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Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen Es ist bekannt,
Ton als Füllstoff für die Herstellung von Polyurethanprodukten zu verwenden. Auch
Polyurethanschaumstoffe sowie Schaumstoffe, die unter Verwendung anderer hochmolekularer
Komponenten hergestellt worden sind, können nach bekannten Verfahren Ton und weitere
mineralische Füllstoffe, wie Glas, Diatomeenerde, Kieselsäure, Asbestfasern, Siliciumdioxyd,
Quarz oder Glimmer, eingearbeitet enthalten. Das Aufnahmevermögen von Schaumstoffen
für mineralische Füllstoffe ist jedoch begrenzt. Wenn der Füllstoffgehalt 20°/o
übersteigt, so werden die mechanischen Eigenschaften der Schaumstoffe stark beeinträchtigt.
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Nach einem bekannten Verfahren kann man die Haftfestigkeit von anorganischen
Füllstoffen erhöhen, indem man die letzteren mit Lösungen von Aminogruppen enthaltenden
Silanen oder Organopolysiloxanen behandelt. Derartige Verbindungen sind jedoch verhältnismäßig
schwer zugänglich.
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Zur Beschleunigung der Aushärtung von Schaumstoffen auf der Basis
von Polyurethanen, Polyepoxydverbindungen, Organopolysiloxanh arzen, Polyamiden,
Polyvinylharzen, Polyacrylverbindungen, Polystyrol, Polymethacrylverbindungen, Celluloseacetat
oder Cellulosenitrat können für die jeweilige Harzkomponente geeignete, bekannte
Härtungsbeschleuniger verwendet worden sein. Zur Herstellung von Schaumstoffen aus
Epoxydharzen und Polyvinylchlorid kann man nach ebenfalls bekannten Verfahren Bentonit-Amin-Re
aktionsprodukte als Suspendierungsmittel zur Herstellung homogener Polyvinylchloridausgangs
massen verwenden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen
aus Dioxyverbindungen, Diisocyanaten und Wasser nach bekannten Verfahren unter Zusatz
von Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff Kaolinton: verwendet
wird, der mit Caprolactam vorbehandelt worden ist.
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Zur Vorbehandlung des Tones kann man an Stelle von reinem Caprolactam
auch die bei der Herstellung von Caprolactam durch Umlagerung von Cyclohexanonoxim
anfallenden Lactamöle oder Monomere enthaltende Waschwässer verwenden, wie sie nach
der Wasserbehandlung von Polyamidprodukten zur Verfügung stehen. Der auf diese Weise
vorbehandelte Ton wird vorzugsweise bei Temperaturen bis zu 1050 C getrocknet und
mit einer der für die Herstellung von Polyurethanen bekannten handelsüblichen organischen
Dioxyverbindung zu einer Paste verknetet. Diese wird dann mit der Diisocyanatkomponente
zu hochgefüllten Polyurethanschaumstoffen weiterverarbeitet.
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Dieses Verfahren bietet eine Reihe von technischen Vorteilen gegenüber
den bekannten Verfahren zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen. Zunächst einmal
lassen sich erheblich größere Mengen eines mineralischen Füllstoffes in die Schaumstoffe
einarbeiten, als dies nach den bisher bekannten Verfahren möglich ist. Dadurch steigt
die thermische Beständigkeit der Schaumstoffe, und es wird auch ein wirtschaftlicher
Vorteil erzielt. Die Massen härten ohne Zusatz weiterer Härtungsbeschleuniger nach
kurzer Zeit aus, jedoch bleibt die Masse andererseits eine für die Formgebung ausreichende
Zeit plastisch.
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Die mechanische Festigkeit von nach diesem Verfahren hergestellten
Hartpolyurethanschaumstoffen ist relativ groß und kann durch nachträgliches Erhitzen,
besonders auf Temperaturen von 140 bis 1500 C, noch erhöht werden.
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Die durch das beschriebene Verfahren erzielbaren Vorteile bezüglich
der Herstellung und Eigenschaften der Produkte gehen aus folgender Tabelle hervor:
| Vorbehandlung des Tones Massenzusammensetzung Härtungsdauer
Bemerkungen |
| 1. - 26,4°/o Ton, 6 Stunden bei 200 C zerfließt beim Erhitzen
auf |
| 50,7 O/o Polyhydroxyl- 1000 C |
| verbindung |
| 22,9 o Polyisocyanat |
| Vorbehandlung des Tones | Massenzusämmensetzung | Härtungsdauer
| Bemerkungen |
| 2. Mit NH4C1 vorbehandelt, bei 26,4 °/o Ton 6 Stunden bei 200
C zerfließt beim Erhitzen auf |
| 1050 C getrocknet 50,7°/o Polyhydroxyl- 1000 C |
| verbindung |
| 22,9 ovo Polyisocyanat |
| 3. Mit NH4Cl + Harnstoff vor- desgl. 15 Minuten bei 200 C Biegefestigkeit
nach lstün- |
| behandelt, bei 1050 C ge- digem Erhitzen auf |
| trocknet 1500 C: 50 kg/cm2 |
| 4. Mit Caprolactam vorbehan- desgl. 15 Minuten bei 200 C Biegefestigkeitnachlstün- |
| delt, bei 1050 C getrocknet digem Erhitzen auf |
| 1500 C: 137 kg/cm2 |
| 5. Mit NH4C1 + Caprolactam desgi. 15 Minuten bei 200 C Biegefestigkeit
nach 1stün- |
| vorbehandelt, bei 1050 C ge- digem Erhitzen auf |
| trocknet 1500 C: 97 kg/cm2 |
Es werden also durch Verwendung von mit Caprolactam vorbehandeltem Ton Massen erhalten,
die selbsthärtende, mechanisch feste und temperaturbeständige Schaumstoffe bilden.
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Das spezifische Gewicht der Produkte liegt bei etwa 0,5 g/cm3, z.
B. beträgt es für das Produkt 4 der Tabelle 0,484 g/cm2 bei 200C.
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Gegenüber der Verwendung von Bentonen zur Herstellung von gefüllten
Polyurethanschaumstoffen besitzt das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile:
1. Der den Bentonen zugrunde liegende Montmorilloritton ist wesentlich schwerer
zugänglich als Kaolinton.
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2. Die zur Herstellung der Bentone erforderlichen organischen Ammoniumsalze
sind schwieriger darstellbar als Caprolactam.
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3. Die Darstellung der Bentone ist umständlicher als die von Caprolactamton.
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4. Bentone quellen in der Polyhydroxylverbindung.
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Dadurch sind homogene Mischungen davon mit Polyisocyanat und Bentonen
schwieriger darstellbar als solche von mit Caprolactamton.
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5. Die Aushärtung von mit Caprolactamton gefül1-ten verschäumbaren
Polyurethanansätzen geht schneller vonstatten als die von mit Bentonen gefüllten.
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6. Mit C aprolactamton hergestellte Polyurethanschaumstoffe sind
temperaturbeständiger als solche, die unter Verwendung von Bentonen erhalten wurden.
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Beispiel 250 Gewichtsteile Kaolinitton mit einem A1,0,-Gehalt von
38 bis 400/0 werden mit 150 Gewichtsteilen Caprolactam in 250 Gewichtsteilen Wasser
bis zum Sieden des flüssigen Anteiles erhitzt, dann zwei weitere Stunden gerührt.
Hierauf wird der Ton abfiltriert und anschließend bei 105 bis 1100 C getrocknet,
gemahlen und gesiebt. 52 Gewichtsteile der Fraktion mit einer Korngröße unterhalb
0,1 mm werden mit 100 Gewichtsteilen eines handelsüblichen verzweigten Polyesters
aus Adipinsäure, Phthalsäure und einem Triol mit der 0HZ 350 bis 390 zu einer form-
baren
Masse verknetet. Diese wird mit 45 Gewichtsteilen eines handelsüblichen Gemisches
aus etwa 80°/o Toluylen-2,4aiisocyanat und etwa 20°/o Tolnylen-2,6-diisocyanat zu
einer homogenen Masse weiterverarbeitet und sofort nach der Homogenisierung in Formen
eingebracht. In den Formen härtet die Masse unter Aufblähung innerhalb von 15 Minuten
aus. Es bildet sich ein temperaturbeständiger Hartpolyurethanschaumstoff, dessen
Biegefestigkeit nach lstündigem Erhitzen auf 1500C nach DIN 51030 137 kg/cm2 beträgt.
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Die auf diesem Wege erhältlichen Schaumstoffe lassen sich für verschiedene
Zwecke verwenden. Sie können z. B. für Wärmeisolationen oder als Leichtbauteile
verwendet werden. Die Elastizität der ausgehärteten Produkte sowie ihre günstigen
Härtungsbedingungen erlauben auch eine Verwendung der Massen als Fugenfüllmassen
od. dgl. Für alle genannten Verwendungszwecke ist ihre relativ hohe Temperaturbeständigkeit
ein erheblicher Vorteil gegenüber anderen Hartpolyurethanschaumstoffen.