HEINEMANN, Torsten (Am Heidchen 37, Leichlingen, 42799, DE)
HANNIG, Frithjof (Paul-Gerhardt-dStr . 13, Düsseldorf, 40593, DE)
SCHOLZ, Roger (Bekweg Nr. 5, BA Doenrade, NL-6439, NL)
WIRTZ, Hans-Guido (An der Fettehenne 1, Leverkusen, 51377, DE)
NIEDERELZ, Heike (Rathenaustr. 164, Leverkusen, 51373, DE)
SCHLEIERMACHER, Stephan (Habichtweg 4, Pulheim, 50259, DE)
HEINEMANN, Torsten (Am Heidchen 37, Leichlingen, 42799, DE)
HANNIG, Frithjof (Paul-Gerhardt-dStr . 13, Düsseldorf, 40593, DE)
SCHOLZ, Roger (Bekweg Nr. 5, BA Doenrade, NL-6439, NL)
WIRTZ, Hans-Guido (An der Fettehenne 1, Leverkusen, 51377, DE)
NIEDERELZ, Heike (Rathenaustr. 164, Leverkusen, 51373, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung flammgeschützter PUR- Sprühhartschäume, bei dem man einen flüssigen und/oder festen flammhemmenden Stoff oder Gemische hiervon in ein Reaktionsgemisch aus Polyolkomponente und Isocyanatkomponente einträgt, das so erhaltene Gemisch zur Ausbildung eines Sprühhartschaumkörpers einsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Regeleinheit wenigstens ein flammhemmender Stoff oder eine Mischung flammhemmender Stoffe in den Reaktionsstrahl vor der Erzeugung eines Sprühstrahls zudosiert wird. 2. Verfahren zur Herstellung flammgeschützter PUR-Sprühschäume nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V der Menge des/der eingetragenen flammenhemmenden Stoffe/s zur Menge des Reaktionsgemisches innerhalb eines definierten Zeitintervalls konstant ist, jedoch verschieden ist von diesem Verhältnis in einem sich daran anschließenden zweiten Zeitintervall. 3. Verfahren zur Herstellung flammgeschützter PUR-Sprühschäume nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man wenigstens einen flüssigen und/oder festen flammhemmenden Stoff mit einer zur Herstellung eines Schaumstoffrohmaterials verwendeten Komponente aus Polyol oder Isocyanat vermischt und das Gemisch mit der entsprechenden Reaktionskomponente zum Schaumstoffrohmaterial umsetzt und wenigstens einen flüssigen und/oder festen flammhemmenden Stoff in das Schaumstoffrohmaterial einträgt, das so erhaltene Gemisch zur Ausbildung des Polyurethan- Formschaumkörpers einsetzt, wobei das Verhältnis V der Menge des/der eingetragenen flammhemmenden Stoffe/s zur Menge der/des Komponente/Schaumstoffrohmaterials innerhalb eines ersten definierten Zeitintervalls konstant ist, jedoch verschieden ist von diesem Verhältnis in einem sich daran anschließenden zweiten Zeitintervall. 4. Verfahren zur Herstellung flammgeschützter PUR-Sprühschäume nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den wenigstens einen flammhemmenden Stoff und das Schaumstoffrohmaterial auf eine Wand und/oder eine Decke sprüht. 5. Verfahren zur Herstellung flammgeschützter PUR-Sprühschäume nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst das Schaumstoffrohmaterial ohne oder mit geringem Anteil an feuerhemmendem Stoff auf Wand und/oder Decke sprüht und anschließend den flammhemmenden Stoff und das Schaumstoffrohmaterial aufbringt. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Rohdichte des zur Auftragung eingesetzten Gemisches aus Schaumstoffrohmaterial und flammhemmendem Stoff in einem Bereich von 10 bis 200 kg/m3, insbesondere in einem Bereich von 30 bis 100 kg/m3 einstellt. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man Polyolkomponente und Isocyanat so wählt, dass die Startzeit des PUR-Reaktivgemisches 2 Sekunden oder länger beträgt und die Abbindezeit im Bereich von 3 bis 10 Sekunden, insbesondere bei 5 Sekunden liegt. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Menge an zugeführtem flammenhemmenden Feststoff so einstellt, dass er in einem Bereich von 5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gesamtsystem. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als flammhemmenden Feststoff Blähgraphit, Aluminiumpolyphosphate, Cyanurate, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Melamin, und/oder Glasflakes einschließlich deren Gemische einsetzt. 10. Polyurethan-Sprühschaumkörper, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil eines flammhemmenden Feststoffes eines an der Wand anliegenden Oberflächenbereiches kleiner ist als der Anteil dieses flammhemmenden Feststoffes in einem entfernt liegenden Oberflächenbereich. 11. Polyurethan-Sprühschaumkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des flammhemmenden Feststoffes von einer Oberfläche des Körpers hin zur gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers kontinuierlich oder diskontinuierlich zunimmt. 12. Verwendung eines Polyurethan-Sprühschaumkörpers hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als brandhemmende Wärmedämmung. |
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flammgeschützten Polyurethan (PUR)-Sprühschaums, insbesondere eines PUR-Sprühhartschaums, einen so hergestellten Sprühschaumkörper und dessen Verwendung zur Wärmedämmung.
Schaumstoffe sind seit langer Zeit bekannt und finden wegen ihrer geringen Dichte beziehungsweise der damit verbundenen Materialersparnis, ihren hervorragenden thermischen und akustischen Isolationseigenschaften, ihrer mechanischen Dämpfung sowie ihren besonderen elektrischen Eigenschaften eine breite Anwendung. Insbesondere Schaumstoffe aus Polyurethan (PUR) sind weit verbreitet. Hier muss jedoch zwischen Hart- und Weichschäumen unterschieden werden. Durch ihre unterschiedliche Zellstruktur weisen sie unterschiedliche Eigenschaften auf und finden dadurch in verschiedenen Bereichen Anwendung. Hartschäume im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Schäume mit einer Rohdichte von 30 bis 100 kg / m 3
PU R- Hartschäume werden vor allem zur Wärmedämmung zum Beispiel in Gebäuden, Kühlgeräten, Wärme- und Kältespeichern sowie einigen Rohrsystemen eingesetzt. Die Beschaffenheit des Polymers, speziell die geschlossenen Zellen eines solchen Hartschaums, sind die Basis für die ausgezeichnete Isolierwirkung dieses Materials.
Die Herstellmethoden für die diversen Hartschaumanwendungen unterscheiden sich. So können Blockschäume kontinuierlich oder diskontinuierlich hergestellt werden und danach in Platten geschnitten als Isolationsmaterial beispielsweise an Häuseraußenwänden montiert werden.
Bei der Herstellung von Kühlschränken oder ähnlichen Geräten wird das Polyurethanreaktionsgemisch direkt in die Kavität gegeben, reagiert dort zu dem Isolationsschaum aus und füllt so den gesamten Rahmen aus. Des Weiteren können auch sogenannte Metallverbundplatten wie sie beispielsweise zur Errichtung von großen Lagerhallen verwendet werden durch das Einbringen des Polyurethanreaktionsgemisches zwischen zwei Trägerplatten (Aluminium, Blech und/oder Holz) hergestellt werden. Alle diese zuvor beschriebenen Hartschaumanwendungen basieren darauf, dass Hartschaumsysteme in eine bestimmte Form gebracht (als Block, im Kühlschrank oder im Metallverbund) als Isolationsmaterial Verwendung finden.
Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen der Isolationsschaum ohne eine formgebende Matrix direkt auf die zu isolierende Oberfläche appliziert wird. Das Sprühschaumverfahren ist eine solche Anwendung. Hier wird der Schaum häufig in mehreren Lagen beispielsweise direkt auf Wände oder Decke eines Gebäudes gesprüht, ohne dass eine formgebende Matrix verwendet wird bzw. werden muss.
Ein Polyurethanweichschaum oder auch der PUR-Weichformschaum unterscheidet sich vom isolierenden Hartschaum (egal ob in Form gebracht oder gesprüht) durch eine ganz andere Zellstruktur. Durch die geschickte Wahl der Einsatzstoffe im Polyurethansystem ist der Anteil der offenen Zellen bei Weichschäume sehr viel höher - teilweise werden sogar nach der Herstellung der Schäume einige der noch verbleibenden geschlossene Zellen nachträglich mechanisch aufgebrochen (das sogenannte„Crushen"). Dadurch wird der Schaum nicht nur weicher, er verfügt damit auch über eine gewisse Atmungsaktivität, welche in Anwendungsgebieten wie Matratzen, (Auto-)Sitzen oder Kissen gewünscht ist. Diese Eigenschaft unterscheidet sich klar von der isolierenden Eigenschaft eines Hartschaums, bei dem ein solcher Gasaustausch nicht gewünscht ist.
Für viele Anwendungen, zum Beispiel im Baubereich, ist es erforderlich dass die Hartschaumstoffe Anforderungen hinsichtlich des Brandverhaltens erfüllen. Ein entsprechender Brandschutz ist häufig auch in gesetzlichen Vorschriften und in einer Reihe anderer Regelwerke gefordert. Der Nachweis, dass die Baustoffe den brandschutztechnischen Anforderungen genügen, wird mit Hilfe einer Vielzahl unterschiedlicher Brandschutzprüfungen geführt, welche üblicherweise auf die Anwendung des Baustoffes ausgerichtet sind.
Unterschiedliche Baustoffe, welche den Brandschutz verbessern sollen, sind aus dem Stand der Technik lange bekannt. Sowohl in DE 43 37 878 C2 als auch aus DE 195 39 681 Cl sind Verbundplatten zum Brandschutz beschrieben. Solche Verbundplatten bestehen aus einer Dämmstoffschicht und einer Brandschutzschicht oder -platte, wobei die Dämmstoffschichten der einzelnen Platten über eine Nut- Federverbindung miteinander verbunden sind.
DE 19 59 387 C3 beinhaltet eine schwer entflammbare Verbundplatte mit hoher Wärme- und Schalldämmung. Die Verbundplatte umfasst eine Polyurethan-Schaumschicht, welche auf eine mineralische Perlitplate aufgeschäumt ist. Damit auch Schaumstoffe den brandschutztechnischen Anforderungen genügen, werden auch diese mit Flammschutzmitteln versetzt. Ein häufig verwendeter flammhemmender Feststoff ist Blähgraphit. Dies ist beispielsweise aus GB A 1 404 822 bekannt. Hier wird ein Polyurethan- Hartschaum mit einem FCKW-Treibmittel aufgeschäumt, wobei Blähgraphit homogen in dem enthaltenen Schaumkörper enthalten ist. Ein brandhemmender Polyurethanschaum, basierend auf Polyolen und Isocyanaten, mit einem die Entflammbarkeit erschwerenden Mittel ist aus DE 197 02 760 Al bekannt. Ein solcher Polyurethanschaum enthält beispielsweise Blähgraphit. Die Polyol-Komponente weist einen Phosphatanteil sowie einen Halogenanteil auf.
Eine Kombination aus Polyvinylchlorid-Partikeln und Blähgraphit als
Beimischungen in ein Polyurethan-Hartschaum ist aus US
2008/0207784 Al bekannt. Beschrieben sind hier Polyvinylchlorid/Polyurethan-Hybridschäume.
Weitere feuerhemmende Polymere, insbesondere Polyurethane, sind aus WO 2005/003254 Al und JP 2002 144438 A bekannt. Die feuerhemmenden Materialien, beispielsweise Blähgraphit, werden zumindest in einen Ausgangsgrundstoff gemischt, sodass sich der feuerhemmende Feststoff homogen verteilt im Endprodukt befindet.
Aus WO 01/72863 Al ist ein feuerbeständiger Schaum bekannt. Ein entsprechender Schaum ist mit Blähgraphit versetzt und enthält keine halogenierten Kohlenwasserstoffe als Schäumungsmittel. Hier wird Blähgraphit zusammen mit Polyol und/oder Isocyanat in einem Schneckenextruder vermischt. Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass unterschiedliche Flammschutzmittel miteinander gemischt werden können. So beschreibt JP 2004 043747 A die Verwendung von Blähgraphit zusammen mit Phosphorverbindungen in einem Polyurethanschaum. Aus RU 2336283 C2 ist die Verbindung von Blähgraphit mit Melamin Cyanurat bekannt. Hier wird zusätzlich Wasser oder Freon ® als Schäummittel zugegeben. Ein Hartschaum, welcher eine Kombination aus Blähgraphit und weiteren Flammschutzmitteln enthält ist auch aus EP 1 159 341 B2 bekannt. Die flammhemmenden Feststoffe sind gleichmäßig im enthaltenden Hartschaum enthalten.
Eine nicht homogene Verteilung von Flammschutzmitteln in Polyurethanschaum ist unter Umständen wünschenswert, da hierdurch Material, nämlich der flammhemmende Feststoff, eingespart werden kann. Aus US A 4,254,177 ist ein Produkt bekannt, welches aus zwei Schichten aufgebaut ist. Der vorgefertigte Kern, welcher aus Hart- oder Weichschaumstoff bestehen kann, enthält keine flammhemmenden Substanzen. Dieser Kern wird umgeben von einer Hülle, welche die gewünschten flammhemmenden Eigenschaften aufweist. Hier befinden sich die flammhemmenden Stoffe lediglich an der Außenseite des Produktes. Dies sind die Bereiche, in denen ein Flammschutz auch benötigt wird. Nachteil der hier beschriebenen Methode ist jedoch, dass zuerst ein Kern fertig hergestellt werden muss. Erst dieser kann dann mit der flammhemmenden Hülle umsehen werden. Es sind demnach zwei Verfahrensschritte in diesem Verfahren möglich.
Die Verwendung von Polyurethan-Sprühschäumen findet häufig Verwendung im Hausbau, aber auch bei nachträglichen Renovierungen von Gebäuden. Entsprechend müssen solche Sprühschäume auch entsprechenden Brandschutznormen genügen.
Diese Sprühschäume, in der Regel auf Basis eines Polyurethanes, werden vor Ort mit Hilfe einer handlichen Sprüheinheit auf die zu isolierende Wände oder Decken gesprüht. Dabei können sowohl die Außen- als auch die Innenwände und Decken eines Gebäudes mit einem solchen Isolierschaumsystem besprüht werden. Dazu werden die beiden benötigten Komponenten (Isocyanat und Polyol) aus den jeweiligen Vorratsbehältern über ein Schlauchsystem zu der Sprüheinheit transportiert. Eine solche Sprüheinheit ist in der Regel ein 2- Komponenten Mischkopf, wie er in der Polyurethanindustrie Verwendung findet, welcher zusätzlich noch über eine Drucklufteinheit zur Ausbildung der Sprühstrahls verfügt. Nach dem Auftrag der Isolierschichten können/werden diese gegebenenfalls noch mit Putz oder Mauerverblendwerk verkleidet.
Beim Aufbringen auf die Innenseite (Raumseite) eines Mauerwerks wird der Schaum üblicherweise abschließend mit Putz verkleidet oder es werden beispielsweise Gipskartonplatten zur Verkleidung angebracht. An der Außenwand eines Gebäudes werden häufig Klinkersteine oder ein vergleichbares Verblendmauerwerk auf die PUR-Isolationsschicht aufgebracht. Eine entsprechende Wand besteht dann aus insgesamt 5 Materialschichten. Von innen nach außen weisend sind dies der Putz oder Gipskarton, eine Sprühschaumschicht, das Mauerwerk, eine äußere Sprühschaumschicht und abschließend ein Verblendmauerwerk.
Ein in diesem Bereich eingesetzter Isolierschaum muss verschiedene Anforderungen erfüllen - neben einer guten Haftung zur Wand/Decke, einer schnellen Reaktions- und Abbindezeit müssen auch je nach Anwendungsgebiet und -ort verschiedene Brandschutznormen erfüllt werden.
Eine häufig zu erfüllende Brandschutznorm ist die„Euroklasse E" (EN ISO 11925-2). Um diesen geforderten Flammschutz zu erfüllen, werden in der Praxis verschiedene Arten von Flammschutzmitteln und/oder flammhemmenden Komponenten in den eingesetzten Formulierungen verwendet. Als eingesetzte Flammschutzmittel finden häufig halogenierte und/oder Phosphor- oder Antimon-basierte Verbindungen Verwendung, des weiteren können verschiedene Kombinationen von Polyestem und ß-Aminocarbonylverbindungen eingesetzt werden.
Insbesondere halogenierte, häufig bromierte Verbindungen werden als Flammschutzmittel eingesetzt, da diese flüssig sind. Sie können somit problemlos der Polyol- oder Isocyanatkomponente beigemischt werden. Nachteilig bei Verwendung solcher halogenierten Verbindungen ist jedoch, dass diese über einen längeren Zeitraum aus der Isolierschicht ausdampfen können. Gerade bei der Isolation von Innenräumen liegt somit eine nicht zu vernachlässigende Belastung der Gesundheit und der Umwelt vor.
Es ist auch möglich, die Edukte (Polyol und Isocyanat) des Polyurethans durch Polyester oder ß-Aminocarbonylverbindungen zumindest teilweise zu ersetzen. Die hieraus enthaltenen Polyurethane weisen einen höheren Flammschutz auf als konventionelle Polyurethane.
Als weitere Flammschutzmittel im Bereich solcher Anwendungen sind auch Feststoffe denkbar. Beispielsweise können Ammoniumpolyphosphat, Melamin, Glasflakes, Blähgraphit, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kreide, verschiedene Cyanurate oder andere intumeszierende Stoffe oder Verbindungen eingesetzt werden. Solche Verbindungen schäumen entweder auf bzw. setzen Wasser frei wie beispielsweise Alluminiumhydroxid. Glasflakes schmelzen unter der Hitzeeinwirkung und bilden eine anorganische Schutzschicht auf der Oberfläche des Polyurethans.
Solche flammhemmenden Feststoffe sind jedoch deutlich schwieriger zu verarbeiten. In der Regel werden sie, wie die flüssigen Zusätze, über eine der beiden Komponenten (Polyole oder Isocyanat) in das Reaktionsgemisch eingebracht (Batch-Verfahren). Das kann gerade bei der Verarbeitung als Sprühschaum und bei einfachen, handlichen Verarbeitungsmaschinen zu Problemen führen. So führt zum Beispiel die hohe Abrasivität dieser Feststoffe zu einem hohen Verschleiß der Maschinenkomponenten wie zum Beispiel Pumpen und Mischkopf. Zusätzlich kann es zu Sedimentationsproblemen bei der Lagerung des Batch aus Reaktionskomponente und Feststoff kommen. Wird beispielsweise Melamin in Polyol gemischt und nicht ständig gerührt, verklumpt das Melamin und es bildet sich ein Feststoff, der nur schwer aus dem Vorratsbehälter entfernt werden kann.
Ein weiteres Problem ist die hohe mechanische Belastung auf die eingesetzten Feststoffe, die bei der Verarbeitung zum Beispiel in einem Hochdruckmischkopf auftreten. Wird beispielsweise Blähgraphit durch einen solchen Hochdruckmischkopf an den Ventilen und/oder Drosselklappen geschert, werden die Partikel zerstört und/oder zerkleinert. Dieses kann zu einer Reduktion der Flammschutzwirkung führen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Herstellung flammgeschützter PUR Sprühschäume ermöglicht, mit welchem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einsatz von flammhemmenden Feststoffen, wie beispielsweise Ammoniumpolyphosphat, Melamin, Blähgraphit, Aluminium oder Magnesiumhydroxid, Kreide, verschiedene Cyanurate und/oder Glasflakes (im weiteren als Feststoff bezeichnet) als Flammschutzmittel in einer derartigen Weise mengenmäßig zu optimieren, das eine Flammschutzwirkung insbesondere in den Bereichen des Polyurethan-Sprühschaums erzielt wird an denen dies auch erforderlich ist. Dies führt dann zu einer Reduzierung der benötigten Menge des Feststoffs. Hierbei ist es möglich, die Feststoffe jeweils einzeln oder Gemische hiervon (Feststoffkombinationen) zu verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von hoch flammgeschützten Sprühschäumen zeigt eine Möglichkeit, die Vorzüge von zusätzliche verwendeten festen Flammschutzmitteln zu nutzen, dabei jedoch die oben beschriebenen Nachteile für das Material, bei der Verarbeitung und die gegebenenfalls reduzierte Flammschutzwirkung zu überwinden.
In einer ersten Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass in die für die Erzeugung des Sprühstrahls verwendete Druckluft über eine Regeleinheit Feststoff oder eine Mischung von verschiedenen Feststoffen in den Reaktionsstrahl oder den Sprühstrahl den Komponenten zudosiert wird. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann ein Sprühstrahl aus dem schon vermischten Reaktionsgemisch aus Polyol und Isocyanat und den eingesetzten Feststoffen generiert werden.
Auf diese Weise kann nun dem bisher eingesetzten Polyurethansystem ein zusätzlicher Flammschutz zugefügt werden, welches zum Einen nicht die Anlagen wie oben beschrieben mechanisch beeinträchtigt, zum Anderen die eingesetzten Feststoffe auch nicht durch Scherkräfte der Pumpen oder den Mischkopf beschädigt werden. Ein so modifiziertes Polyurethansprühsystem kann in einer höheren Brandschutzklasse klassifiziert werden, als das vergleichbare System ohne zusätzlichen festen Flammschutz.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass der zusätzliche Flammschutz über die eingesetzten Feststoffe genau dort eingebracht werden kann, wo er benötig wird, nämlich dort, wo ein Brand entsteht. In den dem Feuer nicht direkt exponierten Bereichen kann die Konzentration an flammhemmenden Feststoffen geringer sein, oder dieser kann gar nicht vorhanden sein, ohne dass die weitere Zusammensetzung des Polyurethans geändert werden muss. Gleichzeitig ist eine gute Benetzung der Feststoffe mit dem Reaktivgemisch gewährleistet.
Dadurch, dass die zusätzliche Dosierung der Feststoffe in den Luftstrom des Sprühkopfes regelbar ist, kann zuerst eine Schicht ohne zusätzliche Feststoffe aufgebracht und danach je nach Anforderung der Anteil der Feststoffe in jeder Schicht beliebig eingestellt werden. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit die unterschiedlichen Schichten mit unterschiedlichen Feststoffen und/oder Feststoffkombinationen zu versetzen. Eine feststofffreie erste Schicht (zur Wand/zur Decke hin) hat zusätzlich den Vorteil, dass die Haftung eines Polyurethans ohne Füllstoffe in der Regel besser ist als die eines Polyurethans angereichert mit Füllstoffen.
Des weiteren haben Erfahrungen/Versuche mit dieser neuen Technologie gezeigt, dass im Vergleich zum Batch-Verfahren deutlich größere Mengen an Feststoffen verarbeitet werden können. Dies kann zu einer Einstufung des erhaltenen PUR-Sprühschaums in einer höheren Brandschutzklasse führen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich mehrere Schichten beispielsweise auf eine Wand und/oder Decke aufzutragen, wobei die einzelnen Schichten zwar unterschiedliche Mengen an eingetragenem flammenhemmendem Stoff aufweisen, sich in der weiteren Zusammensetzung jedoch nicht unterscheiden müssen. In einem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Verhältnis V der Menge des eingetragenen flammenhemmenden Stoffes zur Menge des Reaktionsgemisches innerhalb eines definierten Zeitintervalls konstant, jedoch verschieden von diesem Verhältnis in einem sich daran anschließenden zweiten Zeitintervall. In dem entstandenen Polyurethan-Sprühschaumkörper ist dadurch der Anteil des flammhemmenden Stoffes an der Wand unterschiedlich von der Konzentration eines gegenüberliegenden Oberflächenbereichs .
Unter Anteil des Feststoffs ist dabei der Massen- und/oder Volumenanteil des Feststoffes in einem definierten aber variablen Volumen zu verstehen, wobei zum Vergleich von Anteilen zwei gleich große aber sich räumlich nicht überlappende Volumina miteinander verglichen werden.
Ein solcher erfindungsgemäßer Aufbau bedingt beispielsweise eine Anreicherung des flammhemmenden Feststoffs in einem Oberflächenbereich, nämlich dem zu einem Flammenherd exponierten Bereich.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf eine Fläche, beispielsweise eine Wand und/oder Decke zuerst ein Polyurethanschaum ohne Beimischung von Flammschutzmitteln aufgetragen. In einem nächsten Schritt kann„nass in nass" eine weitere PUR-Schicht aufgetragen werden. Diese enthält ebenfalls keine oder nur wenig flammhemmende Feststoffe. Es werden nun weitere PUR- Sprühschaumschichten aufgetragen, wobei der Anteil an flammhemmenden Feststoffen oder Feststoffkombinationen kontinuierlich oder diskontinuierlich von einer Schicht zur nächsten zunimmt. Die äußerste Schicht weist den höchsten Anteil an flammhemmenden Feststoff auf. An diese Schicht kann sich dann beispielsweise in einem Innenraum der Putz oder die Gipskartonplatte anschließen. Sollte es zu einem Wohnungsbrand kommen, befindet sich nun in Bereich des Flammenherdes der höchste Anteil an Flammschutzmitteln.
Erfindungsgemäß werden wenigstens 2 Schichten aufgetragen, wobei eine der Schichten keine flammhemmenden Feststoffe oder Feststoffkombinationen aufweist, die andere Schicht diese jedoch enthält. Insbesondere ist die Schicht frei von flammhemmenden Feststoffen oder Feststoffkombinationen, welche direkt auf die Fläche, insbesondere eine Wand und/oder Decke aufgetragen wird.
Ein vergleichbarer schichtweiser Aufbau wird erfindungsgemäß auch bei der Isolierung einer Hausaußenwand eingesetzt. Auch hier wird ein Polyurethanschaum in mehreren Schichten auf eine Fläche, insbesondere eine Mauer aufgetragen. Erfindungsgemäß weist die Schicht, welche zuerst aufgetragen wird keine oder wenige Flammschutzmittel auf. In den sich daran anschließenden Schichten kann die Konzentration an Flammschutzmitteln höher sein, als in der ersten Schicht. Insbesondere weist die äußerste aufgetragene Schicht die höchste Konzentration an flammhemmendem Feststoff oder Feststoff kom bin ationen auf. Um eine ausreichende Isolation zu gewährleisten, sollte die gesamte Schicht beispielsweise eine Dicke von mindestens 3 cm aufweisen.
Je nach Anforderungsprofil an den resultierenden Sprühschaum kann bei der Verwendung der verschiedenen flammschützenden Feststoffe eventuell auch auf die in herkömmlichen Systemen eingesetzten Flammschutzmittel verzichtet oder deren Anteil deutlich reduziert werden. Der Verzicht auf halogenhaltige Flammschutzmittel ist im Rahmen der heutigen Diskussion über Emissionen in Gebäuden vorteilhaft.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine zur Herstellung eines Schaumstoffrohmaterials verwendete Komponente mit einem flüssigen und/oder festen flammhemmenden Stoff oder einem Gemisch aus flammhemmenden Stoffen vermischt und dieses Gemisch mit der entsprechenden weiteren Reaktionskomponente und gegebenenfalls weiteren flammhemmenden Stoffen oder Feststoffgemischen zum Schaumstoff umgesetzt. Der flüssige und/oder feste flammenhemmende Stoff oder ein Gemisch aus flammhemmenden Stoffen wird in das Schaumstoffrohmaterial nach dem Vermischen der Reaktivkomponenten jedoch vor dem Sprühen eingetragen und das so erhaltene Gemisch zur Ausbildung eines Polyurethan- Formschaumkörpers eingesetzt.
Erfindungsgemäß ist das Verhältnis V der Menge der eingetragenen flammhemmenden Stoffe zur Menge der/des Komponente/Schaumstoff- Rohmaterials innerhalb eines ersten definierten Zeitintervalls konstant jedoch verschieden von diesem Verhältnis in einem sich daran anschließenden zweiten Zeitintervall.
Die Rohdichte eines erfindungsgemäß eingesetzten Gemisches aus Schaumstoff- Rohmaterial und flammhemmenden Stoff liegt in einem Bereich von 10 bis 200 kg/m 3 insbesondere in einem Bereich von 30 bis 100 kg/m 3 .
Da in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Reaktionsgemisch bevorzugt an Wände oder Decken aufgebracht wird, ist es wichtig, dass eine hinreichend schneller Viskositätsaufbau erreicht wird. Dies kann durch eine geeignete Einstellung von Start- und Abbindezeit erreicht werden. Bevorzugt liegt die Startzeit des PUR-Reaktivgemisches bei 2 s oder länger. Die Abbindezeit liegt im Bereich von 3 bis 20 s, bevorzugt bei 4 bis 8 s.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, große Menge an Feststoff dem Polyurethan zuzufügen. Bevorzugt beträgt der Anteil an flammhemmenden Feststoff im Reaktionsgemisch 5 bis 80 Gew.-%, bevorzugt, 5 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass unterschiedliche Partikel großen bei den eingesetzten Feststoffen verwendet werden können. Dies ermöglicht auch die Kombination unterschiedlicher Flammschutzmittel. Im Brandfall können nun über die geschickte Wahl der Flammschutzmittel aus Kombinationen von flüssigen und festen Komponenten die entstehenden Gase in ihrer Gefährlichkeit reduziert werden. Hierdurch können beispielsweise Parameter wie Rauchgasdichte und Rauchgastoxizität gezielter eingestellt werden.
Da im erfindungsgemäßen Verfahren die flammschützenden Feststoffe nur da eingesetzt werden, wo sie benötigt werden, wird der Gesamtverbrauch an Flammschutzmitteln im Vergleich zum Batch- Verfahren deutlich reduziert. Hierdurch werden Kosten eingespart.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Polyurethan-Sprühschaumkörper, in welchem der Anteil des flammhemmenden Stoffes von einer Oberfläche des Körpers hin zur gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers kontinuierlich oder diskontinuierlich zunimmt. Dies wird ermöglicht durch das oben beschriebene Verfahren.
In einer dritten Ausführungsform wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Polyurethan-Sprühschaumkörpers als brandhemmende Wärmedämmung, insbesondere im Hausbau. Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäßen Muster wurden durch Sprühen mehrerer Lagen eines Polyurethanhartschaumsystems (Polyolformulierung A gegen Isocyanat B) hergestellt. Dazu wurde zuerst eine Schicht von 12 - 18 mm Dicke des Reaktionsgemisches auf eine Teflonfolie gesprüht, welches mit zusätzlichem festem Flammschutzmittel versetzt wurde. In einem nächsten Schritt wurde dann diese erste Schicht nochmals um eine weitere 35 bis 40 mm dicke Schicht, diesmal ohne zusätzliches festes Flammschutzmittel erweitert.
Die Austragsleistung der Polyurethansprüheinheit lag bei der Herstellung der Musterplatten bei 20g/s, die Feststoffe wurden mit einer Austragsleistung von 10g/s in das Reaktionsgemisch dosiert.
Die bei einem Sprühprozess entstehende Oberfläche ist typischer Weise sehr rau und wellig. Daher wurde die Musterplatte anschließend mit Hilfe einer Spaltanlage auf eine Gesamtbauteilhöhe von 30 mm Dicke zugeschnitten, um im Hinblick auf den später durchzuführenden Brandtest sowohl eine homogenere/plane Oberflache zu erhalten als auch eine genau definierte Schichtdicke zwecks Reproduzierbarkeit der Brandversuche zu erhalten. Diese nachträgliche Bearbeitung der Musterplatten ist hier notwendig, da bei den durchzuführenden Brandtests die Testplatten auf standardisierte Trägerplatten aufgeklebt werden müssen. Daher unterscheidet sich dieser exemplarische Versuchsaufbau von dem oben beschriebenen Anwendungsbeispiel - der Versuchsaufbau ist exakt umgekehrt. Dieser geänderte Versuchsauf bau ist aber notwendig, um einen reproduzierbaren Brandtests durchführen zu können.
Die für die Anwendungsbeispiele hergestellten Hartschaumplatten enthalten unterschiedliche feste Flammschutzmittel. Nachfolgende Tabelle 1 zeigt die wichtigen Versuchsparameter im Überblick:
Tabelle 1
Die so hergestellten Platten wurden auf zwei verschiedene Endmaße (1500 x 500 mm und 1500 x 1000 mm) gesägt, dann anschließend auf Calciumsilikatplatten aufgeklebt und nach Prüfvorschrift vorkonditioniert. Für den Brandtest wurden dann die beiden Platten mit einem Winkel von 90° zueinander aufgestellt. Unten, im Winkelbereich der beiden aufgestellten Platten, wird dann eine Zündflamme angelegt.
Nachfolgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Brandtests (SBI-Test und Kleinbrennertest) im Überblick:
Tabelle 2
E sind erfüllt, mit E sind erfüllt. mit F sind erfüllt
Zulassung für die Zulassung für die
EN 13823 EN 13823
Vergleicht man die Brandergebnisse des Vergleichsystems ohne zusätzlich dosiertes Flammschutzmittel (Vergleichsbeispiel 1) mit den Ergebnissen der erfindungsgemäßen Beispiele 1 und 2 ist klar zu erkennen, dass die zusätzliche Zugabe von flammhemmenden Feststoffen den Brandschutz in dem eingesetzten Sprühschaumsystem erheblich verbessert.
Ohne zusätzliches Flammschutzmittel wird die Brandschutzklasse „P erreicht, die Zugabe von in diesem Fall Blähgraphit und Aluminiumhydroxid ermöglicht es, eine höhere Brandschutzklasse - in diesem Fall die Klassifizierung„D" zu erreichen.
Die weitere Zugabe von Ammoniumpolyphosphat (Beispiel 2) zeigt, dass auch hier ein positiver Einfluss auf das Brandverhalten des Sprühschaumes zu beobachten ist.
Beschreibung der Ausgangsstoffe: Einzelbestandteile der Polyolformulierung A:
Polyol 1 : Ein handelsüblicher aromatischer Polyester mit einer OH-Zahl von etwa 161 mit einer Funktionalität von 2. Polyol 2: Ein handelsüblicher tri-funktioneller PO-Polyether mit einer OH-Zahl von 231.
Polyol 3: Eine handelsübliche Mannichbase mit einer OH-Zahl von etwa 560.
Stabilisator: Polyethermodifϊziertes Polysiloxan der Firma Evonik Goldschmidt GmbH.
Aktivatorenmischung bestehend aus: N,N-Dimethylethanolamin (z.B. von der Firma RheinChemie), Pentamethyldiethylentriamin (z.B. von der Firma Air Products), Tris-(3-Dimethylamino)-propylamin (z.B. Polycat 9 der Firma Air Products) und Dibutylzinndilaurat (z.B. Niax Catalyst T 12 der Firma Air Products)
Mischung flüssiger Flammschutzmittel: Trichlorpropylphosphat (z.B. Levagard PP der Firma RheinChemie) und Triethylphosphat (z.B. Levagard TEP der Firma Lanxess)
Mischung physikalischer Treibmittel: 1,1,1,3,3 -Pentafluorpropan (z.B. Enovate 3000 der Firma Honeywell) und
Pentafluorbutan/Heptafluorpropan (z.B. Solkane 365/227 93/7 der Firma Solvay)
Polyisocyanat B: Ein polymeres Isocyanat mit einem NCO-Gehalt von etwa 31,5, hergestellt auf der Basis von 2-Kern-MDI und dessen höheren Homologen.
Formulierung der Polvolformulierunα„A":
- als Blähgraphit wurde eingesetzt:„Expofoil PX 99" der Firma Georg H. LUH GmbH
- als Aluminiumhydroxid wurde eingesetzt:„Martinal ON 320" der Firma Alusuisse Martinswerk GmbH
- als Ammoniumpolyphosphat wurde eingesetzt: „Exolit AP 422" der Firma Clariant