EP2358827A1 - Mehrschitiges feuerfestes kunststoffmaterial - Google Patents

Mehrschitiges feuerfestes kunststoffmaterial

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EP2358827A1
EP2358827A1 EP09778894A EP09778894A EP2358827A1 EP 2358827 A1 EP2358827 A1 EP 2358827A1 EP 09778894 A EP09778894 A EP 09778894A EP 09778894 A EP09778894 A EP 09778894A EP 2358827 A1 EP2358827 A1 EP 2358827A1
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EP
European Patent Office
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plastic material
layer
material according
melamine
carrier layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09778894A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Merkel
Norbert Eisen
Günter Gansen
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Bayer Intellectual Property GmbH
Original Assignee
Bayer MaterialScience AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T428/31554—Next to second layer of polyamidoester

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer plastic material, a process for its preparation and its use.
  • hazard level In the field of rail vehicle construction, different fire protection regulations exist in Europe to date. In the course of its standardization, the European Union has introduced the European fire protection standard EN 45545 and has since published it as prCEN / TS 45545, which in the future will have to comply with all plastic materials that are to be used in rail vehicle construction. In the material requirements so-called hazard level (HL) are distinguished. Which hazard level the respective plastic material has to fulfill depends on the exact Operating and design class of the vehicle in which the plastic material is to be used. A hazard level 3 represents the highest, a hazard level 1 the lowest requirements with regard to the required fire protection.
  • the plastic materials are usually equipped with one or more flame retardants in order to provide them with sufficient fire protection for the respective application.
  • the flame retardants are usually distributed homogeneously in the actual plastic material, which is disadvantageous from an economic point of view, since the flame retardants are needed mainly on the surface facing the fire, but not or in much smaller dimensions inside the plastic material.
  • Flame retardants are enriched in the outermost or the outer layers.
  • EP 1 348 542 A1 describes foam-containing composite systems which consist of polyisocyanurate-blue, polyisocyanurate-imide-blue or polyimide-blue foams which are provided with intumescent or ablative intumescent formers as cover layer and optionally intermediate layers. The cover layer is subsequently applied to the initially separately prepared foam.
  • a disadvantage of these composite systems is the use of PIR foams, since these are more difficult to produce, that is to say at higher temperatures, than, for example, PUR foams. Foams and also have poorer mechanical properties.
  • Bl foams typically have densities in the range of 30 to 80 kg / m 3 and are therefore rather unsuitable for structural components because of their insufficient mechanical properties.
  • DE 196 17 592 A1 discloses plastic laminated bodies in which at least one layer a) comprises one or more synthetic resins selected from the group consisting of bitumen, epoxy resins, polyurethanes, polyolefins, silicones, rubber, synthetic thermoplastics, acrylate polymers,
  • Vinyl chloride polymers, urea-formaldehyde resins and melamine-formaldehyde resins and b) contains an intumescent mixture. Also, the method described therein is to be classified as rather expensive, since initially the production of the plastic body takes place, which is then coated by rolling, spraying, dipping, etc. Due to the method, such composite materials therefore have a rather poor surface quality.
  • WO 00/35999 A1 describes a process for producing a rigid polyurethane foam by reacting a polyisocyanate, a polyol, a halogenated reactive compound, a blowing agent, a catalyst, expandable graphite and an additional flame retardant selected from the group of phosphonate esters, phosphate esters, halogenated phosphate esters or a Combination of it.
  • the plastic materials available according to this document have a low density, are therefore only partially suitable as a structural component.
  • halogenated polyols used for the production of polyurethane foams which has a negative effect on the smoke gas toxicity.
  • a multilayer plastic material with a flexural modulus of> 250 N / mm 2 comprising a support layer of polyurethane containing red phosphorus and / or melamine and / or melamine derivatives and at least a surface associated with expanded graphite covering layer of polyurethane.
  • the cover layer contains expanded graphite in an amount of 5 to 50 wt .-%, in particular 20 to 25 wt .-%, each based on the total weight of the cover layer.
  • Expandable graphite result in insufficient fire protection.
  • larger amounts improve the extent of fire protection, but not only have a negative impact on the processability of the expandable graphite-containing polyol suspension, but also lead to a significant increase in costs for the resulting plastic material. Too high a proportion of flame retardants also leads to a deterioration of essential mechanical properties, in particular the impact strength.
  • the covering layer further contains AI (OH) 3 (such as Martinal ON320 ®), and preferably in an amount of 5 to 50 wt .-%, particularly preferably in an amount of 20 to 25 wt .-%, in each on the total weight of the topcoat.
  • AI (OH) 3 such as Martinal ON320 ®
  • the combination of at least one intumescent (expandable graphite) and an ablative (Al (OH) 3 ) flame retardant ie a water-releasing (AI (OH) 3 flame retardant has been surprising proved to be particularly advantageous.
  • AI (OH) 3 such as Martinal ON320 ®
  • the topcoat may also contain other flame retardants.
  • flame retardants commonly used in polyurethanes are suitable:
  • Phosphorus-containing flame retardants z. As phosphate esters, phosphonates, phosphinates, red phosphorus, ammonium polyphosphate b) Mineral flame retardants: z. B. Aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, ammonium sulfate c) Nitrogen-containing flame retardants: melamine, melamine derivatives d) halogen-containing (bromine and / or chlorine) flame retardants: z. B.
  • the sum of the amounts of all flame retardants in the topcoat is in a range of 10 to 70 wt .-%, based on the total weight of the topcoat. Lower quantities result in inadequate fire protection. If the amount is greater than 70% by weight, the proportion by weight of polyurethane in the top layer is so low that the stability of the top layer is insufficient is.
  • the amount of halogen-containing flame retardants is selected so that the requirements of EN 45545 with regard to smoke toxicity are met.
  • the carrier layer contains red phosphorus and melamine and / or melamine derivatives in a weight ratio of 1: 7.5 to 1: 100, in each case based on the red phosphorus.
  • the amounts of red phosphorus are preferably such that they are 2 to 30% by weight; the amounts of melamine and / or melamine derivatives are preferably in a range of 5 to 50 wt .-%.
  • the data in% by weight relate in each case to the total weight of the carrier layer.
  • the carrier layer may also contain other flame retardants mentioned above.
  • the sum of the amounts of all flame retardants in the carrier layer is in a range of 7 to 70 wt .-% based on the total weight of the carrier layer.
  • a lower proportion (in% by weight) of flame retardants is used in the carrier layer compared to the top layer. This leads to a saving of flame retardants in comparison to those embodiments in which the flame retardant or agents are homogeneously distributed in the plastic material.
  • the carrier layer has a layer thickness in a range of 2.5 mm to 30 mm, in particular 2.5 mm to 15 mm.
  • the cover layer preferably has a layer thickness of 1 to 3 mm.
  • the cover layer is of particular importance in terms of fire protection.
  • the carrier layer should above all ensure sufficient mechanical strength of the plastic material. Low layer thicknesses of the top layer result in insufficient fire protection, whereas larger layer thicknesses increase fire protection but also result in high material costs.
  • the support layer must have a certain minimum layer thickness to ensure sufficient mechanical stability / strength, whereas large layer thicknesses are undesirable because of the associated increase in weight.
  • the multilayer plastic material has a density in a range of> 400 kg / m 3 to 1600 kg / m 3 .
  • the cover layer has a density in a range of> 700 kg / m 3 to 1600 kg / m 3 .
  • the carrier layer has a density in a range of 200 kg / m 3 to 1600 kg / m 3 .
  • the plastic material has a bending modulus in a range of 800 N / mm 2 to 4000 kN / mm 2 .
  • the carrier layer is preferably an integral foam, that is to say a foam whose outer boundaries, although consisting essentially of the same plastic material, are compressed in comparison to the interior of the plastic material, that is to say have a higher density.
  • the plastic material comprises a further expandable graphite-containing and surface-connected to the carrier layer covering layer and / or decorative layer, such as a paint or a thermoformed film.
  • a typical example in this connection is a sandwich construction of cover layer, carrier layer and cover layer, in which essentially both main boundary surfaces are protected against flame effects.
  • the object underlying the invention is achieved by a method, which is characterized in that one presents an expandable graphite-containing layer of a polyurethane material in a tool and to this a red phosphorus and / or melamine and / or melamine derivatives containing layer applying.
  • the expandable graphite-containing layer of a polyurethane material is applied by spraying in a mold, closes the mold and then applies the layer containing red phosphorus and / or melamine and / or melamine derivatives by means of back-foaming or back-injection.
  • the material of the carrier layer-depending on the process conditions- can be compressed at the boundaries of the carrier layer, thus resulting in the formation of the carrier layer as integral foam.
  • well-known polyols and isocyanates are used in the prior art.
  • the polyol component it has been found possible to replace some of these with renewable raw materials such as castor oil or other known vegetable oils, their chemical reaction products or derivatives.
  • Such an application is associated with no deterioration of the properties of the finished molded polyurethane foam body and is advantageous in that such foam body make a significant contribution to sustainability.
  • This mutual registration of the two materials optimum wetting of the flame retardant is achieved.
  • a further preferred variant of the method is characterized in that in a form a flame retardant (expandable graphite) containing foam layer presents, in particular in a tool and on this another foam material applies, which contains red phosphorus and / or melamine and / or melamine derivatives.
  • the expanded graphite-containing foam layer is preferably presented in such a way that an open mold is sprayed or sprayed in whole or in part.
  • increased thixotropy may be expedient.
  • This increased thixotropy can be achieved by exploiting the different reactivities of the starting materials (such as, for example, amines, polyethers, amino-modified polyethers, varied catalysis, etc.) for the controlled adjustment of the viscosity of the reaction mixture. From the literature, such a modification for the targeted adjustment of thixotropy is known. For example, Guether, Markusch and Cline described the use of "Non-sagging Polyurethane Compositions" at the Polyurethanes Conference 2000 (October 8-11, 2000).
  • the object underlying the invention is achieved by the use of the plastic material according to the invention in rail vehicle construction.
  • the resulting plastic material had a density of 600 kg / m 3 . It fulfills DIN 5510 but not EN 45545.
  • the resulting plastic material had a density of 1200 kg / m 3 . It fulfills DIN 5510 but not EN 45545. c) Comparative Example 3
  • the resulting plastic material had a density of 800 kg / m 3 . Although it complies with NF-F 16-101 (classification M2, F2), it only achieves HL 1 in EN 45545.
  • the plastic material obtained is not EN 45545.
  • the resulting plastic material had a density of 750 kg / m 3 (cover layer: 950 kg / m 3 , backing layer: 700 kg / m 3 ). It fulfills HL 2 in EN 45545.
  • Comparative Examples 1, 2 and 4 do not meet the European fire safety standard EN 45545. Even Comparative Example 3 only complies with Hazard Level 1. By contrast, the Example according to the invention fulfills Hazard Level 2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrschichtige Kunststoffmaterialien, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung. Mehrschichtiges Kunststoffmaterial mit einem Biege-E-Modul von > 250 N/mm2 umfassend eine roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Trägerschicht aus Polyurethan und wenigstens eine flächig damit verbundene Blähgraphit enthaltende Deckschicht aus Polyurethan.

Description

MEHRSCHITIGES FEUERFESTES KUNSTSTOFFMATERIAL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Kunststoffmaterial, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie ihre Verwendung.
Für viele Kunststoffmaterialien ist ein ausreichender Brandschutz notwendig, wie er in verschiedenen gesetzlichen Vorschriften und einer Reihe anderer Regelwerke gefordert wird. Der Nachweis, dass die Kunststoffmaterialien den jeweiligen brandschutztechnischen Anforderungen genügen, wird mit Hilfe einer Vielzahl unterschiedlicher Brandschutzprüfungen geführt, welche üblicherweise auf die Anwendung des Kunststoffmaterials ausgerichtet sind. Im Allgemeinen müssen die Kunststoffmaterialien dabei mit sogenannten Flammschutzmitteln ausgerüstet werden, um diese
Brandschutzprüfungen zu bestehen.
Im Bereich des Schienenfahrzeugbaus existieren in Europa bis dato unterschiedliche Brandschutzvorschriften. Im Zuge ihrer Vereinheitlichung wurde von der europäischen Union die europäische Brandschutznorm EN 45545 auf den Weg gebracht und inzwischen als prCEN/TS 45545 veröffentlicht, der in Zukunft alle Kunststoffmaterialien genügen müssen, die im Schienenfahrzeugbau eingesetzt werden sollen. Bei den Materialanforderungen werden dabei sogenannte Hazard-Level (HL) unterschieden. Welchen Hazard-Level das jeweilige Kunststoffmaterial erfüllen muss, richtet sich nach der genauen Betriebs- und der Bauartklasse des Fahrzeuges, in dem das Kunststoffmaterial eingesetzt werden soll. Ein Hazard-Level 3 stellt dabei die höchsten, ein Hazard-Level 1 die geringsten Anforderungen hinsichtlich des geforderten Brandschutzes dar.
Wie oben schon angedeutet, werden die Kunststoffmaterialien meist mit einem oder mehreren Flammschutzmitteln ausgerüstet, um sie mit einem für die jeweilige Anwendung ausreichenden Brandschutz zu versehen. Bisher wurden und werden die Flammschutzmittel meist homogen im eigentlichen Kunststoffmaterial verteilt, was aus ökonomischer Sicht nachteilhaft ist, da die Flammschutzmittel hauptsächlich an der dem Brandherd zugewandten Oberfläche benötigt werden, nicht jedoch oder in weit wenig geringerem Ausmaße im Inneren des Kunststoffmaterials.
Auf Grund dessen gibt es schon seit längerer Zeit Bestrebungen, mehrschichtigen Materialien bereitzustellen, bei denen die
Flammschutzmittel in der äußersten bzw. den äußeren Schichten angereichert vorliegen.
So beschreibt EP 1 348 542 Al schaumstoffenthaltende Verbundssysteme, die aus Polyisocyanurat-Bl-, Polyisocyanuratimid- Bl- oder Polyimid-Bl-Schaumstoffen bestehen, die mit intumeszierenden oder ablativen Dämmschichtbildnern als Deckschicht und gegebenenfalls Zwischenschichten versehen sind. Die Deckschicht wird auf den zunächst separat hergestellten Schaumstoff nachträglich aufgebracht. Nachteilig an diesen Verbundssystemen ist zum einen die Verwendung von PIR-Schäumen, da diese schwieriger, dass heißt bei höheren Temperaturen, herzustellen sind, als zum Beispiel PUR- Schäume und auch schlechtere mechanische Eigenschaften aufweisen. Darüber hinaus weisen Bl-Schäume typischerweise Dichten in einem Bereich von 30 bis 80 kg/m3 auf und sind deshalb wegen ihrer unzureichenden mechanischen Eigenschaften für Strukturbauteile eher ungeeignet.
In ähnlicher Weise offenbart DE 196 17 592 Al Kunststoffschichtkörper, in welchen mindestens eine Schicht a) ein Kunstharz oder mehrere Kunstharze ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bitumen, Epoxidharzen, Polyurethanen, Polyolefinen, Siliconen, Kautschuk, synthetischen Thermoplasten, Acrylatpolymeren,
Vinylchloridpolymerisaten, Harnstoff-Formaldehydharzen und Melamin- Formaldehydharzen und b) eine intumeszierende Mischung enthält. Auch das darin beschriebene Verfahren ist als eher aufwendig einzustufen, da zunächst die Herstellung des Kunststoffkörpers erfolgt, welcher anschließend durch Rollen, Spritzen, Tauchen etc. beschichtet wird. Verfahrensbedingt weisen solche Verbundmaterialien daher eine eher schlechte Oberflächenqualität auf.
WO 00/35999 Al beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines starren Polyurethanschaumes durch Reaktion eines Polyisocyanats, eines Polyols, einer halogenierten reaktiven Verbindung, eines Treibmittels, eines Katalysators, Blähgraphit und eines zusätzlichen Flammschutzmittels ausgewählt aus der Gruppe von Phosphonatestern, Phosphatestern, halogenierten Phosphatestern oder einer Kombination daraus. Auch die gemäß dieser Schrift erhältlichen Kunststoffmaterialien weisen eine geringe Dichte auf, sind somit als Strukturbauteil nur eingeschränkt geeignet. Darüber hinaus werden halogenierte Polyole zur Herstellung der Polyurethanschäume eingesetzt, was einen negativen Effekt auf die Rauchgastoxizität hat.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein polyurethanhaltiges Kunststoffmaterial bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik vermindert beziehungsweise sogar ganz beseitigt. Insbesondere ist es eine Aufgabe, ein Kunststoffmaterial bereitzustellen, welches einen ausreichenden Brandschutz aufweist, und welches insbesondere der Brandschutznorm EN 45545 genügt (als genügend wird dabei das Erreichen eines Hazard-Levels von 1 bis 3, insbesondere von 2 bis 3 angesehen). Weiterhin ist es eine Aufgabe, das Kunststoffmaterial unter Erreichung des angestrebten Brandschutzes ökonomisch hinsichtlich des Flammschutzmittels zu optimieren, das heißt sowohl hinsichtlich der eingesetzten Mengen als auch der Verteilung innerhalb des Kunststoffmaterials.
Gelöst wird die der vorliegenden Erfindung zur Grunde liegende Aufgabe in einer ersten Ausführungsform durch ein mehrschichtiges Kunststoffmaterial mit einem Biege-E-Modul von > 250 N/mm2 umfassend eine roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Trägerschicht aus Polyurethan und mindestens eine flächig damit verbundene Blähgraphit enthaltende Deckschicht aus Polyurethan.
Überraschend hat sich gezeigt, dass ein solches mindestens zweischichtiges Kunststoffmaterial mindestens den Hazard-Level 2 der EN 45545 erfüllt, und somit für im Grunde genommen die wichtigsten Anwendungsbereiche im Schienenfahrzeugbau eingesetzt werden kann. Eine roten Phosphor und Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Trägerschicht aus Polyurethan wird in der EP 0 941 283 Bl beschrieben, auf welche hiermit voll umfänglich Bezug genommen wird. Diese Trägerschicht ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt. Insbesondere kommen die in dieser Patentschrift offenbarten Polyisocyanate und Polyole auch in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz - und dies nicht nur für die soeben angesprochene Trägerschicht sondern auch für die Blähgraphit enthaltene Deckschicht aus Polyurethan.
Bevorzugt enthält die Deckschicht Blähgraphit in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 20 bis 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht. Geringere Gehalte an Blähgraphit haben einen nur unzureichenden Brandschutz zur Folge. Größere Mengen verbessern zwar das Ausmaß des Brandschutzes, haben aber nicht nur einen negativen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit der Blähgraphit enthaltenden Polyolsuspension, sondern führen auch zu einem deutlichen Kostenanstieg für das erhaltene Kunststoffmaterial. Ein zu hoher Anteil an Flammschutzmitteln führt auch zu einer Verschlechterung wesentlicher mechanischer Eigenschaften, insbesondere der Schlagzähigkeit.
Bevorzugt enthält die Deckschicht weiterhin AI(OH)3 (wie zum Beispiel Martinal® ON320), und zwar bevorzugt in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 20 bis 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht. Die Kombination mindestens eines intumeszierenden (Blähgraphit) und eines ablativen (AI(OH)3 ) Flammschutzmittels d. h. eines Wasser abspaltenden (AI(OH)3 Flammschutzmittels hat sich dabei überraschend als besonders vorteilhaft herausgestellt. Bezüglich der Vor- und Nachteile der an AI(OH)3 eingesetzten Mengen gilt das Gleiche wie das vorhin in Bezug auf Blähgraphit Ausgeführte.
Neben Blähgraphit und gegebenenfalls AI(OH)3 kann die Deckschicht auch weitere Flammschutzmittel enthalten. Grundsätzlich kommen alle in Polyurethanen üblicherweise verwendeten Flammschutzmittel in Frage:
a) Phosphorhaltige Flammschutzmittel: z. B. Phosphatester, Phosphonate, Phosphinate, roter Phosphor, Ammoniumpolyphosphat b) Mineralische Flammschutzmittel: z. B. Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Ammoniumsulfat c) Stickstoffhaltige Flammschutzmittel: Melamin, Melaminderivate d) Halogenhaltige (Brom und/oder Chlor) Flammschutzmittel: z. B. polybromierte Diphenylether, Hexabromcyclododekan, Tetrabrombisphenol A, bromierte Polyole, Bromierte Phenole, Tetrabromphthalsäureanhydrid, Tris(chloropropyl)phosphat, Tris(dichloropropyl)phosphat, Tris(2-chloroethyl)phosphat e) Weitere Flammschutzmittel sind beispielsweise Borate, Antimonverbindungen und/oder Zinkverbindungen.
Bevorzugt liegt die Summe der Mengen aller Flammschutzmittel in der Deckschicht dabei in einem Bereich von 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht. Geringere Mengen haben einen nur unzureichenden Brandschutz zur Folge. Bei noch größeren Mengen als 70 Gew.-% ist der Gewichtsanteil von Polyurethan in der Deckschicht so gering, dass die Stabilität der Deckschicht unzureichend ist. Die Menge der halogenhaltigen Flammschutzmittel wird dabei so gewählt, dass die Vorgaben der EN 45545 bezüglich der Rauchgastoxizität erfüllt werden.
Bevorzugt enthält die Trägerschicht roten Phosphor und Melamin und/oder Melaminderivate in einem Gewichtsverhältnis von 1 :7,5 bis 1: 100, jeweils bezogen auf den roten Phosphor. Die Mengen an rotem Phosphor werden dabei bevorzugt so bemessen, dass sie 2 bis 30 Gew.- % betragen; die Mengen an Melamin und/oder Melaminderivaten liegen bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 50 Gew.-%. Die Angaben in Gew.- % beziehen sich dabei jeweils auf das Gesamtgewicht der Trägerschicht.
Neben rotem Phosphor und Melamin und/oder Melaminderivaten kann die Trägerschicht darüber hinaus auch noch weitere oben genannte Flammschutzmittel enthalten. Bevorzugt liegt die Summe der Mengen aller Flammschutzmittel in der Trägerschicht dabei in einem Bereich von 7 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Trägerschicht.
Im Allgemeinen wird in der Trägerschicht im Vergleich zur Deckschicht ein geringerer Anteil (in Gew.-%) an Flammschutzmitteln eingesetzt. Dies führt zu einer Einsparung an Flammschutzmitteln im Vergleich zu solchen Ausführungsformen, in denen das oder die Flammschutzmittel homogen im Kunststoffmaterial verteilt vorliegen.
Bevorzugt weist die Trägerschicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 2,5 mm bis 30 mm, insbesondere 2,5 mm bis 15 mm auf. Die Deckschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 1 bis 3 mm auf. Im erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial kommt der Deckschicht hinsichtlich des Brandschutzes eine besondere Bedeutung zu. Die Trägerschicht soll vor allen Dingen eine ausreichende mechanische Festigkeit des Kunststoffmaterials gewährleisten. Geringe Schichtdicken der Deckschicht haben einen nur unzureichenden Brandschutz zur Folge, wohingegen größere Schichtdicken zwar den Brandschutz erhöhen, aber auch große Materialkosten zur Folge haben. Die Trägerschicht muss zur Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Stabilität/Festigkeit eine gewisse Mindestschichtdicke aufweisen, wohingegen große Schichtdicken auf Grund der damit einhergehenden Gewichtszunahme unerwünscht sind.
Bevorzugt weist das mehrschichtige Kunststoffmaterial eine Dichte in einem Bereich von > 400 kg/m3 bis 1600 kg/m3 auf.
Bevorzugt weist die Deckschicht eine Dichte in einem Bereich von > 700 kg/m3 bis 1600 kg/m3 auf.
Bevorzugt weist die Trägerschicht eine Dichte in einem Bereich von 200 kg/m3 bis 1600 kg/m3 auf.
Bevorzugt weist das Kunststoffmaterial einen Biege-E-Modul in einem Bereich von 800 N/mm2 bis 4000 kN/mm2 auf.
Bevorzugt handelt es sich bei der Trägerschicht um einen Integralschaumstoff, dass heißt um einen solchen Schaumstoff, dessen äußere Begrenzungen zwar aus im Wesentlichen dem gleichen Kunststoffmaterial bestehen aber im Vergleich zum Inneren des Kunststoffmaterials verdichtet sind, also eine höhere Dichte aufweisen. Bevorzugt umfasst das Kunststoffmaterial eine weitere Blähgraphit enthaltende und flächig mit der Trägerschicht verbundene Deckschicht und/oder Dekorschicht, beispielsweise einen Lack oder eine tiefgezogene Folie. Ein typisches Beispiel in diesem Zusammenhang ist ein Sandwichaufbau aus Deckschicht, Trägerschicht und Deckschicht, bei dem also im Wesentlichen beide Hauptbegrenzungsflächen gegen Flammeinwirkungen geschützt sind.
In einer zweiten Ausführungsform wird die der Erfindung zur Grunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Blähgraphit enthaltende Schicht eines Polyurethanmaterials in einem Werkzeug vorlegt und auf diese eine roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Schicht aufträgt.
Bevorzugt legt man dabei die Blähgraphit-enthaltende Schicht eines Polyurethanmaterials durch Aufsprühen in einer Form vor, schließt die Form und trägt anschließend die roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Schicht durch Hinterschäumen oder Hinterspritzen auf.
Durch ein solches Hinterschäumen oder Hinterspritzen kann das Material der Trägerschicht - in Abhängigkeit der Verfahrensbedingungen - an den Grenzen der Trägerschicht verdichtet werden, was somit die Ausbildung der Trägerschicht als Integralschaum zur Folge hat. Als Komponenten zur Herstellung des PUR- Formschaumes der Trägerschicht wie auch der Dekorschicht kommen im Stand der Technik hinlänglich bekannte Polyole und Isocyanate zum Einsatz. Im Rahmen der Polyol- Komponente hat es sich als möglich erwiesen, einen Teil dieser durch nachwachsende Rohstoffe, wie zum Beispiel Rizinusöl oder andere bekannte Pflanzenöle, deren chemische Umsetzungsprodukte oder Derivate, zu ersetzen. Ein solcher Einsatz ist mit keiner Verschlechterung der Eigenschaften des fertigen Polyurethan- Formschaumkörpers verbunden und ist insofern von Vorteil, als dass solche Schaumstoffkörper einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.
Bevorzugt ist es bei diesem Verfahren, dass man einen Flammschutzmittel enthaltenden Strahl in den Strahl des Schaumstoffrohmaterials der Komponenten der Trägerschicht und/oder der Deckschicht oder einen Strahl des Schaumstoffrohmaterials der Komponenten der Trägerschicht und/oder der Deckschicht in den Flammschutzmittel enthaltenden Strahl richtet. Durch diese gegenseitige Eintragung der beiden Materialien wird eine optimale Benetzung des Flammschutzmittels erreicht. Darüber hinaus entfällt ein Einmischen des Flammschutzmittels in ein flüssiges Schaumstoff rohmaterial .
Zur noch besseren Benetzung des Flammschutzmittels mit dem Schaumstoffrohmaterial ist es insbesondere bevorzugt, dass man das Flammschutzmittel und das Schaumstoffrohmaterial zu einem Polyurethan-Formschaumkörper sprüht.
Zusätzlich ist durch die nachträgliche Zudosierung des jeweiligen Flammschutzmittels in den Reaktionsstrahl die Gefahr der Beschädigung der Pumpen, Mischköpfe und Düsen durch die abrasiven Eigenschaften dieser Flammschutzmittel nicht vorhanden. Eine weiterhin bevorzugte Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass man in einer Form eine Flammschutzmittel (Blähgraphit) enthaltende Schaumstoffschicht vorlegt, insbesondere in ein Werkzeug und auf diese ein weiteres Schaumstoffmaterial aufträgt, welche roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthält.
Die Blähgraphit enthaltende Schaumstoffschicht wird dabei bevorzugt so vorgelegt, dass man eine offene Form ganz oder teilweise aussprüht bzw. besprüht.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch geneigte oder senkrechte Flächen besprüht werden können, kann eine erhöhte Thixotropie sinnvoll sein. Diese erhöhte Thixotropie kann durch die Ausnutzung der unterschiedlichen Reaktivitäten der Einsatzstoffe (wie zum Beispiel Amine, Polyether, aminomodifizierte Polyether, variierte Katalyse usw.) zur gezielten Einstellung der Viskosität des Reaktionsgemisches erreicht werden. Aus der Literatur ist eine solche Modifikation zur gezielten Einstellung der Thixotropie bekannt. So beschrieben Guether, Markusch und Cline auf der Polyurethanes Conference 2000 (8. bis 11. Oktober 2000) die Verwendung von „Non- sagging Polyurethane Compositions".
In einer dritten Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials im Schienenfahrzeugbau. Ausführunqsbeispiel :
a) Vergleichsbeispiel 1
Polyolkomponente:
100 Gew.-Teile (Tl) Baydur® VP.PU 60IK20
OHZ 515
Flammschutzmittel:
85 Tl (25 Gew.-%) Melamin
14 Tl (4 Gew.-%) Exolit® RP 6520 [enthaltend ca. 45
Gew.& roten Phosphor] Isocvanatkomponente: 140 Gew.-Teile (Tl) Desmodur® 44P01
Das erhaltene Kunststoffmaterial hatte eine Dichte von 600 kg/m3. Es erfüllt zwar DIN 5510 nicht jedoch EN 45545.
b) Vergleichsbeispiel 2
Polyolkomponente ;
100 Gew.-Teile (Tl) Baydur® VP.PU 71BD04
OHZ 480
Flammschutzmittel :
60 Gew.-Teile (Tl) (21%) Melamin
6 Gew.-Teile (Tl) (2%) Exolit® RP 6520
Isocvanatkomponente: 120 Gew.-Teile (Tl) Desmodur® 44V10L
Das erhaltene Kunststoffmaterial hatte eine Dichte von 1200 kg/m3. Es erfüllt zwar DIN 5510 nicht jedoch EN 45545. c) Vergleichsbeispiel 3
Polvolkomponente:
100 Gew.-Teile (Tl) Baydur® 6110B
OHZ 475
0,8 Gew.-Teile (Tl) Wasser
Flammschutzmittel
225 Gew.-Teile (Tl) (42%) Martinal® ON 320
60 Gew.-Teile (Tl) (11%) Exolit® AP 422
Isocvanatkomponente: 145 Gew.-Teile (Tl) Desmodur® 44V10L 3 Gew.-Teile (Tl) Baylith® L Paste
Das erhaltene Kunststoffmaterial hatte eine Dichte von 800 kg/m3. Es erfüllt zwar NF-F 16-101 (Klassifizierung M2, F2) erreicht bei EN 45545 jedoch nur HL 1.
d) Vergleichsbeispiel 4
Entspricht im Wesentlichen WO 00/35999 Al in Beispiel 1, jedoch ohne physikalisches Treibmittel (R141b).
Polyolkomponente:
100 Gew.-Teile (Tl) Baydur® VP.PU 60IK20
OHZ 515
Flammschutzmittel:
33 Gew.-Teile (Tl) (10%) Ixol® B251 (halogeniertes Polyol)
16 Gew.-Teile (Tl) (5%) DEEP (Diethylethylphosphonat)
16 Gew.-Teile (Tl) (5%) Blähgraphit Isocvanatkomponente:
140 Gew. -Teile (Tl) Desmodur® 44P01
Das erhaltene Kunststoffmaterial besteht EN 45545 nicht.
e) Beispiel 1 (erfindungsgemäß)
Deckschicht:
Polvolkomponente :
25 Gew.-Teile (Tl) Multitec® VP.PU 20MT01 OHZ 465
75 Gew.-Teile (Tl) Multitec® VP.PU 20MT02 OHZ 110
Flammschutzmittel :
20%* Martinal® ON 320
20%* Expofoil® PX99 (Blähgraphit)
Isocvanatkomponente :
106 Multitec® 10MT03
Träqerschicht:
Polvolkomponente :
100 Gew.-Teile (Tl) Baydur® VP.PU 60IK20
Flammschutzmittel :
5%* Exolit® RP6520
10%* Melamin
Isocvanatkomponente:
125 Desmodur® 44P01
*Gewichtsprozent bezogen auf die jeweilige Schicht des Formteils Das erhaltene Kunststoffmaterial hatte eine Dichte von 750 kg/m3 (Deckschicht: 950 kg/m3; Trägerschicht: 700 kg/m3). Es erfüllt HL 2 bei EN 45545.
Wie oben gezeigt, erfüllen die Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4 nicht die europäische Brandschutznorm EN 45545. Selbst Vergleichsbeispiel 3 erfüllt lediglich Hazard-Level 1. Das erfindungsgemäße Beispiel erfüllt hingegen Hazard-Level 2.

Claims

Patentansprüche
1. Mehrschichtiges Kunststoffmaterial mit einem Biege-E-Modul von > 250 N/mm2 umfassend eine roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Trägerschicht aus Polyurethan und mindestens eine flächig damit verbundene Blähgraphit enthaltende Deckschicht aus Polyurethan.
2. Kunststoffmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht Blähgraphit in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, insbesondere 20 bis 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht, enthält.
3. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht AI(OH)3, bevorzugt in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 20 bis 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht, enthält.
4. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Mengen der Flammschutzmittel in der Deckschicht in einem Bereich von 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht, liegt.
5. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht roten Phosphor und Melamin und/oder Melaminderivate in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 10, jeweils bezogen auf den roten Phosphor, enthält.
6. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht roten Phosphor in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Trägerschicht, enthält.
7. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht Melamin und/oder Melaminderivate in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Trägerschicht, enthält.
8. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Mengen der Flammschutzmittel in der Trägerschicht in einem Bereich von 7 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Trägerschicht, liegt.
9. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 2,5 mm bis 30 mm, insbesondere 2,5 mm bis 15 mm aufweist.
10. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 3 mm aufweist.
11. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dichte in einem Bereich von > 400 kg/m3 bis 1600 kg/m3 aufweist.
12. Kunststoff material nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Dichte in einem Bereich von > 700 kg/m3 bis 1600 kg/m3 aufweist.
13. Kunststoff material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht eine Dichte in einem Bereich von 200 kg/m3 bis 1600 kg/m3 aufweist.
14. Kunststoff material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Biege-E-Modul in einem Bereich von 800 kN/mm2 bis 4000 kN/mm2 aufweist.
15. Kunststoff material nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht ein Integralschaumstoff ist.
16. Kunststoff material nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine weitere Blähgraphit enthaltende und flächig mit der Trägerschicht verbundene Deckschicht und/oder eine Dekorschicht umfasst.
17. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Blähgraphit enthaltende Schicht eines Polyurethanmaterials in einem Werkzeug vorlegt und auf diese wenigstens eine roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Schicht aufträgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man die Blähgraphit enthaltende Schicht eines Polyurethanmaterials in einer Form durch Aufsprühen vorlegt, man die Form schließt und die roten Phosphor und/oder Melamin und/oder Melaminderivate enthaltende Schicht durch Hinterschäumen oder Hinterspritzen aufträgt.
19. Verwendung eines Kunststoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 16 im Schienenfahrzeugbau.
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