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Dokumentenidentifikation DE102004039664B4 02.08.2007
Titel Flammschutzzusammensetzung mit monomodaler Korngrößenverteilung auf Basis von Metallhydroxid und Ton, deren Herstellungsverfahren und Verwendung sowie flammgeschütztes Polymer
Anmelder Albemarle Corp., Baton Rouge, La., US
Erfinder Herbiet, René, Eupen, BE;
Toedt, Winfried, 50823 Köln, DE;
Neuenhaus, Mario, 50189 Elsdorf, DE
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Anmeldedatum 16.08.2004
DE-Aktenzeichen 102004039664
Offenlegungstag 02.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.08.2007
IPC-Hauptklasse C08K 3/00(2006.01)A, F, I, 20070216, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C08K 3/22(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 23/02(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 23/12(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 31/04(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 71/00(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 67/00(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 9/00(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08L 77/00(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08K 3/34(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   C08K 7/00(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   B01D 1/18(2006.01)A, L, I, 20070216, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flammschutzzusammensetzung auf Basis einer Mischung aus einer Metallhydroxidkomponente und einer Tonkomponente, deren Herstellungsverfahren und Verwendung sowie ein damit ausgerüstetes flammgeschütztes Polymer.

Auf dem Gebiet der Flammschutztechnik werden Werkstoffe wie Polymerwerkstoffe unter Verwendung von Flammschutzmitteln wie beispielsweise Metallhydroxiden, insbesondere Aluminiumhydroxiden und Magnesiumhydroxiden, flammhemmend ausgerüstet. Die Flammschutzmittel werden dabei allein oder in Kombination miteinander eingesetzt, wobei insbesondere Matallhydroxide zusammen mit weiteren anorganischen Flammschutzadditiven aber auch organischen halogenhaltigen Flammschutzadditiven verwendet werden können.

Bekannt ist ferner, die Metallhydroxidflammschutzkomponenten, die auch "mineralische Flammschutzkomponenten" genannt werden, mit Tonmaterialien, hier insbesondere mit organisch modifizierten Schichtsilikaten (so genannte Nanoclays) gemeinsam in beispielsweise Polymerwerkstoffen zum Flammschutz einzusetzen, wodurch sich im Vergleich zur Verwendung der mineralischen Flammschutzkomponenten allein verbesserte Flammschutzeigenschaften ergeben.

Die Abmischung von beispielsweise Metallhydroxiden und Ton (insbesondere mit organisch modifizierten Schichtsilikaten, sogenannte Nanoclays) erfolgt bisher in der Regel während der Mischungsherstellung unter Verwendung von herkömmlichen, in der Kunststoff- und Kautschukindustrie üblichen Maschinen wie beispielsweise Innenmischern, Buss Ko-Knetern, Walzwerken oder Ein- bzw. Doppelschneckenextrudern. Diese herkömmliche in situ-Mischtechnik ist beispielsweise in der WO 00/68312 A1 und der WO 00/66657 A1 angewendet worden. Nachteilig ist dabei, dass hier (mindestens) zwei unterschiedliche Rohstoffe gelagert, gefördert, dosiert und in das Polymer (Kunststoff oder Kautschuk) eingemischt werden müssen. Alternativ lässt sich in mechanischen Mischern wie z.B. Henschel-Mischern eine Pulverabmischung vorbereiten. Ein Nachteil dieses mechanischen Mischvorgangs ist zum einen der zusätzliche Kostenfaktor durch den notwendigen Mischschritt. Zum anderen ist durch das mechanische Mischen in der Regel nicht zu verhindern, dass eine bimodale Kornverteilung entsteht, die meist durch eine einfache Überlagerung der einzelnen Kornverteilungen der verwendeten Pulverbestandteile gebildet wird. Eine solche bimodale Kornverteilung wiederum kann zu unerwünschtem Verarbeitungsverhalten bei der späteren Kunststoffmischungsherstellung führen. Ferner ist das Risiko des Entmischens nach einem mechanischen Mischvorgang bei der weiteren Verarbeitung oder Lagerung wesentlich höher, wenn eine bimodale Kornverteilung vorliegt.

Die EP 1 146 075 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von feinteiligen oberflächenmodifizierten Füllstoffen wie Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid mit verbesserter Schüttdichtestabilität und Rieselfähigkeit. Sie befasst sich insbesondere mit der Aufrechterhaltung einer hohen Schüttdichte. Das Problem der Vermeidung einer Trennung der Komponenten während der Verarbeitung oder einer Lagerung wird nicht erwähnt.

Die US 4 906 300 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines calcinierten Kaolintonpigments mit geringem Abrieb, bei dem feinteiliges Kaolin auf mindestens 900 °C aber nicht höher als 1100 °C erhitzt wird, wobei dem Einsatzmaterial vor dem Calcinieren zur Verminderung des Abriebs 1 bis 4 Gew.% eines abriebreduzierenden Mittels ausgewählt aus MgCO3 und Mg(OH)2 zugesetzt werden. Das Kaolin-Einsatzmterial wird durch ein Verfahren hergestellt, das Sprühtrocknen und Mahlen einer wässrigen Kaolin-Aufschlämmung umfasst. Auch hier war das Problem der Entmischung nicht erwähnt oder behandelt worden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Flammschutzzusammensetzung bereitzustellen, die neben einer mineralischen Metallhydroxidkomponente auch eine Tonkomponente umfasst, wobei bei der Zusammensetzung nach dem Mischvorgang eine Entmischung dieser Komponenten bei der anschließenden Verwendung bzw. Lagerung weitestgehend vermieden werden kann, die Zusammensetzung keine Verarbeitungsprobleme verursacht und darüber hinaus kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe konnte überraschungsgemäß durch eine Metallhydroxidkomponente und mindestens auch eine Tonkomponente umfassende Zusammensetzung gelöst werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zusammensetzung eine monomodale Korngrößenverteilung besitzt.

Weiterere Aspekte der Erfindung umfassen die Herstellung dieser Zusammensetzung und ihre Verwendung in Polymerwerkstoffen bzw. die damit flammhemmend ausgerüsteten Polymerwerkstoffe.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann nach einem Verfahren hergestellt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Metallhydroxidkomponente zusammen mit der Tonkomponente mittels eines geeigneten Benetzungshilfsmittels bzw. Dispergiermittels zunächst in eine pumpbare wässrige Suspension überführt und die Aufschlämmung anschließend durch Sprühtrocknung getrocknet wird.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass durch das Einbringen der Metallhydroxid- und Tonkomponenten in Wasser und beispielsweise anschließende Sprühtrocknung eine bimodale Kornverteilung vermieden und somit eine Entmischung der Metallhydroxid- und Tonkomponenten effektiv verhindert werden kann.

Die anschließende Handhabung einer solchen monomodalen, entmischungsgeschützten getrockneten Zusammensetzung ist deutlich einfacher und kostengünstiger. Sie führt auch zu einer gleichmäßigeren Vermischung und Verteilung der Flammschutzmaterialien im jeweiligen flammzuschützenden Werkstoff.

Die Metallhydroxidkomponente der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung umfasst bevorzugt eines oder mehrere von Aluminium- oder Magnesiumhydroxiden, wie beispielsweise AlO(OH), Al(OH)3 (ATH) und/oder Mg(OH)2 (MDH) und insbesondere Boehmit, ATH oder MDH, einzeln oder in irgendeiner Mischung derselben.

Die Tonkomponente der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung umfasst vorzugsweise mindestens einen sogenannten Nanoclay, der insbesondere aus Bentonit und Hektorit bzw. daraus hergestellten modifizierten, insbesondere organisch interkalierten Materialien ausgewählt ist. Dabei können auch verschiedene Tonmaterialien abgemischt werden.

Der Anteil der Tonkomponente liegt, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, bei den erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzungen im Bereich von 0,5 % bis 90 %, vorzugsweise 1 % bis 30 %, besonders bevorzugt 3 % bis 20 %, insbesondere 5 % bis 10%.

Die Metallhydroxidkomponente wird bei der Herstellung der Flammschutzzusammensetzung in Form von Teilchen mit einem d50-Wert im Bereich von 0,2 &mgr;m bis 100 &mgr;m eingesetzt, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 30 &mgr;m, insbesondere in einem Bereich von 0,7 &mgr;m bis 5 &mgr;m.

Demgegenüber liegt der d50-Wert der Teilchen der Tonkomponente, die bei der Herstellung der Mischung verwendet wird, im Bereich von 0,2 &mgr;m bis 100 &mgr;m, vorzugsweise in einem Bereich von 1, 0 bis 30 &mgr;m, insbesondere in einem Bereich von 1, 0 &mgr;m bis 10 &mgr;m.

Die Teilchengrößen werden dabei durch Laserbeugung bestimmt. Ein geeignetes Messgerät ist beispielsweise ein Cilas 1064 L Laserspektrometer der Fa. Quantachrome.

Die erfindungsgemäße Flammschutzzusammensetzung kann hergestellt werden, indem zunächst ein viskoser Kuchen aus der Metallhydroxidkomponente und Wasser hergestellt wird. Ein solcher Kuchen wird mit Hilfe geeigneter Benetzungs- bzw. Dispergiermittel so ergänzt, dass die Viskosität des Kuchens so gering ist, dass er leicht verarbeitet werden kann. Grundsätzlich geeignete Dispergiermittel sind anionische, kationische, elektroneutrale, amphotere und nichtionogene Dispergiermittel und organische Säuren. Bevorzugt sind beispielsweise Salze der Polyacrylsäure, Ameisensäure oder Essigsäure. Sie können in den üblichen Mengen verwendet werden, beispielsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew-%, bevorzugt von 0,05 bis 1 Gew-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Metallhydroxidkomponente.

Beispielsweise enthält ein solcher viskoser Kuchen 30 bis 85 Gew.-%, vorzugsweise 35 bis 65 Gew.-%, bevorzugter 45 bis 55 Gew.-% Wasser. Durch Zugabe von Dispergiermittel, beispielsweise einem Ammoniumsalz der Polyacrylsäure in einer Menge von beispielsweise 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Metallhydroxidkomponente kann eine erhebliche Verflüssigung erzielt werden, sodass am Ende eine leichter pumpbare und leichter trockenbare Aufschlämmung gebildet wird.

Eine solche Aufschlämmung wird anschließend mit der gewünschten Tonkomponente vermischt. Gegebenenfalls kann das Einmischen der Tonkomponente durch Verwendung von geeigneten Dispergiermitteln unterstützt werden. Grundsätzlich geeignete Dispergiermittel sind wiederum anionische, kationische, elektroneutrale, amphotere und nichtionogene Dispergiermittel und organische Säuren. Bevorzugte Dispergiermittel sind beispielsweise Salze der Polyacrylsäure, Ameisensäure oder Essigsäure. Sie können in den üblichen Mengen verwendet werden, beispielsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew-%, bevorzugt von 0,05 bis 1 Gew-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Tonkomponente. Insgesamt entsteht eine pumpbare, mittels Sprühtrocknung verarbeitbare Aufschlämmung aus der Metallhydroxidkomponente und der Tonkomponente sowie dem Benetzungsmittel oder Dispergiermittel. Das Einmischen der Tonkomponente erfolgt dabei unter Verwendung eines handelsüblichen Rührers so lange, bis eine sichtlich homogene Verteilung erreicht ist. Typische Rührzeiten sind dabei ca. 10 bis 30 Minuten.

Die getrockneten Teilchen der erfindungsgemäß hergestellten Flammschutzzusammensetzung, die vorzugsweise in Form eines rieselfähigen Pulvers vorliegen, weisen beispielsweise einen d50-Wert im Bereich von 0,2 &mgr;m bis 100 &mgr;m auf, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 10 &mgr;m, insbesondere in einem Bereich von 0,7 &mgr;m bis 5 &mgr;m.

Die Trocknung erfolgt vorzugsweise in handelsüblichen Sprühtürmen, wie sie beispielsweise von der Fa. Niro erhältlich sind. Als Trockengas wird vorzugsweise Luft eingesetzt, deren Menge und Temperatur vorteilhaft so bemessen wird, dass sie eine Austrittstemperatur von 100 bis 150 °C hat.

Die Trocknung wird vorteilhaft so durchgeführt, dass der Feststoffgehalt der Aufschlämmung zwischen 15 und 70 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 35 und 65 Gew.-%, bevorzugter zwischen 45 und 55 Gew.-% liegt. Dies kann gegebenenfalls durch Verwendung der oben genannten Dispergiermittel in den ebenfalls oben angegebenen Mengen erreicht werden.

Der mittels einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung erzielte Flammschutz ist in keiner Weise den Effekten unterlegen, die bei Verwendung von bekannten Mischverfahren, z.B. unter Anwendung des mechanischen Mischens oder des in situ-Mischens, erzielt werden, d.h. des Mischens einer Metallhydroxidkomponente und einer Tonkomponente mit einem flammhemmend auszurüstenden Polymeren während der Herstellung einer Flammschutzmischung beispielsweise in einem Innenmischer oder Buss Ko-Kneter. Dies kann beispielsweise anhand der Conekalorimeter-Daten oder der UL 94 V Daten gezeigt werden.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird in einen flammhemmend auszurüstenden Werkstoff eingeführt, wobei ein solcher Werkstoff vorzugsweise aus polymerem Material besteht, das bevorzugt thermo- oder duroplastisch ist und insbesondere ausgewählt ist aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyvinylen und Polyethern, wobei jeweils Homo-, Co- und Terpolymere desselben und auch Gemische solcher Polymere umfasst sind. Bevorzugte Polymere sind beispielsweise Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (EVA), Ethylen/Acrylat-Copolymere oder -Methacrylat-Copolymere, die C1- bis C4-Alkylgruppen aufweisen, beispielsweise Ethylen/Methylacrylat-Copolymer, Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer und Ethylen/Butylacrylat-Copoly-mer bzw. die entsprechenden Methacrylatcopolymere. Ferner sind Polyvinylchlorid und Kautschuk geeignet.

Das entsprechend flammgeschützte Polymer ist seinerseits dadurch gekennzeichnet, dass es eine erfindungsgemäße Flammschutzzusammensetzung umfasst oder unter Verwendung einer solchen Flammschutzzusammensetzung hergestellt worden ist.

Die Menge der eingesetzten Flammschutzzusammensetzung liegt dabei je nach Polymer im Bereich von 20 phr bis 300 phr, vorzugsweise im Bereich von 50 phr bis 250 phr, insbesondere von 70 phr bis 220 phr, bezogen auf 100 Teile (phr) des Polymerwerkstoffs. Die Angabe „phr" bedeutet dabei „Teile (parts) pro hundert Teile (per hundred parts) Polymer".

Die erfindungsgemäße Flammschutzzusammensetzung kann neben den Metallhydroxid- und Tonkomponenten zusätzlich auch bis zu ca. 150 phr andere bekannte flammhemmende Additive enthalten, insbesondere halogenhaltige Flammschutzadditive (meist in Kombination mit Antimontrioxid), Phosphor bzw. organische Phosphorverbindungen, oder auch stickstoffhaltige Flammschutzadditive (wie z.B. Melamincyanurat).

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Die angegebenen Teilchengrößen wurden durch Laserbeugung mittels eines Cilas 1064 L Laserspektrometer der Fa. Quantachrome gemessen, wobei das Verfahren wie folgt abläuft. Zunächst wird eine geeignete Wasser-Dispergiermittellösung (Herstellung s. weiter unten) in den Probenvorbereitungsbehälter des Gerätes gegeben. Das verwendete Standard-Messprogramm heißt „Particle Expert". Im Programm wird das Messmodell „Range 1" ausgewählt. Damit werden geräteinterne Parameter gewählt, die für die zu erwartende Partikelgrößenverteilung zutreffen. Bei den vorliegenden Messungen wurde ferner festgelegt, dass die Probe während der Dispergierung während 60 s mit Ultraschall beschallt wird, nicht jedoch während der Messung. Nach erfolgter Hintergrundmessung werden ca. 75–100 mg der zu analysierenden Probe in das Probenbecken mit der Wasser-Dispergiermittellösung gegeben und die Messung gestartet.

Herstellung der Wasser-Dispergiermittellösung: zunächst wird ein Konzentrat zubereitet aus 500 g Calgon der Fa. KMF Laborchemie mit 3 1 Polysalz CAL der Fa. BASF. Diese Lösung wird mit entionisiertem Wasser auf 10 1 aufgefüllt. Hiervon werden wiederum 100 ml entnommen und auf 10 1 mit entionisiertem Wasser weiter verdünnt.

Füllstoff-Vergleichsbeispiel

In einem Thyssen-Henschel-Mischer vom Typ FM10C wurde Aluminiumhydroxid OL-104/LE der Fa. Martinswerk GmbH mit einem d50-Wert von 1, 8 &mgr;m und Nanoclay Nanofil 5 der Fa. Süd-Chemie mit einem d50-Wert von 8 &mgr;m im Gewichtsverhältnis 9:1 10 Minuten lang bei einer Rotorendrehzahl von 1000 U/min miteinander vermischt. Von dieser Mischung wurde anschließend die Kornverteilung mit einem Cilas 1064 Laserspektrometer der Fa. Quantachrome gemessen. 1 zeigt die Kornverteilung der nicht-erfindungsgemäßen Füllstoffabmischung. Man erkennt deutlich mehrere Maxima, insbesondere bei einem Teilchendurchmesser von ca. 2,1 &mgr;m und ca. 11 &mgr;m.

Füllstoff-Beispiel

In einem Behälter wurden 20 kg eines feuchten, viskosen Kuchens aus Aluminiumhydroxid (ATH) des Füllstofftyps OL-104/LE der Fa. Martinswerk GmbH vorgelegt. Der Feststoffanteil betrug 47 Gew.-%. Zur Verflüssigung wurden 0,1 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt, eines Polyacrylsäuresalzes unter Rühren hinzugegeben. In diese nunmehr verflüssigte Aufschlämmung wurde anschließend soviel Nanoclay des Typs Nanofil 5 der Fa. Süd-Chemie hinzugegeben, dass das Gewichtsverhältnis ATH zu Nanoclay 9:1 betrug, bezogen auf den Feststoffgehalt). Eine weitere Zugabe von Dispergierhilfsmitteln war bei dieser Zusammensetzung nicht erforderlich. Die Suspension wurde anschließend 15 Minuten lang bei Raumtemperatur weiter vermischt. Die Trocknung der erfindungsgemäßen Füllstoffabmischung erfolgte mittels eines Sprühtrockners der Fa. Niro vom Typ „Minor Production" bei einem Durchsatz von ca. 20 kg/h Feststoff, die Zulufttemperatur betrug ca. 500 °C und die Ablufttemperatur 120 bis 130 °C. Von dieser Mischung wurde anschließend die Kornverteilung mit einem Cilas 1064 Laserspektrometer der Fa. Quantachrome gemessen. 2 zeigt die Kornverteilung der erfindungsgemäßen Füllstoffabmischung. Man erkennt, dass hier eine monomodale Kornverteilung mit nur ein Maximum bei ca. 2,2 &mgr;m vorliegt. 3 zeigt Elektronenmikroskopbilder der erfindungsgemäß hergestellten ATH/Nanoclay-Mischung.

Die im Folgenden beschriebenen Mischungen sind alle in einer dem Fachmann bekannten üblichen Art und Weise auf einem Walzwerk (Typ W150M der Fa. Collin) hergestellt worden. Dazu wurde das Walzwerk, bestehend aus zwei Einzelwalzen, auf ca. 150 °C aufgewärmt. Die Kunststoffgranulate wurden zunächst auf das Walzwerk gegeben, wobei die beiden Einzelwalzen noch nicht rotierten. Der Walzenabstand betrug einige mm. Dadurch wurden die Granulate teilweise aufgeschmolzen. Dann wurden die Walzen langsam gegensinnig in Bewegung gesetzt; auf einer der beiden Walzen bildete sich nunmehr ein Kunststofffell aus. Als alle Kunststoffgranulate aufgeschmolzen waren, wurden die festen Additive langsam mittels einer kleinen Schaufel dem Fell zugegeben. Der Walzenspalt wurde dabei so eingestellt, dass sich zwischen den beiden Einzelwalzen ein sog. Rollwulst bildete. Es begann mit der Zugabe des Alterungsschutzmittels, gefolgt von den anderen Mischungsbestandteilen. Das flüssige Silan wurde vorher auf den Kunststoff aufgeträufelt. (Es könnte aber alternativ auch mittels einer Pipette dem Walzfell zugegeben werden.) Um eine gute Durchmischung zu erreichen, wurde das Fell mit einer Schneidevorrichtung mehrmals von der Walze abgetrennt, aufgerollt und wieder in den Walzenspalt gedrückt, so dass sich erneut ein Fell ausbildete. Der gesamte Walzvorgang dauerte 20 bis 30 min.

Nach der Mischungsherstellung auf dem Walzwerk wurden mittels einer Zweiplattenpresse Kunststoffplatten hergestellt, aus denen die für die weiteren Tests notwendigen Probekörper ausgestanzt wurden.

Zum Erhalt relevanter Testwerte/-ergebnisse wurden folgende Prüfungen vorgenommen:

  • – Cone-Kalorimeterdaten nach ASTM E 1354 bei 35 kW/m2 an 3 mm dicken Platten.

    Angegeben wird hierbei der „Peak Heat Release Rate"-Wert in kW/m2 (Abk.: PHRR; dies ist die maximale Leistungsabgabe pro Flächeneinheit, die im Cone-Kalorimeter bei der Verbrennung der Probe gemessen wird). Je geringer der PHRR-Wert, desto besser ist die Probe flammgeschützt.

    Angegeben wird ferner der „Time To Ignition"-Wert in s (Abk.: TTI; dies ist der Zeitpunkt, bei der die Probe durch die Wärmebestrahlung im Cone-Kalorimeter zu brennen beginnt). Je höher der TTI-Wert, desto besser ist die Probe flammgeschützt.
  • – Der Sauerstoffindex (LOI-Wert) nach ASTM D 2863 an 15 cm langen, 2 mm dicken und 50 mm breiten Prüfkörpern. Ein höherer LOI-Wert zeigt einen besseren Flammschutz an.
  • – Der UL94 V-Wert an 3.2 mm dicken Proben. Nach der UL94-V-Norm erfolgt eine Einstufung in „nicht erfüllt: NE", V 2 (besser), V 1 (noch besser) oder V 0 (höchste Einstufung).

Vergleichsbeispiel

396,9 g (= 100 phr) Ethylenvinylacetat (EVA) Escorene Ultra UL00119 der Fa. ExxonMobil wurden auf dem oben genannten Collin-Walzwerk mit 535,8 g (= 135 phr) Aluminiumhydroxid Martinal OL-104/LE der Fa. Martinswerk GmbH zusammen mit 59,5 g (= 15 phr) des Nanoclays Nanofil 15 der Fa. Süd-Chemie sowie mit 4,8 g (= 1,2 phr) Aminosilan Ameo der Fa. Degussa AG und 3, 0 g (= 0,75 phr) des Antioxidationsmittels Ethanox 310 der Fa. Albemarle Corporation bei einer Walzentemperatur von 140 °C zu einem Walzfell von 1000 g (= 251,95 phr) verarbeitet. Das Aminosilan bewirkte dabei eine bessere Ankopplung des Füllstoffes an die Polymermatrix.

Beispiel

396,9 g (= 100 phr) Ethylenvinylacetat (EVA) Escorene Ultra UL00119 der Fa. ExxonMobil wurden auf dem oben genannten Collin-Walzwerk mit 595,4 g (= 150 phr) der erfindungsgemäßen, sprühgetrockneten Füllstoffzusammensetzung bestehend aus 535,8 g (= 135 phr) Aluminiumhydroxid Martinal OL-104/LE der Fa. Martinswerk GmbH und aus 59,5 g (= 15 phr) Nanoclay Nanofil 15 der Fa. Süd-Chemie zusammen mit 4,8 g (= 1,2 phr) Aminosilan Ameo der Fa. Degussa AG und 2,9 g (= 0,75 phr) des Antioxidationsmittels Ethanox 310 der Fa. Albemarle Corporation bei einer Walzentemperatur von 140 °C zu einem Walzfell von 1000 g (= 251,95 phr) verarbeitet. Das Aminosilan bewirkte dabei eine bessere Ankopplung des Füllstoffes an die Polymermatrix.

Die folgende Tabelle 1 gibt die Zusammensetzung der hergestellten Formulierungen an, wobei die Füllstoffkomponenten in der Vergleichsformulierung durch "in situ"-Mischen hinzugegeben wurden, d.h. die Zugabe des Aluminiumhydroxids und des Nanoclays erfolgte separat während der Mischungsherstellung auf dem Walzwerk, während demgegenüber die erfindungsgemäße Füllstoffabmischung durch Sprühtrocknung vorab hergestellt wurde:

Tabelle 1

Die folgende Tabelle 2 gibt die für das erfindungsgemäße Anwendungsbeispiel und das Vergleichsbeispiel ermittelten Werte für TTI, PHRR, LOI und UL94V an.

Tabelle 2

Es zeigt sich, dass die mit der erfindungsgemäßen Flammschutzzusammensetzung ausgestattete EVA-Mischung im Vergleich zur in situ hergestellten Mischung keine Nachteile bei den Brandschutzeigenschaften aufweist. Alle Zahlenwerte sind als im Rahmen der Reproduzierbarkeit auftretenden Messwertstreuungen als gleich anzusehen; beide Mischungen erreichen ferner eine UL 94 V0-Einstufung.


Anspruch[de]
Flammschutzzusammensetzung, die eine Mischung aus einer Metallhydroxidkomponente und einer Tonkomponente umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung eine monomodale Korngrößenverteilung besitzt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhydroxidkomponente eines oder mehrere von Aluminium- oder Magnesiumhydroxiden umfasst. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhydroxidkomponente AlO(OH), Al(OH)3 (ATH) und/oder Mg(OH)2 (MDH) einzeln oder in irgendeiner Mischung umfasst. Flammschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tonkomponente mindestens einen Nanoclay umfasst. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nanoclay aus Bentonit und Hectorit und daraus hergestellten modifizierten, insbesondere organisch interkalierten Materialien ausgewählt ist. Flammschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Tonkomponente im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 90 Gew.-% liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Tonkomponente im Bereich von 1 % bis 30 % liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass der Anteil der Tonkomponente im Bereich von 3 % bis 20 % liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet dass der Anteil der Tonkomponente im Bereich von 5 % bis 10 % liegt. Flammschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Teilchen der eingesetzten Metallhydroxidkomponente im Bereich von 0,2 &mgr;m bis 100 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Teilchen der eingesetzten Metallhydroxidkomponente im Bereich von 0,5 bis 30 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Teilchen der eingesetzten Metallhydroxidkomponente im Bereich von 0,7 &mgr;m bis 5 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Teilchen der eingesetzten Tonkomponente im Bereich von 0,2 &mgr;m bis 100 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Teilchen der eingesetzten Tonkomponente im Bereich von 1,0 bis 30 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Teilchen der eingesetzten Tonkomponente im Bereich von 1,0 &mgr;m bis 10 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Zusammensetzung im Bereich von 0,2 &mgr;m bis 100 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Zusammensetzung im Bereich von 0,5 bis 10 &mgr;m liegt. Flammschutzzusammensetzung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der d50-Wert der Zusammensetzung im Bereich von 0,7 &mgr;m bis 5 &mgr;m. Flammgeschützes Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Polymerkomponente und eine Flammschutzzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 umfasst oder unter Verwendung einer solchen Zusammensetzung hergestellt worden ist. Flammgeschützes Polymer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerkomponente thermo- oder duroplastisch ist. Flammgeschützes Polymer nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerkomponente ausgewählt ist aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyvinylen, Polyethern und Kautschuk, wobei jeweils Homo-, Co- und Terpolymere derselben und auch Gemische solcher Polymere umfasst sind. Flammgeschützes Polymer nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ausgewählt ist aus Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren (EVA), Ethylen/Ethylacrylat-Copolymeren (EEA), Ethylen/Methylacrylat-Copolymeren (EMA) und Polypropylen und seinen Copolymeren. Verfahren zur Herstellung einer Flammschutzzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhydroxidkomponente zusammen mit der Tonkomponente mittels eines geeigneten Benetzungsmittels oder Dispergiermittels zunächst in eine pumpbare wässrige Suspension überführt wird und die Aufschlämmung anschließend durch Sprühtrocknung getrocknet wird. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt der zu trocknenden Aufschlämmung im Bereich von 15 bis 70 Gew.-% liegt. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt der zu trocknenden Aufschlämmung im Bereich von 35 bis 65 Gew.-% liegt. Verfahren nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffgehalt der zu trocknenden Aufschlämmung im Bereich von 45 bis 55 Gew.-% liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen der Komponenten 0,01 bis 5 Gew.% des Benetzungs- oder Dispergiermittels verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen der Komponenten 0,05 bis 1 Gew.-%, des Benetzungs- oder Dispergiermittels verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen der Komponenten 0,1 bis 0,5 Gew.-% des Benetzungs- oder Dispergiermittels verwendet werden. Verwendung einer Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 zur flammhemmenden Ausrüstung von Polymerwerkstoffen.






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