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Verfahren zur Herstellung von Schaumisoliermassen
Poröse Massen auf Kunstharzbasis sind schon für verschiedene Zwecke vorgeschlagen worden.
Als Isolierstoffe für Kälte, Wärme oder Schall werden beispielsweise Schaummassen von sehr geringem Raumgewicht (D=etwa 0-01-0-1) auf der Basis von Phenol-und insbesondere von Harnstoffharzen verwendet. Diese Massen besitzen den Nachteil einer zu geringen mechanischen Festigkeit, mangelnder Volumbeständigkeit und einer noch zu geringen Wasserbeständigkeit.
Für Wärmeisolierungen, wie Isolierungen von Dampfleitungen, ist ihre mangelnde Wärmebestän- digkeit störend.
Es wurde nun gefunden, dass diese Mängel durch Verwendung der an sich bekannten Melaminharze an Stelle der Phenol- oder Harnstoffharze behoben werden können. Die neuen Schaummassen besitzen, entsprechend den Eigenschaften der Melaminharze, verbesserte Beständigkeit gegenüber heissem Wasser und erhöhte Wärmebeständigkeit. Die Melaminharz-Schaummassen weisen gegenüber den bisher bekannten Schaummassen noch weitere Verbesserungen auf, die für ihre Verwendbarkeit in der Isoliertechnik von grosser Bedeutung sind und in so hohem Grade durchaus nicht zu erwarten waren.
So ist die Volumbeständigkeit ungefähr doppelt, die mechanische Festigkeit doppelt bis mehrfach so gross als diejenige der Harnstoffharz-Schaum- massen, und die Kochwasserbeständigkeit ist ebenfalls bedeutend. Diese Verbesserung geht über das auf Grund der Eigenschaften der Melaminharze zu erwartende Mass hinaus und ist überraschend.
Die neuen Schaumisoliermassen zeigen ausserdem noch eine doppelt so grosse Beständigkeit gegen Wasserdampfabsorption als die Harnstoffharz-Schaummassen. Dieser Effekt ist für Mela1ninharz-Schaun1massen unerwartet und neu. Presslinge aus Melaminharz-Pressmassen zeigen kaum geringere Absorptionsfähigkeit für kaltes Wasser als solche aus Harnstoffharz-Pressmassen. Die Wasserabsorption für unter Mitverwendung von Alphacellulose als Füller hergestellte Pressstücke aus Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat beträgt 0-5-0-7%, four solche aus Melamin-Formaldehyd-Kondensat 0-3-0-6%. Der Unterschied ist so gering, dass damit die grosse Beständigkeit gegen Wasserdampfabsorption nicht erklärt werden kann.
Diese überraschende Verbesserung der Schaummassen ermöglicht es, die Anwendungsgebiete der bekannten Harnstoff-Schaummassen wesentlich besser zu erschliessen.
Die Herstellung der Melaminharz-Schaummassen kann nach den verschiedensten an sich bekannten Methoden erfolgen, von denen das Verschäumen von wässerigen oder wässerigalkoholischen Melaminharz-Lösungen, welche vorteilhaft Härtungsmittel und/oder Schaummittel enthalten, besonders geeignet ist. Es gelingt damit auch leicht, Schäume von sehr geringen Dichten, z. B. von 0-03 bis 0-015, herzustellen.
Als Melaminharze kommen vor allem die in der österr. Patentschrift Nr. 150002 beschriebenen Harze in Frage, als Härtungsmittel saure Substanzen und als Schaummittel oberflächenaktive natürliche oder synthetische Substanzen, welche ähnlich wie Saponin mit Wasser stabile Schäume liefern.
Die Herstellung der Schäume gestaltet sich am einfachsten in der Weise, dass eine wässerige oder wässerig-alkoholische Melaminharz-Lösung in Gegenwart von Härtungsmittel und Schaummittel, z. B. mittels schnellaufender Rührer, verschäumt wird. Dabei vergrössert sich durch das Einrühren von Luft oder vor Gas das Volumen der Lösung auf das Vielfache, z. B. auf das 40fache dis Volumens der wässerigen Lösung. Das Verschäumen kann aber auch nach anderen Methoden erfolgen. Der Schaum wird in Formen gefüllt, stehen gelassen, nachgetrocknet und gewünschtenfalls nachgehärtet. Um Rissbildungen zu vermeiden, muss das Trocknen in zweckmässiger Weise erfolgen. Man trocknet beispielsweise langsam oder unter Anwendung einer feuchten Atmosphäre, damit die inneren Partien das Wasser abgeben können, bevor die äusseren so schwinden, dass Risse entstehen.
Man erhält weisse, äusserst leichte, aber im Verhältnis zu ihrer Dichte mechanisch überraschend feste Schaummassen. Sie können, wenn erwünscht, im Verlaufe ihrer Herstellung oder nachträglich gefärbt werden.
Ebenso können gewünschtenfalls Füllstoffe verschiedenster Art zugesetzt werden, z. B. Korkmehl oder-gries, Glasfasern, Papierpülpe, Asbestfasern
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oder Diatomeenerde. Die erfindungsgemässen
Schaummassen können für Isolierzwecke in der Bauindustrie als Wärmeisolierung, als Isolierung für Kühlschränke, Kühlhäuser usw., als
Schallisolierung für Deckenverkleidungen u. dgl.
Verwendung finden.
Die folgenden Ausführungen zeigen die wichtigsten Eigenschaften der neuen Schaummassen im Vergleich zu den bekannten Schaummassen auf Harnstoffharz-Basis.
Für einen Isolierwerkstoff ist sein Verhalten gegenüber der wechselnden Luftfeuchtigkeit von sehr grosser Wichtigkeit, da dieses Verhalten für allfällige Spalten-und Rissbildung durch zu grosses Wachsen und Schwinden sowie für eine allfällige Verschlechterung der Isolationswirkung durch übergrosse Absorption der Luftfeuchtigkeit verantwortlich ist. Um diese Verhältnisse darzulegen, wurden die Vergleichsmaterialien, Schaummasse auf Harnstoff- und MelaminharzBasis, in Form von Platten von etwa 1-2 cm Dicke je 24 Stunden bei Zimmertemperatur abwechslungsweise einer Luftatmosphäre von
EMI2.1
mengestellt :
A. Volumbeständigkeit.
(Wachsen und Schwinden in Prozenten der ursprüng- lichen Länge)
EMI2.2
<tb>
<tb> Luftfeuchtig- <SEP> Harnstoffharz-Schaum <SEP> Melaminharz-Schaum
<tb> 24 <SEP> Stum- <SEP> Probe <SEP> 1. <SEP> Probe <SEP> 2. <SEP> Probe <SEP> 1. <SEP> Probe <SEP> 2.
<tb> den <SEP> bei
<tb> 100% <SEP> +0#285% <SEP> - <SEP> +0#42% <SEP> +0#55%
<tb> 10% <SEP> -1#23% <SEP> -0#76% <SEP> -0#83% <SEP> -0#83%
<tb> 100% <SEP> +1#73% <SEP> +1#725% <SEP> +0#84% <SEP> +0#78%
<tb> 10% <SEP> -1#70% <SEP> -1#41% <SEP> -0#83% <SEP> -0#66%
<tb> 100% <SEP> +1#73% <SEP> +1#44% <SEP> +0#84% <SEP> +0#67%
<tb> 10% <SEP> --2-07%--0-77%
<tb> mittlere
<tb> Längen-
<tb> änderung
<tb> (ohne
<tb> 1. <SEP> Wert) <SEP> 1#6% <SEP> 1#66% <SEP> 0#83% <SEP> 0#74%
<tb>
B. Wasserdampfabsorption.
(Gewichtsänderungen durch Wasseraufnahme und -abgabe in Prozenten des ursprünglichen Gewichtes)
EMI2.3
<tb>
<tb> Luftfeuchtig- <SEP> Harnstoffharz-Schaum <SEP> Melaminhar-Schaum
<tb> keit <SEP> je <SEP> Probe <SEP> 1. <SEP> Probe <SEP> 2. <SEP> Probe <SEP> 1. <SEP> Probe <SEP> 2.
<tb>
24 <SEP> Stunden <SEP> bei
<tb> 100% <SEP> +2#35% <SEP> - <SEP> +3#5% <SEP> +3#0%
<tb> 10% <SEP> -4#90% <SEP> -2#15% <SEP> -3#8% <SEP> -3#9%
<tb> 100% <SEP> +7#35% <SEP> +5#45% <SEP> +3#5% <SEP> +3#85%
<tb> 10% <SEP> -7#45% <SEP> -5#20% <SEP> -3#83% <SEP> -3#5%
<tb> 100% <SEP> +6#80% <SEP> +6#80% <SEP> - <SEP> +3#4%
<tb> 10%--7-35%--3. <SEP> 6%
<tb> 100%---+3-2%
<tb> mittlere
<tb> Gewichts-
<tb> änderung
<tb> (ohne
<tb> 1. <SEP> Wert) <SEP> 6#62% <SEP> 6#21% <SEP> 3#71% <SEP> 3#57%
<tb>
Für die Brauchbarkeit eines Isolierstoffes ist ferner seine mechanische Festigkeit von entscheidender Bedeutung. Die Ergebnisse der vergleichenden Prüfung von Harnstoffharz-und Melaminharz-Schaum sind in der nachfolgenden Tabelle C enthalten :
C. Mechanische Festigkeit.
(Druckfestigkeit in kglcm2)
EMI2.4
<tb>
<tb> Dichte <SEP> Schaummasse <SEP> Harnstoff-Me) <SEP> amingetrocknet <SEP> bei <SEP> harz-Schaum <SEP> harz-Schaum
<tb> 0-012 <SEP> 60 -0, <SEP> 514 <SEP> Ac
<tb> 0#015 <SEP> 20 <SEP> 0#404 <SEP> kg/cm2 <SEP> -
<tb> 0#016 <SEP> 100 <SEP> 0#484 <SEP> kg/cm2 <SEP> -
<tb> 0-016 <SEP> 20'-0-970 <SEP> k/ecm2
<tb> 0-019 <SEP> 20 -0-900 <SEP> kg/e2
<tb> 0-020 <SEP> 100 -1-200 <SEP> kglcm2
<tb> 0-032 <SEP> 200-1-450 <SEP> kg,
<SEP> ! <SEP> cm2
<tb> 0#032 <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 1#740 <SEP> kg/cm2
<tb> 0#038 <SEP> 20 <SEP> 0#810 <SEP> kg/cm2 <SEP> -
<tb> 0-041 <SEP> 150 <SEP> 1-320 <SEP> kgfc-
<tb> 0#042 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 4#920 <SEP> kg/cm2
<tb> 0-044 <SEP> 20 -3-090 <SEP> cm2
<tb> 0#055 <SEP> 20 <SEP> 1#110 <SEP> kg/cm2 <SEP> -
<tb> 0#055 <SEP> 150 <SEP> 2#200 <SEP> kg/cm2 <SEP> -
<tb> 0-057 <SEP> 20 -3-730 <SEP> kgi'cm2
<tb> 0-077 <SEP> 20 -8-230 <SEP> kgfcm2
<tb>
Die Melaminharz-Schäume besitzen also bei vergleichbarer Dichte ungefähr die doppelte Druckfestigkeit der Harnstoffharz-Schäume.
D. Beständigkeit gegenüber kochendem
Wasser.
Wird Harnstoffharz-Schaum 10 Minuten lang in kochendem Wasser behandelt, so saugt er sich mit Wasser völlig voll. Die Gewichtszunahme beträgt ungefähr 4500%. Beim nachfolgenden Trocknen tritt dann erhebliche Deformierung ein. Bei gleicher Behandlung mit kochendem Wasser zeigt der Melaminharz-Schaum eine Gewichtszunahme von nur ungefähr 1000-1600%.
Beim Trocknen bleibt er praktisch unverändert ; eine Deformierung findet hier unerwarteterweise nicht statt.
Es sind bereits poröse Gele auf der Basis von Melaminharzen bekannt, welche aber eine Dichte von 0-300-0-500 aufweisen und sich daher für den hier beschriebenen Zweck als Isoliermaterial nicht eignen.
Beispiel :
EMI2.5
Gegebenenfalls wird mit Ameisensäure gegen Lakmus neutral gestellt.
Eine zweite Lösung wird hergestellt durch Eintragen von 1-1 Gew.-Teilen des Natriumdisulfonates des N-Benzyl- -heptadecyl-benzimidazols in 88 Vol.-Teilen Wasser. Man kann aber auch ein anderes Schaummittel z. B. 2 Gew.Teile einer butylierten Naphthalinsulfonsäure oder ihres Natriumsalzes verwenden. Unmittelbar vor Gebrauch werden zu dieser Lösung 2-2 Vol.Teile 85% iger Ameisensäure zugefügt. Statt
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Ameisensäure können auch andere Säuren an- gewendet werden.
Die zweite Lösung wird unter gutem Rühren in die Harzlösung eingegossen, und das Gemisch während 2-5 Minuten mit einem rasch laufenden
Rührwerk mit Drahtschaumschläger zu Schaum geschlagen. Nach dieser Zeit ist der Schaum ziemlich fest, homogen und kann in Formen gebracht werden. Die Masse bleibt einige
Stunden oder über Nacht sich selbst überlassen, wobei sie erstarrt. Dann wird sie aus der Form genommen und während längerer Zeit bei Raum- temperatur an der Luft trocknen gelassen.
Man erhält Schaummassen der in der Be- schreibung erwähnten Eigenschaften, deren Dichte sich leicht durch die Konzentration, Temperatur und eventuelle Zusätze der Lösung sowie durch die Dauer des Verschäumens und die Art der
Schaumapparatur kontrollieren lässt.
Nachträgliches Behandeln der Formstücke bei erhöhten Temperaturen, z. B. 40-150 oder darüber, verbessert die mechanische Festigkeit der Masse noch erheblich.
Das in diesem Beispiel verwendete Melaminharz wird hergestellt, indem man 3 Mol Formaldehyd auf 1 Mol Melamin bei einem PH=8-59 und bei Siedetemperatur einwirken lässt, bis eine abgekühlte Probe beim Verdünnen mit 2-5 Volumen Wasser eine Fällung ergibt, worauf die Lösung, gewünschtenfalls im Vakuum, getrocknet wird. Natürlich kann man auch die frisch hergestellte Kondensationslösung direkt oder nach Einstellung auf die gewünschte Konzentration verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Schaumisoliermassen durch Verschäumen von Kunstharz enthaltenden Lösungen und Trocknen der entstehenden Schaummassen, dadurch gekennzeichnet, dass man wässerige oder wässerigalkoholische Lösungen von Melamin-FormaldehydKondensationsprodukten verschäumt, gegebenenfalls in Gegenwart eines Schaum-und/oder Härtungsmittels.