L and the modulus of elasticity according to DIN 53457 and the flexural strength tested according to ISO 178
  • the flame retardants are selected, for example, from the group melamine polyphosphates, Melamine pyrophosphates, ammonium polyphosphates, ammonium (pyro) phosphates, amine (pyro) phosphates, halogenated organic compounds, borates and hydroxides of aluminum, Zinc, magnesium and antimony oxide selected.
  • they contain phosphorus and phosphorus nitrogen Flame retardant suitable for molded parts, the core of which contains cellulose. Flame retardants based on halogenated organic compounds are only limited weather resistance and are therefore only suitable for interior use and core modification of the molded part. Because of the release of halogens in the event of fire, they are not full environmentally friendly.
  • inorganic flame retardants such as borates and Hydroxides based on aluminum and magnesium are relatively high concentrations required to be effectively flame retardant, which then reduces the mechanical properties and the water absorption of the molded part can be impaired.
  • Preferred flame retardants are generally flame retardants containing phosphorus and phosphorus nitrogen.
  • the decorative layers are used in such a way that for the Decorative layers of highly effective flame retardants such as melamine poly, melamine pyrophosphate or ammonium polyphosphates can be used, which are already at relatively low Temperature are highly flame retardant.
  • less effective flame retardants can then be used are used, such as ammonium (pyro) phosphate, amine (pyro) phosphate, in which the ammonia or amine can be both ionogenic and covalently bound.
  • substrate layers which are barrier layers, can be integrated in the core are, these substrate layers expediently laminating the core on both sides.
  • the test is carried out in accordance with the ISO 5660 standard with an output of 50 kW and over a period of time from 720 s.
  • This test is carried out with settings in accordance with the applicant's regulation TNO 158/89.
  • a sample equipped with flame retardant, is irradiated by xenon lamps for a duration of 3000 hours. This corresponds to an application of about 10 years under natural solar radiation in Western European climates.
  • the light sources are three xenon lamps, each with a power of 4500 W.
  • the light intensity is 90 ⁇ 5 W / m 2 in the wavelength range from 300 to 400 nm.
  • the ambient temperature is 30 ° C, the blackboard temperature 45 ° C ⁇ 3 ° C, the relative humidity 65 ⁇ 5%.
  • the sample is sprayed cyclically with water for 3 minutes, the individual cycle lasting 20 minutes, ie 17 minutes after the start of the cycle, the spraying phase of 3 minutes begins.
  • the water is distilled.
  • the pattern runs on a circular path, along the circumference of which the xenon lamps are positioned 120 ° apart. After the pattern has been rotated, it is turned 180 ° so that the two sides are irradiated in a 50/50 ratio.
  • the conditions that flame retardant modified panels have to meet may include: a. in EP-A 1 167 463 described in detail. It is essential that the Surface properties must not deteriorate due to the flame retardant modification.
  • the modulus of elasticity is calculated.
  • the force exerted when the pattern breaks is the Bending strength can be determined.
  • the following examples show symmetrical and asymmetrical distributions of the Flame retardants, while the comparative examples show a homogeneous distribution of the flame retardants exhibit.
  • the thickness of the molded part is 8 mm and the core consists of layers of kraft paper impregnated with phenolic resin, while a lacquer curable by electron beams forms the decorative layers. Furthermore, the core is enclosed by substrate layers, which serve as flame protection barriers. The different layers are modified with different amounts of flame retardants and the types of flame retardants used in the individual layers also differ.
  • the active content of phosphorus in the individual layers is symmetrical to the middle Core layers that form the center of the part thickness and the distribution of the phosphorus corresponds to an average phosphorus content of 1.4% by weight of phosphorus.
  • the molded part 1 is 8 mm thick and the core consists of wood fibers coated with phenolic resin, while a lacquer curable by means of electron radiation is used for the decorative layers.
  • the individual layers are modified with different amounts of flame retardants and they also contain different types of flame retardants.
  • the distribution of the flame retardants is asymmetrical with respect to the middle core layers.
  • the distribution of the active phosphorus in the flame retardants corresponds to a medium one Phosphorus content of 1.2 wt .-% phosphorus.
  • the molded part 1 is 8 mm thick and consists essentially of layers of wood fibers impregnated with phenolic resin, while a lacquer curable by electron radiation forms the decorative layers.
  • the layers are modified with different amounts of flame retardant and different types of flame retardant.
  • the frontal and the rear decorative layers contain no flame retardant, while the frontal and the rear substrate layers are provided with a relatively high proportion of flame retardant as barrier layers.
  • the distribution of the flame retardants is symmetrical to the middle core layers.
  • the distribution of the active phosphorus corresponds to an average phosphorus content of 1.5% by weight. % Phosphorus, based on the total weight of the molded part 1.
  • the molded part 1 is 8 mm thick and the core consists of layers of kraft paper impregnated with phenolic resin.
  • the decorative layers are decorative papers that are impregnated with melamine resin.
  • the core layers are enclosed by barrier layers.
  • the barrier and core layers are modified with different amounts of flame retardant. The same flame retardant is used for both types of layers.
  • the distribution of the flame retardant is symmetrical, the distribution of the active phosphorus corresponding to an average phosphorus content of 1.6% by weight.
  • the molded part is 8 mm thick and the core consists of kraft paper impregnated with phenolic resin, while lacquer curable with electron radiation is used for the decorative layers.
  • the core is enclosed by substrate layers and the distribution of the flame retardants is homogeneous.
  • the frontal and rear decorative layers are not equipped with a flame retardant.
  • Comparative Examples 1 to 3 have an average phosphorus content of 1.2, 1.8 and 2.4% by weight.
  • the molded part is 8 mm thick and consists of layers in the core, which are wood fibers coated with phenolic resin.
  • a coating curable with electron radiation is used for the decorative layers.
  • the decorative layers are not modified with a flame retardant.
  • the active content of phosphorus corresponds to an average phosphorus content of Comparative Examples 4 to 6 of 1.2, 1.8 and 2.4% by weight of phosphorus.
  • Table 1 shows that example 2 has the same average phosphorus content of 1.2% by weight, like Comparative Examples 1 and 4, has a significantly lower total heat release than the comparative examples and that the ignition of both the Decorative layer and the core in Example 1 takes place much later than in the Comparative Examples 1 and 4.
  • a comparison of Examples 1, 3 and 4 with a medium one Phosphorus content of 1.4, 1.5 and 1.6 wt .-% with Comparative Examples 3 and 6, respectively have a homogeneous average phosphorus content of 2.4% by weight shows that in these Examples of a lower total heat release and a later ignition of the core than in the comparative examples occurs.
  • the advantage of the invention is that the inhomogeneous distribution of the flame retardant in the molded parts with a lower Weight fraction of the flame retardant has the same flame retardancy as a homogeneous one Distribution of the flame retardant with a higher proportion by weight of the flame retardant results.

Abstract

Ein plattenförmiges Formteil weist einen Kern auf, der aus einer Anzahl von Kernschichten besteht und zu beiden Seiten des Kerns befinden sich Substrat-, Dekorations- und Klarschichten. Den verschiedenen Schichten des Formteils sind Flammschutzmittel zugesetzt und zwar in einer Weise, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils inhomogen ist, wobei die Verteilung symmetrisch oder asymmetrisch zu der Mitte der Dicke des Formteils gewählt werden kann. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges Formteil mit einem Kern aus einer Anzahl von Kernschichten, an einer oder an beiden Seiten des Kerns befindlichen Substrat-, Dekorationsund Klarschichten, wobei dem Formteil Flammschutzmittel zugesetzt sind, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.
Unter "plattenförmiges Formteil" sind sowohl plane Platten als auch in einer Form hergestellte, nicht plane Formteile zu verstehen, die zum Beispiel verdickte Endkanten oder über die Formatlänge gesehen ein Profil mit unterschiedlichen Dicken besitzen.
Solche Platten bestehen im Allgemeinen aus einer Anzahl mit duroplatischen Bindemitteln imprägnierten Trägerlagen, die in einer Presse mit erhöhtem Druck und Temperatur durch Härtung des Bindemittels zu einer Platte oder einem Formteil geformt werden. Diese Platten und/oder Formteile werden sowohl im Innenausbau als auch für Außenanwendungen eingesetzt und müssen bestimmte Brandnormen erfüllen. Für den Innenausbau kommen die Formteile im Büro, Küche, Bad, Laboreinrichtungen, Möbel usw., für Außenanwendung , z. B. als Fassadenverkleidungen zum Einsatz. Um die Brandnormen zu erfüllen, ist es im Stand der Technik üblich, den Formteilen flammhemmende Additive, sogenannte Flammschutzmittel, hinzuzufügen.
Üblicherweise werden plattenartige Formteile schichtartig aufgebaut und bestehen aus einem Kern als Substrat, der mehrere Schichten aufweist und an einer oder an beiden Seiten mit j e einer Substratschicht, einer Dekorationsschicht und einer Klarschicht laminiert ist. Die Dekorationsbzw. Dekorschichten sind im Allgemeinen eingefärbte, pigmentierte bedruckte oder mit einer Dekoration versehene α-Cellulose enthaltende Papiere, die durch Tränken und Trocknen mit einem niedermolekularen Melaminharz zu einem dekorativen Vorpressling gestaltet sind. Die einzelne Dekorschicht kann eine zweite Schicht enthalten, die an der Außenseite der Dekorschicht angebracht ist und aus einem α-Cellulose enthaltenden Papier entsteht, das mit einem niedermolekularen Melaminharz imprägniert ist, jedoch weder bedruckt ist noch ein Dekor enthält. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Klarschicht, die als Vorpressling ausgestattet ist. Die Dekor- und Klarschichten enthalten üblicherweise keine Flammschutzmittel. Der Kern besteht aus einer Anzahl von Schichten, die im Allgemeinen aus einem α-Cellulose enthaltendem Papier (Natronkraftpapier) bestehen, die durch Tränkung mit einem niedermolekularen Phenolharz und nachfolgender Trocknung miteinander zu dem Kern verpresst werden. Diese Schicht ist üblicherweise mit einem Flammschutzmittel versetzt.
In der EP-B 0 081 147 ist eine dekorative, für Außenanwendungen geeignete Bauplatte beschrieben, die aus einem gepressten Kern aus Fasern besteht, die von Hitze gehärtetem Phenol-Formaldehydharz umgeben sind und eine Dekorschicht auf einer oder beiden Oberflächen des Kerns aufweist. Der Kern besteht aus Holzfasern und/oder Cellulosefasern, die mit einem hitzehärtbaren Phenol-Formaldehydharz in wässriger Lösung oder Dispersion beschichtet sind. Eine Ausführungsform dieser Bauplatte wird in der Weise hergestellt, dass eine oder mehrere übereinander angeordnete, mechanisch vorverdichtete Schichten auf Basis von Holzteilchen, welche mit dem hitzehärtbaren Phenol-Formaldehydharz imprägniert sind, unter Ausbildung des Kerns der Bauplatte in der Hitze verpresst werden, wodurch das Kunstharz gehärtet wird.
Bei solchen heißverformten dekorativen Hochdruck-Schichtpressstoffplatten (HPL) handelt es sich um sogenannte Kompaktformteile, deren Aufbau entweder dem von Kompaktplatten nach EN 438-1 bzw. ISO 4586 bzw. DIN 16926 entspricht oder einem derartigen Aufbau ähnlich ist.
In der WO99/45061 sind Verbundwerkstoffe beschrieben, die aus einem Faser- und/oder Gewebematerial bestehen, das mit einer Harzmatrix getränkt und gehärtet ist. Die Harzmatrix auf der Basis eines Epoxid/Anhydridreaktionsharzes ist mit reaktiv eingebauten Phosphorverbindungen auf der Basis von Säurederivaten flammwidrig ausgerüstet. Der flammwidrige Verbundwerkstoff umfaßt des Weiteren Füllstoffe, Entschäumer, Verlaufhilfsmittel, Haftvermittler und in der Epoxidharzchemie gebräuchliche Reaktionsbeschleuniger wie z.B. tertiäres Amin und/oder Imidazol und Organometall-Komplexe. Der auf die Harzmatrix bezogene Phosphorgehalt beträgt 0,5 bis 5 Gew.-%. Solche Verbundwerkstoffe werden als Leichtwerkstoffe im Fahrzeugbau für Schienenfahrzeuge, Aufbauten von Kraftfahrzeugen und Schiffs- und Flugzeugskomponenten eingesetzt.
Es ist auch bekannt, flammhemmende Additive in Kunststoffen einzusetzen. So ist beispielsweise in derWO 96/09344 eine flammfeste, glasfaserverstärkte Polyamidharzmasse beschrieben, die 10 bis 40 Gew.-% Melaminphosphat, Melaminpyrophosphat, insbesondere Dimelaminpyrophosphat oder Melaminpolyphosphat sowie Gemische davon enthält. Weitere bevorzugte halogenfreie Flammhemmer, die in der Polyamidharzmasse enthalten sein können, sind Zinkborat, Zinkphosphat, Melaminsulfat oder Ammoniumpolyphosphat. Außerdem können übliche Additive wie Gleitmittel, Dispergiermittel und Haftvermittler zugesetzt werden, wie etwa Stearate, Phosphonate, Fettsäureamide oder Aerosile. Derartige glasfaserverstärkte Polyamidharzmassen eignen sich insbesondere zur Herstellung von Formkörpern, die in der Elektro- oder Elektronikindustrie eingesetzt werden.
Die Kerne bekannter Platten enthalten Harze aus der Gruppe Aminoplaste, Epoxid-, Urethan-, Duroplaste oder Mischungen hiervon. Diesen Harzen werden im Allgemeinen Flammschutzmittel zugesetzt. Als Flammschutzmittel kommen Phosphor enthaltende Zusätze oder Zusätze mit Phosphor-Stickstoff zum Einsatz. Weitere bekannte Flammschutzmittel sind Borate oder Hydroxide aus Aluminium, Zink, Magnesium und halogenhaltige organische Verbindungen. Besteht der Kern aus einem vorgefertigten Vorpressling aus Holz- und/oder Cellulosefasern so kann das Flammschutzmittel dem Bindemittel für die Holz- bzw. Cellulosefasern zugegeben werden. Daneben besteht auch die Möglichkeit, dass das Flammschutzmittel direkt den Holzfasern oder dem Holzmehl zugegeben wird, aus dem die Vorpresslinge geformt sind. Bei den bekannten Platten, die ein Flammschutzmittel enthalten, liegt stets eine homogene Verteilung des Flammschutzmittels vor, sowohl in der Kemschicht als auch in den Dekorationsschichten, falls diese gleichfalls mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet sind. Solche Dekorationsschichten bestehen beispielsweise aus einem vernetzten Acryl-, Urethan-, Epoxid oder Melaminharz, das mit Acrylharz modifiziert ist und Füllstoffe und/oder Farbstoffe enthält. Diesen Harzen wird dann jeweils ein Flammschutzmittel hinzugefügt.
Im Falle der Erhitzung eines Formteils bis zur Entzündungstemperatur beginnt zuerst die Dekorationsschicht zu brennen und danach die darunter liegenden Kernschichten bis zum Durchbrennen des Formteils. Zur Brandverhütung ist es wichtig, dass im Brandfall die Formteile sich nicht entzünden, da durch das Entzünden der Formteile die Erhitzung beschleunigt wird, dementsprechend mehr Wärme freigesetzt wird, wodurch die Erhitzung nochmals beschleunigt wird. Diese aufsteigende Wirkungsspirale beeinflusst das Brandverhalten und die Normierung der Formteile in hohem Maße.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Flammfestigkeit von Formteilen der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die Wirksamkeit der in den Formteilen enthaltenen Flammschutzmitteln erhöht wird. Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils inhomogen ist.
Dabei enthalten die einzelnen Schichten des Formteils unterschiedlich große Mengen an Flammschutzmittel. In Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Schichten an den Oberflächen des Formteils größere Mengen an Flammschutzmittel als die Schichten des Kerns. Dabei ist zweckmäßigerweise die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils symmetrisch, wobei der Flammschutzmittelgehalt in den Kernschichten niedriger als in den Substrat- und Dekorationschichten ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist den flammhemmend ausgerüsteten Schichten des Formteils das gleiche Flammschutzmittel zugesetzt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils asymmetrisch, wobei die frontale Dekorationsschicht eine größere Menge an Flammschutzmittel als die rückseitige Dekorationsschicht enthält und die Kernschichten eine niedrigere Menge an Flammschutzmittel als jede der beiden Dekorationsschichten aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die einzelnen Schichten des Formteils unterschiedliche Flammschutzmittel enthalten.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 8 bis 12.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass mit geringeren Mengen von Flammschutzmitteln gegenüber einer homogenen Verteilung der Flammschutzmittel in bekannten Formteilen ein gleich großer Flammschutz erzielt wird bzw. dass bei der gleichen Menge an Flammschutzmittel wie bei einer homogenen Verteilung der Flammschutz erhöht wird.
Im Rahmen der Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Formteils geschaffen werden, das eine inhomogene Verteilung der Flammschutzmittel in den einzelnen Schichten über die Dicke des Formteils ermöglicht. Dies wird durch Einlegen einer Trennschicht, einer Klarschicht, einer Dekorationsschicht und/oder einer Substratschicht, wobei die Dekorationsschicht mit einer Menge m1 eines Flammschutzmittel und die Substratschicht mit einer Menge m2 ≤ m1 eines Flammschutzmittel modifiziert wird, und eines vorgefertigten Kerns, bestehend aus einer Anzahl von Kernschichten, wobei jede Kernschicht mit einer gleich großen Menge m3 ≤ m2 eines Flammschutzmittel modifiziert ist, und durch Einlegen einer weiterenDekorationsschichtund/oder einer Substratschicht, die jeweils mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet sind, einer Klarschicht und einer Trennschicht in eine geöffnete Presse und durch Heißverpressen unter Druck aller in der Presse befindlichen Schichten erreicht, wobei die vorgefertigten Schichten gehärtet werden, die Harze der Schichten zerfließen und die Schichten zu einem massiven homogenen Formteil geformt werden.
In Ausgestaltung des Verfahrens werden die weitere Dekorationsschicht und/oder Substratschicht jeweils mit einer Menge m1 bzw. m2 des Flammschutzmittel ausgerüstet, mit m3 ≤ m2 ≤ m1. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die weitere Dekorationsschicht und/oder Substratschicht jeweils mit einer Menge m4 bzw. m5 an Flammschutzmittel modifiziert, mit m3 ≤ m5 ≤ m4 und m5 ≤ m2 und m4 ≤ m1.
Verfahrensgemäß werden die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit dem gleichen Flammschutzmittel modifiziert. Ebenso ist es möglich, dass die Dekorations-, Substratund Kernschichten jeweils mit einem unterschiedlichen Flammschutzmittel ausgerüstet werden.
Mit dem plattenförmigen Formteil werden die Vorteile erzielt, dass mit einer Mengenverteilung des Flammschutzmittels über die Dicke der Platte eine Einsparung von 10 bis 25 Gew.-% an Flammschutzmittel erreicht wird, ohne dass sich das Brandverhalten verschlechtert bzw. dass bei gleicher Menge an Flammschutzmittel wie bei einer homogenen Verteilung ein verbessertes Brandverhalten erzielt wird. Von Vorteil ist auch, dass mit der gleichen Menge an Flammschutzmittel viele unterschiedliche Flammschutzprofile über die Dicke des Formteils erhalten werden können, da die einzelnen Schichten des Formteils variabel mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel ausgerüstet werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen und der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
schematisch den Aufbau eines Formteils aus einzelnen Schichten, die übereinander in eine Presse eingelegt sind,
Figur 2
verschiedene symmetrische Verteilungen von Flammschutzmittelnüber die Dicke von Formteilen, deren Kerne jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Kernschichten aufweisen,
Figur 3
verschiedene symmetrische Verteilungen von Flammschutzmitteln ähnlich denjenigen der Figur 2, wobei die Verteilungen nahe den Oberflächen der Formteile flacher als in Fig. 2 sind, und
Figur 4
unterschiedliche asymmetrische Verteilungen von Flammschutzmitteln über die Dicke von Formteilen, deren Kerne jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Kernschichten aufweisen.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau eines Formteils 1 dargestellt, das aus einem Kern 5 besteht, der an jeder Seite jeweils von einer Substratschicht 4, einer Dekorationsschicht 3 und einer Klarschicht 2 eingeschlossen ist. Der Kern 5 besteht aus einem sogenannten Vorpressling, d.h. aus einem Presspaket aus einzelnen Kernschichten 51, 52 , 53, .... Die hintere Ziffer der Bezugszahlen, die die Kernschichten bezeichnen, entsprechen der fortlaufenden Nummerierung dieser Kernschichten. Die Substratschichten 4, 4 dienen als Barriereschichten des Kerns und können bei bestimmten Ausführungsbeispielen auch weggelassen werden. Die Dekorationsschichten 3, 3 bestehen bevorzugt aus einer Lackschicht und haben ein Flächengewicht von 10 bis 400 g/m2, insbesondere von 50 bis 250 g/m2. Sie bestehen aus einem vernetzten Acryl-, Urethan-, Epoxid- oder Melaminharz, wobei das Acrylharz pigmentiert und Füllstoffe und/oder Farbstoffe enthalten kann. Die Klarschichten 2,2 dienen vor allem als Schutzschichten gegen Beschädigungen der Oberfläche des Formteils. Die Dekor- bzw. Dekorationsschichten 3, 3 können aus Dekorpapieren bestehen, die mit Melamin beharzt sind. Den Dekorationsschichten 3, 3, den Substratschichten 4, 4 und den Kernschichten 51, 52, 53, ... werden erfindungsgemäß jeweils flammhemmende Additive, sogenannte Flammschutzmittel zugesetzt. Handelt es sich bei den Dekorationsschichten 3, 3 um mit Melaminharz imprägnierte Dekorpapiere, so enthalten diese im Allgemeinen keine Flammschutzmittel.
In Fig. 1 ist schematisch das Einlegen der verschiedenen Schichten in eine geöffnete Presse gezeigt, zwischen deren unteren und oberen Schablone 7, 7 die einzelnen Schichten eingelegt werden. Die Trennschichten 6, 6 dienen vor allem dazu ein Ankleben des Formteils 1 nach Beendigung des Pressvorgangs an den Schablonen 7, 7 zu verhindern. Die einzelnen Schichten werden in die geöffnete Presse wie folgt eingelegt: Auf die untere Schablone 7 werden nacheinander die Trennschicht 6, die rückseitige Klarschicht 2, die rückseitige Dekorationsschicht 3, die Substratschicht 4, der Kern 5, eine weitere Substratschicht 4, eine frontale Dekorationsschicht 3, eine frontale Klarschicht 2 sowie eine Trennschicht 6 aufgelegt. Danach wird die Presse geschlossen und unter Druck und Wärme erfolgt die Heißverpressung der Schichten zu dem Formteil 1. Die Temperatur beträgt dabei 120 bis 180 °C und der Druck 60 bis 110 bar.
Der Kern 5 ist als Vorpressling (prepeg) aus den Kernschichten 51, 52, 53, ... gebildet und wird beispielsweise aus Schichten, bestehend aus Holz- und/oder Cellulosefaserteilchen nach dem in der EP-B 0 081 147 beschriebenen Verfahren vorgefertigt. Dies geschieht derart, dass mehrere übereinander angeordnete, mechanisch vorverdichtete Schichten auf der Basis von Holzund/oder Cellulosefaserteilchen, welche mit einem hitzehärtbaren Kunstharz aus der Gruppe der Aminoplaste, Epoxid-, Urethan-, Duroplaste oder Mischungen hiervon imprägniert sind, unter Hitzeanwendung verpresst werden, wobei das Kunstharz gehärtet wird. Diesen Harzen werden im Allgemeinen die Flammschutzmittel zugesetzt, die aus der Gruppe Phosphor enthaltende oder Phosphor-Stickstoff enthaltende Additive, halogenhaltige organische Verbindungen und Stickstoff enthaltende Verbindungen, Borate oder Hydroxide ausgewählt werden. Bei den Boraten und Hydroxiden handelt es sich um solche des Aluminiums, Zinks, Magnesiums. Die Flammschutzmittel werden insbesondere aus der Gruppe Melaminpolyphosphate, Melaminpyrophosphate, Ammoniumpolyphosphate, Ammonium(pyro)phosphate, Amin(pyro)phosphate, ausgewählt. Zu den anorganischen Flammschutzmitteln zählt auch Antimonoxid. Die größte Wirksamkeit entfalten die phosphorhaltigen Flammschutzmittel, die daher auch bevorzugt eingesetzt werden.
In den Figuren 2 bis 4 sind auf der X-Achse fortlaufende Positionsnummern 11 bis 35 angegeben, die den verschiedenen Schichten des Formteils zugeordnet sind. Die Positionsnummern 11 bis 16 umfassen beispielsweise die frontale Dekorationsschicht, wobei die Positionsnummer 16 die Grenze zu dem Kern 5 markiert, dem beispielsweise die Positionsnummern 17 bis 29 zugeordnet sind. Die Positionsnummern 30 bis 35 betreffen die rückseitige Dekorationsschicht 3 des Formteils 1. Da der Kern 5 im Allgemeinen noch von einer frontalen und einer rückseitigen Substratschicht 4, 4 umschlossen ist, können beispielsweise die Positionsnummern 17,18 und 19 bzw. 27, 28 und 29 solchen Substratschichten zugeordnet sein.
Auf der Y-Achse ist der aktive Gehalt an Flammschutzmittel in Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Schicht aufgetragen. Anstelle des aktiven Gehalts an Flammschutzmittel kann auf der Y-Achse auch der aktive Gehalt an Phosphor oder eines Halogens des Flammschutzmittels aufgetragen sein. Die Mitte der Dicke des Formteils 1 ist durch die Positionsnummer 23 vorgegeben. Die Profile bzw. die Flammschutzmittelverteilung sind gegenüber einer gedachten, durch die Positionsnummer 23 gezogenen Linie symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet. In den Figuren 2 bis 4 ist durch die Gerade m jeweils der Stand der Technik angezeigt, gemäß dem die Flammschutzmittelverteilung homogen ist, d. h. alle mit Flammschutzmittel modifizierten Schichten eine gleich große Menge Flammschutzmittel enthalten. Dabei kann es sich jeweils um das gleiche Flammschutzmittel, aber auch um unterschiedliche Flammschutzmittel in den Schichten handeln, wenn gewährleistet ist, dass der am Brandschutz aktiv beteiligte Anteil an Phosphor in allen Schichten gleich groß ist.
Figur 2 zeigt drei symmetrische Profile a, b, c bzw. Flammschutzmittelverteilung, die unterschiedliche Flankensteilheiten besitzen. Die Profile a und b weisen die steilsten Flanken auf, wobei die Menge an Flammschutzmittel in den beiden äußeren Positionen 11 und 35 16 Gew.-% beträgt und in den Positionen 14 bis 32 4 Gew.-% ausmacht. Profil b hat ähnlich steile Flanken wie das Profil a, wobei die Menge an Flammschutzmittel in den Positionen 14 und 32 8 Gew.-% und in den Positionen 15 bis 31 3 Gew.-% beträgt. Das Profil c besitzt flachere Flanken als die Profile a und b, wobei in den äußeren Positionen 11 und 35 die Menge an Flammschutzmittel 10 Gew.-% und in den Positionen 19 bis 27 die Menge an Flammschutzmittel 2 Gew. -% beträgt.
Aus Figur 2 ist klar zu ersehen, dass bei den Profilen a, b und c die Gesamtmenge an Flammschutzmittel geringer ist als bei der im Stand der Technik bekannten homogenen Verteilung an Flammschutzmittel, die durch die Gerade m in Figur 2 wiedergegeben ist. Es hat sich gezeigt, dass mit einer Mengenverteilung des Flammschutzmittels über die Dicke des Formteils 1 eine Einsparung von 10 bis 25 Gew.-% an Flammschutzmittel erreicht werden kann im Vergleich zu der bekannten homogenen Flammschutzmittelverteilung. Trotz des geringeren Einsatzes an Flammschutzmittel ist das Brandverhalten eines derart präparierten Formteils 1 genau so gut wie das Brandverhalten eines entsprechenden Formteils mit homogener Flammschutzmittelverteilung. Abhängig von dem gewünschten Brandverhalten wird das Verhältnis der Menge an Flammschutzmittel in der Mitte des Kerns 5 zur Dekorationsschicht und/oder Substratschicht 1 : 1,5 bis 6, insbesondere 1 : 2,0 bis 3,5 gewählt. Werden gleiche Mengen an Flammschutzmittel bei einem Formteil mit homogener Flammschutzmittelverteilung und einem Formteil 1 gemäß der Erfindung mit symmetrischer oder asymmetrischer Flammschutzmittelverteilung eingesetzt, so zeigt das erfindungsgemäße Formteil 1 ein verbessertes Brandverhalten gegenüber dem Formteil mit homogener Flammschutzmittelverteilung.
In Figur 3 sind Profile d, e, f dargestellt, die eine symmetrische Flammschutzmittelverteilung wiedergeben und gegenüber den Proben der Figur 2 flacher sind. Die Profile d und e zeigen eine ähnliche Flankensteilheit und ihre Flanken sind steiler als die Flanken des Profils f. Die Menge an Flammschutzmittel in den Positionen 11 und 35 des Profils d beträgt 10 Gew.-% und sinkt im Bereich von der Position 12 bis 34 auf einen Wert knapp unter 6 Gew.-% ab. Das Profil e hat in den Positionen 13 und 33 eine Menge von 10 Gew.-% Flammschutzmittel und in den Positionen 14 bis 32 eine Menge von 5 Gew.-% Flammschutzmittel.
Die Menge des Flammschutzmittels in den Positionen 11 und 35 des Profils fbeträgt 10 Gew.-% und im Bereich von der Postion 17 bis 29 4 Gew.-%.
Figur 4 zeigt schematisch drei Profile g, h, i mit asymmetrischer Flammschutzmittelverteilung in Bezug auf eine gedachte Linie durch die Position 23. In den Positionen 11 bzw. 35 des Profils g beträgt die Menge an Flammschutzmittel 16 Gew. -% bzw. 8 Gew.-%. In dem Bereich von der Position 17 bis 33 liegt der Anteil des Flammschutzmittels bei 4 Gew.-%. Das Profil h zeigt in der Position 11 eine Menge von 12 Gew.-% Flammschutzmittel und im Bereich der Position 15 bis 35 einen Anteil des Flammschutzmittels von 5 Gew.-%. Beim Profil i beträgt die Menge an Flammschutzmittel 10 Gew.-% in Position 11 und im Bereich von Position 25 bis 353 Gew.-%.
Die Wirksamkeit des Flammschutzes des Formteils 1 hängt neben der eingesetzten Menge an Flammschutzmittel zum Modifizieren der verschiedenen Schichten des Formteils 1 ebenso von der Art des Flammschutzmittels ab. Formteile müssen, da sie unterschiedliche Einsatzgebiete haben, unterschiedlichen Anforderungen an das Brandverhalten, ihren physikalischen und mechanischen Eigenschaften genügen. Dabei wird das Brandverhalten gemessen nach ISO 5660 (Cone Calorimeter), die Witterungsbeständigkeit mittels des Xenontest 1200, die Wasseraufnahme und Quellung in kochendem Wasser gemäß der Norm EN 438-2 und im Wasser bei einer Temperatur von 23 °C gemäß der DIN 53495 Verfahren 3L sowie der E-Modul gemäß DIN 53457 und die Biegefestigkeit nach ISO 178 geprüft
Die Flammschutzmittel werden beispielsweise aus der Gruppe Melaminpolyphosphate, Melaminpyrophosphate, Ammoniumpolyphosphate, Ammonium(pyro)phosphate, Amin(pyro) phosphate, halogenierte organische Verbindungen, Borate und Hydroxide des Aluminiums, Zinks, Magnesiums und Antimonoxid ausgewählt. Insbesondere sind phosphor- und phosphor-stickstoffhaltige Flammschutzmittel für Formteile geeignet, deren Kern Cellulose enthält. Flammschutzmittel auf der Basis von halogenierten organischen Verbindungen sind nur beschränkt witterungsbeständig und eignen sich daher nur für Innenanwendung und Kernmodifizierung des Formteils. Wegen der Freisetzung von Halogenen im Brandfall sind sie nicht voll umweltverträglich. Beim Einsatz von anorganischen Flammschutzmittel wie Boraten und Hydroxiden auf der Basis von Aluminium und Magnesium sind relativ hohe Konzentrationen erforderlich, um effektiv flammhemmend zu sein, wodurch dann die mechanischen Eigenschaften und die Wasseraufnahme des Formteils beeinträchtigt werden. Bevorzugte Flammschutzmittel sind im Allgemeinen phosphor-und phosphor-stickstoffhaltige Flammschutzmittel. Bei der Festlegung der Konzentrationen bzw. der Mengen an Flammschutzmittel in den Kernschichten sowie den damit verbundenen Substratschichten, die als Barriereschichten gegen Feuer vorgesehen sind, und den Dekorationsschichten wird so vorgegangen, dass für die Dekorationsschichten hochwirksame Flammschutzmittel wie Melaminpoly-, Melaminpyrophosphat oder Ammoniumpolyphosphate verwendet werden, die schon bei relativ niedrigen Temperatur stark flammhemmend sind. Im Kern können dann weniger wirksame Flammschutzmittel eingesetzt werden, wie beispielweise Ammonium(pyro)phosphat, Amin(pyro)phosphat, bei denen das Ammoniak oder Amin sowohl ionogen als auch covalent gebunden sein kann. Wie schon erwähnt, können in dem Kern Substratschichten, die Barriereschichten sind, integriert werden, wobei diese Substratschichten zweckmäßigerweise den Kern beidseitig laminieren.
Flammfestigkeits-Test (Cone Calorimeter Test)
Der Test erfolgt gemäß der Norm ISO 5660 mit einer Leistung von 50 kW und über eine Dauer von 720 s. Wichtige Untersuchungskriterien sind die Gesamtwärmefreisetzung (THR = Thermal Release) nach verschiedenen Prüfzeiten, die Gesamtwärmefreisetzung, berechnet aus der Gewichtsabnahme und die Zündzeiten für die Dekor- und die Kernschicht. Dabei werden freigesetzte Wärmemengen über der Bestrahlungszeit aufgetragen und aus diesen Kurven ist zu erkennen, nach welcher Zeit beispielsweise die Dekorationsschicht verbrannt ist und wie viel in dieser Zeitspanne zur Wärmefreisetzung durch die Dekorationsschicht beigetragen wird.
Xenon 1200-Test
Dieser Test erfolgt mit Einstellungen gemäß der Vorschrift TNO 158/89 der Anmelderin. Bei diesem internen Test wird ein Muster, ausgerüstet mit Flammschutzmittel, von Xenonlampen über 3000 Stunden Dauer bestrahlt. Dies entspricht einem Einsatz von etwa 10 Jahren unter natürlicher Sonnenbestrahlung in westeuropäischen Klimazonen. Die Lichtquellen sind drei Xenonlampen, jede mit einer Leistung von 4500 W. Die Lichtintensität beträgt 90 ± 5 W/m2 im Wellenlängenbereich von 300 bis 400 nm. Die Umgebungstemperatur beträgt 30 °C, die Schwarztafeltemperatur 45 °C ± 3 °C, die relative Feuchtigkeit 65 ± 5 %. Das Muster wird zyklisch mit Wasser 3 min lang besprüht, wobei der einzelne Zyklus 20 min dauert, d.h. 17 min nach Zyklusbeginn setzt die Sprühphase von 3 min Dauer ein. Das Wasser ist destilliert. Das Muster läuft auf einer Kreisbahn um, entlang deren Umfang die Xenonlampen jeweils im Abstand von 120° voneinander positioniert sind. Nach einem Umlauf des Muster erfolgt jeweils eine Wende um 180°, so dass die beiden Seiten im Verhältnis 50/50 bestrahlt werden.
Die Bedingungen, die Flammschutz modifizierte Platten erfüllen müssen, sind u. a. in der EP-A 1 167 463 ausführlich beschrieben. Dabei kommt es im Wesentlichen darauf an, dass die Oberflächeneigenschaften durch die Flammschutzmodifizierung sich nicht verschlechtern dürfen.
Wasseraufnahme und Quellung
Es werden die folgenden zwei Methoden angewandt:
  • 1. Fünf Muster von 50 x 50 mm werden 2 Stunden in kochendem Wasser gelagert. Vor und nach der Lagerung werden Gewicht und die Kantendicke (4-stellig) gemessen. Aus diesen Daten werden Wasseraufnahme und Quellung berechnet. Dieser Test erfolgt gemäß EN 438-2
  • 2. Fünf Muster von 50 x 50 mm werden 500 Stunden in Wasser von 23 °C gelagert. Die Berechnung der Wasseraufnahme und Quellung ist die gleiche wie bei der Methode 1. Dieser Test wird gemäß DIN 53495 Verfahren 3L durchgeführt.
    • Mechanische Festigkeitstests
    Auf einer Biegebank werden von fünf Mustern in Längsrichtung die folgenden Daten bestimmt:
  • 1. die Durchbiegung im Verhältnis zu der ausgeübten Kraft
  • 2. die ausgeübte Kraft bei Bruch des Musters.
    • Aus dem Anstieg einer linearen Strecke im Verhältnis der Durchbiegung zu ausgeübter Kraft wird der E-Modul berechnet. Aus der ausgeübten Kraft bei Bruch des Musters ist die Biegefestigkeit bestimmbar.
    Die nachfolgenden Beispiele zeigen symmetrische und asymmetrische Verteilungen der Flammschutzmittel, während die Vergleichsbeispiele eine homogene Verteilung der Flammschutzmittel aufweisen.
    Beispiel 1
    Die Dicke des Formteils beträgt 8 mm und der Kern besteht aus Schichten von mit Phenolharz imprägnierten Kraftpapieren, während ein durch Elektronenstrahlen härtbarer Lack die Dekorationsschichten bildet. Des Weiteren wird der Kern durch Substratschichten, die als Flammschutzbarrieren dienen, eingeschlossen. Die verschiedenen Schichten sind mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmitteln modifiziert und darüberhinaus unterscheiden sich auch die Typen der Flammschutzmittel, die in den einzelnen Schichten zum Einsatz gelangen. Es liegt eine symmetrische Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils vor:
    Schicht Flammschutzmittel Aktivgehalt an Phosphor
    Dekorationsschicht, frontal Ammoniumpolyphosphat 3 %
    Substratschicht, frontal Ammoniumpyrophosphat 2,5 %
    Obere Kernschicht Ammoniumphosphat 2 %
    Mittlere Kernschichten Ammoniumphosphat 1,2 %
    Untere Kernschicht Ammoniumphosphat 2 %
    Substratschicht, rückseitig Ammoniumpyrophosphat 2,5 %
    Dekorationsschicht, rückseitig Ammoniumpolyphosphat 3 %
    Der Aktivgehalt an Phosphor in den einzelnen Schichten ist symmetrisch zu den mittleren Kernschichten, die die Mitte der Formteildicke bilden, und die Verteilung des Phosphors entspricht einem mittleren Phosphorgehalt von 1,4 Gew.-% Phosphor.
    Beispiel 2
    Das Formteil 1 ist 8 mm dick und der Kern besteht aus mit Phenolharz beschichteten Holzfasern, während für die Dekorationsschichten ein mittels Elektronenstrahlung härtbarer Lack Anwendung findet. Die einzelnen Schichten sind mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel modifiziert und darüber hinaus enthalten sie unterschiedliche Typen von Flammschutzmitteln. Die Verteilung der Flammschutzmittel ist in Bezug auf die mittleren Kernschichten asymmetrisch.
    Schicht Flammschutzmittel Aktivgehalt an Phosphor
    Dekorationsschicht, frontal Melaminpolyphosphat 4 %
    Substratschicht, frontal Melaminpyrophosphat 3 %
    Obere Kernschicht Ammoniumpolyphosphat 1,6 %
    Mittlere Kernschichten Ammoniumphosphat 1 %
    Untere Kernschicht Ammoniumpolyphosphat 1 %
    Substratschicht, rückseitig Melaminpyrophosphat 1 %
    Dekorationsschicht, rückseitig Melaminpolyphosphat 2 %
    Die Verteilung des aktiven Phosphors der Flammschutzmittel entspricht einem mittleren Phosphorgehalt von 1,2 Gew.-% Phosphor.
    Beispiel 3
    Das Formteil 1 ist 8 mm dick und besteht im Kern aus Schichten von mit Phenolharz imprägnierten Holzfasern, während ein mittels Elektronenstrahlung härtbarer Lack die Dekorationsschichten bildet. Die Schichten sind mitunterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel und unterschiedlichen Typen von Flammschutzmitteln modifiziert. Die frontale und die rückseitige Dekorationsschicht enthalten bei diesem Beispiel kein Flammschutzmittel, während die frontale und die rückseitige Substatschicht als Barriereschichten mit einem relativ hohen Anteil an Flammschutzmittel ausgerüstet sind. Die Verteilung der Flammschutzmittel ist symmetrisch zu den mittleren Kernschichten.
    Schicht Flammschutzmittel Aktivgehalt an Phosphor
    Dekorationsschicht, frontal ohne Flammschutzmittel -
    Substratschicht (Barriere) Melaminpyrophosphat 6 %
    Obere Kemschicht Ammoniumpyrophosphat 2,5 %
    Mittlere Kemschichten Ammoniumphosphat 1 %
    Untere Kernschicht Ammoniumpyrophosphat 2,5 %
    Substratschicht (Barriere) Melaminpyrophosphat 6 %
    Dekorationsschicht, rückseitig ohne Flammschutzmittel -
    Die Verteilung des aktiven Phosphors entspricht einem mittleren Phosphorgehalt von 1,5 Gew. - % Phosphor, bezogen auf das Gesamtgewicht des Formteils 1.
    Beispiel 4
    Das Formteil 1 ist 8 mm dick und der Kern besteht aus mit Phenolharz imprägnierten Schichten aus Kraftpapieren. Die Dekorationsschichten sind Dekorpapiere, die mit Melaminharz imprägniert sind. Die Kernschichten sind von Barriereschichten eingeschlossen. Die Barriereund die Kernschichten sind mit unterschiedlichen Mengen an Flammschutzmittel modifiziert. Für beide Arten von Schichten wird das gleiche Flammschutzmittel eingesetzt. Die Verteilung des Flammschutzmittel ist symmetrisch, wobei die Verteilung des aktiven Phosphors einem mittleren Phosphorgehalt von 1,6 Gew.-% entspricht.
    Flammschutzmittel Aktivgehalt an Phosphor
    Dekorationsschicht, frontal Melaminharz -
    Barriereschicht Ethandiammoniumphosphat 2,5 %
    Kernschichten Ethandiammoniumphosphat 1,5 %
    Barrierschicht Ethandiammoniumphosphat 2,5 %
    Dekorationsschicht, rückseitig Melaminharz -
    Vergleichsbeispiele 1 bis 3
    Das Formteil ist jeweils 8 mm dick und der Kern besteht aus mit Phenolharz imprägnierten Kraftpapieren, während für die Dekorationsschichten mit Elektronenstrahlung härtbarer Lack verwendet wird. Der Kern ist von Substratschichten eingeschlossen und die Verteilung der Flammschutzmittel ist homogen. Die frontale und die rückseitige Dekorationschicht sind nicht mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet. Die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 haben eine mittleren Phosphorgehalt von 1,2, 1,8 und 2,4 Gew.-%.
    Schicht Flammschutzmittel Aktivgehalt an Phosphor
    A B C
    Dekorationsschicht, frontal - - - -
    Substratschicht Ammoniumpyrophosphat 1,2 % 1,8 % 2,4 %
    Obere Kemschichten Ammoniumpyrophosphat 1,2 % 1,8 % 2,4 %
    Mittlere Kernschichten Ammoniumpyrophosphat 1,2 % 1,8 % 2,4 %
    Untere Kemschichten Ammoniumpyrophosphat 1,2 % 1,8% 2,4 %
    Ammoniumpyrophosphat 1,2% 1,8 % 2,4%
    Dekorationsschicht, rückseitig - - - -
    Vergleichsbeispiele 4 bis 6
    Das Formteil ist 8 mm stark und besteht im Kern aus Schichten, bei denen es sich um mit Phenolharz beschichtete Holzfasern handelt. Für die Dekorationsschichten wird ein mit Elektronenstrahlung härtbarer Lack angewandt. Die Dekorationsschichten sind nicht mit einem Flammschutzmittel modifiziert. Der Aktivgehalt an Phosphor entspricht einem mittleren Phosphorgehalt der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 von 1,2, 1,8 und 2,4 Gew.-% Phosphor.
    Schicht Flammschutzmittel Aktivgehalt an Phosphor
    A B C
    Dekorationsschicht, frontal - - - -
    Substratschicht Ammoniumphosphat 1,2 % 1,8 % 2,4 %
    Kernschichten Ammoniumphosphat 1,2 % 1,8 % 2,4 %
    Substratschicht Ammoniumphosphat 1,2 % 1,8 % 2,4 %
    Dekorationsschicht, rückseitig - - - -
    Figure 00200001
    Figure 00210001
    Der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass das Beispiel 2, das den gleichen mittleren Phosphorgehalt von 1,2 Gew.-% hat wie die Vergleichsbeispiele 1 und 4 eine wesentlich geringere Gesamtwärmefreisetzung als die Vergleichsbeispiele liefert und dass die Zündung sowohl der Dekorschicht als auch des Kerns beim Beispiel 1 wesentlich später erfolgt als bei den Vergleichsbeispielen 1 und 4. Ein Vergleich der Beispiele 1, 3 und 4 mit einem mittleren Phosphorgehalt von 1,4, 1,5 und 1,6 Gew.-% mit den Vergleichsbeispielen 3 und 6, die jeweils einen homogenen mittleren Phosphorgehalt von 2,4 Gew.-% haben zeigt auf, dass bei diesen Beispielen eine geringere Gesamtwärmefreisetzung und eine spätere Zündung des Kerns als bei den Vergleichsbeispielen auftritt. Insofern wird durch die Erfindung der Vorteil erzielt, dass die inhomogene Verteilung des Flammschutzmittels in den Formteilen mit einem geringeren Gewichtsanteil des Flammschutzmittels die gleiche Flammhemmung wie eine homogene Verteilung des Flammschutzmittels mit einem höheren Gewichtsanteil des Flammschutzmittels ergibt.

    Claims (18)

    1. Plattenförmiges Formteil mit einem Kern aus einer Anzahl von Kernschichten, an einer oder an beiden Seiten des Kerns befindlichen Substrat-, Dekorations- und Klarschichten, wobei dem Formteil Flammschutzmittel zugesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils inhomogen ist.
    2. Plattenförmiges Formteil, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (3, 4, 5, 4, 3) des Formteils (1) unterschiedlich große Mengen an Flammschutzmittel enthalten
    3. Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (3, 3) nahe den Oberflächen des Formteils (1) größere Mengen an Flammschutzmittel als die Schichten des Kerns (5) enthalten.
    4. Plattenförmiges Formteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils (1) symmetrisch ist, wobei der Flammschutzmittelgehalt in den Kernschichten (51, 52, 53, ...) niedriger als in den Dekorations- und Substratschichten (3, 4, 4, 3) ist.
    5. Plattenförmiges Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den flammhemmend ausgerüsteten Schichten des Formteils (1) das gleiche Flammschutzmittel zugesetzt ist.
    6. Plattenförmiges Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Flammschutzmittel über die Dicke des Formteils (1) assymmetrisch ist, wobei die frontale Dekorationsschicht (3) eine größere Menge an Flammschutzmtitel als die rückseitige Dekorationsschicht (3) enthält und die Kernschichten (51, 52, 53,...) ein niedrigere Menge an Flammschutzmittel als jede der beiden Dekorationsschichten (3, 3) aufweisen.
    7. Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (3, 4, 5, 4, 3) des Formteils (1) unterschiedliche Flammschutzmittel enthalten.
    8. Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammschutzmittel aus der Gruppe Melaminpolyphosphate, Melaminpyrophosphate, Ammoniumpolyphosphate, Ammonium(pyro)phosphate, Amin(pyro)phosphate, halogenierte organische Verbindungen, Borate und Hydroxide des Al, Zn, Mg, Antimonoxid ausgewählt sind.
    9. Plattenförmiges Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Menge an Flammschutzmittel Kern : Dekorationsschicht und/oder Substratschicht = 1 : 1,2 bis 6, insbesondere 1 : 1,5 bis 3,5 beträgt.
    10. Plattenförmiges Formteil nach einem der Ansprüche 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Formteils 1 bis 35 mm, insbesondere 6 bis 12 mm, beträgt.
    11. Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung des in den Flammschutzmitteln enthaltenen Phosphors über die Dicke des Formteils einem mittleren Phosphorgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.-% Phosphor im Formteil entspricht.
    12. Plattenförmiges Formteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Phosphorgehalt 1,2 bis 1,6 Gew.-% im Formteil beträgt.
    13. Verfahren zur Herstellung eines plattenförmigen Formteils nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch Einlegen einer Trennschicht (6), einer Klarschicht (2), einer Dekorationsschicht (3) und/oder einer Substratschicht (4), wobei die Dekorationsschicht (3) mit einer Menge m1 eines Flammschutzmittels und die Substratschicht (4) mit einer Menge m2 ≤ m1 eines Flammschutzmittels modifiziert wird, und eines vorgefertigten Kerns (5) bestehend aus einer Anzahl von Kernschichten (51, 52, 53,...), wobei jede Kernschicht mit einer gleich großen Menge m3 eines Flammschutzmittels modifiziert ist, mit m3 ≤ m2 ≤ m1 und durch Einlegen einer weiteren Substratschicht (4) und/oder einer Dekorationsschicht (3), die jeweils mit einem Flammschutzmittel ausgerüstet sind, einer Klarschicht (2) und einer Trennschicht (6) in eine geöffnete Presse, und Heißverpressen unter Druck aller in der Presse befindlichen Schichten, wobei die vorgefertigten Schichten gehärtet werden, die Harze der Schichten zerfließen und die Schichten zu einem massiven homogenen Formteil geformt werden.
    14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dekorationsschicht (3) und/oder Substratschicht (4) jeweils mit einer Menge m1 bzw. m2 des Flammschutzmittels ausgerüstet werden, mit m3 ≤ m2 ≤ m1.
    15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dekorationsschicht (3) und/oder Substratschicht (4) jeweils mit einer Menge m4 bzw. m5 an Flammschutzmittel modifiziert werden, mit m3 ≤ m5 ≤ m4 und m5 < m2 und m4 < m1.
    16. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit dem gleichen Flammschutzmittel modifiziert werden.
    17. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dekorations-, Substrat- und Kernschichten jeweils mit einem unterschiedlichen Flammschutzmittel ausgerüstet werden.
    18. Verwendung der plattenförmigen Formteile für den Innenausbau im Büro, in Küche und Bad, für Möbel, Laboreinrichtungen, die Fassadenvoll- oder teilverkleidung von Gebäuden und von Räumen mit erhöhter Brandgefahr.
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