WO2008055825A1 - Verfahren zum schützen von brennbaren substraten und zur herstellung von verbundschichtmaterialien mit offenzelligen aminoplastharzschaumstoffen - Google Patents

Verfahren zum schützen von brennbaren substraten und zur herstellung von verbundschichtmaterialien mit offenzelligen aminoplastharzschaumstoffen Download PDF

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WO2008055825A1
WO2008055825A1 PCT/EP2007/061714 EP2007061714W WO2008055825A1 WO 2008055825 A1 WO2008055825 A1 WO 2008055825A1 EP 2007061714 W EP2007061714 W EP 2007061714W WO 2008055825 A1 WO2008055825 A1 WO 2008055825A1
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open
foam
composite system
melamine
cell
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Hans-Jürgen QUADBECK-SEEGER
Armin Alteheld
Klaus Hahn
Jürgen Mertes
Christof MÖCK
Benjamin Nehls
Dietrich Scherzer
Bernhard Vath
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Basf Se
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    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C31/00—Details or accessories for chairs, beds, or the like, not provided for in other groups of this subclass, e.g. upholstery fasteners, mattress protectors, stretching devices for mattress nets
    • A47C31/001—Fireproof means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • 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
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/94—Protection against other undesired influences or dangers against fire

Definitions

  • the invention relates to a method for protecting combustible substrates, wherein a layer of an open-cell foam based on an aminoplastic is applied to the visible sides of the substrate.
  • Open-cell foams based on a melamine / formaldehyde condensation product are known for various heat and sound insulation applications in buildings and vehicles, as well as insulating and shock-absorbing packaging material.
  • EP-A 702 113 describes a heat and sound insulating composite element of a plate made of rigid plastic foam and a gypsum board board, between which a layer of a flexible, open-celled Duromerschaumstoff is arranged to improve the sound insulation.
  • DE-A 100 01 778 describes a composite system of open-cell, flexible foam sheets based on melamine / formaldehyde resin and layers of flame-retardant fiber webs or fabrics which are mechanically connected to one another.
  • the lamination of the foam panels with the nonwoven fabric prevents soiling and improves the visual appearance.
  • the object of the invention was to find a simple method for protecting combustible substrates.
  • the open-cell foams used are preferably elastic foams based on a melamine / formaldehyde condensation product having a specific density of from 3 to 100 g / l, in particular from 8 to 20 g / l.
  • the cell count is usually in the range of 50 to 300 cells / 25 mm.
  • the tensile strength is preferably in the range of 100 to 150 kPa and the elongation at break in the range of 8 to 20%.
  • EP-A 071 672 or EP-A 037 470 a highly concentrated, propellant-containing solution or dispersion of a melamine-formaldehyde precondensate foamed and cured with hot air, steam or by microwave irradiation.
  • foams are commercially available under the name Basotect® from BASF Aktiengesellschaft.
  • the molar ratio of melamine / formaldehyde is generally in the range of 1: 1 to 1: 5.
  • the molar ratio in the range of 1: 1, 3 to 1: 1, 8 is selected and a sulfite group-free precondensate used, such as. B described in WO 01/94436.
  • the foams can then be tempered and pressed.
  • the foams can be cut to the desired shape and thickness and laminated on one or both sides with cover layers.
  • cover layers For example, a polymer or metal foil can be applied as a cover layer.
  • the open-cell foam Due to the elasticity of the open-cell foam this can be easily inserted into already prefabricated container parts. Even at low temperatures, for example below -80 0 C, the foam remains elastic. Damage caused by embrittlement does not occur. It is therefore particularly suitable for flexible insulation of moving pipes or as cable sheathing of electrical cables. As a result, smoldering fires of electrical lines can be prevented.
  • the fire protection properties of the composite system according to the invention can be further increased by modifying the layer of open-cell melamine resin foam.
  • coatings of halogen-containing flame retardants, phosphorus or phosphorus-containing compounds, hydroxide salts such as magnesium dihydroxide or aluminum trihydroxide, boric acid or waterglass solutions are suitable for this purpose.
  • the hydrophilicity or oleophilicity of the composite system according to the invention can be lowered by modifying the layer of open-celled melamine resin foam.
  • coatings of fluorocarbon resins or silicones are suitable for this purpose.
  • the layer of the open-cell melamine resin foam can be placed and fixed on the visible side of the combustible material.
  • the visible side is understood to mean the non-laminated sides of the substrate made of combustible material which, when used appropriately, face the flame hearth or come into direct contact with the ambient air.
  • the substrate material for fixing, suitable depending on the substrate material, for example, wood glue, Kauritleim, water glass, polystyrene or hot glue.
  • the substrate layer can also be mechanically fixed with the open-cell foam.
  • thermoplastic polymers such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), acrylic-butadiene-styrene copolymers (ABS) by pressing with a hot soldering iron.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • ABS acrylic-butadiene-styrene copolymers
  • the pad will soften and bond to the foam.
  • the short-term heating does not harm the open-celled melamine resin foam.
  • a soldering iron can also use a hair dryer, hot air gun or IR emitters.
  • melt nonwovens can be easily fixed with hot air on sheets of open-celled melamine resin foam. These thinly coated webs can be applied to arbitrary surfaces, for example by melting with hot air and pressing on the surface, by laying on the surface and passing hot air, ironing or punctiform fixing with a soldering iron.
  • melt adhesives have the often disturbing property of flowing away at the use temperature.
  • the melt adhesive impregnated open-cell melamine resin foam can prevent this by the volume of the foam structure preventing the melt adhesive from flowing when heated.
  • the melamine resin foam is a thermal insulator and prevents rapid cooling of the applied melt adhesive, resulting in an extension of the bonding time.
  • the composite system according to the invention When the composite system according to the invention is flame-treated, the good thermal insulation of the open-celled melamine resin foam and the inherent flame retardance of the melamine-formaldehyde condensate largely cause the underlying, combustible layer to burn off. During charring, a carbonized, porous structure is formed, which continues to be insulating.
  • the layer of char from denial of oxygen, or the flow of carbon dioxide and combustion products to the outside Coating of combustible materials with an open-celled melamine resin foam, for example, BASF's Basotect® makes it non-flammable or flame-retardant.
  • the open-cell foam can absorb the corresponding in the event of fire corresponding substrates due to the action of heat plastic and thus prevent dripping and spreading to the source of fire.
  • the open-cell foam can also absorb firefighting water in the event of a fire, thereby prolonging and increasing the extinguishing effect.
  • the layer of open-cell foam applied to the substrate can also improve the further processing, for example the application of plaster or paint.
  • the composite system obtainable by the method according to the invention is particularly suitable in residential and industrial buildings, power, rail, water and air vehicles, as a cable sheathing of electrical cables and as a seat cushion or mattresses.
  • a 2 mm thick corrugated board is bonded on both sides with a 3 mm thick layer of open-cell melamine-formaldehyde foam with a density of 9 kg / m 3 (Basotect® from BASF Aktiengesellschaft).
  • the composite structure was then heated with a Bunsen burner. It came locally to a charring of the structure. While the uncoated cardboard was as easy to light as expected and burned quickly, the coated cardboard did not light up, nor did it burn when a hole burned through. But the material went out by itself and the fire did not spread.

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Abstract

Ein Verfahren zum Schützen von brennbaren Substraten, wobei man auf die Sichtseiten des Substrates eine Schicht eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten aufbringt, daraus erhältliche Verbundsysteme und deren Verwendung.

Description

Verfahren zum Schützen von brennbaren Substraten und zur Herstellung von Verbundschichtmaterialien mit offenzelligen Aminoplastharzschaumstoffen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen von brennbaren Substraten, wobei man auf die Sichtseiten des Substrates eine Schicht eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten aufbringt.
Offenzellige Schaumstoffe auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensations- produktes sind für verschiedene wärme- und schalldämmende Anwendungen in Gebäuden und Fahrzeugen, sowie als isolierendes und stoßdämmendes Verpackungsmaterial bekannt.
Die EP-A 702 113 beschreibt eine wärme- und schalldämmendes Verbundelement aus einer Platte aus Kunststoff-Hartschaum und einer Gips-Karton-Platte, zwischen denen zur Verbesserungen der Schalldämmung eine Schicht aus einem flexiblen, offenzelligen Duromerschaumstoff angeordnet ist.
Die DE-A 100 01 778 beschreibt ein Verbundsystem aus offenzelligen, flexiblen Schaumstoffplatten auf Basis von Melamin-/Formaldehyd-Harz und Schichten aus schwer entflammbaren Faservliesen oder -geweben, die mechanisch miteinander verbunden sind. Die Kaschierung der Schaumstoffplatten mit dem Faservlies bzw. - gewebe verhindert die Verschmutzung und verbessert das optische Erscheinungsbild.
Aufgabe der Erfindung war es, einen einfaches Verfahren zum Schützen von brennbaren Substraten zu finden.
Demgemäss wurde das oben genannte Verfahren gefunden.
In der Regel ist ein Schichtdicke des offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten im Bereich von 1 bis 10 mm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 5 mm für einen guten Brandschutz ausreichend.
Als offenzellige Schaumstoffe werden bevorzugt elastische Schaumstoffe auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes mit einer spezifischen Dichte von 3 bis 100 g/l, insbesondere von 8 bis 20 g/l verwendet. Die Zellzahl liegt üblicherweise im Bereich von 50 bis 300 Zellen/25 mm. Die Zugfestigkeit liegt bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 kPa und die Bruchdehnung im Bereich von 8 bis 20%.
Zur Herstellung kann nach EP-A 071 672 oder EP-A 037 470 eine hochkonzentrierte, treibmittelhaltige Lösung oder Dispersion eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensates mit Heißluft, Wasserdampf oder durch Mikrowellenbestrahlung verschäumt und ausgehärtet werden. Derartige Schaumstoffe sind im Handel unter der Bezeichnung Baso- tect® der Firma BASF Aktiengesellschaft erhältlich.
Das Molverhältnis Melamin/Formaldehyd liegt im allgemeinen im Bereich von 1 : 1 bis 1 :5. Zur Herstellung besonders formaldehydarmer Schaumstoffe wird das Molverhältnis im Bereich von 1 : 1 ,3 bis 1 : 1 ,8 gewählt und ein sulfitgruppenfreies Vorkondensat eingesetzt, wie z. B in WO 01/94436 beschrieben.
Um die anwendungstechnischen Eigenschaften zu verbessern, können die Schaumstoffe anschließend getempert und verpresst werden. Die Schaumstoffe können zur gewünschten Form und Dicke zugeschnitten und ein- oder beidseitig mit Deckschichten kaschiert werden. Beispielsweise kann eine Polymer- oder Metallfolie als Deckschicht aufgebracht werden.
Aufgrund der Elastizität des offenzelligen Schaumstoffes kann dieser auf einfache Weise in bereits vorgefertigte Behälterteile eingefügt werden. Selbst bei tiefen Temperaturen, beispielsweise unter -800C bleibt der Schaumstoff elastisch. Eine Schädigung durch Verspröden tritt nicht auf. Er eignet sich daher insbesondere auch zur flexiblen Isolierung beweglicher Rohrleitungen oder als Kabelummantelung von elektrischen Leitungen. Dadurch lassen sich Schwelbrände von elektrischen Leitungen verhindern.
Die Brandschutzeigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundsystems können durch Modifikation der Schicht aus offenzelligem Melaminharz-Schaumstoff weiter er- höht werden. Beispielsweise eignen sich hierfür Beschichtungen aus halogenhaltigen Flammschutzmitteln, Phosphor oder phosphorhaltige Verbindungen, Hydroxidsalze, wie etwa Magnesiumdihydroxid oder Aluminiumtrihydroxid, Borsäure oder Wasserglaslösungen.
Die Hydrophilie oder Oleophilie des erfindungsgemäßen Verbundsystems können durch Modifikation der Schicht aus offenzelligen Melaminharz-Schaumstoff gesenkt werden. Beispielsweise eignen sich hierfür Beschichtungen aus Fluorcarbonharzen oder Silikonen.
Als Substrat können alle brennbare Materialien, beispielweise Holz, Papier, Pappe, Kunststoffplatten bzw. Schaumstoffe geschützt werden. Bevorzugt werden hierfür Polyurethanschaumstoffe, thermoplastische Polymere oder thermoplastische Partikelschaumstoffe, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol, eingesetzt. Das brennbare Substrat kann auch ein Gewebe aus Fasern darstellen, beispielsweise aus Baum- wolle, Wolle oder Kunstfasern. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundsystems kann die Schicht aus dem offenzelligen Melaminharzschaumstoff auf die Sichtseite des brennbaren Materials aufgelegt und fixiert werden. Als Sichtseite werden die unkaschierten Seiten des Substrates aus brennbarem Material verstanden, die bei der entsprechenden Verwendung dem Flammenherd zugewandt sind oder direkt mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen.
Zum Fixieren eignen sich je nach Substratmaterial beispielsweise Holzkleber, Kauritleim, Wasserglas, Styroporkleber oder Heißkleber. Die Substratschicht kann jedoch auch mit dem offenzelligen Schaumstoff mechanisch fixiert werden.
Beispielsweise lassen sich 2 bis 5 mm starke Schichten des offenzelligen Melaminharzschaumstoff durch Andrücken mit einem heißen Lötkolben an Schichten aus thermoplastischen Polymeren, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Acryl-Butadien- Styrol-Copolymeren (ABS) anpressen. Die Unterlage wird weich und verbindet sich mit dem Schaumstoff. Die kurzfristige Erhitzung schadet dem offenzelligen Melaminharzschaumstoff nicht. Statt eines Lötkolbens lässt sich auch ein Fön, Heißluftpistole oder IR-Strahler verwenden.
Handelsübliche Schmelzevliese lassen sich mit Heißluft leicht auf Bahnen aus offenzel- ligem Melaminharzschaumstoff fixieren. Diese dünnbeschichteten Bahnen lassen sich auf beliebigen Oberflächen aufbringen, beispielsweise durch Aufschmelzen mit Heißluft und Andrücken auf die Oberfläche, durch Auflegen auf die Oberfläche und Durchleiten von Heißluft, Aufbügeln oder punktförmiges Fixieren mit einem Lötkolben.
Schmelzekleber haben bei Gebrauchstemperatur die oft störende Eigenschaft des Wegfließens. Der mit Schmelzekleber getränkte offenzellige Melaminharzschaumstoff kann dies verhindern, indem das Volumen der Schaumstruktur den Schmelzekleber beim Erwärmen am wegfließen hindert. Der Melaminharzschaumstoff ist ein thermi- scher Isolator und verhindert ein schnelles Abkühlen des aufgebrachten Schmelzeklebers, woraus eine Verlängerung der Verarbeitungszeit beim Verkleben resultiert.
Bei der Beflammung des erfindungsgemäßen Verbundsystems bewirkt die gute thermische Isolierung des offenzelligen Melaminharz-Schaumstoffes und der inhärenter Flammschutz des Melamin-Formaldehydkondensats weitgehend ein Abbrennen der darunter liegenden, brennbaren Schicht. Bei der Verkohlung bildet sich eine karbonisierte, porösen Struktur, die weiterhin isolierend wirkt.
Offenbar verwehrt die Schicht aus dem Verkohlungsprodukt den Sauerstoffzutritt, bzw. den Strom von Kohlendioxid und Verbrennungsprodukten nach außen. Beschichten von brennbaren Materialien mit einem offenzelligen Melaminharz-Schaumstoff, bei- spielsweise Basotect® von BASF, macht diese unbrennbar beziehungsweise schwerentflammbar.
Des weiteren kann der offenzellige Schaumstoff den sich im Brandfalle entsprechender Substrate aufgrund der Hitzeeinwirkung verflüssigenden Kunststoff aufsaugen und somit einen Abtropfen und Ausbreiten bis Brandherdes verhindern. Der offenzellige Schaumstoff kann auch im Falle eines Brandes Löschwasser aufsaugen und dadurch die Löschwirkung verlängern und erhöhen.
Die auf das Substrat aufgebrachte Schicht aus offenzelligem Schaumstoff kann auch die weitere Verarbeitung, beispielsweise das Aufbringen von Putz oder Farbe verbessern.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Verbundsystem eignet sich insbesondere in Wohn- und Industriebauten, Kraft-, Schienen- , Wasser- und Luftfahrzeugen, als Kabelummantelung von elektrischen Leitungen und als Sitzpolster oder Matratzen.
Beispiele:
Beispiel 1 :
Eine 2 mm starke Wellpappe wird beidseitig mit einer 3 mm dicken Schicht aus einem offenzelligen Melamin-Formaldehyd-Schaumstoff mit einer Dichte von 9 kg/m3 (Baso- tect® der BASF Akteingesellschaft) verklebt. Die Verbundstruktur wurde anschließend mit einem Bunsenbrenner erhitzt. Es kam lokal zu einer Verkohlung der Struktur. Während die unbeschichtete Pappe erwartungsgemäß leicht zu entzünden war und zügig brannte, lies sich die beschichtete Pappe weder anzünden, noch brannte sie beim Durchbrennen eines Loches weiter. Das Material erlöschte aber von selbst und die Brandstelle breitete sich nicht aus.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schützen von brennbaren Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Sichtseiten eine Schicht eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten aufbringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten im Bereich von 1 bis 10 mm liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen offenzelligen Melamin-Formaldehydharz-Schaumstoff verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der offenzellige Schaumstoff eine spezifische Dichte im Bereich von 3 bis 100 g/l aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der offenzellige Schaumstoff aus einem Melamin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt mit einem Molverhältnis Melamin/Formaldehyd im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 5 hergestellt wurde.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Pappe, Holz, Geweben aus Natur- oder Kunstfasern, Polyurethan- Schaumstoff, thermoplastischem Polymer oder einem thermoplastischen Partikelschaumstoff besteht.
7. Verbundsystem, erhältlich nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 6.
8. Verwendung des Verbundsystems nach Anspruch 7 in Wohn- und Industriebauten, Kraft-, Schienen-, Wasser- und Luftfahrzeugen.
9. Verwendung des Verbundsystems nach Anspruch 7 als Kabelummantelung von elektrischen Leitungen.
10. Verwendung des Verbundsystems nach Anspruch 7 als Sitzpolsterung oder Matratze.
PCT/EP2007/061714 2006-11-07 2007-10-31 Verfahren zum schützen von brennbaren substraten und zur herstellung von verbundschichtmaterialien mit offenzelligen aminoplastharzschaumstoffen WO2008055825A1 (de)

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