DD284033B5 - METHOD FOR PRODUCING ORGANOMINERAL PRODUCTS - Google Patents
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Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Organomineralprodukten, die insbesondere als Gsbirgsverfestigungsmittol für Kohle, Gestein und/oder Erz im Berg· oder Tunnelbau geeignet sind, weshalb das Verfahren auch vorzugsweise als Verfahren zur Gebirgsverfestigung durchgeführt wird, bei dem die Organomineralprodukte direkt in situ in einer zu verfestigenden Gebirgsformation hergestellt werden. Weiterhin kann nach dem Verfahren das Material in künstliche Formation wie z. B. Fundamente, Mauern von Wasserstauanlagen oder bei Gas- und Erdölbohrungen zur Stabilisierung und/ oder Abdichtung gegen Wasser und Gas eingesetzt werden.The present invention relates to a process for the preparation of organomineral products, which are particularly suitable as Gsbirgsverfestigungsmittol for coal, rock and / or ore in mountain or tunneling, which is why the method is also preferably carried out as a method of rock solidification, in which the organomineral products directly in situ be prepared in a rock formation to be consolidated. Furthermore, according to the method, the material in artificial formation such. As foundations, walls of water retention systems or gas and oil wells for stabilization and / or sealing against water and gas can be used.
Das Verfahren kann ferner auch in vorteilhafter Weise zur Verfestigung und/oder Abdichtung von natürlichen und/oder künstlichen Formationen, die energiereicher Strahlung ausgesetzt sind, angewandt werden.The method may also be advantageously applied to the consolidation and / or sealing of natural and / or artificial formations exposed to high-energy radiation.
Als Organomineralprodukte werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung mehr oder weniger homogene Substanzen bezeichnet, die aus einer einzigen Reaktionsmischung erzeugt werden und gleichzeitig organische und anorganische Bestandteile enthalten, vorzugsweise in Form ineinandergreifender Netzwerke von organischen Polymerisaten und anorganischen Silikaten, in die ggf. noch weitere organische und/oder anorganische Bestandteile eingelagert sein können. Bestimmte derartige Organomineralprodukte sind dabei bereits aus einer Reihe von Veröffentlichungen des Standes der Technik bekannt, wobei insbesondere hingewiesen werden soll auf FR-A-1362003, GB-A-1186 /71, DE-A-2325090, DE-A-2460834, DE-A-3421086, US-A-4042536sowie EP-A-0000580.Organomineral products in the context of the present invention are more or less homogeneous substances which are produced from a single reaction mixture and at the same time contain organic and inorganic constituents, preferably in the form of interlocking networks of organic polymers and inorganic silicates, into which further organic and inorganic silicates may be added / or inorganic constituents can be incorporated. Certain organomineral products of this kind are already known from a number of prior art publications, reference being particularly made to FR-A-1362003, GB-A-1186/71, DE-A-2325090, DE-A-2460834, DE -A-3421086, US-A-4042536 and EP-A-0000580.
In allen beschriebenen Fällen werden die Organomineralprod':'.1e aus Reaktionsmischungen hergestellt, die ein Polyisocyanat und eine wäßrige Alkalisilikatlösung („Wasserglaslösung") aufweisen. Zusätzlich werden Modifikatoren, Katalysatoren, Stabilisatoren und verschiedene Treibmittel verwendet, um jeweils besondere Eigenschaften zu erzielen. Zur Erzielung möglichst homogener Eigenschaften wird der Löslichkeit bzw. Solvatisierbarkeit der eingesetzten organischen Verbindungen durch Wasser zur Erzeugung feinteiliger Emulsionen besondere Aufmerksam!" it geschenkt. Die offenbarten Anwendungszwecke der beschriebenen Organomineralprodukte reichen von rormmassen und Isolierschäumen über Kitte und Klebemassen bis zu Bodenverbesserern und Gebirgsverfestigungsmitteln.In all the cases described, the organomineral product (s) are prepared from reaction mixtures comprising a polyisocyanate and an aqueous alkali silicate solution ("waterglass solution") In addition, modifiers, catalysts, stabilizers and various blowing agents are used to achieve particular properties Achieving as homogeneous as possible properties of the solubility or solvation of the organic compounds used by water to produce finely divided emulsions special attention! " donated it. The disclosed uses of the organo-mineral products described range from rigid and insulating foams, via putties and adhesives, to soil improvers and rock solidifiers.
Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung einer der Hauptanwendungszwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens die Gebirgsverfestigung darstellt.erscheint es ferner angebracht, die technische Entwicklung auf diesem Fachgebiet in den letzten Jahren einleitend zusammenfassend darzustellen. Mit dem Begriff „Gebirgsverfestigung " werden dabei jegliche Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins-, Eri · und Kohleformationen verstanden, wobei das Hauptgewicht auf der Gebirgsverfestigung unter Tage in Bergwerken oder im Tiefbau liegt. Derartige Verfahren sind an sich bekannt, und hinsichtlich der praktischen Durchführung ähnelt auch das erfindungsgemäße Verfahren den bereits bekannten Gebirgsverfestigungsverfahren, so daß der nachfolgend zitierte Stand der Technik bezüglich dßr Möglichkeiten der Verfahrensdurchführung zur Ergänzung der vorliegenden Offenbarung hinzuzuziehen ist.In the context of the present invention, one of the main applications of the method according to the invention is rock consolidation. It also appears appropriate to briefly summarize the technical development in this field in recent years. The term "rock stabilization" is understood to mean any process for solidifying and sealing geological and poured rock, erosion and coal formations, the emphasis being on rock solidification underground in mines or in civil engineering From a practical point of view, the method according to the invention is also similar to the already known rock solidification method, so that the prior art cited below can be referred to ways of carrying out the method to supplement the present disclosure.
Die Gebirgsverfestigung stellt einen Sonderfall der chemischen Bodenverfestigung dar, wobei durch Injektion von geeigneten flüssigen Chemikalien Gerolle, Fels, Kohle- und Erzlager verfestigt oder gegen stehendes und fließendes Wasser oder Sole abgedichtet werden. Die ersten derartigen Verfahren wurden bereits gegen Ende des 19. Jahrhunderts beschrieben. Damals kamen insbesondere Wassergläser in Verbindung mit Härtern zum Einsatz. Die Härtung der Wassergläser erfolgt aufRock solidification is a special case of chemical soil consolidation, where by injection of suitable liquid chemicals, gels, rock, coal and ore deposits are solidified or sealed against stagnant and running water or brine. The first such methods were already described towards the end of the 19th century. At that time, especially water glasses were used in conjunction with hardeners. The hardening of the water glasses takes place
verschiedene Weise. So verwendet H. Joosten um 1925 Wasserglas und in einer nachfolgenden Injektion Calciumchlorid als Härterkomponento. Das Verfahren wurde zum „Monosolverfahren" woiterentwickelt, bei dem man sich einer oinzigon Injektion aus stark verdünntem Wasserglas und Natriumaluminat bediente. Bei einem anderen, dem sog. „Monodurverfahren", bediente man sich einer Emulsion von Wassarglas und einer organischen Säure als Härtekomponente.different ways. Thus, around 1925 H. Joosten used waterglass and in a subsequent injection calcium chloride as a hardener component. The process was developed into the "monosol process" using an oinzigon injection of highly diluted water glass and sodium aluminate, while another, the so-called "Monodur process", used an emulsion of water glass and an organic acid as the hardness component.
Um die Mitte dieses Jahrhunderts begann man, die Eignung von Kunstharzen zum Zwecke der Gebirgsverfestigung zu untersuchen, und zwar zuerst im amerikanischen Steinkohlebergbau. Seitdem wurden Versuche mit Injektionen von härtbaren Kunststoffen auf der Basis von Polyestern, Polyacrylaten, Epoxidon und Polyurethanen durchgeführt.By the middle of this century, the suitability of synthetic resins for the purpose of rock consolidation began to be explored, first in American hard coal mining. Since then, experiments have been carried out with injections of hardenable plastics based on polyesters, polyacrylates, epoxidone and polyurethanes.
So wurden beispielsweise im Jahre 1959 Injektionen von Epoxidharz mit Füllstoffen durchgeführt. Weitere dorartigo Verfahren, die unter Verwendung von Kunstharzen auf roin organischer Basis, und zwar insbesondere auf der Basis von Polyurethanen durchgeführt wurden, sind ferner in den deutschen Patenten 17 58185 sowie 3139395 beschrieben.For example, in 1959, injections of epoxy resin with fillers were performed. Further dorartigo processes which have been carried out using synthetic resins based on roin organic, in particular on the basis of polyurethanes, are further described in German patents 17 58185 and 3139395.
Gleich mit Beginn der Entwicklung von Organomineralprodukten erkannte man auch die prinzipielle Eiynung derartiger Produkte zur Boden- bzw. Gebirgsverfestigung. Ein frühes derartiges Verfahren ist in der deutschen Patentschrift 1069878 aus dem Jahre 1957 beschrieben, wo man zur Bodenverfestigung Emulsionen aus Wasserglas und polymerisierbaren ungesättigten Estorn injiziert. In der GB-A-1186771 wird die Eignung von Mischungen aus Wasserglas und Polyisocyanat zum Abdichten von Gebirgsformationen im Bergbau erwähnt. In der DE-A-2908746 bzw. der parallelen EP-A-0016262 wird nochmals die Verwendung derartiger Mischungen aus Wasserglaslösungen und Polyisocyanaten zur Gebirgsverfestigung und -abdichtung offenbart, wobei jedoch gelehrt wird, daß erst der Zusatz von Polyolen zu derartigen Mischungen zu einor wirklichen Verfestigung führt, bei der standfeste Formationen erhalten werden.Right from the start of the development of organo-mineral products, the principle of such products for soil stabilization or mountain hardening was recognized. An early such process is described in the German Patent 1069878 from the year 1957, where emulsions of water glass and polymerizable unsaturated Estorn are injected for soil consolidation. In GB-A-1186771 the suitability of mixtures of water glass and polyisocyanate for sealing mountain formations in mining is mentioned. In the DE-A-2908746 or the parallel EP-A-0016262 again the use of such mixtures of water glass solutions and polyisocyanates for rock solidification and sealing is disclosed, but it is taught that only the addition of polyols to such mixtures to a real real Solidification leads to the formation of stable formations.
In der DE-A-3421085 wird beschrieben, daß Mischungen aus Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen bei der Gebirgsverfestigung dann vorteilhaft verbessert werden können, wenn eine bestimmte Menge eines Trimerisierungskatalysators für das Polyisocyanat zugesetzt wird, der zum Aufbau eines organischen Netzwerkes rein auf der Basis trimorislerter Polyisocyanate führtIn DE-A-3421085 it is described that mixtures of polyisocyanates and aqueous alkali metal silicate solutions can be advantageously improved in rock solidification, when a certain amount of a trimerization catalyst for the polyisocyanate is added, which is used to build up an organic network purely based on trimerized polyisocyanates leads
Alle bisher bekannten Gebirgsverfestigungsverfahren weisen jedoch bestimmte Nachteile auf, die ihre Anwendbarkeit und Zuverlässigkeit einschränken. Bei den ersten Injektionsverfahren zur Boden- und Gebirgsverfestigung unter Verwendung rein anorganischer Materialien wurden nur unbefriedigende Verfestigungen erhalten. Das lag wohl in erster Linie an dem ungünstigen Verhältnis von Viskosität zu Feststoffgehalt bei den damals verwendeten Wassergläsern sowie daran, daß die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Härtungsreaktion nur mangelhaft gesteuert werden konnten. Die Einflüsse von Temperatur, Porigkeit und Klüftigkeit der Boden- oder Gebirgsformation sowie das Vorkommen von stehendem und fließendem Wasser beeinflußten die Ergebnisse so, daß die erhaltenen Wirkungen nicht den beabsichtigten Ergebnissen entsprachen. Bei den Versuchen einer rein anorganischen Gebirgsverfestigung zeigten sich eine Reihe von unerwünschten Nebeneffekten, wie mangelnde Festigkeit der Formationen durch stark wasserhaltige Gele, Sprödigkeit durch unvollständige oder übervernetzende Aushärtungsreaktion, Auslaufen des Injektionsgutes in größere Hohlraumboreiche oder ein Wegschwemmen durch unterirdische wasserführende Schichten.However, all previously known rock solidification processes have certain disadvantages that limit their applicability and reliability. In the first injection methods for soil and rock solidification using purely inorganic materials, only unsatisfactory solidifications were obtained. This was probably due primarily to the unfavorable ratio of viscosity to solids content of the water glasses used at that time and the fact that the speed and extent of the curing reaction could only be controlled poorly. The effects of temperature, porosity and lumpiness of the soil or rock formation as well as the presence of stagnant and running water influenced the results so that the effects obtained did not correspond to the intended results. In the experiments of a purely inorganic rock stabilization showed a number of undesirable side effects, such as lack of strength of the formations by highly water-containing gels, brittleness due to incomplete or overcrosslinking curing reaction, leakage of the injection material into larger Hohlraumboreiche or washed away by underground aquifers.
Eine Injektion in einem Winkel über der Horizontalen durch Bohrlöcher konnte überhaupt nicht durchgeführt werden. Die verwendeten Wasserglashärter, wie beispielsweise Formamid und Glyoxal, die in großen Mengen in die Endformation eingebracht wurden, sind heute als umweltbedenklich einzustufen.An injection at an angle above the horizontal through drill holes could not be performed at all. The water glass hardeners used, such as, for example, formamide and glyoxal, which were introduced in large quantities into the final formation, are now classified as environmentally hazardous.
Ähnliche Bedenken sprechen auch gegen zahlreiche Injektionsmaterialien auf Kunststoffbasis, die schädliche Substanzen enthalten oder freisetzen. Beispielhaft seien genannt: Phenole, Formaldehyd, organische Lösungsmittel und wasserlösliche Schaumbildner sowie Chlorfluorkohlenwasserstoffe. Aus der großen Anzahl denkbarer Kunststoffzubereitungen für die Gebirgsverfestigung und/oder Abdichtung durch Injektion haben daher nur wenige praktische Bedeutung erlangt. Zu diesen zählen in erster Linie Polyurethan-Kunstharze, wie sie in den deutschen Patenten 17 58185 und 3139395 beschrieben werden. Dabei wurden, auch aus Gründen der Materialersparnis, bevorzugt solche Rezepturen eingesetzt, die unter den gegebenen Vorortbedingungen aufschäumen. Als Vorteil aufschäumender Rezepturen wird dabei insbesondere angegeben, daß der beim Aufschäumen auftretende Blähdruck eine Selbstinjektion des Injektionsgutes bewirken kann, was es ermöglicht, mit niedrigerem Injektionsdruck zu arbeiten bzw. das Injektionsgut einfach in Bohrlöcher einzufüllen, die nach außen abgedichtet werden. Es war jedoch bereits erkannt worden, daß es an sich ein Nachteil ist, daß durch das Aufschäumen die Festigkeit des ausgehärteten Kunstharzes vermindert wird.Similar concerns also speak against numerous plastic-based injection materials that contain or release harmful substances. Examples include: phenols, formaldehyde, organic solvents and water-soluble foaming agents and chlorofluorocarbons. From the large number of conceivable plastic preparations for rock consolidation and / or sealing by injection, therefore, have gained only a few practical importance. These include primarily polyurethane resins, as described in German Patents 17 58185 and 3139395. Here, also for reasons of material savings, preferably those formulations were used, which foam under the given conditions on site. As an advantage foaming formulations is specified in particular that the expansion pressure occurring during foaming can cause a self-injection of the injection material, which makes it possible to work with lower injection pressure or simply fill the grout in holes that are sealed to the outside. However, it has already been recognized that it is a disadvantage in itself that the strength of the cured resin is reduced by the foaming.
Trotz der weit verbreiteten Anwendung von schäumenden Rezepturen müssen jedoch Schäume als zumindestens ungünstig, wenn nicht sogar gefährlich angesehen werden. Der Blähdruck kann nämlich nicht nur zu einer vorteilhaften Selbstinjektion des Injektionsgutes führen, sondern kann sich auch negativ auswirken, nämlich dann, wenn er sich hinter größeren Lagen sammelt und diese abdrückt. Aufgrund einer inhärenten Elastizität von Kunstharzschäumen geben ferner derartige Schäume bei einer Druckbeanspruchung durch das Gebirge nach, so daß Gebirgsbewegungen möglich sind, die zu einer Neubildung von Gebirgsabrissen führen. Außerdem zeigen die meisten Schaum * ein zäh-elastisches Verhalten, mit dem die gebräuchlichen Abbaumaschinen nicht fertig werden.However, despite the widespread use of effervescent formulations, foams must be considered at least unfavorable, if not dangerous. Namely, the swelling pressure can not only lead to an advantageous self-injection of the injection material, but can also have a negative effect, namely when it collects behind larger layers and pushes them off. Due to an inherent elasticity of synthetic resin foams also give such foams at a compressive stress by the mountains after, so that rock movements are possible, leading to a new formation of mountain breaks. In addition, most foam * show a tough-elastic behavior that can not cope with the usual mining equipment.
Eine weitere besondere Gefahrenquelle des Einsatzes von Polyurethan-Reaktionsmischungen liegt in der mangelhaften Beherrschbarkeit der vor Ort in situ entwickelten Reaktionswärme. Bei Injektionen in größere Gebirgshohlräume kann es daher zur Selbstentzündung von Polyurethangemischen kommen. Insbesondere im Kohlebergbau und/oder in Grubenräumen mit einer entzündlichen Atmosphäre ist dies ein bisher noch ungelöstes Problem. Man muß sich daher bei der Rezepturgestaltung so helfen, daß die unvermeidbar sich entwickelnde Reaktionswärme über einen längeren Zeitraum an die Umgebung abgegeben werden kann. Dazu müssen allerdings die Rezepturen hinsichtlich des Reaktionsverhaltens langsam eingestellt werden. Das wiederum bürdet jedoch dem Anwender vor Ort schwerwiegende verarbeitungstechnische Probleme auf und beeinträchtigt die Zuverlässigkeit des Verfahrens. Injektionsrezepturen mit langen Reaktionszeiten sind nämlich anfällig für das Auftreten von Nebenreaktionen, z.B. durch Aufnahme von Wasser, wodurch die Reaktionsstöchiometrie verschoben wird, so daß nicht das gewünschte Reaktionsprodukt erhalten wird. Die bei der Reaktion mit Wasser entstehenden größeren CO2-Mengen bauen einen Gasdruck auf, der in flächenhaften Spalten zum Abdrücken von Gebirgslagen führen kann und damit der angestrebten Gebirgssicherung entgegenwirkt. Langsam ausreagierende Rezepturen erhöhen ferner das Risiko des Abfließens aus der Gebirgsformation oder Einfließens in Hohlräume unter erheblichem Verlust an Injektionsmaterial. Enge Spaltgänge, die zur Durchdringung eines höheren Injektionsdrucks bedürfen, können dagegen nicht erreicht werden.Another particular source of danger for the use of polyurethane reaction mixtures lies in the inadequate controllability of the heat of reaction developed locally in situ. Injections into larger mountain voids can therefore lead to self-ignition of polyurethane mixtures. Especially in coal mining and / or in mine areas with an inflammatory atmosphere, this is an unsolved problem. It is therefore necessary to help with the formulation so that the unavoidably developing heat of reaction can be released to the environment over a longer period of time. For this purpose, however, the formulations must be adjusted slowly with regard to the reaction behavior. However, this in turn imposes severe processing problems on the user site and impairs the reliability of the process. Injection formulations with long reaction times are in fact susceptible to the occurrence of side reactions, for example by absorption of water, whereby the reaction stoichiometry is shifted, so that the desired reaction product is not obtained. The resulting in the reaction with water larger amounts of CO 2 build up a gas pressure, which can lead in areal gaps to the pressing of mountainous areas and thus counteracts the aspired mountain protection. Slow-reacting formulations also increase the risk of leaking out of the mountain formation or into cavities with considerable loss of injection material. On the other hand, narrow gaps, which require the penetration of a higher injection pressure, can not be achieved.
Aus Gründon der genannten Art sind dem Einsatz aufschäumender Polyurethane für die Injektion im Kohlenborghau on jo Grenzen gesetzt, wobei dieser Einsatz auch durch behördliche Bestimmungen streng reglementiert wird.From green clay of the type mentioned, the use of intumescent polyurethanes for injection in Kohlenborghau on jo are limited, this use is strictly regulated by regulatory provisions.
Die Crganomineralprodukte haben bei ihrer Verwendung als Injektionsmittel zur Gebirgsverfestigung gegenüber reinon Polyurethanen erhebliche Fortschritte gebracht, haben Jedoch auch zu einer Reihe neuer Schwierigkeiten geführt.Crganomineral products have made significant progress in their use as grout grouts for reinon polyurethanes, but have also created a number of new difficulties.
Die für den Bereich der vorliegenden Erfindung wichtigen Organomineralprodukte werden aus Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen erhalten. In derartigen Systemen reagieren fsocyanatgruppen untei Beteiligung des Wassers zu niedrigmolekularen Harnstotfsegmenton, die zwar äußerst hart und tragfähig sind, jedoch nicht zur Klebewirkung gegenüber den Gesteinsschichten beitragen. Das bei der Reaktion gleichzeitig freiwerdende CO2-GaS reagiert mit den in der Alkalisilikatlösung vorhandenen Alkalioxiden (Me2O, worin Me = Na, K) zu Karbonaten und fällt dabei den Silikatrest als wasserhaltiges Xerogel aus. Bei dieser unkontrollierten Zersetzung der Alkalisilikatlösung geht deren Beitrag zur Klebewirkung verloren. Zur Verbesserung der Haftung sind daher auch in derartigen Reaktionsmischlingen Polyolantoile erforderlich, was beispielsweise aus einem Vergleich des Beispiels 1 der DE-A-2908746 mit den restlichen Beispielen folgt. Zusätze von Polyolen zu einem Reaktionsgomisch von Isocyanaten in einem wäßrigen alkalischen Medium sind reaktionskinetisch - insbesondere unter den rauhen Bergbaubedingungen - nicht beherrschbar, da bei dem hohen Wasserüberschuß immer die wasserinduzierte Isocyanatreaktion die Hauptreaktion darstellt. Polyole bilden in solchen Systemen daher nur relativ kurzkettigo separiert vorliegende organische Molokülsegmente in einer anorganischen Matrix.The organomineral products important to the scope of the present invention are obtained from polyisocyanates and aqueous alkali silicate solutions. In such systems, isocyanate groups react with water unaffected by low molecular weight urea steroids, which, although extremely hard and viable, do not contribute to adhesion to the rock strata. The CO 2 -GaS liberated during the reaction reacts with the alkali oxides (Me 2 O, where Me = Na, K) present in the alkali silicate solution to form carbonates, thereby precipitating the silicate residue as hydrous xerogel. In this uncontrolled decomposition of alkali silicate solution whose contribution to the adhesive effect is lost. To improve the adhesion, therefore, polyolantoils are also required in such reaction mixtures, which follows, for example, from a comparison of Example 1 of DE-A-2908746 with the remaining examples. Additions of polyols to a reaction mixture of isocyanates in an aqueous alkaline medium are reaction kinetically - especially under the harsh mining conditions - unmanageable, since in the high excess of water always the water-induced isocyanate reaction is the main reaction. Polyols form in such systems therefore only relatively kurzkettigo separated present organic Molokülsegmente in an inorganic matrix.
Es wurde daher versucht, bei Systemen der genannten Art den Beitrag des organischen Anteils auf Kosten des anorganischen Anteils zu erhöhen. Eine Erhöhung des Kunstharzanteils führt jedoch zu einor Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.It was therefore attempted to increase the contribution of the organic portion at the expense of the inorganic portion in systems of the type mentioned. An increase in the proportion of synthetic resin, however, leads to a deterioration of the economy of the process.
Gemäß OE-A-3421086 wird daher ein anderer Weg beschritten, indem man versucht, die Isocyanatreaktion in Alkalisilikatlösungen durch die gleichzeitige Verwendung eines geeigneten Trimerisierungskatalysators unter gleichzeitiger Beachtung der Mengen der Reaktionsteilnehmer so zu lenken, daß ein sich von der Trimerisierung der Isocyanate ableitendes organisches Netzwerk gebildet wird. Dieses verleiht zwar tatsächlich dem Endprodukt eine außerordentlich hoho Festigkeit, wird jedoch wiederum von harten organischen Molekülstrukturen gebildet, die aufgrund des Fehlens geeigneter funktioneller Endgruppen keinen Verklebungsoffokt, insbesondere auf feuchtem Gestein, bewirken können.Therefore, according to OE-A-3421086, another approach is taken by attempting to control the isocyanate reaction in alkali silicate solutions by simultaneously using a suitable trimerization catalyst while respecting the amounts of reactants so as to provide an organic network derived from trimerization of the isocyanates is formed. Although this indeed gives the final product an extremely high level of stability, it is again formed by hard organic molecular structures which, owing to the lack of suitable functional end groups, can not produce a bonding off-site, in particular on moist rock.
Es ist ferner ein Nachteil, daß das Trimerisierungsvermögen des Katalysators nur innerhalb enger Grenzen des Stoffmengenverhältnisses Katalysator/Isocyanatgruppen voll zum Tragen kommt, während bei einer Unter- oder Überschreitung des optimalen Verhältnisses die übliche Isocyanatreaktion mit Wasser stark angeregt wird, so daß ein unerwünscht großer nichtklebefähiger Harnstoffanteil entsteht. Diese formulatorische Beschränkung hat jndoch den verfahrenstechnischen Nachteil, daß bei einer gelegentlich wünschenswerten großen Reaktionsgeschwindigkeit der Rezepturen ein unkontrolliertes Aufschäumen des Injoktionsgutes beobachtet wird, das zu einem Produkt führt, welches zu einem leichten Pulver zerdrückt werden kann.It is also a disadvantage that the trimerization capacity of the catalyst comes into full effect only within narrow limits of the molar ratio catalyst / isocyanate groups, while at a lower or exceeded the optimum ratio, the usual isocyanate reaction is strongly excited with water, so that an undesirably large nichtklebefähiger Urea content arises. However, this procedural limitation has the procedural disadvantage that, with an occasionally desirable high reaction rate of the formulations, an uncontrolled foaming of the in-product is observed, resulting in a product which can be crushed to a light powder.
Ein weiteres Problem, das noch nicht befriedigend gelöst ist, besteht im Bereich der Verfestigung und/oder Abdichtung von natürlichen geologischen oder künstlichen Formationen, die energiereicher Strahlung ausgesetzt sind.Another problem that has not yet been satisfactorily solved is the solidification and / or sealing of natural geological or artificial formations exposed to high-energy radiation.
Durch den er.argisch vorangetriebenen Ausbau der Kernenergie in den letzten beiden Jahrzehnten sowie die Vorwendung radioaktiver Isotope für die verschiedensten technischen, medizinischen und wissenschaftlichen Untersuchungszwecke ergab sich immer häufiger die Situation, daß eine energiereiche Strahlung, insbesondere eine radioaktive Strahlung aussendende Materialien über erhebliche Zeiträume aufbewahrt oder vorübergehend oder endgültig gelagert werden müssen.The er.argisch driven expansion of nuclear energy in the last two decades as well as the use of radioactive isotopes for a variety of technical, medical and scientific research purposes, there was more often the situation that a high-energy radiation, in particular a radioactive radiation stored materials over significant periods or temporarily or permanently stored.
Die für diese Aufbewahrungs- und Lagerzwecke ausgewählten baulichen Konstruktionen oder oberirdischen oder unterirdischenThe structural constructions selected for these storage and storage purposes or overground or underground
Örtlichkeiten müssen dabei aus Sicherheitsgründen eine außerordentlich hohe Langzeitstabilität und/oder Dichtigkeit gegen einen Gas- und Flüssigkeitsaustausch mit der Umgebung aufweisen.For safety reasons, locations must have extraordinarily high long-term stability and / or tightness against gas and liquid exchange with the environment.
Abgesehen von diesen erhöhten Sicherheitsanfoi derungen ergibt sich jedoch bei dem Versuch einer zusätzlichen Verfestigung und/oder Abdichtung ein zusätzliches Materialproblem aufgrund der Tatsache, daß die von dem Material ausgehende energiereiche bzw. radioaktive Strahlung zahlreiche Materialien zerstört, die ansonsten zur Verfestigung und/oder Abdichtung geeignet wären. Das gilt insbesondere für die meisten Harze auf organischer Basis.Apart from these increased safety requirements, however, an additional material problem arises in the attempt to provide additional solidification and / or sealing due to the fact that the high energy or radioactive radiation emanating from the material destroys many materials otherwise suitable for consolidation and / or sealing would. This is especially true for most organic based resins.
Als Formationen, die abgedichtet werden müssen, sollen dabei insbesondere unterirdische oder überirdische End- oder Zwischenlager für radioaktives Material, bauliche Konstruktionen von Kernkraftwerken, Transportbehälter für radioaktives Material oder Abklingbecken und Wasserbehälter, in denen radioaktives Material aufbewahrt wird, gelten.As formations that must be sealed, in particular underground or above-ground final or intermediate storage for radioactive material, structural designs of nuclear power plants, transport containers for radioactive material or Abklingbecken and water tanks in which radioactive material is kept apply.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vollständig überwunden oder wenigstens erheblich gemildert sind.It is the object of the invention to provide a method in which the described disadvantages of the prior art are completely overcome or at least considerably mitigated.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung neuer Organomineralprodukte auf der Basis von Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen anzugeben, das unter Vermeidung der angegebenen verfahrenstechnischen Nachteile in zuverlässiger Weise nicht aufgeschäumte polymere Organomineralprodukte liefert, die einerseits hart sind, jedoch andererseits gegenüber vergleichbaren Produkten eine stark verbesserte Klebefähigkeit aufweisen, und die zusätzlich eine gegenüber organischen Harzen verbesserte Beständigkeit gegen energiereiche Strahlung aufweisen.It is therefore an object of the present invention to provide a process for the preparation of novel organomineral products based on polyisocyanates and aqueous alkali metal silicate solutions, which reliably provides non-foamed polymeric Organomineralprodukte avoiding the specified procedural disadvantages, on the one hand hard, but on the other hand comparable Products have a greatly improved adhesiveness, and in addition have an over organic resins improved resistance to high-energy radiation.
Dabei soll einerseits die zur Ausbildung des anorganischen Silikatgerüsts führende Isocyanatreaktion mit Wasser ungehindert ablaufen, andererseits ein Aufschäumen sicher verhindert werden.On the one hand, the isocyanate reaction leading to the formation of the inorganic silicate skeleton should proceed unhindered with water and, on the other hand, foaming should be reliably prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte konkrete Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous specific embodiments of this method can be found in the dependent claims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der für die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Verfahrensprodukts wichtigen Reaktionen sowie im Hinblick auf eine genauere Definition möglicher Ausgangsprodukte noch näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail on the basis of the reactions which are important for the composition and the properties of the process product and also with regard to a more precise definition of possible starting materials.
In einer Reaktionsmischung, die gemäß der vorliegenden Erfindung Polyisocyanate (R-NCO), oino wäßrigo Alkalisilikatlösung (HjO1Me2Ox nSiO2)sowieoinEpoxidharz /D ι λΟ>,. enthalt,InufenbeidonierfindungsgoinäßonVorfahrondioindemIn a reaction mixture according to the present invention polyisocyanates (R-NCO), oino wasserrigo alkali silicate solution (HjO 1 Me 2 Ox nSiO 2 ) andoinEpoxidharz / D ι λΟ> ,. contains, InufenbeidonierfindungsgoinäßonVorfahrondioindem
nachfolgenden Formelschema aufgeführten Hauptreaktionon ab. Es sollte dabei jedoch noch darauf hingewiesen werden, daß die Reste R (Isocyanat) und R' (Epoxidharz) entsprechend der Tatsache, daß die Isocyanate überwiegend Di- und höherfunktionelle Polyisocyanate und deren Gemische sind und die Epoxidharze i. d.R. ebenfalls mindestens zwei Epoxidgruppen enthalten, weitere Zentren aufweisen, die im Sinne des nachfolgenden Formolschomas reagieren können, üas bedeutet jedoch, daß die erhaltenen Reaktionsprodukte, die im nachfolgenden Formelschoma noch derartige Reste aufweisen, in Wirklichkeit Teile hochpolymeror organischer Gerüste sindfrom the main formula listed below. It should be noted, however, that the radicals R (isocyanate) and R '(epoxy resin) according to the fact that the isocyanates are predominantly di- and higher-functional polyisocyanates and mixtures thereof and the epoxy resins i. D.R. also contain at least two epoxide groups, have other centers that can react in the sense of the following Formolschomas, üas means, however, that the reaction products obtained, which still have such radicals in the following Formula Schoma, are in fact parts hochpolymeror organic scaffolds
Die produktbildendon Reaktionen sind: The product-forming reactions are:
1. R-NCO + H2O -> (R-NH-COOH) -> RNH2 + CO2 + Wärme1. R-NCO + H 2 O -> (R-NH-COOH) -> RNH 2 + CO 2 + heat
2. 1R-NCO + RNH2 -> R-NH-CO-NH-R + Wärme2. 1 R-NCO + RNH 2 -> R-NH-CO-NH-R + heat
3. Me2O + COj, -) Me2CO3 3. Me 2 O + COj, -) Me 2 CO 3
JKJK Ks*v~°\ Ks * v ~ ° \
5. -R'-C-^- + [r-NH-COOR11] -> Ii5. -R'-C - ^ - + [r-NH-COOR 11 ] -> Ii
6. T%"-OH + R'-d-b- -> R1^CH2-C-R' / **^ 96. T% "- OH + R'-db- -> R 1 ^ CH 2 -CR '/ ** ^ 9
Ii ι uIi ι u
OH H OH H
Die in diesen Formeln schematisch dargestellten Reaktionen greifen bei der Durchführung dos erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Organomineralprodukten wie folgt ineinander: Reaktion 1 ist die übliche bekannte Umsetzung von Isocyanaten mit Wajser. Im Rahmen dor vorliegenden Umsetzung hat diese Reaktion große Bedeutung als CO2 sowie Wärme liefernde Reaktion. Das bei dieser Reaktion gebildete Amin reagiert auf bekannte Weise in Reaktion 2 unter Bildung von Harnstoffstrukturen, die einen ersten Anteil von später im Reaktionsprodukt zu findenden Feststoffen liefert. Außerdom liefert diese Reaktion 2 weitere Wärme. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind die auf dieser Stufe gebildeten Harnstoffainheiten weniger wichtig als die erzeugte Wärme. Denn während das CO2 in Reaktion 3 auf bekannte Weise unter Ausbildung eines Silikatgerüsts mit dem Alkalioxidanteil des Alkalisilikats abreagiert, also gebunden wird, ermöglicht die in den Reaktionen 1 und 2 erzeugte Wärme die Umsetzung noch nicht mit Wasser umgesetzter Isocyanatgruppen mit dem in der Reaktionsmischung vorhandenen Epoxidharz unter Öffnung des Oxiranrings und Ausbildung von Polyoxazolidinone^ die ein hochpolymeres organisches Tragegerüst ausbilden.The reactions shown schematically in these formulas interlock in the implementation of the method according to the invention for the production of organomineral products as follows: Reaction 1 is the customary known reaction of isocyanates with Wajser. In the context of the present implementation, this reaction has great importance as CO 2 and heat-giving reaction. The amine formed in this reaction reacts in known manner in Reaction 2 to form urea structures which provide a first portion of solids later to be found in the reaction product. Outside this reaction gives 2 more heat. For the process according to the invention, the urea units formed at this stage are less important than the heat generated. Because while the CO 2 in reaction 3 in a known manner to form a silicate skeleton with the alkali metal oxide of alkali metal silicate abreacted, that is bound, the heat generated in the reactions 1 and 2, the reaction not yet reacted with water isocyanate groups with the present in the reaction mixture Epoxy resin with opening of the oxirane ring and formation of Polyoxazolidinone ^ forming a high polymer organic support framework.
Es ist dabei an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß in den Reaktionen 1 und 2 zur Erzeugung von 1 Mol CO2 2 Mol R-NCO (= 2 x Mol) verbraucht werden. Da dieses CO2 zur Verhinderung eines Aufschäumens vollständig von der Reaktionsmischung gebunden werden soll, müssen aus Gründen der Reaktionsstöchiometrie Isocyanatgruppen und Me2O-Moleküle in einem Stoffmengenverhältnis von 2:1 in der Reaktionsmischung vorliegen.It should be noted at this point that in the reactions 1 and 2 to produce 1 mole of CO 2 2 moles of R-NCO (= 2 x mol) are consumed. Since this CO 2 is to be completely bound by the reaction mixture to prevent foaming, isocyanate groups and Me 2 O molecules in a molar ratio of 2: 1 must be present in the reaction mixture due to the reaction stoichiometry.
Da in der Reaktion 4 äquimolare Mengen von Isocyanat- und Epoxid-Gruppen miteinander reagieren, ist für diese Umsetzung ein weiterer zusätzlicher Anteil an Isocyanatgruppen (y) erforderlich.Since in the reaction 4 equimolar amounts of isocyanate and epoxide groups react with each other, a further additional proportion of isocyanate groups (y) is required for this reaction.
Zusätzlich zu den Netzwerk bildenden Grundreaktionen 1 bis 4 sind für die Eigenschaften der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte jedoch noch zwei weitere Reaktionen von außerordentlicher Bedeutung. Da die Epoxidharze bzw. die aus diesen bei der Umsetzung gebildeten Polymeren unvermeidlich einen gewissen Anteil an funktioneilen Hydroxylgruppen enthalten, bilden sich in der Reaktionsmischung als intermediär entstehende Nebenprodukte Urethansegmente, die in Formel 5 schematisch durch den Klammerausdruck dargestellt werden. Mit derartigen Ure'ihansegmenten können die Epoxidharze ebenfalls unter Oxazolidinonbildung reagieren, wobei von Bedeutung ist, daß dabei organische Produkte mit freien Hydroxylgruppen (R"-OH) erzeugt werden.However, in addition to the basic reactions forming the network 1 to 4, two further reactions are of paramount importance for the properties of the products prepared in the process according to the invention. Since the epoxy resins or the polymers formed from them in the reaction inevitably contain a certain proportion of functional hydroxyl groups, formed in the reaction mixture as by-products by-products urethane segments, which are represented schematically in formula 5 by the parenthesis. With such Ure'ihansegmenten the epoxy resins can also react under Oxazolidinonbildung, wherein it is important that while organic products with free hydroxyl groups (R "-OH) are produced.
Diese Hydroxylverbindungen können sich ebenfalls mit Epoxideinheiten der anwesenden Epoxidharze umsetzen, wobei ebenfalls organische Strukturen mit freien Hydroxylgruppen gebildet werden (Reaktion 6).These hydroxyl compounds can also react with epoxide units of the epoxy resins present, wherein also organic structures having free hydroxyl groups are formed (reaction 6).
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit zwangsläufig üs Produkte von Nebenreaktionen hydroxylgruppenhaltige Segmente in den erzeugten Polymerketten gebildet. Diese Hydroxylgruppen sind für die Eigenschaften der erhaltenen Produkte jedoch außerordentlich wichtig, da sie bewirken, daß auch das gebildete organische Polymergerüst klebende Eigenschaften aufweist, indem sich Wasserstoffbrücken zu den an der Oberfläche des Gesteinsmaterials befindlichen Sauerstoffunktionen ausbilden können und zwar gemäß der folgenden schematischen Darstellung:In the process according to the invention, therefore, it is inevitable that products of side reactions form hydroxyl-containing segments in the polymer chains produced. However, these hydroxyl groups are extremely important to the properties of the products obtained because they cause the organic polymer backbone formed to have adhesive properties as well, in that hydrogen bonds can form to the oxygen functions present on the surface of the rock material, according to the following schematic:
(Gebirge) °. J? ~~ Ϋ (OrgaTionvineralprodukt)(Mountains) °. J? ~~ Ϋ (OrgaTionvineralprodukt)
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen das organische Polymergerüst keinerlei klebonde Wirkung entfaltete, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein klebendes Polymergorüst gebildet, das neben dom anorganischen Silikatgerüst zur Haftungsverbessorung zwischen Gestein und Kunstharz beiträgt. Indern bei der erfindungsgemäßen Rezeptur darauf geachtet wird, daß stets die zur Bindung des entwickelten CO2 nötige Alkaüoxidmonge vorhanden \Λ, wird ein Aufschäumen vermieden. Daß die überschüssigen Isocyanatyruppen tatsächlich mit dem Epoxid und nicht mit überschüssigem Wasser reagieren, wird durch die bei den Grundreaktionen erzeugte Wärme sichergestellt, wobei außerdem i.d. R. geeignete Katalysatoren noch eine wichtige Steuerfun'.tion übernehmen. Geeignete Katalysatoren können Katalysatoren auf Aminbasis, insbesondere auf der Basis tertiärer Amine bzw. quaternärer Ammoniumsalze, Katalysatoren in Form organometallischer Verbindungen oder Katalysatoren in Form anorganischer Salze sein. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Aminkatalysatoren wie 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol oder auch Benzyldimothylamin eindoutig bevorzugt die Isocyanat/Epoxid-Reaktion katalysieren, während sie in Abwesenheit von Epoxiden als Trimerisierungskatalysatoren wirken (vgl. DE-A 3421086). Anorganische Salze, insbesondere FeCI3, AICI3 oder ZnCI2 aktivieren insbesondere die Epoxidgruppen zur Reaktion mit NCO-Gruppen, hemmen jedoch die Reaktion zwischen Isocyanat- und OH-Gruppen. Derartige Verbindungen finden sich daher in wirksamen Mengen in technischen Isocyanaten als Verzögerer, die in den Spezifikationen als hydrolisierbares Chlor oder als Gesamtchlor ausgewiesen werden. Die Tatsache, daß derartige, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens katalytisch wirkende Salze sowieso in technischen Polyisocyanaten enthalten sind, hat den zusätzlichen Vorteil, daß in vielen Fällen auf den gesonderten Zusatz eines weiteren Katalysators verzichtet werden kann.In contrast to the known processes in which the organic polymer skeleton unfolded no adhesive effect, the process according to the invention forms an adhesive polymer backbone which, in addition to the inorganic silicate skeleton, contributes to the adhesion improvement between the rock and the synthetic resin. Indians in the recipe according to the invention is taken to ensure that always necessary for binding the developed CO 2 Alkaüoxidmonge present \ Λ, foaming is avoided. The fact that the excess isocyanate groups actually react with the epoxide and not with excess water is ensured by the heat generated in the basic reactions, and, moreover, suitable catalysts generally still play an important role in controlling. Suitable catalysts may be amine-based catalysts, in particular those based on tertiary amines or quaternary ammonium salts, catalysts in the form of organometallic compounds or catalysts in the form of inorganic salts. It should be noted that in the context of the process according to the invention amine catalysts such as 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol or benzyldimothylamine preferably preferentially catalyze the isocyanate / epoxide reaction, while they act as trimerization catalysts in the absence of epoxides (see. DE-A 3421086). Inorganic salts, in particular FeCl 3 , AICI 3 or ZnCl 2 in particular activate the epoxide groups for reaction with NCO groups, but inhibit the reaction between isocyanate and OH groups. Such compounds are therefore found in effective amounts in technical isocyanates as retarders, which are identified in the specifications as hydrolyzable chlorine or as total chlorine. The fact that such, in the context of the process according to the invention catalytically active salts are anyway contained in technical polyisocyanates, has the additional advantage that can be dispensed with in many cases to the separate addition of another catalyst.
Auch organonietallische Verbindungen, z. B. Triisopropylaluminium AI(i-C3H7)3, sind geeignete Katalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren, durch deren gezielte Auswahl Reaktionsmischungen mit den für den jeweiligen Anwendungszweck gewünschten Eigenschaften erhältlich sind. Neben der erfindungsgemäß berechenbaren Stöchiometrie tragen Katalysatoren mit dazu bei, das an sich sehr komplexe Reaktionssystem Epoxidharz-Wasserglas-Polyisocyanat sicher zu beherrschen.Organonietallische connections, z. B. triisopropylaluminum Al (iC 3 H 7 ) 3 , are suitable catalysts for the process according to the invention, through the targeted selection reaction mixtures are available with the desired properties for the particular application. In addition to the inventively calculable stoichiometry, catalysts help to control the intrinsically very complex reaction system epoxy resin-water glass polyisocyanate safely.
Dabei ist es das Ziel einer jeden Rezepturgestaltung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, durch Variation von Menge und Art des Katalysators bzw. Katalysatorsystems sowie der Reaktionspartner die folgenden Voraussetzungen zu schaffen:It is the goal of any recipe design for carrying out the method according to the invention, by varying the amount and type of catalyst or catalyst system and the reactants to create the following conditions:
1. Die Isocyanat-Wasser-Reaktion darf nur soweit fortschreiten, wie das dabei entstehende CO2-GaS von der Gesamtrezeptur aufgenommen werden kann.1. The isocyanate-water reaction may only progress as far as the resulting CO 2 -GaS can be absorbed by the total formulation.
2. Die bei dieser Startreaktion gebildete exotherme Wärme und der die Oxazolidinonbildung anregende Katalysator müssen so aufeinander abgestimmt sein, daß auch in wäßrigen alkalischen Systemen Polymergerüste auf organischer Basi? entstehen. Um Voraussetzung Nr. 1 zu erfüllen, ist darauf zu achten, daß das in Patentanspruch 2 näher definierte Verhältnis dor Reaktionspartner eingehalten wird, nämlich die Bedingung, daß die Organomineralprodukie in Form massiver, nicht geschäumter Produkte hergestellt werden undmandiean der Umsetzung beteiligten Reaktionspartner Polyisocyanat, wäßrige Alkalisilikatlösung und Epoxidharz in solchen Stoffmengenverhältnissen einsetzt, daß die folgende Beziehung erfüllt ist:2. The exothermic heat formed in this starting reaction and the oxazolidinone formation catalyst must be coordinated so that even in aqueous alkaline systems polymer scaffolds on organic base? arise. In order to meet requirement No. 1, care must be taken that the ratio of reaction partners as defined in claim 2 is met, namely the condition that the organomineral products be prepared in the form of solid, non-foamed products and reactants, polyisocyanate, aqueous reactants involved in the reaction Alkalisilikatlösung and epoxy resin used in such molar ratios that the following relationship is satisfied:
X(Me2O) + y(Ä) + (2κ + y) (NCO) -> Produkte ,X (Me 2 O) + y (Ä) + ( 2κ + y ) (NCO) -> products,
wobei X(Me2O) die Stoffmenge in mol an Natrium- und/oder Kaliumoxid im eingesetzten Alkalisilikat ist, Y(£-^) die Stoffmenge in mol der Epoxidgruppen im eingesetzten Epoxidharz ist,where X (Me 2 O) is the amount of substance in moles of sodium and / or potassium oxide in the alkali silicate used, Y (- -)) is the molar amount in moles of the epoxide groups in the epoxy resin used,
(2x + y) (NCO) die Stoff menge der-NCO-Gruppen in mol im eingesetzten Polyisocyanat ist, und wobei Me für Na oder K steht und χ und y die jeweiligen relativen Molmengen ausdrückende positive Zahlen sind, die eine Toleranzbreite aufweisen, die die üblichen Qualitätsschwankungen der einzelnen Reaktionspartner berücksichtigen, wenn diese als technische Handelsprodukte eingesetzt werden,(2x + y) (NCO) is the amount of substance of the-NCO groups in moles in the polyisocyanate used, and wherein Me is Na or K and χ and y are the respective relative molar amounts expressing positive numbers having a tolerance range, the take into account the usual quality fluctuations of the individual reactants, if these are used as technical commercial products,
und wobei das Epoxidharz in einer Menge verwendet wird, die von 0,01 bis 60Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Alkalisilikatlösung, beträgt.and wherein the epoxy resin is used in an amount of from 0.01 to 60% by weight, based on the weight of the alkali silicate solution used.
Das richtige Verhältnis von Isocyanatgruppen zu Epoxidgruppen in der Reaktionsmischung sowie, darauf abgestimmt, die Wirksamkeit des die Reaktion 4 aktivierenden Katalysators gewährleistet die Einhaltung der obigen Voraussetzung Nr. 2.The correct ratio of isocyanate groups to epoxide groups in the reaction mixture and, matched thereto, the effectiveness of the reaction 4 activating catalyst ensures compliance with the above requirement no. 2.
Vorzugsweise werden Reaktionsgemische hergestellt aus Einsatzstoffen, die die fo.genden Bedingungen erfüllen:Reaction mixtures are preferably prepared from starting materials which fulfill the following conditions:
NCO-Gruppen \aus dem Polyisocyanat) 0,238-1,19 molprolOOgNCO groups from the polyisocyanate) 0.238-1.19 mol proline
Me2O (aus Alkalisilikatlösung) 0,081-0,323 mol pro 100 gMe 2 O (from alkali silicate solution) 0.081-0.323 mol per 100 g
Epoxideinheiten(Oxiranringe; aus Epoxidharz) 0,020-0,80 molprolOOgEpoxy units (oxirane rings, epoxy resin) 0.020-0.80 mol proline
Vorzugsweise werden solche Mengen an Alkalisilikatlösung und Epoxidharz eingesetzt, daß die Alkalisilikatlösung und das Epoxidharz, die gemäß einer Ausführungsform in Form einer als „Komponente A" bezeichneten Vormischung eingesetzt werden, in einer nur diese beiden Bestandteile enthaltenden Vormischung in Mengen von 70 bis 95Gew.-% Alkalisilikatlösung und 5 bis 30Gew.-% Epoxidharz vorliegen. Diese Mengen entsprechen einem Gehalt von Me2O von 0,09 bis 0,28 mol pro 100g bzw. von 15bis?10mmol Epoxidgruppen pro 100g.Preferably, such amounts of alkali silicate solution and epoxy resin are used that the alkali silicate solution and the epoxy resin, which are used in one embodiment in the form of a designated "component A" premix, in a pre-mix containing only these two components in amounts of 70 to 95Gew.- These amounts correspond to a content of Me 2 O of 0.09 to 0.28 mol per 100 g or of 15 to 10 mmol of epoxy groups per 100 g.
Aus diesen Angaben läßt sich ein bevorzugter Bereich für das Verhältnis x/y von 0,4 bis 18,6 ableiten.From this information, a preferred range for the ratio x / y of 0.4 to 18.6 can be derived.
Da das Verfahren üblicherweise mit Ausgangsprodukten technischer Qualität durchgeführt wird, ergeben sich aufgrund üblicherSince the process is usually carried out with starting products of technical quality, resulting from conventional
Produktschwankungen ferner natürliche Toleranzen für dio Stoffmengen der obigen Reaktionspartnor im Rahmen dos angegebenen Stoffmengenverhältnisses. Unter Zugrundelegung derzeit in der Praxis feststellbarer Qualitätsschwankungon gölten dabei ungefähr die folgenden Toleranzen:Product fluctuations furthermore natural tolerances for the molar amounts of the above reaction partners within the scope of the stated molar ratio. Based on the currently observed quality fluctuation, the following tolerances gelled approximately:
(NCO) ± 5 % (Me2O) ±2,5%(NCO) ± 5% (Me 2 O) ± 2.5%
Unter Berücksichtigung der verschiedenen möglichen in das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbaren Wasserglasqualitäten und Epoxidharze ergibt sich ferner, daß das Epoxidharz in einer Reaktionsmischung für das erfindungsgemäße Verfahren in einem Anteil von 0,01 bis 60Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der verwendeten Wasserglaslösung, zugegen sein kann. Wie bereits angedeutet, können in das erfindungsgemäße Verfahren die üblichen, bisher bei derartigen Verfahren verwendeten Polyisocyanate und wäßrigen Alkalisilikatlösungen eingesetzt werden.Taking into account the various possible water glass qualities and epoxy resins which can be used in the process according to the invention, it also results that the epoxy resin is present in a reaction mixture for the process according to the invention in a proportion of 0.01 to 60% by weight, based on the weight of the water glass solution used can. As already indicated, the customary polyisocyanates and aqueous alkali silicate solutions which have hitherto been used in such processes can be used in the process according to the invention.
Die Polyisocyanate sind dabei reine oder technische Polyisocyanate, insbesondere lösungsmittelfreies 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat im Gemisch mit höherfunktinnellen Isocyanaten, wie sie von verschiedenen Herstellern, als Roh-MOI bezeichnet, marktgängig sind. Es können aber auch sog. Präpolymere die noch reaktionsfähige NCO-Gruppen aufweison, eingesetzt werden. Solche Produkte erhält man durch Umsetzung von Po,, isocyanaten mit organischen Verbindungen, die gegenüber NCO-Gruppen mindestens ein, vorzugsweise jedoch zwei oder mehrere aktive Wasserstoffatome aufweisen. Solche Präpolymere sind dem Polyurethanchemiker bekannt. Erfinderischerweise wird jedoch der Einsatz eines Präpolymeren beansprucht, welches aus einem Monoisocyanat und einem anspruchsgemäßen epoxidringhaltigen Harz hergestellt wird. Dabei werden in stöchiometrischer oder überschüssiger Menge NCO-Gruppen mit den bei der Herstellung des epoxidgruppenhaltigen Harzes unvermeidbar entstehende OH-Gruppen zur Reaktion gebracht, woboi ein Prepolymeres entsteht, welches OH-gruppenfrei ist. Dieses Präpolymere bleibt über Monate hindurch lagerstabil. Weiterhin kann es (siehe Beispiel 10) dem technischen Isocyanat, welches üblicherweise einen die Oxazolidinonbildung anregenden Katalysator enthält, zugegeben werden, wobei man auch für diese Komponente noch ausreichende Lagerstabilität erhält. Als wäßrige Alkilisilikatlösungen können Natrium- und/oder Kaliumwassergläser, fowie deren Gemische mit einem gelösten Feststoffgehalt von IO bis 60Gew.-%, insbesondere von 35 bis 55Gew.-%, und einem Gehalt an Alkalimetalloxid von 5 bis 20Gew.-%, insbesondere 8 bis 18Gew.-%, verwendet werden. Die in diesem Bereich liegenden Wassergläser zeigen bezüglich ihrer erfinderischen Verwertung gute prozeßtechnische Eigenschaften, wie Fließfähigkeit, gut einsetzbare reaktionskinetische Eigenschaften wie ein spezifischer Wärmebereich und allgemeine physiologische sowie Umwelt-Unbedenklichkeit. Außerdem überbrücken sie den Bereich, der je nach Rezeptur ein Endprodukt mit hohem oder niedrigem Wassergehalt ergibt, wobei das Produkt überraschenderweise mit niedrigem Wassergehalt, wie n&ch Beispiel 9, als gasdicht mit einem Wert von < 1 mD (Milli-Darcy) gelten kann.The polyisocyanates are pure or technical polyisocyanates, in particular solvent-free 4,4'-diphenylmethane diisocyanate in admixture with higher-point isocyanates, as they are marketed by different manufacturers, referred to as raw MOI. However, so-called prepolymers which still have reactive NCO groups can also be used. Such products are obtained by reacting polyisocyanates with organic compounds which have at least one, but preferably two or more, active hydrogen atoms relative to NCO groups. Such prepolymers are known to the polyurethane chemist. However, it is inventively claimed to use a prepolymer which is prepared from a monoisocyanate and a claimed epoxide ring-containing resin. NCO groups are reacted in stoichiometric or excess amount with the OH groups unavoidably formed in the preparation of the epoxide group-containing resin, resulting in a prepolymer which is OH group-free. This prepolymer remains storage stable for months. Furthermore, it can be added (see Example 10) to the technical isocyanate, which usually contains a catalyst which stimulates oxazolidinone formation, while still obtaining sufficient storage stability for this component. As aqueous Alkilisilikatlösungen can sodium and / or potassium water glasses, and their mixtures having a dissolved solids content of IO to 60Gew .-%, in particular from 35 to 55Gew .-%, and a content of alkali metal oxide from 5 to 20Gew .-%, in particular 8 to 18% by weight. With regard to their inventive utilization, the water glasses lying in this range show good process properties, such as flowability, readily applicable reaction kinetic properties such as a specific heat range and general physiological and environmental safety. In addition, they bridge the range which, depending on the recipe, results in a high or low water content end product, the product surprisingly having a low water content, such as n & ch Example 9, being considered gas tight with a value of <1 mD (Milli-Darcy).
Als Epoxidharze können an sich bekannte Epoxidharze verwendet werden, die einen Gehalt an funktionellen Epoxidgruppen im breiten Bereich von 200 bis 8000mMol/kg, vorzugsweise im Bereich von 300 bis 700mMol/kg aufweisen. Zu derartigen Harzen gehören insbesondere Epoxidharze auf der Basis eines modifizierten Bisphenol-A, auf der Basis dimerer Fettsäuren oder übliche Bisphenol-A-Epoxidharze. Derartige Harze weisen mindestens zwei Epoxidgruppen auf, wobei jedoch auch Monoepoxide mit eingemischt werden können. Es können jedoch auch höher funktirnelle Epoxidharze verwendet werden, beispielsweise Epoxidharze auf Phenol-Novolak-Basis.Epoxy resins which may be used are per se known epoxy resins which have a content of functional epoxide groups in the broad range from 200 to 8000 μmol / kg, preferably in the range from 300 to 700 μmol / kg. Such resins include in particular epoxy resins based on a modified bisphenol-A, based on dimer fatty acids or conventional bisphenol A epoxy resins. Such resins have at least two epoxide groups, but monoepoxides can also be mixed in with them. However, it is also possible to use higher-functional epoxy resins, for example phenol-novolak-based epoxy resins.
Nach den erfindungsgemäßen Verfahren l;ann man vorzugsweise nach zwei Mischmethoden arbeiten. Nach der ersten Methode wird eine A-Komponec. ie aus epoxidgruppenhaltigem Material mit der Alkalisilikatlösung hergestellt, die anschließend mit der berechneten Menge B-Komponente zur Reaktion gebracht wird. Bei Einsatz eines technischen Polyisocyanates als B-Komponente hat man bereits einen die Oxazolidinonreaktion aktivierenden Katalysator zugegeben. Zusätzlich können noch andere Katalysatoren dor erfindungsgemäßen Art der B-Komponente zugegeben werden. Nach der zweiten Methode besteht die A-Komponente lediglich aus einer erfindungsgemäßen Alkalisilikatlösung und ggf. einem Katalysator. Die B-Komponente besteht in diesem Fall aus dem Polyisocyanat und dem epoxidgruppenhaltigen Material. Vorzugsweise setzt man hierbei das weiter oben beschriebene, durch Monoisocyanate „inertisierte" Polyepoxid ein. Bei entsprechender Inertheit gegenüber den A- und B-Komponenten können zur Erzielung besonderer Eigenschaften weitere Zusatzstoffe mit eingemischt werden. Hierbei seien genannt Füllstoffe, wie z. B. disperse Kieselsäuren, Diatomeenerde, natürliche und künstliche Fasern unterschiedlicher Länge, elektrisch leitfähigmachende Ruße, Mikrohohlkugel, Flugasche, Sand, Quarzmehl usw.The processes according to the invention can preferably be carried out by two mixing methods. After the first method is an A-Komponec. Made of epoxy-containing material with the alkali metal silicate solution, which is then reacted with the calculated amount of B component to the reaction. When using a technical polyisocyanate as the B component, a catalyst activating the oxazolidinone reaction has already been added. In addition, other catalysts may be added to the inventive type of B component. According to the second method, the A component consists only of an alkali silicate solution according to the invention and optionally a catalyst. The B component consists in this case of the polyisocyanate and the epoxide group-containing material. Preference is given here to using the polyepoxide "inertized" by monoisocyanates described above. With appropriate inertness to the A and B components, further additives can be mixed in to achieve particular properties Silicic acids, diatomaceous earth, natural and artificial fibers of different lengths, electrically conductive carbon blacks, hollow microspheres, fly ash, sand, quartz flour, etc.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren als Verfahren zur Gebirgsverfestigung durchgeführt wird, wird auf an sich bekannte Weise durch Mischung der Reaktionspartner im oben angegebenen Sinne eine Reaktionsmischung der gewünschten Viskosität hergestellt, und diese Reaktionsmischung wird umgehend unter Druck in das zu verfestigende Gebirge injiziert, wobei auf an sich bekannte, im eingangs zitierten Stand der Technik geschilderte Techniken zurückgegriffen werden kann. Da die erfindungsgemäßen Produkte keine Schäume sind, sind Selbstinjektionsverfahren (Einfüllen in ein Bohrloch und einfaches Verschließen) ausgeschlossen.When the process according to the invention is carried out as a method for rock solidification, a reaction mixture of the desired viscosity is prepared in a manner known per se by mixing the reactants in the above-mentioned sense, and this reaction mixture is injected immediately under pressure into the rock to be solidified known, recited in the cited prior art techniques can be used. Since the products according to the invention are not foams, self-injection methods (filling into a borehole and simple closing) are excluded.
Die nach dieser Lehre herstellbaren Materialien sind durch die Variation von anorganischem zu organischem Polymeranteil vielseitig einsetzbar, da wichtige Polymereigenschaften, wie beispielsweise Ε-Modul und Druckfestigkeit in weiten Bereichen einstellbar sind.The materials that can be produced according to this teaching are versatile due to the variation of inorganic to organic polymer content, as important polymer properties, such as Ε-modulus and compressive strength can be adjusted within wide ranges.
So sind Rezepturen mit hohem silikatischem Anteil steinartige Massen, Rezepturen mit hohem organischen Anteil weisen eher typische Eigenschaften polymerer Werkstoffe auf.Thus, formulations with a high silicate content are stone-like masses, formulations with a high organic content tend to have typical properties of polymeric materials.
Aufgrund ihres Reaktionsverhaltens lassen sich die Komponenten auch in offene und/oder geschlossene Formen einspritzen, so daß daraus Abformungen oder Platten, Stäbe, Rihmen, Modelle, Maschinenteile usw. hergestellt werden können.Due to their reaction behavior, the components can also be injected into open and / or closed molds, so that impressions or plates, rods, rods, models, machine parts, etc. can be produced therefrom.
Auch das Aufspritzen über Zwei-Komponenten Spritzpistolen, auf trockene und/oder feuchte Untergründe ist wegen der Möglichkeit der chemischen Verankerung zum Substrat durchführbar. Ungeschützter Stahl kann auf diese Weise beispielhaft mitAlso, spraying over two-component spray guns on dry and / or moist substrates is feasible because of the possibility of chemical anchoring to the substrate. Unprotected steel can be exemplary in this way
einem Korrosionsschutz versehen werden. Schadhafte Spannbetonbauwerke können durch Injektion mit den nouen Materialien nicht nur in ihrer Statik verbessert werden, sondern erhalten gleichzeitig einen Korrosionsschutz, der auch wegen der eingelagerten Puffersalze saure Abwässer neutralisieren kann.be provided with a corrosion protection. Damaged prestressed concrete structures can be improved by injection with the nouen materials not only in their statics, but at the same time receive a corrosion protection, which can also neutralize because of the stored buffer salts acid wastewater.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Organomineralprodukte weisen die Vorteile auf, daß sio keine Schaumstruktur aufweisen, die eine gasdichte Abdichtung erschwert oder verhindert, und daß erste Untersuchungen gezeigt haben, daß die Organomineralprodukte mit mit Epoxidgruppen verlängerten Kettensegmenten äußerst stabil bei der Einwirkung von energieroicher Strahlung sind. Die gute Klobefestigkeit auf Gestoin bleibt erhalten, und es kommt zu keiner Abgabe von Gasen oder Dämpfen.The organo-mineral products prepared by the process of this invention have the advantages that they do not have a foam structure which hinders or prevents a gas-tight seal, and that initial studies have shown that the organo-mineral products having epoxy-extended chain segments are extremely stable to the action of energy radiation , The good blob strength on the steroids is maintained, and there is no release of gases or vapors.
Diese Eigenschaften unterscheiden die bevorzugten Organomineralprodukte vorteilhaft von solchen, wie sio gemfiß EP-A 0016262 im Kohlebergbau verwendet werden oder wie sie gemäß DE-A 3421085 beschrieben sind. In diesen Veröffentlichungen werden Produkte beschrieben, die i.d. R. eine Schaumstruktur aufweisen und bei ihrer Herstellung aus der Reaktionsmischung Wasserdampf sowie Troibmitel (Chlorfluorkohlenwasserstoffe) abgeben, was eine perfekte gasdichte Abdichtung verhindert.These properties advantageously distinguish the preferred organo-mineral products from those used in coal mining in accordance with EP-A 0016262 or as described in DE-A 3421085. These publications describe products which are i.d. R. have a foam structure and in their preparation from the reaction mixture of water vapor and Troibmitel (chlorofluorocarbons) release, which prevents a perfect gas-tight seal.
Die in diesen Materialien vorhandenen Polyurethansegmente sind gegenüber einer Einwirkung von energiereicher Strahlung (vermutlich ähnlich wie Polyamide) empfindlich und werden durch eine derartige Strahlung zersetzt. Zumindestens für Zwecke einer Abdichtung und/oder Verfestigung von Langzeitlagern sind derartige Materialien daher i. d. R. nicht geeignet Die aus dem dreikomponentigon Reaktionssystem des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Organomineralprodukte sind aufgrund ihrer massiven Natur sowie der - soweit bisher bekannt - gegenüber energiereicher Strahlung unempfindlichen organischen Bestandteile dagegen für die beschriebenen Zwecke hervorragend geeignet.The polyurethane segments present in these materials are susceptible to exposure to high-energy radiation (presumably similar to polyamides) and are decomposed by such radiation. At least for purposes of sealing and / or solidifying long-term storage, such materials are therefore i. d. R. unsuitable The organomineral products produced from the three-component reaction system of the process according to the invention are, on the other hand, outstandingly suitable for the described purposes owing to their massive nature and the organic constituents which are insensitive to high-energy radiation.
Für die beanspruchte Verwendung werden die Organomineralprodukte in Form ihrer Ausgangs-Reaktionsmischungen entweder wie aus den bekannten Anwendungen derartiger Organomineralprodukte z. B. im Kohlebergbau bekannt, über Bohrlöcher in die zu verfestigenden Formationen injiziert, oder sie werden zum Zwecke der Abdichtung statt dessen oder zusätzlich flächig auf die abzudichtenden Oberflächenbereiche der abzudichtenden Formation aufgetragen, wonach man jeweils die Abreaktion unter Ausbildung der Organomineralprodukte abwartet bzw. ggf. die dafür günstigen Umgebungsbedingungen herstellt.For the claimed use, the organomineral products in the form of their starting reaction mixtures, either as known from the applications of such organomineral products z. As in coal mining, injected via holes in the formations to be solidified, or they are applied for the purpose of sealing instead or additionally flat on the sealed surface areas of the formation to be sealed, after which each waits the Abreaktion to form organomineral products or possibly which produces favorable environmental conditions.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielon, die ausgewählte Reaktionsmischungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Vergleichsmischungen betreffen, näher erläutert. Dabei wird auf eine Figur Bezug genommen, die eine Mikrophotographie eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten (Vergrößerung 1:1000) Produkts wiedergibt.The invention will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiment which relate to selected reaction mixtures for carrying out the method according to the invention and comparison mixtures. Reference is made to a figure which reproduces a photomicrograph of a product prepared by the process according to the invention (magnification 1: 1000).
Ausführungsbeispieleembodiments
In den nachfolgenden Beispielen werden die Alkalisilikatlösungen, die Epoxidharze, die Polyisocyanate, die Katalysatoren, die Stabilisatoren und der Füllstoff mit Kurzbezeichnungen bezeichnet, hinter denen sich die der nachfolgenden Aufstellung entnehmbaren Produkte verbergen:In the following examples, the alkali silicate solutions, the epoxy resins, the polyisocyanates, the catalysts, the stabilizers and the filler are referred to by short names, behind which hide the products listed below:
Einsatzstoffe:Starting Materials:
Gew.-% Me2O Gew.-%des MeWt .-% Me 2 O wt .-% of Me
GesamtfeststoffosGesamtfeststoffos
Epoxidi MOD.Bisphenol-A 4650-5130Epoxidi MOD.Bisphenol-A 4650-5130
2 Dimerfettsäurebasis 2130-25602 dimer fatty acid base 2130-2560
3 Bisphenol-A Standard 5150-5 5503 bisphenol A standard 5150-5 550
4 Phenol-Novolak 52604 phenol novolac 5260
R-NCO-1 Diphenylmethan-4,4'-diisocyanatR-NCO-1 diphenylmethane-4,4'-diisocyanate
FreierNCO-Gehalt3l + 1 Gew.-%Free NCO content 31 + 1% by weight
HydrolysierbaresChlorO,1-0,45%HydrolysierbaresChlorO, from 1 to 0.45%
R-NCO-2 Phenyl-Isocyanat, technisch reinR-NCO-2 phenyl isocyanate, technically pure
Katalysator-1 DimethylbenzylaminCatalyst-1 dimethylbenzylamine
Katalysator-2 2,4,6-TrisdimethylaminomethylphenolCatalyst-2 2,4,6-trisdimethylaminomethylphenol
Katalysator-3 DioktylzinnmerkaptidCatalyst-3 Dioctyltin Merkaptid
Katalysator-4 Aluminiumisopropylat, Reinheit > 98%Catalyst-4 aluminum isopropylate, purity> 98%
Stabilisator-1 Silicon-GLYCOL-Copolymer, ohne freie OH-GruppenStabilizer-1 silicone-GLYCOL copolymer, without free OH groups
Stabilisator-2 Silicon-Copolymer mit einer Hydroxylzahl von 30 ±5 (mgKOH/g)Stabilizer-2 silicone copolymer having a hydroxyl number of 30 ± 5 (mgKOH / g)
Füllstoff Disperse KieselsäureFiller Disperse silica
Beispiele 1 bisExamples 1 to
In den nachfolgenden Beispielen 1 bis 10 worden die der nachfolgenden Tabelle 1 entnehmbaren Ausgangsmaterialien eingesetzt, wobei gleichzeitig angegeben wird, welche Bestandteile zur Bereitung der Reaktionsmischung gemeinsam in Form einer Komponente A bzw. Komponei ..e B zugegeben wurden.In the following Examples 1 to 10, the starting materials which can be taken from the following Table 1 were used, wherein at the same time it is stated which constituents were added together to prepare the reaction mixture in the form of a component A or component B.
Einsatzstoffefeedstocks
Wasserglas-1 Wasserglas-2 Wasserglas-3 Wasserglas-4 Wasserglas-5 Wasserglas-6 Epoxid-1 Epoxid-2 Epoxid-3 Epoxid-4 R-NCO-1 R-NCO-2 Katalysator-!Water glass-1 water glass-2 water glass-3 water glass-4 water glass-5 water glass-6 epoxy-1 epoxy-2 epoxy-3 epoxy-4 R-NCO-1 R-NCO-2 catalyst-!
Katalysator-2 Katalysator-3 Katalysator-4 Stabilisator-1 Stabilisator-2 FüllstoffCatalyst-2 Catalyst-3 Catalyst-4 Stabilizer-1 Stabilizer-2 Filler
80,080.0
84,1584,15
84,1584,15
20,020.0
55,22 0,555,22 0,5
1,01.0
100 10100 10
2,502.50
0,50.5
0,50.5
0,50 1,00.50 1.0
Wasserglas-1 Wasserglas-2 Wasserglas-3 Wasserglas-4 Wasserglas-5 Wasserglas-6 Epoxid-1 Epoxid-2 Epoxid-3 Epoxid-4 R-NCO-1 R-NCO-2 Katalysator^ Katalysator-2 Katalysator-4 Stabilisator-1 Stabilisator-2 FüllstoffWater glass-1 water glass-2 water glass-3 water glass-4 water glass-5 water glass-6 epoxide-1 epoxide-2 epoxide-3 epoxide-4 R-NCO-1 R-NCO-2 catalyst ^ catalyst-2 catalyst-4 stabilizer- 1 stabilizer-2 filler
49,25 50,2549.25 50.25
7070
3030
9595
36,46 0,536.46 0.5
1,01.0
76,30 0,576.30 0.5
1,01.0
0,50.5
9090
1010
60,88 0,860.88 0.8
1,61.6
60,9260.92
1,0 2,01.0 2.0
8888
1010
54,64 0,554.64 0.5
25,5 0,525.5 0.5
'Mengenangaben der Einsatzstoffe in Gewichtsteilen'Quantities of the starting materials in parts by weight
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eineThe A and B components are mixed together in the specified mixing ratio until a
weißliche Emulsion entsteht.whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
-10- 284 Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shoro-Härto Prüfgerät verfolgon:-10- 284 The course of the reaction can be followed with a Shoro-Härto test instrument:
Aus der Reaktion ist ein hellgelbes nicht aufschäumendes, aber auch nicht schrumpfendes Material entstanden.From the reaction, a pale yellow not foaming, but not shrinking material was created.
Beispiel 1a (Vergleich)Example 1a (comparison)
Reduziert man den Anteil der B-Komponente aus Beispiel 1 um 50%, so erhält man ein wasserhaltiges Xerogel, das stark schrumpft und geringe Festigkeit aufweist.Reducing the proportion of the B component of Example 1 by 50%, we obtain a water-containing xerogel, which shrinks strongly and has low strength.
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vormischt, his eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are premixed together in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härte Prüfgerät verfolgen:The course of the reaction can be followed with a Shore hardness tester:
Aus der Reaktion ist ein hellgelbes nicht aufschäumendes, aber auch nicht schrumpfendes Material entstanden.From the reaction, a pale yellow not foaming, but not shrinking material was created.
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are mixed together in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härte Prüfgerät verfolgen:The course of the reaction can be followed with a Shore hardness tester:
Aus der Reaktion ist ein hellgelbes nicht aufschäumendes, aber auch nicht schrumpfendes Material entstanden.From the reaction, a pale yellow not foaming, but not shrinking material was created.
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are mixed together in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härte Prüfgerät verfeigen:The course of the reaction can be demonstrated with a Shore hardness tester:
Aus der Reaktion ist ein hellgelbes nicht aufschäumendes, aber auch nicht schrumpfendes Material entstanden.From the reaction, a pale yellow not foaming, but not shrinking material was created.
Beispiel 4a (Vergleich)Example 4a (comparison)
Reduziert man den Anteil des Polyisocyanates aus Beispiel 4 um etwa 30Gew.-%, so entsteht ein stark schrumpfendes Xerogel, daß nach Wasserabgabe aushärtet.If the proportion of the polyisocyanate from Example 4 is reduced by about 30% by weight, a strongly shrinking xerogel is formed which cures upon release of water.
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are mixed together in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härte Prüfgerät verfolgen:The course of the reaction can be followed with a Shore hardness tester:
Aus der Reaktion ist ein hellgelbes nicht aufschäumendes, aber auch nicht schrumpfendes Material entstanden.From the reaction, a pale yellow not foaming, but not shrinking material was created.
Beispiel Sa (Vergleich)Example Sa (comparison)
Reduziert man den Ante'! des Polyisocyanates aus Beispiel 5 um etwa 15Gew.-%, so entsteht war ein wenig schrumpfendes, jedoch relativ weiches Material, welches nach 20 Minuten eine Shore-Härte von 10A und nach einem Tag eine Shore-Härte von 35 D aufweist.If you reduce the ante '! of the polyisocyanate of Example 5 by about 15 wt .-%, so was a little shrinking, but relatively soft material which has a Shore hardness of 10A after 20 minutes and after one day a Shore hardness of 35 D.
Beispiel βExample β
Die A- und B-Kompononten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are mixed together in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskos'tätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by Viskos'tätszunahme and heat release.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härte Prüfgerät verfolgen.The course of the reaction can be followed with a Shore hardness tester.
Es entsteht ein sehr festes hellgelbes Harz mit niedrigem Wasseranteil, bei gleichzeitig hohem anorganischem Anteil. Die Figu.The result is a very firm light yellow resin with low water content, at the same time high inorganic content. The figu.
zeigt eine Mikrophotographie einet- Bruchfläche des in diesem Beispiel erhaltenen Materials bei einer Vergrößerung von 1:1C00.Fig. 10 shows a photomicrograph of a fracture surface of the material obtained in this example at a magnification of 1: 10000.
In einen Betonklotz wurden Löcher mit einem Durchmesser von 50mm und einer Tiefe von 900mm gebohrt. In das Bohrloch wurde ein Hohlanker aus Stahl eingeschoben und mittels eines Bohrlochverschlusses zentriert und gesichert. Über den Hohlanker wurde das Bohrloch mit dem Injektionsgut nach Beispiel 7 unter Einsatz einer Hochdruckinjektionsmasc line verpreiit. Nach 30Min. wurde die Auszugskraft des Ankers mit einem hydraulischen Zuggerät geprüft. Der Anker (0 30mm) ließ sich nicht herausziehen. Bei Erhöhung der hydraulischen Kraft, riß schließlich der Ankerkopf.In a concrete block holes were drilled with a diameter of 50mm and a depth of 900mm. A hollow steel anchor was inserted into the borehole and centered and secured by means of a borehole closure. About the hollow anchor the well with the injection material according to Example 7 using a Hochdruckinjektionsmasc line was verpreiit. After 30min. The pull-out force of the anchor was tested with a hydraulic puller. The anchor (0 30mm) could not be pulled out. When increasing the hydraulic force, finally tore the anchor head.
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis .so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are mixed together in the stated mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsboginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The reaction curve is indicated by viscosity increase and heat emission.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härte Prüfgerät verfolgen:The course of the reaction can be followed with a Shore hardness tester:
Es entsteht ein sehr festes hellgelbes Harz das weder schrumpft noch aufschäumt.The result is a very firm light yellow resin that neither shrinks nor foams.
Die A- und B-Komponenten werden in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components are mixed together in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
Der Reaktionsverlauf läßt sich mit einem Shore-Härto Prüfgerät verfolgen:The course of the reaction can be monitored with a Shore-Härto test instrument:
Es entsteht ein sehr festes hellgelbes Harz das weder schrumpft noch aufschäumt.The result is a very firm light yellow resin that neither shrinks nor foams.
Die A- und B-Komponenten werdon in dem angegebenen Mischungsverhältnis so lange miteinander vermischt, bis eine weißliche Emulsion entsteht.The A and B components werdon mixed in the specified mixing ratio until a whitish emulsion is formed.
Der Reaktionsbeginn zeigt sich durch Viskositätszunahme und Wärmeabgabe an.The beginning of the reaction is indicated by viscosity increase and heat release.
Nach der Reaktion entsteht ein Material mit hohem Kieselsäureanteil und hoher Gaspermeation.After the reaction, a material with a high silica content and high gas permeation is formed.
Nachfolgend wird anhand von Vergleichsbeispielen nachgewiesen, daß bei Verfah rensbedingungen, die nicht den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen, minderwertige oder νΟΊ g unbrauchbare Organomineralprodukte erhalten werden.Subsequently, it is demonstrated on the basis of comparative examples that in procedural conditions which do not correspond to the conditions of the method according to the invention, inferior or νΟΊ g unusable organomineral products are obtained.
VergleichsbeispieleComparative Examples
Einsatzstoffe*Feedstocks *
Komp-AComp-A
Komp-BComp-B
Komp-AComp-A
Komp-BComp-B
Komp-AComp-A
Komp-BComp-B
65,5065,50
17,8217.82
25,00 25,0025.00 25.00
60,30 0,50 1,0060,30 0,50 1,00
30,15 0,25 0,5030.15 0.25 0.50
' Mengenangaben der Einsalzstoffe in Gewichtstellen Vergleichsbeispiel 1Quantities of the single-salt substances in weight points Comparative Example 1
In einem Rührgefäß werden die nacheinander eingebrachten Komponenten A + B gemischt, bis eine Emulsion entsteht. Nach etwa 1 Minute Rührzeit beginnt die Masse - erkenntlich an der Wärmetönung - zu reagieren. Dabei bildet sich ein leichter hellgelber Schaum ohne brauchbare Festigkeit.In a mixing vessel, the successively introduced components A + B are mixed until an emulsion is formed. After about 1 minute stirring time, the mass begins - recognizable by the heat of reaction - to react. This forms a lighter pale yellow foam without useful strength.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
In einem Rührgefäß werden die nacheinander eingebrachten Komponenten A + B gemischt, bis eine Emulsion entsteht. Nach weniger als einer Minute Rührzeit beginnt die Masse - erkenntlich an der Wärmetönung - zu reagieren. Es entsteht eine nicht aufgeschäumte Masse, bestehend aus wasserhaltigen Granuien. Der ursprüngliche pH-Wert des Reaktionsmischers von 14 ist nach der Reaktion auf einen Wert von 9-10 zurückgegangen.In a mixing vessel, the successively introduced components A + B are mixed until an emulsion is formed. After less than a minute stirring time, the mass begins - recognizable by the heat of reaction - to react. The result is a non-foamed mass, consisting of hydrous granules. The initial pH of the reaction mixer of 14 decreased after the reaction to a value of 9-10.
Vergleichsbelspiel 3Comparative control game 3
In einem Rührgefäß werden die nacheinander eingebrachten Komponenten A + B gemischt, bis eine Emulsion entsteht. Nach etwa 1 Minute Rührzeit beginnt die Masse - erkennbar an der Wärmetönung -zu reagieren, zunächst entsteht oin nicht aufschäumendes Produkt, welches jedoch in der zweiten Reaktionsphase sich zu einem hellgelben Schaum ausbildet. Am Ende der Reaktionszeit wird der spröde Schaum durch plötzliches Austreten von CO2 und Wasserdampf von innenher teilweiseIn a mixing vessel, the successively introduced components A + B are mixed until an emulsion is formed. After stirring for about 1 minute, the mass begins to react, recognizable by the heat of reaction, initially resulting in a non-foaming product, which, however, forms a light yellow foam in the second reaction phase. At the end of the reaction time, the brittle foam becomes partially from the inside due to sudden release of CO 2 and water vapor
zerrisssen.zerrisssen.
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