DE102008000910A1 - Verfahren zur Herstellung von transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern, bei dem man eine Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 10 bis 600 mm, die durchgehende Löcher von einer Seite der Platte zur anderen Seite der Platte mit einem Durchmesser von 0,05 bis 5 cm aufweist, als Matrix vorlegt und die durchgehenden Löcher mit einem transluzenten Material füllt. Weiter betrifft die vorliegende Anmeldung eine transluzente Schaumstoffplatte mit optischen Fasern, herstellbar nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern, bei dem man eine Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 10 bis 600 mm, die durchgehende Löcher von einer Oberfläche der Platte zur anderen Oberfläche der Platte mit einem Durchmesser von 0,05 bis 5 cm aufweist, als Matrix vorlegt und die durchgehenden Löcher mit einem transluzenten Material verschließt. Weiter betrifft die vorliegende Anmeldung eine transluzente Schaumstoffplatte mit optischen Fasern, herstellbar nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Transluzente Schaumstoffplatten mit optischen Fasern sind in DE 10 2005 042 235 beschrieben. So offenbart DE 10 2005 042 235 Schaumstoffplatten, bestehend aus einem Polymerschaumstoff und Lichtleitern. Durch die Anordnung der Lichtleitfasern in dem Formkörper, kann Licht aus einer Lichtquelle von einer Seite des Formkörpers auf eine andere beliebige Seitenfläche geleitet werden. Vorzugsweise sind die Lichtleitfasern im wesentlichen parallel angeordnet und die Enden treten in zwei gegenüber liegenden, im wesentlichen parallelen Flächen ein bzw. aus. Bevorzugt sind die Formkörper quaderförmig und weisen eine Dicke im Bereich von 10 bis 600 mm auf. Durch die Lichtleitfasern kann Licht von einer Seite auf die andere Seite der Platten geleitet werden. Durch die Anordnung der Lichtleitfasern können auch Muster eingebracht werden. Solche Schaumstoffplatten weisen sehr gute optische und akustische Eigenschaften auf, die thermische Dämmeigenschaften können aber noch weiter verbessert werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, transluzente Schaumstoffplatten mit optischen Fasern zu liefern, die verbesserte Wärmeisolationseigenschaften aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine transluzente Schaumstoffplatte mit optischen Fasern, die herstellbar ist durch ein Verfahren, bei dem man eine Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 10 bis 600 mm, die durchgehende Löcher von einer Oberfläche der Platte zur anderen Oberfläche der Platte mit einem Durchmesser von 0,05 bis 5 cm aufweist, als Matrix vorlegt und die durchgehenden Löcher mit einem transluzenten Material verschließt.
  • Der erfindungsgemäße Schaumstoff kann ebenfalls aus einem Partikelschaumstoff, beispielsweise aus expandierbarem Polystyrol (EPS) oder Polyolefin-Partikelschaumstoffen, beispielsweise aus expandiertem Polypropylen (EPP) aufgebaut sein.
  • Die zum Verschweißen verwendeten Schaumstoffpartikel weisen üblicherweise einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 8 mm, bevorzugt von 1 bis 6 mm auf.
  • Des weiteren kann die Matrix des Formkörpers aus einer Reaktivharzmischung in Gegenwart eines Treibmittels hergestellt werden. Geeignete Reaktivharze sind beispielsweise Epoxide-, Polyurethan- oder Melamin-Formaldehyd-Harze.
  • Vorzugsweise wird als Matrixmaterial ein Polyurethanschaumstoff, insbesondere ein Polyurethanhartschaumstoff, eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung werden unter Polyurethan-Schaumstoffen Schaumstoffe gemäß DIN 7726 verstanden. Die erfindungsgemäßen Polyurethan-Hartschaumstoffe weisen eine Druckspannung bei 10% Stauchung von größer gleich 80 kPa, bevorzugt größer gleich 150 kPa, besonders bevorzugt größer gleich 180 kPa auf. Weiterhin verfügt der Polyurethan-Hartschaumstoff nach DIN ISO 4590 über eine Geschlossenzelligkeit von größer 85%, bevorzugt größer 90%. Solche Schaumstoffe sind bekannt und sind beispielsweise beschrieben im "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane", Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993, Kapitel 6.
  • Als Treibmittel für das Matrixmaterial können beliebige Treibmittel eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Treibmittel eingesetzt, die üblicherweise bei der Herstellung von Polymeren Schaumstoffmaterialien verwendet werden. So können für die Herstellung von Polyurethanschaumstoffen beispielsweise chemisch wirkende Treibmittel und/oder physikalisch wirkende Verbindungen eingesetzt werden. Unter chemischen Treibmitteln, wie beispielsweise Wasser oder Ameisensäure, versteht man Verbindungen, die durch Reaktion mit Isocyanat gasförmige Produkte bilden. Unter physikalischen Treibmitteln versteht man Verbindungen, die in den Einsatzstoffen der Polyurethan-Herstellung gelöst oder emulgiert sind und unter den Bedingungen der Polyurethanbildung verdampfen. Dabei handelt es sich beispielsweise um Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, und andere Verbindungen, wie zum Beispiel perfluorierte Alkane, wie Perfluorhexan, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Edelgase und Ether, wie Dialkylether, Ester, Ketone und/oder Acetale, beispielsweise (cyclo)aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, Fluorkohlenwasserstoffe, vorzugsweise mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Solkane® 365 mfc, Enovate® HFC 245fa, Trifluormethan, Difluormethan, 1,1,1,2-Tetrafluorethan, Difluorethan, 1,1,1,2,3,3,3,-Heptafluorpropan, Tetraalkylsilane mit 1–3 Kohlenstoffatomen in den Seitenketten, insbesondere Trimethylsilan, Alkylformiate, insbesondere Methylformiat oder Gase, wie Kohlendioxid. Vorzugsweise werden Treibmittel verwendet, die zu einer Füllung der Zellen mit einem Gas führen, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzt, wie Wasser, CO2, Kohlenwasserstoffe mit 1–8 Kohlenstoffatomen, insbesondere Cyclopentan, Aceton, Kohlendioxid oder Edelgase wie Argon, Krypton, Xenon. Weitere Beispiele hierfür finden sich z. B. im VDI Wärmeatlas. Die Treibmitteln können einzeln oder in beliebigen Kombinationen verwendet werden.
  • Die Dichte des Matrixmaterials ist vorzugsweise kleiner 1000 g/dm3, und beträgt besonders bevorzugt 10 bis 500 und insbesondere 15 bis 150 g/dm3.
  • Das Matrixmaterial kann beispielsweise in Form großer Blöcke hergestellt werden und wird anschließend in meist quaderförmige Platten mit einer Dicke von 10 bis 600 mm Dicke zerteilt. Alternative Herstellungen erfolgen mit einem kontinuierlichem Doppelbandverfahren oder durch einen diskontinuierlichen Prozess in einer geschlossenen Form. Diese Herstellungsverfahren sind bekannt und sind beispielsweise beschrieben im "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane", Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993.
  • Diese Platten werden mit von der Oberseite der Platte zu deren Unterseite durchgehenden Löchern versehen, beispielsweise durch Ausschneiden oder Fräsen. Die Anzahl der Löcher richtet sich nach dem gewünschten Verwendungszeck der fertigen transluzenten Schaumstoffplatte. Sie hängt im wesentlichen von dem Transmissions-Koeffizient des später die Löcher verschließenden transluzenten Materials und dem von den Löchern bedeckten Querschnitt ab. In der Regel beträgt der Anteil der Löcher 5 bis 90 Vol.-%, insbesondere 5 bis 50 Vol.-%, bezogen auf die transluzente Schaumstoffplatte. Diese Löcher können linear in jedem beliebigen Winkel, vorzugsweise von 20 bis 90°, insbesondere von 45 bis 90° zur Oberfläche der Platte, von einer Seite der Oberfläche zur anderen Oberfläche der Platte führen. Es ist auch möglich, dass die Löcher innerhalb der Platten nicht nur gerade verlaufen sondern auch Winkel bilden bzw. kurvenförmig verlaufen können.
  • Alternativ kann die Löcher enthaltende Matrix durch Herstellen des Matrixmaterials in einer den späteren Löchern entsprechende Platzhalter enthaltenden Form erfolgen. So kann ohne Materialverlust durch Ausschneiden ein Matrixmaterial, enthaltend Löcher, hergestellt werden.
  • In einem zweiten Schritt werden die Löcher mit einem transluzenten Material, vorzugsweise einem Polymer, verschlossen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein thermoplastisches Polymer, das in flüssigem Zustand in die Löcher des Matrixmaterials gefüllt wird, wodurch die Löcher ganz oder teilweise mit dem transluzenten Material gefüllt werden. Alternativ kann auch eine fließfähige Reaktionsmischung zur Herstellung des transluzenten Materials in die Löcher des Matrixmaterials gefüllt werden. Bei der erfindungsgemäßen Dicke der Schaumstoffplatten kann es sich bei dem transluzenten Material prinzipiell um alle Materialien handeln, die einen spektralen Transmis sionsgrad im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts >35% aufweisen. Es kann sich beispielsweise um Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polypropylen, Celluloseacetat, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polysulfon oder Polyurethan, beispielsweise um thermoplastisches Polyurethan oder Polyurethangießelastomere, handeln. Vorzugsweise wird Polyurethan eingesetzt, besonders bevorzugt sind Polyurethangiesselastomere.
  • Bei der Verwendung von Polyurethan als Matrixmaterial und thermoplastischem Material bzw. Polyurethangiesselastomeren als transluzentem Material besteht die gesamte transluzente Schaumstoffplatte aus Polyurethan, wodurch ein Recycling nicht mehr benötigter Platten erleichtert wird.
  • Alternativ wird eine Seite des Matrixmaterials, enthaltend die Löcher, mit dem transluzenten Material beschichtet. Dabei können die Löcher ganz oder nur teilweise mit dem transluzenten Material gefüllt werden. Besonders bevorzugt wird das Marixmaterial komplett von dem transluzenten Material umschlossen. Dadurch verbessert sich die Wärmedämmung vor allem bei Verwendung von Treibmitteln, die zu einer Füllung der Zellen mit einem Gas führen, das eine bessere Wärmedämmung aufweist als Luft, da durch das Umschließen des Matrixmaterials mit dem transluzenten Material, das gleichzeitig als Diffusionsbarriere wirkt, ein Verflüchtigen des Isolierenden Zellgases erschwert wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Löcher des Matrixmaterials verschlossen, in dem das Matrixmaterial mit einer transparenten oder transluzenten Polymerfolie umhüllt wird. Einer der Hauptvorteil der Folie ist, dass sie die Konvektion von Luft durch die Löcher des Matrixmaterials verhindert und sich dadurch die Wärmedämmung einer erfindungsgemäßen Schaumstoffplatte verbessert. Als Folienmaterial eignen sich alle zur Herstellung von Folien bekannten Materialien, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Cellophan, Polybutyraldehyd, Polyvinylacetat. Vorzugsweise werden aufgrund der hohen Lichtdurchlässigkeit, der guten Diffusionsbarriereeigenschaften und des vorteilhaften Brandverhaltens Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), thermoplastische Copolymerisate aus Tetrafluorethylen mit perfluorierten Vinylethern (PFA), Polychlortrifluorethylen (PCTFE) oder Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP) eingesetzt.
  • Aufgrund ihrer Transluzenz, ihren guten Wärme- und Schalldämmeigenschaften finden die erfindungsgemäßen Formkörper insbesondere Anwendung in der Bauindustrie, beispielsweise als Wand- oder Deckenplatten, Trennwände für Büros, Toiletten, Hallen- oder Messestände. Sie können auch in Türen- oder Fensterbereichen, Dächern, Decken, Tischplatten oder Fußböden Verwendung finden. Des weiteren eignen sie sich im Kraftfahrzeugbereich für Decken- oder Fensterbereiche.
  • Besonders geeignet sind die erfindungsgemäßen Formkörper auch für Gewächshäuser oder Wintergärten. Hierbei verwendet man besonders bevorzugt Sandwich-Panel mit einem Kern aus dem transluzenten erfindungsgemäßen Formkörper und einer Deckschicht aus beispielsweise Polymethylmethacrylat.
  • Aufgrund ihres geringen Gewichtes eignen sie sich insbesondere für herabgehängte Decken.
  • Beispiel:
  • Zur Erzeugung des transluzenten Polyurethans wird eine auf 45°C temperierte Form der Dimension 400 × 700 × 90 mm verwendet. Eine Polyolkomponente bestehend aus 51 Tl. eines Polyetheralkohols auf Basis Saccharose, Glycerin, Propylenoxid, Hydroxylzahl 490, 5 Tl. eines Polyetheralkohols auf Basis Ethylendiamin, Propylenoxid, Hydroxylzahl 770, 4.5 Tl. Glycerin, 0.3 Tl. Dipropylenglykol, 20 Tl. Trischlorpropylphosphat, 5 Tl. Diethylethanphosphonat, 12.5 Tl. Ixol B251 (Solvay), 1.8 Tl. eines Gemischs aus Tegostab B8466 (Degussa) und Dabco DC5103 (Air Products), 3.1 Tl KX 315 (Elastogran GmbH), 2.6 Tl. Wasser und 6 Tl. n-Pentan wird vermischt und in den Vorratsbehälter eines Hochdruckpuromaten® HD30 (Elastogran GmbH) gefüllt. 100 Teile dieser Mischung werden mit 126 Teilen einer Mischung aus Diphenylmethandiisocyanat und Polyphenylenpolymethylenpolyisocyanat mit einem NCO-Gehalt von 31 Gew.% und einer Viskosität von 520 mPas (25°C) im Mischkopf des Puromaten bei einem Druck von 150 bar vermischt und sofort in die offene oder geschlossene Form eingegossen und zur Reaktion gebracht. Die offene Form wird geschlossen, nach 6 Minuten wird entformt. Die Schaumstoffplatte wird gelagert, um komplett ausreagieren und abkühlen zu können. Der Schaumstoff hat eine Rohdichte von 40 g/l und erfüllt B2 nach DIN 4102. Danach werden Löcher durch die 90 mm dicke Seite des Schaumstoffs gebohrt. Im nächsten Schritt wird ein PU-Gießelastomersystem mit einer offenen Zeit von mehr als 2 Minuten verwendet. Hierzu werden 63.7 Tl. eines Polyols aus Trimethylolpropan, Ethylenoxid mit einer Hydroxyzahl von 860, 32 Tl. eines Polyols auf Basis Trimethylolpropan, Propylenoxid und einer Hydroxyzahl von 160, 0.4 Tl. Tinuvin 101 (Ciba), 0.5 Tl. Tinuvin 765 (Ciba), Tinuvin 1130 (Ciba), 0.4 Tl. Tinuvin 384-2 (Ciba), 0.75 Tl. Irganox 1135 (Ciba), 1.35 Tl Fomrez UL28 (Crompton) vermischt und in den Vorratsbehälter eines Hochdruckpuromaten eingefüllt. 100 Teile dieser Mischung werden mit 222 Teilen Vestanat EP-U 2112 (Degussa) zur Reaktion gebracht und in die offene Form gefüllt. Danach wird die mit Kanälen versehene Hartschaumstoffplatte eingelegt. Durch manuelles Drücken der Schaumstoffplatte in das Reaktionsgemisch kann das Polyurethanreaktionsgemisch durch die Kanäle aufsteigen und auch die Oberseite und die Seitenflächen der Hartschaumstoffplatte umgießen. Danach wird die Form geschlossen und das System ausreagieren lassen. Nach 30 Minuten kann der transluzente Schaumstoff mit der allseitigen Beschichtung aus Gießelastomer entnommen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005042235 [0003, 0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - DIN 7726 [0009]
    • - DIN ISO 4590 [0009]
    • - "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane”, Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993, Kapitel 6 [0009]
    • - "Kunststoffhandbuch, Band 7, Polyurethane”, Carl Hanser Verlag, 3. Auflage 1993 [0012]
    • - DIN 4102 [0022]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern, bei dem man eine Schaumstoffplatte mit einer Dicke von 10 bis 600 mm, die durchgehende Löcher von einer Oberfläche der Platte zur anderen Oberfläche der Platte mit einem Durchmesser von 0,05 bis 5 cm aufweist, als Matrix vorlegt und die durchgehenden Löcher mit einem transluzenten Material verschließt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transluzente Material in flüssigem Zustand in die Löcher eingebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die transluzenten Schaumstoffplatten zumindest auf einer Seite mit dem transluzenten Material beschichtet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher durch Umhüllen der Löcher enthaltenden Schaumstoffplatte mit einer transparenten oder transluzenten Folie verschlossen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der transluzenten Schaumstoffplatten aus Polyurethan besteht.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das transluzente Material ein Polyurethan ist.
  7. Transluzente Schaumstoffplatten mit optischen Fasern, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  8. Verwendung der transluzenten Schaumstoffplatten mit optischen Fasern, herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Wand- oder Deckenplatten, Trennwand, für Messestände, für Gewächshäuser, Wintergärten oder in Kraftfahrzeugen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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