DE19600877A1

DE19600877A1 - Flammschutzmittel und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19600877A1
Application number: DE1996100877
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dr Naegerl; Karl Goetzmann; Sieghard Dr Goebelbecker; Klaus Prof Dr Sommer
Original assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Current assignee: Chemische Fabrik Budenhiem KG
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-17

Description

Flammschutzmittel, die als wirksame Komponente Ammoniumphosphate enthalten, sind seit langem bekannt. Auch die Kombination von Ammoniumphosphaten mit Borverbindungen, wie Melaminborat, ist als Flammschutzmittel bekannt.

Die DE-A-38 01 456 beschreibt zum Beispiel flammwidrig ausgerüstete Polyurethanmassen, die als Flammschutzmittel ein Phenol oder Melamin-Formaldehyd-Kondensat, Pentaerythrit sowie ein Ammoniumphosphat und Dicyandiamid enthalten. Die EP-A-0 555 136 beschreibt ein intumeszierendes Flammschutzmittel aus Zuckeralkoholen und Diammoniumdiphosphat.

In der DE-A-31 00 626 werden schwer entflammbare Kunststoffe mit einem besonderen strukturellen Aufbau beschrieben, die Ammoniumphosphat, Ammoniumpolyphosphat, Borax und/oder Melamin enthalten. Die DE-A-37 02 667 wiederum beschreibt eine Formmasse, die als Flammschutz und Brandschutzmittel eine Mischung aus primärem und sekundärem Ammoniumphosphat enthält. Auch bei der DE-A-40 34 046, die flammwidrige Polyurethan- Weichschaumstoffe beschreibt, wird modifiziertes und nichtmodifiziertes Ammoniumpolyphos phat in Kombination mit Melamin und Blähgraphit als Flammschutzmittel verwendet. Selbstverlöschende Polyurethane, die als Flammschutzmittel eine Phosphor- und eine Stickstoffkomponente enthalten, beschreibt die DE-A-40 03 230, wobei die Phosphorkom ponente aus in Wasser schwer löslichem Ammoniumpolyphosphat besteht und die Stickstoff komponente, z. B. Amino-1,3,5-triazine, beinhaltet.

Alle diese bisher bekannten Flammschutzmittel zeigen jedoch Nachteile, die deren Verwendung stark einschränken bzw. sogar unmöglich erscheinen lassen, da sie nachglimmen und gegebenenfalls zusätzlich die entsprechenden Normen nicht erfüllen, nicht lagerstabil sind oder eine zu starke Rauchentwicklung aufweisen. Das Nachglimmen ist beispielsweise bei Motorisolierungen im Automobilbau von großem Nachteil.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein lagerstabiles, universell einsetzbares und äußerst wirksames intumeszierendes Flammschutzmittel zu finden, das alle Anforderungen erfüllt, insbesondere das Nachglimmen zu verhindern oder zumindest stark zu reduzieren. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Da sowohl Kombinationen von Ammoniumpolyphosphat mit Melaminborat als auch von Zuckeralkoholen mit Diammoniumdiphosphat nachglimmen, ist es äußerst überraschend, daß die erfindungsgemäßen Flammschutzmittel ein Nachglimmen wirkungsvoll verhindern.

Als Ammoniumphosphatkomponente können prinzipiell alle Ammoniumortho-, -di- und -polyphosphate verwendet werden, doch sind insbesondere das Tetraammoniumdiphosphat sowie polymere Ammoniumphosphate bevorzugt.

Die Polyalkoholkomponente umfaßt alle Polyalkohole mit zwei und mehr OH-Gruppen pro Molekül, wobei Erythrit, Pentaerythrit, Sorbit, Mannit und andere Zucker bevorzugt sind und sich vor allem Pentaerythrit und Sorbit als besonders wirksam gezeigt haben.

Als Borkomponente findet bevorzugt Orthoborsäure (H₃BO₃) Verwendung. Es kommen aber auch Boroxide sowie deren Hydrationsprodukte und sonstige Borverbindungen, wie Salze der Borsäure, z. B. Melaminborat, in Betracht, aus denen sich in wäßrigem Milieu gegebenenfalls Borsäuren bilden können.

Das erfindungsgemäße Flammschutzmittel kann zum Schutz aller brennbaren Stoffe als Tränk-, Imprägnier- oder Beschichtungsmittel für faserige, kugelige, plättchen-, kristall- oder pulverförmige, massive oder poröse, stückige, hohlkörperartige, schaumstoffartige oder flächige, organische, brennbare Teilchen oder Teile verwendet werden. Dabei kann das erfindungsgemäße Flammschutzmittel allein oder in Kombination mit Bindemitteln eingesetzt werden. Bindemittel können Phenol- oder Melaminformaldehyd-Kondensationsprodukte, sonstige organische polymerisierbare oder kondensierbare Verbindungen, aber auch an organische Mittel, wie z. B. Wasserglasbinder etc., sein. Besondere Wirksamkeit wurde dort erreicht, wo feinteilige Stoffe wie Fasern, Späne, Holz, Kork, Körner, Fruchtschalen, Stärkeprodukte, Eiweißprodukte oder Cellulosezubereitungen mit dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel behandelt und anschließend durch Zusatz von Bindemitteln zu Formkörpern verarbeitet werden. Das Flammschutzmittel kann aber auch mit dem verwendeten Bindemittel gemischt werden und zum Einsatz kommen, oder aber die feinteiligen Stoffe werden mit dem Flammschutzmittel homogenisiert und danach erst mit dem Bindemittel versetzt.

Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Flammschutzmittels kann innerhalb gewisser Grenzen schwanken, ohne daß sich die Wirksamkeit des Flammschutzmittels wesentlich verändert.

Das erfindungsgemäße Flammschutzmittel enthält vorzugsweise 65 bis 75 Gew.% der Ammoniumphosphatkomponente, 10 bis 40 Gew.%, besonders 20 bis 30 Gew.% der Polyalkoholkomponente und 2 bis 15 Gew.%, besonders 4 bis 6 Gew.% der Borkomponente.

In der einfachsten Form besteht das erfindungsgemäße Flammschutzmittel aus einer homogenen Mischung der feinpulverigen Inhaltsstoffe. Es kann aber auch dadurch erhalten werden, daß man zwei der Wirkstoffe mit einer konzentrierten Lösung oder Suspension des dritten Stoffes benetzt, anschließend trocknet und pulverisiert. Auch kann die Schmelze eines Inhaltsstoffes mit den anderen Inhaltsstoffen vermischt, die Mischung abgekühlt und anschließend gemahlen werden.

Wenn das pulverförmige erfindungsgemäße Flammschutzmittel schnell auf Temperaturen über 250°C erhitzt wird oder Flammengasen ausgesetzt wird, dann wird durch Aufschäumen eine Dämmschicht gebildet, die einen besonders effektiven Schutz gegen Entflammen darstellt. Aufgrund dieses auch als Intumeszenz bezeichneten Verhaltens werden daher die erfindungs gemäßen Flammschutzmittel, z. B. in gegebenenfalls verstärkten Formteilen in Formkörpern aus gebundenen Teilchen, wie z. B. Holz, Fasern, Pappe, Kunststoffe usw., in gebundenen, beschichteten bzw. imprägnierten Vliesen, Geweben, Gewirken, starren oder flexiblen Schaumstoffen und dergleichen verwendet.

Im folgenden soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden. Die angegebenen Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

In einem geeigneten Mischaggregat werden 350 Teile Tetraammoniumpyrophosphat, 125 Teile Sorbit und 25 Teile Borsäure homogen miteinander vermischt. Die Mischung wird dann auf einer Stiftmühle gemahlen und verpackt.

Beispiel 2

Ein Zwangsmischer wird mit 350 Teilen Ammoniumpolyphosphat und 125 Teilen Sorbit beschickt, und beide Komponenten werden miteinander vermischt. Bei laufendem Misch werkzeug werden dann 50 Teile einer heißen 50%igen Borsäurelösung auf die vorgelegten Komponenten aufgesprüht. Es bildet sich ein feines Granulat. Das Granulat wird in einem Durchlauftrommeltrockner getrocknet, anschließend gemahlen und verpackt.

Beispiel 3

Ein Schmelzkessel wird mit 350 Teilen Monoammoniumposphat beschickt und geschmolzen. In die Schmelze werden nacheinander 125 Teile Pentaerythrit und 25 Teile Borsäure eingetragen und untergemischt. Die Mischung wird ausgegossen und abgekühlt. Die erstarrte Mischung wird anschließend grob gebrochen, dann fein gemahlen und verpackt.

Beispiel 4

Ein Reißwollefaservlies wird mit dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel nach Beispiel 1 und danach mit einem Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt bepudert. Das derart vorbehandelte Vlies wird in einer heizbaren Presse verdichtet und bei 140°C ausgehärtet. Man erhält ein flächiges, leichtes Preßteil, welches dem "NORDTEST NT FIRE 002" entspricht und keinerlei Nachglimmen zeigt.

Beispiel 5

Eine Beschichtungsmasse auf Kunstharzbasis wird mit 20% des erfindungsgemäßen Flammschutzmittels nach Beispiel 2 vermischt. Eine phenolharzverleimte Sperrholzplatte wird mit der Beschichtungsmasse satt beschichtet. Die Beschichtung wird getrocknet und hinterläßt einen 0,5 mm dicken Belag auf der Plattenoberfläche. Diese Oberfläche wird mit einem Erdgasgebläse beflammt. Es bildet sich eine bis zu 10 mm dicke Schicht aus isolierendem und feuerabweisendem Intumeszenzschaum aus, hinter der das Holz gegen Durchbrennen geschützt ist.

Beispiel 6

Ein Polyamidgewebe (Kevlargewebe) wird einseitig mit dem erfindungsgemäßen Flammschutz mittel nach Beispiel 3 beschichtet. Ein zweites Gewebe wird mit einem flüssigen Phenolharz benetzt und dann mit der benetzten Seite auf die mit dem erfindungsgemäßen Mittel beschichtete Seite gelegt. Beide Gewebe werden jetzt zusammengepreßt und durch Erhitzen miteinander verklebt. Das so erhaltene Flächengebilde wird mit der Flamme eines Erdgasgeblä ses beflammt. Das mit dem erfindungsgemäßen Flammschutzmittel behandelte Gewebe wird durch Beflammung verkohlt, dabei aber nicht zerstört.

Beispiel 7

In einem geeigneten Mischaggregat werden 100 kg getrocknete Weichholzspäne vorgelegt und mit 25 kg des erfindungsgemäßen Flammschutzmittels gemäß Beispiel 3 vermischt. Die Mischung wird dann zusätzlich mit 15 kg Melamin-Formaldehydharz versetzt und homogeni siert. Die erhaltene Mischung wird auf einer heizbaren Presse zu einer Platte verpreßt. Diese Spanholzplatte von 20 mm Dicke widersteht einer 30minütigen Beflammung mit einem Erdgasgebläse, ohne durchzubrennen. Bei Abschalten des Gebläses ist nach 20 sec kein Nachglimmen mehr zu erkennen.

Claims

1. Flammschutzmittel, das eine Ammoniumphosphatkomponente und eine Borkomponente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es 45 bis 85 Gew.% der Ammoniumphosphat komponente, 2 bis 30 Gew.% der Borkomponente sowie 10 bis 50 Gew.% einer Polyalkoholkomponente enthält.

2. Flammschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 65 bis 75 Gew.% der Ammoniumphosphatkomponente, 2 bis 15, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.% der Borkomponente und 10 bis 40, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.% der Polyalkohol komponente enthält.

3. Flammschutzmittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Ammoniumphosphatkomponente Ammoniumorthophosphat, Ammoniumdiphosphat und/oder Ammoniumpolyphosphat, bevorzugt polymeres Ammoniumphosphat, insbesondere Ammoniumdiphosphat enthält.

4. Flammschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Polyalkoholkomponente wenigstens einen Polyalkohol mit mehr als 2 OH-Gruppen pro Molekül, bevorzugt Polyalkohol mit 4, 5, 6 und mehr OH-Gruppen, besonders Erythrit, Pentaerythrit, Sorbit, Mannit und andere Zucker enthält.

5. Flammschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Borkomponente Orthoborsäure, Boroxide und/oder deren Hydratationsprodukte und/oder Salze der Borsäure, und/oder sonstige Borverbindungen, aus denen sich in wäßrigem Milieu Borsäuren bilden können, enthält.

6. Flammschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer mechanischen Mischung der feinpulverigen Ammoniumphosphatkom ponente, der feinpulverigen Polyalkoholkomponente und der feinpulverigen Borkom ponente besteht.

7. Flammschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es durch mechanisches Mischen zweier Komponenten, Benetzen mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension der dritten Komponente, Trocknen und Vermahlen zu einem feinen Pulver erhalten wurde.

8. Flammschutzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Vermischen der Schmelze einer Komponente mit den beiden anderen Komponenten, Abkühlen der Mischung und Zerkleinern zu einem feinen Pulver erhalten wurde.

9. Verwendung eines Flammschutzmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Schutz brennbarer Stoffe als Tränk-, Imprägnier- oder Beschichtungsmittel für faserige, kugelige, plättchen-, kristall- oder pulverförmige, massive oder poröse, stückige, hohlkörperartige, schaumstoffartige oder flächige, organische brennbare Teilchen oder Teile.

10. Verwendung eines Flammschutzmittels nach Anspruch 9 zum Schutz brennbarer Stoffe in Kombination mit Bindemitteln, wie Phenol- oder Melamin-Formaldehyd-Konden sationsprodukten, polymerisierbaren Monomeren bzw. kondensierbaren organischen Verbindungen, oder mit anorganischen Bindemitteln, z. B. auf der Basis von Wasser glas, Gips oder Zement.