CH642386A5

CH642386A5 - Werkstoff und verfahren zu seiner herstellung.

Info

Publication number: CH642386A5
Application number: CH505979A
Authority: CH
Inventors: Berthold Newitzki
Original assignee: Ruehl Erich
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1984-04-13
Also published as: ZA792843B; SE7904953L; US4250224A; AU4790679A; BR7903614A; DE2825295B1; CA1123545A; IT1127091B; DE2825295C2; GB2024230B; AR218139A1; DD144555A5; US4237236A; FR2428060A1; AU534413B2; GB2024230A; IT7983403A0; JPS54162789A

Description

Die Erfindung betrifft einen nicht brennbaren Werkstoff, der keine toxischen Rauchgase entwickelt, auf der Grundlage von Phenolharzen und Furfurylalkohol.

Hitzehärtbare Kunststoffpressmassen auf der Basis von Phenolharzen und Furfurylalkohol sind aus der DE-AS 1 144 474 bekannt. Die vorbeschriebenen Pressmassen, die einen grossen Spielraum im Formgebungsvorgang und eine hohe Härtungsgeschwindigkeit aufweisen sollen, weisen jedoch nicht die für den erfindungsgemässen Stoff charakteristischen Eigenschaften auf.

Der neue Werkstoff ist erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale im unabhängigen Anspruch 1 charakterisiert. Nach einer zweckmässigen Ausführungsform kann der Werkstoff zusätzlich bis zu 3 Gew.% feinteilige Kieselsäure, bis zu 0,5 Gew.% anorganische Glasfritte, bis zu 0,4 Gew.% gehärtetes Polyesterharz und bis zu 0,5 Gew.% gehärtetes Epoxydharz einzeln oder im Gemisch enthalten.

Der Werkstoff kann als Formkörper mit dichtem Gefüge, insbesondere als Platte oder aber auch als Hartschaum oder Überzug auf beliebigen Unterlagen verwendet werden. In dieser Form dient er mit Vorteil als Bauteil- oder Bedachungsmaterial und als Schutzmaterial überall dort, wo absolute Nichtbrennbarkeit und Sicherheit gegen die Entwicklung von giftigen Rauchgasen gefordert wird.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Werkstoffes weist die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruches 4 aufgeführten Merkmale auf. Beim Zusammengeben des Gemisches mit der Sulfonsäure entsteht eine chemische Reaktion, die unter Wärmeentwicklung abläuft, wobei die Temperatur auf 110°C und mehr ansteigen kann.

Die Menge der zuzusetzenden Sulfonsäure hängt einerseits von der gewünschten Härtungsgeschwindigkeit, andererseits aber auch von der Art der verwendeten Sulfonsäure ab. Die Sulfonsäuremenge soll so gewählt werden, dass der Gewichtsanteil an Sulfonsäuregruppen etwa zwischen Vw und V20 von der Menge des im Ansatz verwendeten Aluminiumoxids beträgt. Besonders bewährt haben sich Phenol-Sulfonsäuren und unter diesen wiederum die Phenol-4-sulfonsäure.

Eine besonders günstige Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Aluminiumoxid ganz oder teilweise durch Aluminiumhydroxid [Al(OH)3] ersetzt wird. Durch diese Massnahme entsteht ein Werkstoff, aus dem sich unter Zerfall des Aluminiumhydroxids zu Aluminiumoxid unter Wärmeverbrauch Wasserdampf abspaltet, wodurch die Temperatur des Werkstoffes herabgesetzt und die Sauerstoffkonzentration an der Oberfläche durch den entweichenden Wasserdampf herabgesetzt

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wird. Beide Erscheinungen wirken sich auf das Brandverhalten des Werkstoffes vorteilhaft aus.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dem Gemisch zur Verbesserung der mechanischen und chemischen Eigenschaften noch bis zu 0,4% ungesättigtes Polyesterharz und bis zu 0,5% Epoxidharz zuzusetzen. Fügt man mit diesem Harzanteil entsprechende Mengen für diese Harze spezifische Härter zu, so härten diese Harze mit der Gesamtmasse aus.

Das Reaktionsgemisch ist auch nach dem Zusatz der Sulfonsäure zunächst eine mehr oder weniger viskose Flüssigkeit, die sich leicht in Formen einfüllen lässt. Man kann die Viskosität des Reaktionsgemisches in weiten Grenzen beeinflussen, entweder indem man Verdünnungsmittel wie Butanol oder Butylglykol in Mengen von einigen Prozent oder an sich bekannte Verdickungsmittel wie Kreide, feinteilige Kieselsäure, feinteiliges Aluminiumoxid, Talkum, Magnesiumoxid oder dergleichen zusetzt. Die Erhöhung der Viskosität ist besonders dann von Bedeutung, wenn man dem Reaktionsgemisch vor der Aushärtung eine pastenartige Konsistenz verleihen will, um es auf Unterlagen zwecks Bildung einer dort erhärtenden Überzugsschicht aufzutragen. Verdickungsmittel können auch der Sulfonsäure zugesetzt werden. Beispielsweise kann man die Sulfonsäure in Form einer mit Kreide verdickten Paste zu dem Ausgangsgemisch hinzufügen. Man kann auch nach einer besonders günstigen Ausführungsform die als Härter bzw. Polymerisationsmittel dienende Sulfonsäure ganz oder teilweise durch Paraformaldehyd ersetzen.

Das Reaktionsgemisch kann auch vor der Aushärtung verschäumt werden, so dass man einen Hartschaum erhält. Zu diesem Zwecke wird das Gemisch mit entsprechenden Mengen von Treibmitteln wie Fluorkohlenstoffverbindungen, Fluorchlorkohlenstoffverbindungen und/oder Natriumbicarbonat versetzt. Die Menge des Treibmittels richtet sich dabei nach dem Raumgewicht, das man in dem entstehenden Hartschaum erzielen will.

Zu einem Werkstoff mit besonders günstigen Eigenschaften gelangt man, wenn man eine Mischung aus 64,5 Gew.% Aluminiumhydroxid, 13 Gew.% Phenolharz, 13 Gew.% Furfurylalkohol, 0,4 Gew.% ungesättigtem Polyesterharz, 0,45 Gew.% Epoxidharz, 2,2 Gew.% Paraformaldehyd, je 1,4 Gew.% Butanol und Äthanol, 2,2 Gew.% Butylglykol, 0,4 Gew.% Glasfritte und 2,8 Gew.% feinteiligem Siliciumdioxid mit einer Mischung aus 16 g Phenol-4-sulfonsäure und 5 g Kreide auf je 100 g Aluminiumhydroxid zur Reaktion bringt und die Masse vor dem Erhärten entweder auf eine Unterlage zur Überzugsbildung aufträgt oder in eine Form einbringt. Diese Mischung kann auch mit Vorteil zur Erzeugung eines Hartschaumes benutzt werden, indem man der Mischung auf je 100 g Aluminiumoxid 0,05 bis 0,3 g Natriumbicarbonat und etwa 6 bis 30 g Fluorchlorkohlenstoff zusetzt und in einer Form vor dem Härten aufschäumen lässt.

Der vorgeschlagene Werkstoff enthält nach der Umsetzung, innerhalb deren Kondensations- und Polymerisationsreaktionen ablaufen, die Komponenten in einer für das geforderte Brandschutzverhalten optimalen Verteilung.

Diese bewirkt, dass die organischen Bestandteile bei der Verbrennung oder Verkokung als isolierende Kohlenstoffschichten in der Grundmatrix aus Aluminiumoxid festgehalten werden, so dass der Körper oder der Schaum seine Struktur und Form behält, ohne dass etwa flüssige Verbrennungsprodukte abtropfen oder das Gefüge zerstören. Diese festhaftenden Kohlenstoffschichten bilden im übrigen eine zuverlässige und haltbare Isolierung gegen eine unerwünscht hohe Erwärmung der inneren Teile des Gefüges. Da der beschriebene Werkstoff keinerlei Halogen- oder Antimonverbindungen enthält, wie sie in vielen Fällen für diese Zwecke üblich sind, entstehen bei der Beflammung oder Erwärmung auf hohe Temperaturen keinerlei toxische Anteile in den Rauchgasen.

Daneben zeigt der Werkstoff auch beachtliche wärme- und schalldämmende Eigenschaften.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Eine Mischung aus 71 Gew.% feinteiligem Aluminiumoxid, 12,5 Gew.% Furfurylalkohol, 15 Gew.% Phenolresor-cinharz, 0,5 Gew.% Epoxydharz, 0,5 Gew.% Aerosil und 0,5 Gew.% Paraformaldehyd werden mit 7 g Arylsulfon je 100 g Aluminiumoxid innig vermischt. Es entsteht eine pastose Masse, die als Überzug von 1 mm Stärke auf Dachbalken aufgetragen wird und sich hier nach etwa 10 Minuten form-haltig verfestigt und nach weiteren 25 Minuten vollständig ausgehärtet ist.

Beispiel 2

Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet mit dem Unterschied, dass 36 Gew.% des Aluminiumoxids durch Aluminiumhydroxid [Al(OH)3] ersetzt werden. Auch hier entsteht ein Überzug, der absolut unbrennbar ist und keine toxischen Rauchgase entwickelt.

Beispiel 3

Es wird eine Mischung A hergestellt aus:

100 g Aluminiumhydroxyd (Tonerdehydrat), 20 g Phenolharz, 20 g Furfurylalkohol, 2 g Äthanol, 2 g Butanol, 3 g Butylglykol, 3 g Paraformaldehyd, 4 g feinteilige Kieselsäure (Aerosil®), 0,6 g Glasfritte, 0,6 g Epoxidharz, enthaltend 6 Gew.% Härteranteil, 0,5 g ungesättigtes Polyesterharz, enthaltend 3 Gew.% Benzoylperoxid als Härter. Diese noch fliessfähige Mischung wird mit der Mischung B, bestehend aus 16 g Phenol-4-sulfonsäure und 5 g Kreide, zur Umsetzung gebracht. Unmittelbar danach wird das Gemisch in einer Holzform zur Herstellung von Platten in den Abmessungen 100 x 20 x 2 cm gegossen. Die Temperatur des Gemisches steigt im Laufe der nächsten 4,5 Minuten bis auf 110°C an. Die Masse ist nach 30 Minuten soweit verfestigt, dass sie entformt werden kann; nach 120 Minuten ist sie völlig ausgehärtet. Bei der Untersuchung des Brandverhaltens nach DIN 4102 zeigten Proben aus dieser Masse einen kritischen Sauerstoffgehalt (COI) von 100%, ein Kriterium für die absolute Unbrennbarkeit.

Zur weiteren Erhöhung der Festigkeitseigenschaften können in die Platten auch an sich bekannte Verstärkungsund Armierungsmittel eingebracht werden.

Beispiel 4

Der gleiche Ansatz wie in Beispiel 3 wurde vor dem Aushärten nach Zusammenfügen der Mischungen A und B noch mit 0,05 g Natriumbicarbonat und 6 g Fluorchlorkohlenwasserstoff (Frigen®) vermischt und in ein offenes Gefäss gegossen. Es entstand nach dem Aushärten ein Hartschaum mit einem Raumgewicht von etwa 500 g pro Liter, der im wesentlichen gegen Flüssigkeitsdurchtritt geschlossene Poren aufwies.

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Claims

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1. Nicht brennbarer Werkstoff, der keine toxischen Rauchgase entwickelt, auf der Grundlage von Phenolharzen und Furfurylalkohol, dadurch gekennzeichnet, dass er auf der Basis eines ausgehärteten Gemisches aus

A) 62-76 Gew.% Aluminiumoxid und/oder Aluminiumhydroxid [Al(OH)3]

B) 12—16 Gew.% Phenolharz und

C) 11,5-17,5 Gew.% Furfurylalkohol mit einer

D) Sulfonsäure und/oder Paraformaldehyd in einer solchen Menge vorliegt, dass der Gewichtsanteil an Sulfon-säuregruppen '/io bis Via der Menge des Aluminiumoxids und/oder Aluminiumhydroxids beträgt.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich bis zu 3 Gew.% feinteilige Kieselsäure, bis zu 0,5 Gew.% anorganische Glasfritte, bis zu 0,4 Gew.% gehärtetes Polyesterharz und bis zu 0,5 Gew.% gehärtetes Epoxydharz einzeln oder im Gemisch enthält.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Werkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er in Form eines mit einem Treibmittel geschäumten und gehärteten Produkts mit gegen Flüssigkeitsaustritt geschlossenen Poren ausgebildet ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines nicht brennbaren und keine toxischen Rauchgase bildenden Werkstoffes nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch auf der Basis von

A) 62-76 Gew.% Aluminiumoxid und/oder Aluminiumhydroxid [Al(OH)3]

B) 12-16 Gew.% Phenolharz, und

C) 11,5-17,5 Gew.% Furfurylalkohol mit

D) einer Sulfonsäure und/oder mit Paraformaldehyd als Härter in einer solchen Menge, dass der Gewichtsanteil an Sulfonsäuregruppen Vio bis Via der Menge des Aluminiumoxids und/oder Aluminiumhydroxids beträgt, umgesetzt und vor der Aushärtung als Überzug auf eine Unterlage aufgetragen oder in eine Form eingebracht und anschliessend ausgehärtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxid ganz oder teilweise durch Aluminiumhydroxid [Al(OH)3] ersetzt wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Härter Phenol-4-sulfonsäure verwendet wird.

7. Verfahren nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfonsäure ganz oder teilweise durch Paraformaldehyd ersetzt wird.

8. Verfahren nach Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfonsäure im Gemisch mit Kreide oder Siliciumdioxid in feinteiliger Form zugesetzt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch durch Zusatz von Fluorkohlenstoff-Verbindungen, Fluorchlorkohlenstoff-Verbin-dungen und/oder Natriumbicarbonat vor dem Härten verschäumt wird.

10. Verfahren nach Ansprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch bezogen auf das Gesamtgemisch bis 0,4 Gew.% ungesättigtes Polyesterharz mit 3 Gew.% Benzoylperoxid, bis zu 0,5 Gew.% Epoxidharz einschliesslich 6 Gew.% Härter - wobei der Härteranteil jeweils auf die Harzmenge bezogen ist -, bis zu 3 Gew.% feinteilige Kieselsäure und bis zu 0,5 Gew.% Glasfritte vor der Umsetzung zugesetzt werden.

11. Verfahren nach Ansprüchen 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung aus 64,5 Gew.% Aluminiumhydroxid, 13 Gew.% Phenolharz, 13 Gew.% Furfurylalkohol, 0,4 Gew.% ungesättigtes Polyesterharz, 0,45 Gew.% Epoxidharz, 2,2 Gew.% Paraformaldehyd, je 1,4 Gew.% Butanol und Äthanol, 2,2 Gew.% Butylglykol, 0,4 Gew.% Glasfritte und 2,8 Gew.% feinteiliges Siliciumdioxid mit einer Mischung aus 16 g Phenol-4-sulfonsäure und 5 g Kreide auf 100 g Aluminiumhydroxid zur Reaktion gebracht und die Masse vor dem Härten auf eine Unterlage aufgetragen oder in eine Form eingebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch durch Zusatz von 0,05 bis 0,3 g Natriumbicarbonat und 6 bis 30 g Fluorchlorkohlenstoff auf 100 g Aluminiumoxid verschäumt wird.