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Verfahren zur Herstellung eines sorbierenden Materials unter Verwendung
einer verschäumbaren Mischung aus Kunststoff und Silikagel Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines sorbierenden Materials unter
Verwendung einer verschäumbaren Mischung aus Kunststoff und Silikagel.
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Unter einem sorbierenden Material soll ein Material verstanden werden,
das einen Stoff aufnimmt und festhält. Diese Eigenschaft wird im allgemeinen als
Adsorption bezeichnet und man nimmt an, daß sie auf eine adhäsive Wirkung zwischen
dem Adsorbens und dem Adsorbat oder dem zu adsorbierenden Stoff zurückzuführen ist.
Eine große Anzahl von Adsorbentien ist bekannt, zu ihnen gehören z. B.
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Ionenaustauscherharze, Desiccantien, wie Aktivkohle, Calciumsulfat,
Holzkohle, Ton, Calciumchlorid oder Silikagel. Diese Verbindungen sind z. B. als
Reinigungsmittel, die Feuchtigkeit regelnde Mittel, Korrosionsschutzmittel oder
Katalysatoren nützlich.
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Es ist bekannt, bei der Herstellung poröser Kunststoffschichten wasserhaltiges
Silikagel zu verwenden.
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Das Wasser des Silikagels erzeugt bei der Schäumung Kohlendioxyd.
Durch Zuführung geeigneter Wassermengen läßt sich so jeder gewünschte Porositätsgrad
in der Kunststoffschicht erhalten.
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In ähnlicher Weise ist es bekannt, zur Entwicklung von Kohlendioxyd
mit Hilfe von Silikagel in eine Isocyanate enthaltende Kunststoffmischung einzubringen.
Das Wasser reagiert mit dem Isocyanat unter Bildung von CO2, wodurch der Schaum
entsteht. Der Schäumungsgrad ist eine Funktion der Wassermenge.
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Zur Unterbindung des Schäumungsvorganges von NCO-Gruppen enthaltenden
Polyurethanmassen ist ein Verfahren bekannt, nach dem man das in der Masse enthaltene
Wasser, welches mit den Isocyanatgruppen unter Bildung von CO2 reagiert, durch aktivierte
Alkali-Alumosilikate mit Zeolithstruktur als wasserbindendes Mittel abfängt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes sorbierendes
Material zu schaffen, welches außerordentlich wirksam, billig und leicht herzustellen
ist und in dem das Sorbens stark dispergiert ist. Mit anderen Worten, die Erfindung
schlägt einen neuen Typ eines sorbierenden Materials vor, das aus einem Kunststoffschaum
besteht, in welchem ein Sorbens über die gesamte Zellstruktur dispergiert ist.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß als verschäumbare Mischung aus
Kunststoff und Silikagel granuliertes, vorgetrocknetes Silikagel enthaltender Polyester
und ein Diisocyanat unter Mitwirkung eines Katalysators und Treibmittels verwendet
wird.
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Auf diese Weise erhält man ein Material, in dem
das Sorbens über die
gesamte Zellstruktur des Schaumstoffes dispergiert ist. Derartige sorbierende Materialien
können außerordentlich vielseitig benutzt werden und lassen sich überall dort vorteilhaft
einsetzen, wo ein Sorbens bisher verwendet wurde.
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Für das erfindungsgemäße sorbierende Material kann jede geeignete
sorbierende Substanz verwendet werden. Silikagel hat die wünschenswerte Eigenschaft,
Wasser beispielsweise in Form von Wasserdampf aus der Luft aufzunehmen und festzuhalten.
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Deshalb wird Silikagel in großem Umfang als feuchtigkeitsregulierendes
Mittel verwendet und erwies sich besonders nützlich, wenn die Feuchtigkeit eines
geschlossenen Raumes auf einem konstanten Wert gehalten werden sollte. Silikagel
erwies sich auch als geeignet, die Feuchtigkeit in Verpackungsbehältern zu regeln,
die wertvolle Instrumente mit stark polierter Oberfläche enthalten, die gegen Korrosion
oder Rost zu schützen sind. Es war bisher üblich, Behälter mit körnigem Silikagel
in den Verpackungen aufzuhängen. Dadurch wird dieFeuchtigkeit von dem Silikagel,
welches sich in einem Behälter aus porösem Material befindet, adsorbiert, so daß
der in der Verpackung befindliche Gegenstand gegen Feuchtigkeit geschützt ist.
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Wenn der verpackte Gegenstand aber zerbrechlich oder empfindlich
ist, tritt das Problem auf, wie der Gegenstand während des Transports sowohl gegen
Beschädigung als auch gegen die Einwirkung der Feuchtigkeit geschützt werden kann.
Als Verpackungsmaterial für zerbrechliche und empfindliche Gegenstände wird im großen
Umfang elastischer Kunststoffschaumstoff, z. B. Polyurethanschaumstoff verwendet.
Ein derartiger Kunststoffschaumstoff kann entweder zugeschnitten und um den zu schützenden
Gegenstand gepackt werden oder aber der Kunststoff wird in situ verschäumt, so daß
er den zu schützenden Gegenstand allseitig umgibt. Bei dem letzteren Verpackungsverfahren
wird der Gegenstand vollständig von einem elastischen und stoßfesten Kunststoffschaumstoff
umgeben und getragen.
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Vermittels der Erfindung wird nun ein Sorbens in die Zellen eines
geschäumten Kunststoffes eingebracht, wodurch die effektive Oberfläche des Sorbens
beträchtlich vergrößert wird, so daß beträchtlich weniger Sorbens erforderlich ist,
um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
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Nach der Erfindung ist es möglich, granuliertes Silikagel, welches
nach bekannten Verfahren hergestellt worden und entwässert worden ist, in einen
Polyurethanschaumstoff einzubringen. Das erhaltene Produkt ist im höchsten Maße
zur Regelung des Feuchtigkeitsgehaltes in einem geschlossenen Raum geeignet. Es
wurde weiter gefunden, daß durch die Einbringung von Silikagel oder eines anderen
Sorbens in einen Kunststoffschaumstoff die Eigenschaften des Sorbens beträchtlich
verbessert werden, weil dessen aktive Oberfläche und Porenoberfläche vergrößert
ist. Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein solcher Kunststoffschaumstoff
mit einer offenen Zellstruktur, der ein Sorbens in seiner Zellstruktur enthält,
bei einer bestimmten Anwendung wesentlich wirksamer ist als es dem Gewicht der sorbierenden
Substanz nach zu erwarten war.
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Für die Erfindung sind besonders jene Kunststoffschaumstoffe wertvoll,
die eine Zellstruktur mit einer Vielzahl von miteinander in Verbindung stehenden
Zellen besitzen. Vorzugsweise ist dieser Schaumstoff weich, nachgiebig und flexibel.
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Polyurethanschaumstoffe werden z. B. dadurch hergestellt, daß ein
Polyester und ein Polyisocyanat in Gegenwart von Treibmitteln zur Reaktion gebracht
werden. Zur Erläuterung sei auf ein Polyurethan verwiesen, das sich als besonders
nützlich herausgestellt hat und das durch Umsetzen eines Polyesters, der vorzugsweise
aus Adipinsäure und Diäthylenglykol besteht, mit Toluylendiisocyanat in Gegenwart
eines geeigneten Katalysators und Treibmittels erhalten worden ist. Die Eigenschaften
der Bestandteile werden in der üblichen Art sorgfältig bestimmt, so daß das Endprodukt
eine Vielzahl miteinander in Verbindung stehender Zellen besitzt. Die Reaktion wird
in einem Behälter ausreichender Größe durchgeführt, z. B. in dem Verpackungsbehälter
oder in einem Ofen, in den das empfindliche Gerät verpackt werden soll. Wenn jedoch
der Kunststoffschaumstoff direkt um das zu verpackende Gut herum in der Packung
erzeugt wird, muß überschüssiger Schaumstoff an der Verpackungsöffnung, ehe sie
verschlossen wird, abgeschnitten werden.
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Um einen Polyurethanschaumstoff zu erzeugen, in dem ein Sorbens dispergiert
ist, wird der Polyester im wesentlichen wie oben beschrieben verwendet,
aber ehe
er mit einem Diisocyanat zur Reaktion gebracht wird, wird er innig mit granuliertem
Silikagel vermischt. Daraufhin wird die erforderliche Menge Toluylendiisocyanat
und ein geeigneter Katalysator sowie Treibmittel zugesetzt, worauf man die Mischung
in einem geeigneten Behälter schäumen läßt. Irgendwelche Feuchtigkeit, die durch
die Reaktionswärme nicht entfernt wird, läßt sich durch Erwärmen, wie bei der Reaktivierung
des dispergierten Silikagels, beseitigen.
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Für ein erfindungsgemäß zu verwendendes Schaumgemisch vermischt man
beispielsweise 94,5 Teile Polyester mit 25 Teilen eines granulierten Silikagels
und fügt dann 40 Teile Toluylendiisocyanat zu, worauf man den Kunststoffschaum sich
bilden läßt.
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Obgleich das oben beschriebene Gemisch einen Kunststoffschaumstoff
ergibt, der außerordentlich gute absorbierende Eigenschaften besitzt, kann die Silikagelmenge
nach Wunsch erhöht oder verringert werden. Vorzugsweise enthält das Endprodukt etwa
zwischen 1 und 75 Gewichtsprozent Sorbens, im allgemeinen aber im Bereich von ungefähr
5 bis 25 Gewichtsprozent, wenn außerdem gute Filtereigenschaften verlangt werden.
Bei Erhöhung der Menge des Sorbens nimmt die Dichte des Schaumproduktes zu. Für
die meisten Anwendungszwecke aber lassen sich auch dichtere Produkte mit einem höheren
Prozentsatz an Sorbens herstellen, ohne daß dadurch die offene Zellstruktur des
Schaumstoffes beeinträchtigt wird und ohne den Widerstand beim Durchgang von Gasen
durch den Schaumstoff zu erhöhen oder seine Wirksamkeit als Wasseradsorptionsmittel
zu verringern.
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Zur Prüfung der Wirksamkeit des mit Silikagel imprägnierten Polyurethanschaumstoffes
wurde eine Schaumstoffprobe mit 15,5 °/o Silikagel, deren Trockengewicht vorher
bestimmt wurde, in eine Kammer gebracht, in der eine relative Luftfeuchtigkeit von
98 0/o herrschte. Bei diesem Versuch wurden 13 g Silikagel verwendet. Nach einer
Verweilzeit von ungefähr 4 Stunden bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 98e/o
hatte die Schaumprobe 7,5 g an Gewicht zugenommen. Ein ähnlicher Versuch wurde mit
der gleichen Menge Silikagel durchgeführt, die aber nicht im Schaumstoff, sondern
in einem Behälter untergebracht war. Nach 4 Stunden bei einer relativen Luftfeuchtigkeit
von 98Qlo hatte das Silikagel nur 3 g an Gewicht zugenommen. Eine ähnliche Gewichtszunahme
zeigte reiner unbehandelter Polyurethanschaumstoff ohne Silikagel; sie betrug nach
4 Stunden bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 98°/o 3,5 g. Daraus geht hervor,
daß durch Einarbeiten von granuliertem Silikagel in die Zellstruktur von Polyurethanschaumstoffen
ein synergistischer Effekt erzielt wird, in dem die feuchtigkeitsaufnehmenden Eigenschaften
des mit Silikagel versetzten Schaumstoffes besser sind als die Summe der feuchtigkeitsaufnehmenden
Eigenschaften von Schaumstoff und Silikagel jeweils für sich ist.
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Aus den obigen Versuchen geht klar hervor, daß eine Schaumstoffprobe
mit 13 g Silikagel 7,5 g Feuchtigkeit aufnimmt, wogegen getrennte Teile, nämlich
13 g Silikagel und die gleiche Gewichtsmenge Kunststoffschaumstoff jeweils für sich
nur 3 g bzw. 3,5 g Feuchtigkeit aufnehmen, so daß sich eine gesamte Menge von 6,5
g ergibt, also 1 g weniger als das aus Kunststoffschaumstoff und Silikagel bestehende
Verfahrensprodukt.