Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung neuartiger

Schaumstoffe, die insbesondere gute Flammschutzeigenschaften mit einer guten Reißdehnung verbinden. Diese neuartigen Schaumstoffe werden aus einem Blend aus Polyethersulfon (PES) und Polyphenylensulfon (PPSU) hergestellt.

Stand der Technik

Blends aus PES und PPSU sind für andere technische Anwendungen durchaus bekannt. So beschreibt die EP 1 497 376 einen entsprechenden Blend zur Verarbeitung in der

Schmelzformung, im Spritzguss, im Druckguss, in einer Extrusion oder bei der Blasenformung. Es ist jedoch nicht bekannt, aus einer solchen Zusammensetzung einen Schaumstoff herzustellen.

Auch poröse Membranen aus solchen Blends sind, beispielsweise in der EP 0 764 461 , beschrieben. Solche Membranen werden mittels eines Gussverfahrens aus einer wässrigen Polymerzusammensetzung hergestellt.

Viele industriell genutzte Schaumstoffe haben entweder Nachteile bei der Verwendung bei hohen Temperauren oder aber insgesamt, und insbesondere bei diesen hohen Temperaturen, nicht optimale mechanische Eigenschaften. Hinzu kommt, dass nur sehr wenige Schaumstoffe bekannt sind, die nicht leicht zu entflammen sind und daher z.B. in Innenräumen von Straßen-, Schienenoder Luftfahrzeugen verbaut werden können. So haben beispielsweise PES-Schäume eine schlechte Flammschutzwirkung, während PPSU-Schäume beispielsweise eine nicht optimale Reißfestigkeit aufweisen.

Schaumstoffe aus PPSU oder PES sind grundsätzlich bekannt, wenn auch nicht in Mischung miteinander. So wurden in L. Sorrentino:„Polymerie Foams from High-Performance

Thermoplastics“, Advances in Polymer Technology, Vol. 30, No. 3, S. 234-243, 2011 (DOI 10.1002/adv) entsprechende Untersuchungen zur Identifikation idealer Bedingungen für das Schäumen von PPSU bzw. PES bestimmt.

Blends, die entweder PPSU oder PSE enthalten sind gleichsam bekannt, wenn auch Angaben dazu im Stand der Technik eher selten sind. So sind beide Polymere insbesondere als in der Menge untergeordnete Komponente z.B. in PS-Schäumen beschrieben, um in diesen Commodity Materialien die Eigenschaften zu beeinflussen. Schäume die dagegen PPSU oder PES als Hauptkomponente enthalten sind nur in wenigen Beschreibungen, wie beispielsweise den folgenden, zu finden:

In US 4,940,733 ist ein Schaumstoff, basierend auf einem Blend aus einem Polycarbonat und einem zweiten Polymer, bei dem es sich neben einer Vielzahl anderer Beispiele auch um PES oder PPSU handeln kann. Ein solcher Schaum weist zwar eine hohe Temperaturbeständigkeit, jedoch keine besonders gute Flammschutzwirkung auf. Zu den mechanischen Eigenschaften fehlen darüber hinaus Angaben.

In der WO 2015/097058 werden Schaumstoffe auf Basis von PPSU oder PES, enthaltend mindestens 10 Gew% eines Polyolefins, beschrieben. Das phasenseparierende Polyolefin wirkt dabei wohl primär als Nukleierungsmittel. Dabei werden gleichmäßigere Poren erzielt, ohne jedoch die Flammschutzeigenschaften oder mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel die

Reißdehnung positiv zu beeinflussen. Aufgrund der Phasenseparation ist sogar eher von einer schlechteren Reißdehnung auszugehen. In Hinblick auf die Flammschutzeigenschaften ist durch die Beimischung einer Polyolefinkomponente ebenfalls von einer Verschlechterung auszugehen.

Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es in Hinblick auf den Stand der Technik eine

Zusammensetzung zur Herstellung neuartiger Schaumstoffe zur Verfügung zu stellen. Dabei sollen die resultierenden Schaumstoffe eine gute Kombination aus Anwendbarkeit bei hohen

Temperaturen, guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Reißdehnung und eine für viele Anwendungen im Bereich des Fahrzeug- und Flugzeugbaus zumindest ausreichende Flammschutzwirkung haben.

Insbesondere soll der Schaumstoff dabei in einem Anwendungsbereich von bis zu 120 °C, bevorzugt bis zu 150 °C Umgebungstemperatur auch über längere Zeiträume einsetzbar sein.

Weiterhin soll der Schaumstoff aus der zu entwickelnden Zusammensetzung über verschiedenste Methoden und mit einer großen Brandbreite von Formen realisierbar sein.

Weitere nicht explizite Aufgaben können sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen oder den Beispielen des vorliegenden Textes ergeben, ohne dazu an dieser Stelle explizit aufgeführt worden zu sein. Lösung

Gelöst werden die Aufgaben durch die Zurverfügungstellung einer neuartigen Zusammensetzung zur Herstellung von temperaturbeständigen, schwer entflammbaren Schaumwerkstoffen. Diese erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Herstellung von Schaumstoffen ist dadurch

gekennzeichnet, dass sie 60 bis 98 Gew% einer Mischung aus PES und PPSU in einem Verhältnis zwischen 1 zu 9 und 9 zu 1 , bevorzugt zwischen 1 zu 1 und 8,5 zu 1 als Hauptbestandteil enthält.

Weiterhin weist diese Zusammensetzung 0,5 bis 10 Gew% eines Treibmittels auf. Darüber hinaus können unter anderem 0 bis 10 Gew% Additive und 0 bis 20 Gew% einer dritten

Polymerkomponente enthalten sein.

Besonders bevorzugt besteht die Zusammensetzung aus 90 bis 95 Gew% einer Mischung aus PES und PPSU in einem Verhältnis zwischen 1 zu 1 und 8 zu 1 , 1 bis 9 Gew% eines Treibmittels und 1 bis 5 Gew% Additiven. Bei den Additiven kann es sich insbesondere um Flammschutzadditive, Weichmacher, Pigmente, UV-Stabilisatoren, Nukleierungsmittel, Schlagzähmodifier, Haftvermittler, Rheologiemodifier, Kettenverlängerer, Fasern und/oder um Nanopartikel handeln.

Als Flammschutzadditive kommen in der Regel Phosphor-Verbindungen, insbesondere Phosphate, Phosphine oder Phosphite zum Einsatz. Geeignete UV-Stabilisatoren bzw. UV-Absorber sind dem Fachmann im Allgemeinen bekannt. In der Regel verwendet man dazu HALS-Verbindungen, Tiuvine oder Triazole. Als Schlagzähmodifier werden in der Regel Polymerpartikel, aufweisend eine Elastomer- bzw. Weichphase verwendet. Dabei handelt es sich häufig um Kern-(Schale- )Schale-Partikel, mit einer Außenschale, die als solche maximal schwach vernetzt ist und als reines Polymer eine zumindest minimale Mischbarkeit mit dem Blend aus PES und PPSU aufweisen würde. Als Pigmente können grundsätzlich alle bekannten Pigmente eingesetzt werden. Insbesondere bei größeren Mengen sollte natürlich der Einfluss auf den Schäumungsvorgang - wie bei allen anderen in größeren Mengen von mehr als 0,1 Gew% eingesetzten Additiven - untersucht werden. Dies ist für den Fachmann mit relativ wenig Aufwand durchführbar.

Geeignete Weichmacher, Rheologiemodifier und Kettenverlängerer sind dem Fachmann im Allgemeinen aus der Herstellung von Folien, Membranen oder Formteilen aus PES, PPSU oder Blends aus diesen beiden bekannt und können entsprechend mit wenig Aufwand auf die

Herstellung eines Schaums aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung übertragen werden. Bei den Fasern handelt es sich in der Regel um bekannte Fasermaterialien, die einer

Polymerzusammensetzung zugegeben werden können. In einer besonders geeigneten Ausführung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Fasern um PES-, PPSU- oder um Blend- Fasern, letztere aus PES und PPSU.

Die Nanopartikel, die beispielsweise als Röhrchen, Plättchen, Stab, Kugel oder in anderen bekannten Formen vorliegen können, handelt es sich in der Regel um anorganische Materialien. Diese können gleich verschiedene Funktionen in dem fertigen Schaum übernehmen. So wirken diese Partikel teilweise als Nukleierungsmittel beim Schäumen. Weiterhin können die Partikel die mechanischen Eigenschaften, wie auch die (Gas-)Diffusionseigenschaften des Schaums beeinflussen. Weiterhin tragen die Partikel zusätzlich zur Schwerentflammbarkeit bei.

Neben den aufgeführten Nanopartikel können auch Mikropartikel oder wenig mischbare, phasenseparierende Polymere als Nukleierungsmittel zugefügt sein. Dabei sind die beschriebenen Polymere in der Betrachtung der Zusammensetzung getrennt von den anderen

Nukleierungsmitteln zu sehen, da diese primär einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Schaums, die Schmelzviskosität der Zusammensetzung und damit die

Schäumungsbedingungen nehmen. Die zusätzliche Wirkung eines phasenseparierenden Polymers als Nukleierungsmittel ist ein zusätzlicher gewünschter, in diesem Fall jedoch nicht primärer Effekt dieser Komponente. Aus diesem Grund werden diese zusätzlichen Polymere in der Gesamtbilanz weiter oben getrennt von den übrigen Additiven aufgeführt.

Bei den zusätzlichen Polymeren kann es sich beispielsweise um Polyamide, Polyolefine, insbesondere PP, PEEK, Polyester, insbesondere PET, andere schwefelbasierte Polymere, wie zum Beispiel PSU, Polyetherimide oder Polymethacrylimid handeln.

Die Wahl der Treibmittel ist relativ frei und bestimmt sich für den Fachmann insbesondere durch die gewählte Schäumungsmethode und die Schäumtemperatur. Geeignet sind zum Beispiel Alkohol, wie z.B. Isopranol oder Butanol, Ketone, wie Aceton oder Methylethylketon, Alkane, wie iso- oder n-Butan, bzw. -Pentan, Hexan, Heptan oder Octan, Alkene, wie zum Beispiel Penten, Hexen, Hepten oder Octen, CO ₂ , N ₂ , Wasser, Ether, wie zum Beispiel Diethylether, Aldehyde, wie z.B. Formaldehyd oder Propanal, Fluor(chlor)kohlenwasserstoffe, chemische Treibmittel oder um Mischungen aus mehreren dieser Substanzen.

Bei den chemischen Treibmitteln handelt es sich um weniger oder nicht flüchtige Substanzen, die unter den Schäumungsbedingungen chemisch zersetzt werden und dabei das eigentliche Treibmittel bilden. Ein sehr einfaches Beispiel dafür stellt tert-Butanol dar, welches unter

Schäumungsbedingen Isobuten und Wasser bildet. Weitere Beispiele sind NaHC03, Zitronensäure bzw. deren Derivate, Azodicarbonamid (ADC), bzw. Verbindungen davon ausgehend,

Toluolsulfonylhydrazin (TSH), Oxybis(benzosulfohydroazid) (OBSH) oder 5-Phenyl-tetrazol (5-PT). Bevorzugt werden als Treibmittel CO ₂ , N ₂ oder Mischungen aus diesen beiden verwendet.

Neben der Zusammensetzung sind natürlich auch Schaumstoffe, die aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hergestellt wurden, Bestandteil der vorliegenden Erfindung.

Weiterhin ist auch ein Verfahren zum Schäumen der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Dabei wird die Zusammensetzung bei einer Temperatur zwischen 150 und 250 °C und einem Druck zwischen 0,1 und 2 bar aufgeschäumt. Bevorzugt erfolgt das Schäumen bei einer Temperatur zwischen 180 und 230 °C in einer

Normaldruckatmosphäre.

Grundsätzlich sind dem Fachmann diverse Methoden zum Schäumen von

Polymerzusammensetzungen bekannt, die insbesondere in Bezug auf Methoden für

thermoplastische Schäume auf die vorliegende Zusammensetzung anwendbar sind. Es gibt jedoch einige besonders bevorzugte Alternativen.

In einer ersten bevorzugten Variante wird eine Zusammensetzung, noch ohne Triebmittel, in einem Autoklaven bei einer Temperatur zwischen 20 und 120 °C und einem Druck zwischen 30 und 100 bar mit dem Treibmittel beaufschlagt und anschließend durch Senken des Drucks und Erhöhen der Temperatur auf die Schäumtemperatur im Autoklaven geschäumt. Alternativ wird die mit dem Treibmittel beaufschlagte Zusammensetzung im Autoklaven abgekühlt und nach dem Abkühlen entnommen. Diese Zusammensetzung kann dann durch Erhitzen auf die Schäumtemperatur später aufgeschäumt werden. Dies kann beispielsweise auch unter weiterer Formgebung oder in Verbindung mit anderen Elementen wie Inserts oder Deckschichten erfolgen.

In einer zweiten Variante des Verfahrens wird die Zusammensetzung, beinhaltend das Treibmittel in einem Extruder erhitzt.

In einer dritten Variante des Verfahrens wird die Zusammensetzung ohne Triebmittel in einem Extruder erhitzt und mit dem Treibmittel, bevorzugt mit CO ₂ und/oder N ₂ im Extruder beaufschlagt.

Bei dem Auslassen der Zusammensetzung aus dem Extruder gemäß der zweiten oder dritten Variante gibt es in der Folge dann weitere Ausführungsformen. So kann die Zusammensetzung mittels einer Breitschlitzdüse oder einer anderen formgebenden Düse aus dem Extruder ausgelassen und dabei aufgeschäumt werden. Diese Variante kann beispielsweise mit einer direkt anschließenden Coextrusion oder Lamination derart kombiniert werden, dass direkt Deckschichten auf einer aus einer Breitschlitzdüse gebildeten Schaumplatte oder -folie aufgebracht werden. In einer zweiten Ausführungsform der zweiten oder dritten Variante wird die Zusammensetzung beim Austritt aus dem Extruder aufgeschäumt und dabei mittels eines Granulators ein

Partikelschaum erzeugt. In der Regel ist der Granulator dabei so nah an der Austrittsstelle der Düse angebracht, dass die bereits abgetrennten Partikel direkt nach der Bildung schäumen. In einer dritten Ausführungsform der zweiten oder dritten Variante schließlich kann die

Zusammensetzung beim Austritt aus dem Extruder in eine Schaumspritzvorrichtung geleitet werden. In dieser Vorrichtung wird dann direkt unter Formgebung aufgeschäumt.

Eine vierte alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung beim Austritt aus einem Extruder in einen Unterwassergranulator geleitet wird, wobei in diesem eine derartige Kombination aus Temperatur und Druck vorliegt, dass ein Schäumen verhindert wird. Das dabei erhaltene, mit Treibmittel beladene Granulat kann dann später - zum Beispiel thermisch - geschäumt werden. Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe, bzw. die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumstoffe können vielfältig Verwendung finden. Bevorzugt werden die

Schaumstoffe dabei im Fahrzeugbau, wie z.B. in der Konstruktion von Straßen-, Schienen-, Wasser-, Raum- oder Luftfahrzeugen eingesetzt. Aufgrund der schweren Entflammbarkeit können die erfindungsgemäßen Schaumstoffe insbesondere auch im Innenraum dieser Fahrzeuge verbaut werden. Weitere Anwendungsbereiche sind beispielsweise in der Elektroindustrie, bei der Konstruktion von Windkraftanlagen oder im Maschinenbau zu finden.

Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Schaumstoffe einen Schäumungsgrad auf, der eine Reduktion der Dichte gegenüber dem reinen Blend zwischen 1 und 98 %, bevorzugt zwischen 50 und 97 %, besonders bevorzugt zwischen 70 und 95 % ausmacht. Bevorzugt hat der Schaum eine Dichte zwischen 20 und 1000 kg/m ³ , bevorzugt 40 und 250 kg/m ³ .