HERSTELLUNG VON FLAMMGESCHüTZTEN POLYURETHAN-WEICHFORMSCHAUMSTOFFEN

Die Erfindung betrifft flammhemmende Feststoffe (wie zum Beispiel Ammoniumpolyphosphat, Melamin oder Blähgraphit) enthaltene Polyurethan-Formschaumkörper, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung dieser Polyurethan-Formschaumkörper für Bauteile, bei denen brandhemmende Eigenschaften erwünscht sind.

Schaumstoffe sind seit langer Zeit bekannt und finden wegen ihrer geringen Dichte bzw. der damit verbundenen Materialersparnis, ihren hervorragenden thermischen und akustischen Isolationseigenschaften, ihrer mechanischen Dämpfung sowie ihren besonderen elektrischen Eigenschaften eine breite Anwendung. So findet man Schaumstoffe in Verpackungen, in Möbeln und Matratzen, allgemein bei der Schall- und Wärmeisolation, als Auftriebskörper in Wasserfahrzeugen, als Filter- und Trägermaterial in verschiedenen Industriebereichen und als Strukturelemente bei der Herstellung von Schichtwerkstoffen, Laminaten, Composits oder Schaumstoffverbundkörpern.

Für viele Anwendungen gerade im Bau von Luft-, Schienen- und Wasserfahrzeugen ist ein ausreichender Brandschutz der Schaumstoffe notwendig, wie er in gesetzlichen Vorschriften und einer Reihe anderer Regelwerke gefordert wird. Der Nachweis, dass die Schaumstoffe den brandschutztechnischen Anforderungen genügen, wird mit Hilfe einer Vielzahl unterschiedlicher Brandschutzprüfungen geführt, welche üblicherweise auf die Anwendung des Schaumstoffes bzw. des diesen enthaltenden Verbundkörpers ausgerichtet sind. Im allgemeinen müssen Schaumstoffe mit sogenannten Flammschutzmitteln

ausgerüstet werden, damit diese Brandschutzprüfungen bestanden werden.

Weiterhin ist die Verwendung von chlor- oder bromhaltigen Verbindungen als Flammschutzmittel bekannt, die häufig in Kombination mit Antimonoxiden eingesetzt werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass Kunststoffe und Schaumstoffe, deren Entflammbarkeit hierdurch vermindert ist, äußerst schlecht recyclebar sind, da beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffe kaum aus dem Polymer abgetrennt werden können und in Müllverbrennungsanlagen aus diesen Verbindungen Dioxine entstehen können. Darüber hinaus werden im Brandfall giftige und korrosive Gase, wie beispielsweise HCl und HBr, gebildet.

Phosphorverbindungen sind eine weitere Substanzklasse von Flammschutzmitteln, mit denen Schaumstoffe ausgerüstet werden. Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass im Brandfall wie auch bei halogenhaltigen Flammschutzmitteln eine sehr hohe Rauchgasdichte entsteht. Wegen der Giftigkeit der Rauchgase und der Sichtbehinderung durch den Rauch werden Personen in der Umgebung des Brandes, insbesondere in geschlossenen Räumen, gefährdet und Rettungsarbeiten erschwert.

Um die oben genannten Nachteile zu umgehen, beschreibt WO 2004/056920 A2 die Verwendung von Ammoniumsulfat als (anorganisches) Flammschutzmittel.

Als ein weiteres wichtiges anorganisches Flammschutzmittel ist Blähgraphit zu nennen. Blähgraphit ist eine sogenannte

Interkalationsverbindung, bei der zwischen den Kohlenstoffschichten des Graphits Moleküle eingelagert sind. Bei diesen handelt es sich meist um Schwefel- oder Stickstoffverbindungen.

Auch Melamine werden im Bereich der PUR-Formschaumherstellung sehr häufig verwendet, wie beispielsweise aus GB 2 369 825 A bekannt ist.

Blähgraphit ist ebenfalls seit langem als Flammschutzmittel im Bereich der PUR-Schaumstoffherstellung bekannt. Unter Hitzeeinwirkung werden die Schichten des Graphits durch Thermolyse ziehharmonikaartig auseinandergetrieben; Graphitflocken expandieren. Je nach Blähgraphitsorte kann die Expansion bereits bei ca. 150 ⁰ C einsetzen und nahezu schlagartig erfolgen. Bei freier Expansion kann das Endvolumen das mehrhundertfache des Ausgangsvolumens erreichen.

Die Flammschutzwirkung des Blähgraphits beruht auf der Ausbildung einer solchen Intumeszenzschicht auf der Oberfläche. Dies verlangsamt die Brandausweitung und wirkt den für den Menschen gefährlichsten Brandfolgen nämlich der Bildung toxischer Gase und Rauch entgegen.

Die Eigenschaften des Blähgraphits, das heißt Starttemperatur und Blähvermögen, werden hauptsächlich von der Interkalationsgüte (das heißt wie viele der basisparallelen Schichten interkaliert wurden) und vom Interkalationsmittel bestimmt.

Für Blähgraphit haben sich mittlerweile viele Anwendungsbereiche erschlossen. So wird er zum Beispiel in Isolierschäumen (zum Beispiel

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PU-Hartschaumplatten), Weichschaumstoffen (zum Beispiel in Möbeln, Matratzen etc.), Teppichen, Textilien, Kunstharzbeschichtungen, Kunststofffolien, Kunststoffbeschichtungen, Gummimaterialien (zum Beispiel Transportbänder) und Rohrabschottungen verwendet.

Als besondere Vorteile des Blähgraphits gelten dabei, dass dieser schon bei einer geringen Menge eine hohe Flammschutzwirkung entfaltet, er preisgünstig ist und nur eine reduzierte Rauchentwicklung verursacht. Darüber hinaus ist er halogen- und schwermetallfrei.

Angesichts dieser Vorteile ist es nicht verwunderlich, dass es schon viele Bestrebungen zur Verwendung von Blähgraphit in verschiedenen Schaumstoffmaterialien gegeben hat.

So beschreibt beispielsweise DE 103 02 198 Al die alternative Verwendung von Blähgraphit als Flammschutzmittel in Polyurethanschäumen.

DE 39 09 017 Cl beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines flammwidrigen, elastischen Polyurethan-Weichschaumstoffes, aus einem Schaumstoff-Reaktionsgemisch mit einem Polyol und einem Polyisocyanat sowie einem Anteil von Blähgraphit in Plättchenform als flammhemmendes Mittel, bei dem die Plättchen die Größenordnung der entstehenden Schaumstoff-Zellwände aufweisen, wobei das Blähgraphit zunächst der Reaktionskomponenten Polyol zugemischt und beim Aufschäumen dem Schaumstoff so eingelagert wird, dass er zumindest einen Teil der Zellwände bilden.

DE 40 10 752 Al beschreibt darüber hinaus neben der Verwendung von Blähgraphit in Polyurethanschäumen noch die zusätzliche Verwendung von Melamin.

Ein generelles Problem vieler fester Flammschutzmittel wie z.B. Blähgraphit ergibt sich aus der Tatsache, dass diese Feststoffe in der Polyolkomponente nicht löslich sind. Dies hat zur Folge, dass die Dispersion aus der Polyolkomponente und dem Flammschutzmittel fortwährend gerührt werden muss, um eine Sedimentation des Flammschutzmittels im Vorratsbehälter zu vermeiden und um eine homogene Verteilung des Flammschutzmittels innerhalb des Schaumstoffes zu gewährleisten. Melamine haben darüber hinaus noch die unerwünschte Eigenschaft, nach einer Sedimentation sehr schnell „zusammenzubacken", was eine Redispergierung des Feststoff-Kuchens wesentlich erschwert.

Ein weiterer Nachteil von in der Polyolkomponente nicht löslicher Flammschutzmittel ist darin zu sehen, dass diese eine signifikante Abrasion des Mischkopfes bedingen, wodurch darin enthaltene Bauteile häufiger ersetzt werden müssen, was wiederum höhere Produktionskosten zur Folge hat. Zusätzlich kommt es bei der Verwendung von Hochdruckmischköpfen bei der Verarbeitung von Polyurethanrohstoffen zu sehr hohen Scherkräften in diesen Mischköpfen, bei denen die Feststoffteilchen, wie z.B. Blähgraphit, stark in Mitleidenschaft gezogen werden und dadurch ggf. ihre flammschützende Eigenschaft verschlechtert wird.

Als weiterer Nachteil der in den oben genannten Schriften angegebenen Verfahren ist insbesondere die Tatsache zu sehen, dass das

Flammschutzmittel über das gesamte Schaumstoffmaterial (homogen) verteilt ist und mithin auch an Stellen anzutreffen ist, an welchen ein Flammschutzmittel überhaupt nicht bzw. weit weniger benötigt wird (wie zum Beispiel im Inneren eines Polyurethan-Formschaumkörpers). Dies führt zu einem überproportional hohen Verbrauch dieses Flammschutzmittels. Durch die Anwesenheit fester Flammschutzmittel verteilt über den gesamten Polyurethan-Formschaumkörper können darüber hinaus die mechanischen Eigenschaften des Polyurethan- Formschaumkörpers in unerwünschter Weise verändert werden.

Zur Vermeidung solcher Probleme werden im Stand der Technik Verbundmaterialien beschrieben, die neben einem Blähgraphit als Feststoff enthaltenden PUR-Formteil ein weiteres Schaumstoffmaterial enthalten, wie zum Beispiel einen Melamin-Harzschaum (zum Beispiel Basotect ^® der BASF AG) im Falle von EP 1 867 455 A2. Auch solche Ansätze bergen jedoch gewisse Nachteile.

So werden die Melamin-Harzschäume durch die Kondensation von Melamin und Formaldehyd hergestellt. Dadurch kommt es in der Endanwendung von diesem Material zu erhöhten Formaldehydwerten, welche zum Beispiel im Automobilbereich aber auch im Möbelbereich unerwünscht sind.

Der beschriebene Melamin-Harzschaum (Basotect ^® ) kann darüber hinaus nur als Blockware erworben werden (Bezug durch die BASF AG, Herstellung in Ludwigshafen und Schwarzheide) und muss somit für die entsprechenden Anwendungen zugeschnitten werden. Aus diesem Grund ist schon in diesem Herstellungsschritt die Designfreiheit stark eingeschränkt.

Vergleicht man die beiden Werkstoffe PUR und Melamin-Harzschaum, so zeigt der Melamin-Harzschaum nur ein schwaches Druckfestigkeitsverhalten beim Druckverformungsrest („Compression Set") hinsichtlich des Höhenverlustes und der Tragfähigkeit sowie nur ein schwaches Verhalten bei der Reißfestigkeit (aus dem Abstract Book der VDI Fachtagung „Polyurethan 2005" am 26. und 27.1.2005, Baden-Baden).

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl einen Polyurethan-Formschaumkörper als auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Polyurethan-Formschaumkörpers bereitzustellen, mit welchen die soeben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einsatz von flammhemmenden Feststoffen wie z. B. Ammoniumpolyphosphat, Melamin oder Blähgraphit (im Weiteren als Feststoff bezeichnet) als Flammschutzmittel in einer derartigen Weise mengenmäßig zu optimieren, dass eine Flammschutzwirkung insbesondere an den Stellen eines Polyurethan-Formschaumkörpers erzielt wird, an den dies auch erforderlich ist. Dies führt dann zu einer Reduzierung der benötigten Menge des Feststoffs.

Auch ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl den Polyurethan-Formschaumkörper als auch das Verfahren zu seiner Herstellung so gestalten zu können, dass sich das Ausmaß des Flammschutzes gezielt und variabel einstellen lässt.

Gelöst wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in einer ersten Ausführungsform durch einen Polyurethan- Formschaumkörper, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der

Anteil eines flammhemmenden Feststoffes in seinem Oberflächenbereich größer ist als der Anteil dieses flammhemmenden Feststoffes in einem inneren Bereich des Polyurethan- Formschaumkörpers.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erfindungsgemäße Polyurethan-Formschaumkörper aus einem oder mehreren verschiedenen Polyurethanen und mindestens einem flammhemmenden Feststoff.

Darüber hinaus handelt es sich bei dem erfϊndungsgemäßen Polyurethan-Formschaumkörper bevorzugt um einen flexiblen Schaumkörper, welcher also unter Verwendung solcher Formschäume hergestellt wird, die nach ihrer Aushärtung flexible Gebilde hinterlassen.

Unter flammhemmenden Feststoffen werden dabei Materialien und Gemische verstanden, die einer Polymermatrix zugesetzt sind, um im Falle eines Brandes eine Ausbreitung dieses Brandes zu reduzieren. Besonders bevorzugt sind dabei Ammoniumphosphat, Melamin oder Blähgraphit allein oder in Kombination untereinander.

Dies kann durch eine verzögerte Entzündung, ein langsameres Abbrennen, einer verminderten Wärmefreisetzung, ein verhindertes (brennendes) Abtropfen des Materials oder eine selbstverlöschende Wirkung erreicht werden.

Die verschiedenen Wirkungsweisen der für die vorliegende Erfindung relevanten flammhemmenden Feststoffe werden zum Beispiel in den folgenden Brandtests überprüft:

- FMVSS 302: u.a. Brandgeschwindigkeit

- Cone Calorimeter: u.a. Wärmefreisetzung

- NF P 92-501 (Epiradiateur Test): u.a. Entzündungszeit

- UL 94: u.a. (brennendes ) Abtropfen

- BS 5852 Part 2 ("Crib 5"): u.a. Selbstverlöschung

Unter „Anteil des Feststoffs in einem Oberflächenbereich/inneren Bereich des Polyurethan-Formschaumkörpers" ist dabei der Massen- und/oder Volumenanteil des Feststoffs in einem definierten aber variablen Volumen zu verstehen, wobei zum Vergleich von Anteilen zwei gleich große aber sich räumlich nicht überlappende Volumina, nämlich eines in der Nähe der Oberfläche bzw. eines im Inneren des Polyurethan-Formschaumkörpers miteinander verglichen werden.

Ein solcher erfindungsgemäßer Aufbau eines einen Feststoff enthaltenen Polyurethan-Formschaumkörpers bedingt eine Anreicherung des Feststoffs in seinem Oberflächenbereich des Polyurethan- Formschaumkörpers, das heißt also in dem zu einem Flammenherd exponierten Bereich. Ein Flammschutz ist also hauptsächlich, wenn nicht sogar ausschließlich nur dort in den Schau mstoffkörper eingebracht, wo dieser auch benötigt wird. Dies bedeutet eine signifikante Ersparnis hinsichtlich der Menge des benötigten Feststoffs.

Unter „größer" ist hinsichtlich des Vergleiches der beiden Volumina im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass der Anteil des Feststoffs in einem Volumen innerhalb des Oberflächenbereichs bevorzugt um mindestens 10 %, ganz besonders bevorzugt um mindestens 20 %, größer ist als der Anteil des Feststoffs in einem Volumen in einem Inneren Bereich des Schaumstoffkörpers.

Das weiter unten noch eingehender zu diskutierende Verfahren zur Herstellung des Polyurethan-Formschaumkörpers ermöglicht es, diesen so zu gestalten, dass der Anteil des Feststoffs vom Inneren des Polyurethan-Formschaumkörpers bis zu seiner Oberfläche kontinuierlich oder diskontinuierlich zunimmt. Unter einer diskontinuierlichen Zunahme sind gewissermaßen sprunghafte Zunahmen zu verstehen, bei welchen sich Bereiche mit verschiedenen Anteilen an Feststoff voneinander unterscheiden lassen, wobei diese Bereiche jedoch selbst nicht diskontinuierlich erzeugt worden sein müssen. Umgekehrt ist bei einer kontinuierlichen Zunahme des Anteils des Feststoffs auch eine diskontinuierliche Erzeugung verschiedener Bereiche oder Schichten möglich, welche sich dann allerdings (zum Beispiel visuell) nicht sonderlich voneinander abgrenzen.

Bevorzugt ist weiterhin, dass der erfindungsgemäße Polyurethan- Formschaumkörper mindestens zwei voll- oder teilflächige Schichten gleicher oder verschiedener Schaumstoffzusammensetzungen umfasst, die sich wenigstens im Anteil des Feststoffs voneinander unterscheiden.

Es ist leicht einzusehen, dass sich durch einen solchen Gradienten- Aufbau eine bessere Anpassung an die eigentliche Gefährdungssituation erreichen lässt. Beispielsweise bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Polyurethan-Formschaumkörpers als Sitzschale, ist die obere als eigentliche Sitzfläche vorgesehene Fläche sicherlich als exponierter zu betrachten als die untere, dem Boden zugewandte Fläche. Die obere Schicht würde mithin einen höheren Anteil an Feststoff aufweisen müssen, als die untere Schicht.

Weiterhin ist es möglich, dass der Polyurethan-Formschaumkörper mindestens einen oder mehrere flammhemmende Feststoffe enthaltende Oberflächenschicht und mindestens eine von flammhemmendem Feststoff-freie Schicht umfasst.

Der Vorteil liegt dabei in einer weiteren Einsparung der Menge des benötigten Feststoffs. So ist zum Beispiel eine Weiterentwicklung der soeben beschriebenen Sitzschale dahingehend möglich, dass ein dreischichtiger Aufbau gewählt wird, welcher eine flammhemmende Feststoff- reiche, eine flammhemmende Feststoff-freie und eine flammhemmende Feststoff-ärmere Schaumstoffschicht umfasst.

Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, dass die ganze Oberfläche des Polyurethan-Formschaumkörpers das „Feststoff angereicherte" Material umfasst. Vielmehr ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass nur ein definierter Bereich der Oberfläche, nämlich der im Brandfall erhöhten Temperaturen besonders ausgesetzte Bereich entsprechend ausgerüstet ist.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der mit flammhemmendem Feststoff angereicherte Oberflächenbereich eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,2 mm bis zur maximalen Dicke eines Sitzpolsters, insbesondere in einem Bereich von 1 mm bis 2 cm aufweist.

Alternativ oder kumulativ kann der Anteil des flammhemmenden Feststoffs im Oberflächenbereich dabei in einem Bereich von 1 bis 80 Gew.-%, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 30 Gew.-% liegen.

Es ist dabei leicht nachzuvollziehen, dass sich durch diese zwei variablen Größen, das heißt die Schichtdicke des flammhemmenden Feststoff enthaltenden Oberflächenbereiches auf der einen Seite bzw. der Anteil des flammhemmenden Feststoffs in dieser Schicht auf der anderen Seite, der Flammschutz (nahezu) beliebig einstellen lässt. Größere Schichtdicken und größere Anteile an flammhemmenden Feststoff haben dementsprechend eine höhere Flammschutzwirkung zur Folge. Zu große Schichtdicken und/oder Anteile des flammhemmenden Feststoffs sind aber insofern weniger bevorzugt, als das dadurch entsprechend große Mengen benötigt werden. Aufgrund dieser zwei sich widerstrebenden Tendenzen ergeben sich die oben als bevorzugt beschriebenen Ober- und Untergrenzen.

Ferner liegt die Dichte des den/die flammhemmenden Feststoff/e enthaltenden Oberflächenbereiches in einem Bereich von 10 bis 800, insbesondere bis 2000, insbesondere in einem Bereich von 30 bis 200, insbesondere bis 900 kg/m ³ . Durch geringen Dichten wird eine erhebliche Gewichtseinsparung bei dem resultierenden Polyurethan- Formschaumkörper erzielt, was wiederum für viele Anwendungen vorteilhaft ist (so zum Beispiel bei der Verwendung als Sitzmöbel in Fahrzeugen, da entsprechend weniger Treibstoff zur Fortbewegung des Fahrzeugs notwendig ist).

Der erfindungsgemäße Polyurethan-Formschaumkörper kann neben dem Feststoff auch noch mindestens einen weiteren festen und/oder flüssigen flammhemmenden Zusatzstoff umfassen. Durch Einbau nicht nur eines flammhemmenden Stoffes im Polyurethan-Formschaumkörper lässt sich die Flammschutzwirkung nämlich nicht nur verstärken sondern auch gezielter an die eigentlichen Anforderungen anpassen.

Auch kann der erfindungsgemäße Polyurethan-Formschaumkörper noch eine voll- oder teilflächige (Dekor-) Schicht umfassen. Bei dieser (Dekor-) Schicht kann es sich zum Beispiel ebenfalls um einen PUR- Formschaum oder PUR-Elastomer handeln, der im weiter unten noch zu beschreibenden Verfahren günstiger Weise zuerst in der Form vorgelegt wird. Genauso gut sind andere Dekormaterialien denkbar (Textilien, Vliesstoffe etc.).

In einer zweiten Ausführungsform wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Formschaumkörpers wie oben definiert bei dem man einen flüssigen und/oder festen flammhemmenden Stoff in ein Reaktionsgemisch aus Polyolkomponente und Isocyanatkomponente einträgt, das so erhaltene Gemisch zur Ausbildung des Polyurethan- Formschaumkörpers einsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V der Menge des eingetragenen flammhemmenden Stoffes zur Menge des Reaktionsgemisches innerhalb eines definierten Zeitintervalls konstant ist, jedoch verschieden ist von diesem Verhältnis in einem sich daran anschließenden zweiten Zeitintervall.

Auch in diesem Zusammenhang kann sich der Begriff der Menge sowohl auf eine massenmäßig als auch eine volumenmäßig definierte Menge beziehen.

Die dem Vergleich zugrundeliegenden beiden Zeitintervalle zur Gradientenausbildung des flammhemmenden Feststoffs in den Polyurethan-Formschaumkörper sind gleich lang. Die Länge der beiden

(gleichlangen) Zeitintervalle ist hingegen in der vorliegenden Erfindung keiner Beschränkung unterworfen, also beliebig wählbar.

Ein ,Vergleich zweier Zeitintervalle' bedeutet dabei nicht notwendigerweise, dass die zum Vergleich herangezogenen Zeitintervalle innerhalb desselben Vorganges zur Ausbildung des Schaumstoffes (zum Beispiel Aufbringen eines PUR-Rohmaterials) liegen müssen. Ebenfalls können damit (gleichlange) Zeitintervalle innerhalb verschiedener Auftragungsvorgänge gemeint sein (zum Beispiel Aufbringen eines Feststoff-haltigen PUR-Strahls auf der einen gefolgt vom Aufbringen eines Feststoff-freien PUR-Strahls auf der anderen Seite) des Polyurethan-Formschaumkörpers.

Dadurch, dass man das Verhältnis V der Menge des eingetragenen Feststoffs zur Menge des Schaumstoffrohmaterials (unter Umständen in gewissen Grenzen) beliebig gestalten kann, lassen sich Polyurethan- Formschaumkörper mit ganz unterschiedlichen Verteilungen an flammhemmenden Feststoff innerhalb des Polyurethan- Formschaumkörpers realisieren.

Ein solches Verfahren eignet sich sehr gut dazu, unterschiedliche Bereiche eines Polyurethan-Formschaumkörpers mit unterschiedlichen Mengen an flammhemmenden Stoffen zu versehen.

Bei der zusätzlichen Verwendung flüssiger flammhemmender Stoffe neben festen flammhemmenden Stoffen (das heißt Feststoffen im Sinne der vorliegenden Erfindung) hat es sich als günstig erwiesen, erstere nicht in das Schaumstoffrohmaterial, sondern vielmehr in eine zur Herstellung des Schaumstoffrohmaterials verwendete Komponente

einzubringen, das heißt also in die Polyol- oder Isocyanat- Komponente. Dieser kann alternativ oder kumulativ in den Komponenten- Vorratsbehälter oder in den zur Mischkammer führenden Komponenten- Strom eingebracht werden. Im letzteren Falle gestaltet es sich viel einfacher, eine zeitlich bzw. quantitativ variable Einbringung des flüssigen flammhemmenden Stoffes in die Komponente und damit das Schaumstoffrohmaterial zu gewährleisten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nahezu jede Geometrie ausgebildet werden (und das bei einer gleichmäßig aufgetragenen Flammschutzschicht), das Material kann also viel effizienter eingesetzt werden. Zusätzlich können sowohl in der äußeren Schicht, als auch in dem inneren PUR-Kern Einleger verwendet werden.

Hinzu kommt noch, dass die Herstellung der Polyurethan- Formschaumkörper „nass in nass" erfolgen kann. Dies bedeutet, dass bei einer Auftragung in mehreren Etappen nicht bis zur vollständigen Aushärtung des in einer vorhergehenden Etappe aufgetragenen PUR- Materials gewartet wird bzw. werden muss. Es ist somit kein zusätzlicher Arbeitsschritt zur Herstellung eines (fertigen) Innenkerns erforderlich und die PUR-Formulierung (unter Verwendung der entsprechenden Technik) kann somit in einem Arbeitsgang verarbeitet werden.

Neben der Modifikation der Schichtdicke und dem darin enthaltenen Anteil an flammhemmenden Feststoff kann ebenfalls die Zusammensetzung der Polyurethanschicht variiert werden. Zum Beispiel eine unterschiedliche Menge an Wasser in der Rezeptur führt zu einer

unterschiedlich starken Zellgasbildung und lässt somit eine exakte Einstellung der Schichtdicke zu. Dieses kann jedoch auch durch die Zugabe von anderen Treibmitteln (chemisch wie physikalisch) erfolgen. Des Weiteren kann auch das Mischungsverhältnis von Polyol und Isocyanat verändert werden.

Als Komponenten zur Herstellung des PUR-Formschaumes 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 Ersatz ist mit keiner Verschlechterung der Eigenschaften des fertigen Polyurethan-Formschaumkörpers verbunden und ist insofern von Vorteil, als dass solche Schaustoffkörper einen erheblichen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.

Bevorzugt ist es bei diesem Verfahren, dass man den flammhemmenden Feststoff enthaltenden Strahl in den Strahl des Schaumstoffrohmaterials oder einen Strahl des

Schaumstoffrohmaterials in den Feststoff enthaltenden Strahl richtet. Durch diese gegenseitige Eintragung der beiden Materialien wird eine optimale Benetzung des Feststoffs erreicht mit den oben schon beschriebenen Vorteilen. Darüber hinaus entfällt ein Einmischen des Feststoffs in ein flüssiges Schaumstoffrohmaterial was die oben schon beschriebenen Nachteile vermeidet.

Zur noch besseren Vernetzung des flammhemmenden Feststoffs mit dem Schaumstoffrohmaterial ist es insbesondere bevorzugt, dass man

den flammhemmenden Feststoff und das Schaumstoffrohmaterial zu einem Polyurethan-Formschaumkörper sprüht.

Zusätzlich ist durch die nachträgliche Zudosierung des flammhemmenden Feststoffs in den Reaktionsstrahl die Gefahr der Beschädigung der Pumpen, Mischköpfe und Düsen durch die abrasiven Eigenschaften dieser Feststoffe nicht vorhanden.

Eine weiterhin bevorzugte Verfahrens Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass man in einer Form eine flammhemmenden Feststoff enthaltende Schaumstoffschicht vorlegt, insbesondere in ein Werkzeug und auf diese ein weiteres Schaumstoffmaterial aufträgt, welche keinen flammhemmenden Feststoff enthält bzw. einen geringeren Feststoffanteil aufweist. Durch eine solche diskontinuierliche Auftragung verschiedener Schichten mit verschiedenen Feststoff- Anteilen wird das Verfahren bedeutsam vereinfacht.

Die flammhemmende Feststoff enthaltende Schaumstoffschicht wird dabei bevorzugt so vorgelegt, dass man eine offene Form ganz oder teilweise aussprüht bzw. besprüht. Anschließend kann die einen geringeren flammhemmende Feststoff- Anteil aufweisende

Schaumstoffschicht entweder ebenfalls durch Sprühauftrag oder durch Gießen (gegebenenfalls nach vorhergehendem Schließen der Form) auf die zuvor vorgelegte Schicht aufgebracht werden.

Eine Variante der vorliegenden Erfindung besteht darin, zuerst einen nicht flammgeschützten Weichschaum herzustellen und diesen dann nachträglich mit einer flammgeschützten Schicht zu besprühen.

Bevorzugt stellt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Rohdichte des zur Auftragung eingesetzten Gemisches aus Schaumstoffrohmaterial und flammhemmendem Stoff in einem Bereich von 10 bis 800, insbesondere bis 2000, insbesondere in einem Bereich von 30 bis 200, insbesondere bis 900 kg/m ³ ein.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch geneigte oder senkrechte Flächen mit dem mit flammhemmenden Feststoff versehenen Polyurethan 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 vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Polyurethan-Formschaumkörpers als brandhemmende Schall- und/oder Wärmeisolation, Füll-, Dichtungsmaterial.

Ausführunαsbeispiele:

Die erfindungsgemäßen Polyurethan-Formschaumkörper, insbesondere Weichformschäume können als Formteil mit verschiedenster Geometrie hergestellt werden.

Im ersten Verfahrensschritt wurde ein Polyol-/Isocyanatgemisch auf die eine Formoberfläche aufgesprüht. Dabei wurde die Form so ausgerichtet, dass sie von allen Seiten gleichmäßig besprüht wurden kann. Die Vermischung der Polyole und Isocyanate fand dabei in einem Mischkopf (Mischorgan) statt.

Bei den erfindungsgemäßen Beispielen (1-4) wurde das Polyol- /Isocyanatgemisch mit einer Menge von etwa 600 g (das entspricht einer Sprühzeit von etwa 45 Sekunden) gesprüht, während der Feststoff mit 1,5 bis 4,5 g pro Sekunde in das Reaktionsgemisch geblasen wurde.

Bei den erfϊndungsgemäßen Beispielen (5-12) wurde das Polyol- /Isocyanatgemisch mit einer Austragsleistung von etwa 37 g/s gesprüht, während der Feststoff mit 2,0 bis 8,2 g pro Sekunde in das Reaktionsgemisch geblasen wurde.

Im zweiten Verfahrenschritt wurde dann die Form mittels einer Reaktionsgießmaschine in offener oder geschlossener Formfüllweise mit einer Rohdichte von 60 bis 65 g/l (Beispiele 1-4) bzw. einer Rohdichte von 55 g/l (Beispiele 5-12) ausgeschäumt. Hierbei war es nicht notwendig, die vollständige Durchreaktion des gesprühten Polymergemisches abzuwarten, um eine effizientere Arbeitweise zu ermöglichen. Es konnte das Hinterschäumen direkt erfolgen (also „nass in nass"). Alternativ kann natürlich dieser Arbeitsschritt in zwei Schritte

unterteilt werden, also zuerst die Sprühhaut hergestellt werden, welche dann zum Hinterschäumen in ein Werkzeug eingelegt wird.

Optional kann sich hierbei - wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt - die Rezeptur des zum Hinterschäumen verwendeten Systems von dem in der Sprühhaut benutzten unterscheiden. Die erfindungsgemäßen Rezepturen sind am Ende des Ausführungsbeispiels beschrieben.

Nach der Entformzeit konnte dann der Verbund aus gesprühter Außenschicht und hinterschäumten Formteil aus dem Werkzeug entnommen werden.

Tabelle 1 (Beispiele 1-4):

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die verschieden variierten Parameter der erfindungsgemäßen Beispiele:

Die auf diese Weise hergestellten erfindungsgemäßen Schäume wurden in einem Brandtest nach British Standard 5852, pari 2, Crib 5 getestet. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse dieser Brandtests:

Tabelle 2 (Beispiele 1-4^:

Der Brandtest nach British Standard 5852, pari 2, Crib 5 ist bestanden, wenn der Gewichtsverlust unterhalb von 60 g und die Zeit bis zur Selbstverlöschung unterhalb von 10 Minuten liegt.

Tabelle 3 (Beispiele 5-12^:

Die auf diese Weise hergestellten erfindungsgemäßen Schäume wurden ebenfalls in einem Brandtest nach British Standard 5852, pari 2, Crib 5

getestet. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse dieser Brandtests:

Tabelle 4 (Beispiele 5-12 ¹ ):

Der Brandtest nach British Standard 5852, part 2, Crib 5 ist bestanden, wenn der Gewichtsverlust unterhalb von 60 g und die Zeit bis zur Selbstverlöschung unterhalb von 10 Minuten liegt.

Beschreibung der Ausgangsstoffe:

Polyol 1: Ein handelsüblicher tri-funktioneller PO/EO-Polyether mit 80 bis 85 % primären OH-Gruppen und einer OH-Zahl von 28.

Polyol 2: Ein handelsüblicher tri-funktioneller PO/EO-Füllstoffpolyether (Füllstoff: Polyhamstoffdispersion, ca. 20 %) mit einer OH-Zahl von 28.

Polyol 3: Ein handelsüblicher tri-funktioneller PO/EO-Polyether mit 83 % primären OH-Gruppen und einer OH-Zahl von 37.

Polyol 4: Ein handelsüblicher tri-funktioneller PO/EO-Polyether mit 80 bis 85 % primären OH-Gruppen und einer OH-Zahl von 35.

Vernetzer 1: Monoethylenglykol, z.B. ETHYLENGLYKOL der Firma INEOS.

Vernetzer 2: Diethyltoluenediamin (DETDA), z.B. ETHACURE ^® 100 Curative der Firma Albemarle Corporation.

Treibmittel: Zusatzmittel VP. PU 19IF00 A der Firma Bayer AG.

Stabilisator: Tegostab ^® B 8629, Polyetherpolysiloxan Copolymer der Firma Evonik Goldschmidt GmbH.

Farbpaste: Schwarzpaste N, z.B. ISOPUR Schwarzpaste N der Firma iSL-Chemie.

Aktivator 1: Bis-(2-dimethylaminoethyl)-ether in Dipropylenglycol gelöst, z.B. Niax A 1 der Firma Air Products.

Aktivator 2: Tetramethyliminobispropylamin, z.B. Jeffcat Z 130 der Firma Huntsman.

Aktivator 3: Triethylendiamine in Dipropylenglykol, z.B. DABCO 33-LV ^® Catalyst der Firma Air Products.

Aktivator 4: Dibutylzinndilaurate (DBTDL), z.B. Keverkat DBTL 162 der Firma Kever - Technologie GmbH & Co KG.

Polyisocyanat: Ein Prepolymer mit einem NCO-Gehalt von etwa 30 %, hergestellt auf der Basis von 2-Kern-MDI und dessen höheren Homologen sowie einem Polyether mit der OH-Zahl 28,5 und einer Funktionalität von 6.

Verschäumunαsbeispiele:

Tabelle 5:

Als Blähgraphit in den Beispielen 1-4 wurde eingesetzt: „Grafguard* Expand FL 160-50 N" der Firma Graftech.

Als Blähgraphit in den Beispielen 5-12 wurde eingesetzt: „Expofoil PX 99".