DE1266680B

DE1266680B - Process for the production of lightweight components

Info

Publication number: DE1266680B
Application number: DEB57166A
Authority: DE
Inventors: Klaus Koehling; Rolf Petri
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1960-03-23
Filing date: 1960-03-23
Publication date: 1968-04-18

Description

Aus der deutschen Patentschrift 964 217 ist es be- Verfahren zur Herstellung von Leichtbauteilen kannt, Bauelemente mit niedrigem spezifischem Gewicht herzustellen, indem man kleinteilige, poröse thermoplastische Kunststoffe mit wasserhaltigen Bindemitteln vermischt, formt und abbinden läßt. Als Bindemittel werden in erster Linie die in der Bauindustrie üblichen Bindemittel, wie Zement, Gips und Mörtel, genannt. Für manche Anwendungszwecke besitzen die mit den üblichen Bindemitteln hergestellten Bauelemente mit niedrigem spezifischem Gewicht aber eine zu geringe mechanische Festigkeit.From the German patent specification 964 217 it is a process for the production of lightweight components knows how to manufacture components with a low specific weight, by making small, porous thermoplastics with water-based binders mixed, shaped and allowed to set. The in binders commonly used in the construction industry, such as cement, plaster and mortar. For some applications have those produced with the usual binders Components with a low specific weight but too little mechanical Strength.

Auch war bereits ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffkörpern bekannt, bei dem Mischungen aus Polyvinylchloridpasten, einem Treibmittel und einer ein Härtungsmittel enthaltenden Polyepoxydverbindung in einer geschlossenen Form geliert werden. Der erhaltene Formkörper wird nach dem Gelieren außerhalb der Form erhitzt, so daß die Masse unter der Wirkung des Treibmittels expandiert. Nach diesem Verfahren können jedoch nur einfache Formkörper, nicht aber solche mit einer komplizierten Formgebung, wie Rohre und Schalen, in befriedigender Weise hergestellt werden.There was also a method for producing foam bodies known, in the mixtures of polyvinyl chloride pastes, a blowing agent and a a curing agent-containing polyepoxy compound in a closed form be gelled. The molded body obtained is outside of the mold after gelling heated so that the mass expands under the action of the propellant. After this However, processes can only be made with simple shaped bodies, but not those with a complicated one Shaping, such as pipes and shells, can be produced in a satisfactory manner.

Weiterhin war es bekannt, Mischungen aus Copolymerisaten von alkyliertem Styrol, Acryl- oder Methacrylsäureestern und Acryl- oder Methacrylsäure, Polyepoxydverbindungen und Pigmenten als Anstrichmittel für Metalle zu verwenden. Solche Mischungen eignen sich jedoch nicht für die Herstellung von Leichtbauteilen mit hoher mechanischer Festigkeit.It was also known to use mixtures of copolymers of alkylated Styrene, acrylic or methacrylic acid esters and acrylic or methacrylic acid, polyepoxy compounds and to use pigments as paints for metals. Such mixtures are suitable However, not for the production of lightweight components with high mechanical Strength.

In der deutschen Patentschrift 966 648 wird auf Seite 1 in den Zeilen 34 bis 38 darauf hingewiesen, daß durch Zusatz von gewissen Kunststoffen die physikalischen Eigenschaften des Zements, wie Biegsamkeit, Zugfestigkeit und Druckfestigkeit, verändert werden können. Insbesondere gibt die deutsche Patentschrift eine Lehre zum homogenen Verbinden von altem mit frischem Beton. Diese Lehre ist jedoch nicht zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe anwendbar, da es hier nicht um das Verbinden von altem mit frischem Beton geht, sondern um die Erhöhung der mechanischen Eigenschaften von Leichtbauteilen, die aus geschlossenzelligen Polystyrolschaumstoffen und hydraulischen Bindemitteln bestehen.In the German patent specification 966 648 is on page 1 in the lines 34 to 38 pointed out that by adding certain plastics the physical Properties of the cement, such as flexibility, tensile strength and compressive strength, changed can be. In particular, the German patent gives a teaching on homogeneous Combining old with fresh concrete. However, this teaching is not for the solution the task according to the invention applicable, since it is not about the connection of old with fresh concrete is about increasing the mechanical properties of lightweight components made from closed-cell polystyrene foams and hydraulic Binders exist.

Aus den veröffentlichten Unterlagen des Gebrauchsmusters 1802 154 ist zu entnehmen, daß sich Epoxydharze als Bindemittel für die Herstellung von Schichtkörpern aus schaumförmigem Polystyrol und verschiedenen anderen Stoffen eignen. Hierbei dient das Epoxydharz zur Herstellung von Bindungen zwischen zwei flächigen Stoffen. Aus der Tatsache, daß sich Epoxydharze als Bindemittel für verschiedene Werk-Stoffe eignen, konnte nicht geschlossen werden, daß die mechanischen Eigenschaften von Leichtbauteilen aus kleinteiligen Polystyrolschaumstoffen und hydraulischen Bindemitteln verbessert werden, wenn man Dispersionen von Polyepoxydverbindungen den Mischungen zusetzt.From the published documents of utility model 1802 154 it can be seen that epoxy resins are suitable as binders for the production of laminated bodies from foam-shaped polystyrene and various other substances. The epoxy resin is used to create bonds between two flat materials. From the fact that epoxy resins are suitable as binders for various materials, it could not be concluded that the mechanical properties of lightweight components made of small-sized polystyrene foams and hydraulic binders are improved if dispersions of polyepoxy compounds are added to the mixtures.

Aus der Veröffentlichung von H. N i e m a n n über »Polyamidgehärtete Epoxydharze in der Bauindustrie«, die in der Zeitschrift »Kunststoffe«, Bd. 51, Jg.1961, auf den Seiten 400 bis 403 erschienen ist, kann man entnehmen, daß sich Epoxydharze an Stelle der herkömmlichen hydraulischen Bindemittel als Bindemittel für Quarzsand und Kies eignen, d. h. daß man Epoxydharze an Stelle von Zement zur Herstellung von Beton verwenden kann. Für die Herstellung von Leichtbauteilen unter Verwendung von wäßrigen Dispersionen von Epoxydharzen zusammen mit hydraulischen Bindemitteln vermittelt auch diese Veröffentlichung keine Lehre.From the publication by H. N i e m a n n about »Polyamidhardened Epoxy Resins in the Construction Industry «, published in the journal» Kunststoffe «, Vol. 51, Born in 1961, on pages 400 to 403, one can see that Epoxy resins instead of conventional hydraulic binders as binders suitable for quartz sand and gravel, d. H. that you can use epoxy resins instead of cement Can use manufacture of concrete. For the production of lightweight components under Use of aqueous dispersions of epoxy resins together with hydraulic Binders, this publication does not convey any teaching either.

Es wurde nun gefunden, daß man Leichtbausteine durch Aushärten von Gemischen, die eine thermoplastische polymere Verbindung, eine Polyepoxydverbindung sowie Zuschlagstoffe enthalten, mit hoher mechanischer Festigkeit herstellen kann, wenn man ein Gemisch, das kleinteilige, geschlossenzellige Polystyrolschaumstoffe, hydraulische Bindemittel, wäßrige, einen Härter enthaltende Dispersionen von Polyepoxydverbindungen und gegebenenfalls übliche Zuschlagstoffe enthält, verformt und wie üblich aushärtet.It has now been found that you can lightweight building blocks by curing Mixtures comprising a thermoplastic polymeric compound, a polyepoxy compound as well as aggregates, can produce with high mechanical strength, if you have a mixture consisting of small, closed-cell polystyrene foams, hydraulic binders, aqueous dispersions of polyepoxy compounds containing a hardener and optionally contains conventional additives, deforms and cures as usual.

Als Polyepoxydverbindungen sind beispielsweise die Umsetzungsprodukte von Epichlorhydrin mit mehrwertigen Alkoholen, wie Pentaerythrit, Erythrit, Glyzerin, Trimethylolpropan, Butantriol, Hexantriol, oder mit mehrwertigen Phenolen, wie Hydrochinon, 2,2-Bis-(p - hydroxyphenyl) - propan, Bis - (p - hydroxyphenyl) methan, Bis - (p - hydroxydphenyl) - sulfon, geeignet. Ihr Epoxydwert soll zweckmäßigerweise zwischen 0,35 und 0,8 betragen. Hieraus lassen sich wäßrige Dispersionen herstellen, indem man die Polyepoxydverbindungen mit Dispergiermitteln, Netzmitteln oder Schutzkolloiden, wie Arylsulfonate, Alkylarylsulfonate, Additionsprodukte von Äthylenoxyd an Fettalkohole, Fettamine oder Carbonsäuren, Polyvinylalkohol, Poly acrylsäure, Polyvinyllactam oder Älginate, mischt und die Mischungen in Wasser dispergiert. Auf diese Weise lassen sich stabile wäßrige Dispersionen von Polyepoxydverbindungen mit einem Gehalt von 40 bis 95 °/o anPolyepoxydverbindungherstellen.Als Härtungsmittel für die Polyepoxydverbindungen dienen beispielsweise mehrwertige Amine, wie Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Phenyldiamin, 2,2-Bis-(p-aminocyclohexyl)-propan, Carbonsäuren oder Carbonsäureanhydride, wie Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Polyhydroxydverbindungen, wie Diphenole, Phenolformaldehydkondensationsprodukte und niedermolekulare Polyamide.Examples of polyepoxide compounds are the reaction products of epichlorohydrin with polyhydric alcohols such as pentaerythritol, erythritol, glycerine, Trimethylolpropane, butanetriol, hexanetriol, or with polyhydric phenols such as hydroquinone, 2,2-bis- (p - hydroxyphenyl) - propane, bis - (p - hydroxyphenyl) methane, Bis (p-hydroxydphenyl) sulfone are suitable. Your epoxy value should expediently be between 0.35 and 0.8. Aqueous dispersions can be produced from this, by mixing the polyepoxide compounds with dispersants, wetting agents or protective colloids, such as arylsulfonates, alkylarylsulfonates, addition products of ethylene oxide with fatty alcohols, Fatty amines or carboxylic acids, polyvinyl alcohol, poly acrylic acid, polyvinyl lactam or alginates, mix and disperse the mixtures in water. In this way stable aqueous dispersions of polyepoxy compounds with a content from 40 to 95% of the polyepoxy compound. As a hardening agent for the polyepoxy compounds serve, for example, polyvalent amines, such as ethylenediamine, diethylenetriamine, phenylenediamine, 2,2-bis (p-aminocyclohexyl) propane, carboxylic acids or carboxylic acid anhydrides, such as Maleic anhydride, phthalic anhydride, succinic anhydride, polyhydroxide compounds, such as diphenols, phenol-formaldehyde condensation products and low molecular weight polyamides.

Als Zuschlagstoffe sind die in der Bauindustrie üblichen Stoffe, wie Zement, Kalk, Gips, Sand, Bims, Blähton, Tonschiefer, Schlacke, Holzspäne oder Mineralfasern, geeignet.As aggregates are the usual substances in the construction industry, such as Cement, lime, gypsum, sand, pumice, expanded clay, slate, slag, wood chips or mineral fibers, suitable.

Kleinteilige, geschlossenzellige Massen von Polystyrol kann man herstellen, indem man Styrol in wäßriger Suspension in Gegenwart von Treibmitteln, wie flüchtige flüssige Kohlenwasserstoffe, polymerisiert und das perlförmige, treibmittelhaltige Polystyrol mit Wasserdampf behandelt. So hergestelltes kleinteiliges, schaumförmiges Polystyrol besitzt vorzugsweise Teilchendurchmesser von 0,1 bis 4 mm, in sich geschlossene Zellen und ist mit Feuchtigkeit praktisch unverträglich.Small, closed-cell masses of polystyrene can be produced, by placing styrene in aqueous suspension in the presence of propellants such as volatile liquid hydrocarbons, polymerized and the pearl-shaped, propellant-containing Polystyrene treated with steam. Small-sized, foam-shaped one produced in this way Polystyrene preferably has a closed particle diameter of 0.1 to 4 mm Cells and is practically incompatible with moisture.

Gleichmäßige Mischungen aus den drei Bestandteilen - schaumförmiges Polystyrol, Zuschlagstoffe, wäßrige Dispersion von Polyepoxydverbindungen - -lassen sich einfach durch kurzzeitiges Mischen in den üblichen Mischmaschinen herstellen. Zweckmäßigerweise werden die Schaumpolystyrolteilchen und Zuschlagstoffe vorgemischt, und die beiden Bestandteile werden in vorgemischtem Zustand mit einer wäßrigen Dispersion von Polyepoxydverbindungen vermischt, nachdem man dieser kurz zuvor ein Härtungsmittel zugesetzt hat. Es ist aber auch möglich, die drei Bestandteile ohne Vormischen zu vermischen. Die Mischungen werden verformt, beispielsweise zu Platten, Blöcken oder Schalen, die bei Raumtemperatur oder auch bei erhöhter Temperatur in ungefähr 8,5 bis 5 Stunden erhärten. Die härtbaren Mischungen können auch an Ort und Stelle verformt werden, indem man sie zur Herstellung von Fußböden oder zur Füllung von Hohlräumen in Decken oder Wänden verwendet. Die Leichtbauteile können kaschiert werden, beispielsweise mit Folien oder Platten aus Holz, Kunststoff, Metall oder Papier, und können durch Einlagen, beispielsweise aus Metall, Kunststoff oder Glasfasern, armiert werden. Die härtbaren Mischungen können außer den erwähnten Bestandteilen noch weitere Zusatz- oder Füllstoffe, wie Farbstoffe oder flammhemmende Mittel, enthalten.Uniform mixtures of the three ingredients - foamy Polystyrene, aggregates, aqueous dispersion of polyepoxy compounds - leave can be produced simply by briefly mixing in conventional mixing machines. The expanded polystyrene particles and aggregates are expediently premixed, and the two ingredients are premixed with an aqueous dispersion mixed by polyepoxy compounds, after this briefly beforehand a hardener added. But it is also possible to add the three components without premixing mix. The mixtures are shaped, for example into plates, blocks or Bowls that are at room temperature or even at elevated temperature in about 8.5 Harden for up to 5 hours. The curable mixtures can also be deformed in place by using them to make floors or to fill cavities used in ceilings or walls. The lightweight components can be laminated, for example with foils or panels made of wood, plastic, metal or paper, and can through Deposits, for example made of metal, plastic or glass fibers, are reinforced. In addition to the components mentioned, the curable mixtures can contain further additives or fillers such as dyes or flame retardants.

Die erfindungsgemäß hergestellten Leichtbauteile eignen sich wegen ihres niedrigen Raumgewichts und ihrer hohen mechanischen Festigkeit als selbsttragende Bauelemente oder als Zwischenschichten für Wärme- und Schallisolierung im Bauwesen sowie im Schiffs- und Bootsbau. Die Bauteile lassen sich in vielfältiger Form herstellen, beispielsweise als Steine, Platten, Rohre, Balken, Träger oder Schalen.The lightweight components produced according to the invention are suitable because of their low density and their high mechanical strength as self-supporting Construction elements or as intermediate layers for heat and sound insulation in the building industry as well as in ship and boat building. The components can be manufactured in a variety of forms, for example as stones, plates, pipes, beams, beams or bowls.

Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.The parts mentioned in the examples are parts by weight.

Beispiel 1 1000 Teile Portlandzement PZ 275 werden mit 100 Teilen von zellförmigen Polystyrolperlen gemischt. Das Schüttgewicht der Perlen beträgt 15 g/l. Zu der Mischung gibt man 1000 Teile einer 70°/oigen wäßrigen Dispersion einer Polyepoxydverbindung aus Pentaerythrit und Epichlorhydrin, die 280 Teile 4,4'-Diamino-3,3'-dirnethyldicyclohexylmethan in homogener Verteilung enthält. Die Masse wird in einem Intensivmischer etwa 2 bis 4 Minuten gemischt. Dabei steigt die Temperatur durch die Kondensationsreaktion langsam an. Nach der Mischzeit wird die Masse in eine Plattenform gefüllt. Die Temperatur beträgt nach 20 Minuten etwa 60°C und nach 35 bis 40 Minuten etwa 80 bis 90°C. Die Platte wird nach 4 Stunden entformt. Sie hat ein Raumgewicht von 340 kg/m3; ihre Druckfestigkeit beträgt 25 kg/cm2 und ihre Biegezugfestigkeit 10 kg/cm2. Die Platte kann als Leichtbauplatte, Isolierplatte für Innenauskleidungen von Räumen, als Konstruktionselemente für Zwischenräume und als Trittschalldämmschicht verwendet werden. Beispiel 2 In einem Gemisch aus 1000 Teilen Kalk, 100 Teilen geblähten Polystyrolpartikeln und 1000 Teilen der im Beispiel 1 genannten 70°/oigen Polyepoxyddispersion werden 280 Teile 4,4'-Diamino-3,3'-dimethyldicyclomethan mit Hilfe eines Intensivmischers gleichmäßig verteilt. Die Mischzeit beträgt 4 bis 8 Minuten. Gegen Ende des Mischens steigt die Temperatur merklich an. Die Masse wird dann in Steinformen gegeben, wo sie sich während 40 Minuten auf etwa 95°C erwärmt. Nach 31/2 Stunden haben die Steine Raumtemperatur angenommen und werden entformt. Ihr Raumgewicht beträgt 430 kg/m3, ihre Druckfestigkeit 32 kg/cm2 und ihre Biegezugfestigkeit 20 kg/cm2.Example 1 1000 parts of Portland cement PZ 275 are mixed with 100 parts mixed by cellular polystyrene beads. The bulk density of the pearls is 15 g / l. 1000 parts of a 70% aqueous dispersion are added to the mixture a polyepoxy compound of pentaerythritol and epichlorohydrin, the 280 parts of 4,4'-diamino-3,3'-dirnethyldicyclohexylmethane contains in homogeneous distribution. The mass is about 2 mixed up to 4 minutes. The temperature rises as a result of the condensation reaction slowly on. After the mixing time, the mass is poured into a plate shape. The temperature is about 60 ° C after 20 minutes and about 80 to 90 ° C after 35 to 40 minutes. the The plate is removed from the mold after 4 hours. It has a density of 340 kg / m3; their Compressive strength is 25 kg / cm2 and its flexural strength is 10 kg / cm2. The plate Can be used as a lightweight panel, insulating panel for interior lining of rooms, as construction elements can be used for gaps and as an impact sound insulation layer. Example 2 In a mixture of 1000 parts of lime, 100 parts of expanded polystyrene particles and 1000 parts of the 70% polyepoxide dispersion mentioned in Example 1 are 280 Share 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldicyclomethane evenly using an intensive mixer distributed. The mixing time is 4 to 8 minutes. Increases towards the end of mixing the temperature noticeably increases. The mass is then placed in stone molds where it can be found heated to about 95 ° C. for 40 minutes. After 31/2 hours the stones have room temperature accepted and removed from the mold. Their density is 430 kg / m3, their compressive strength 32 kg / cm2 and its flexural strength 20 kg / cm2.

Die Steine dienen als Baustoffe für Außen- und Innenwände, Decken und Dachhäute, zum Ausfachen von Gerippebauten und als wärmedämmende Verkleidungen.The stones are used as building materials for exterior and interior walls and ceilings and roof skins, for filling in framework structures and as heat-insulating cladding.

Vergleichsweise erhält man aus dem oben beschriebenen Ansatz ohne Polyepoxydverbindung Leichtbausteine, deren Raumgewicht 200 kg/m3, deren Druckfestigkeit 1,7 kg/cm2 und deren Biegezugfestigkeit 1,0 kg/cm2 beträgt. Solche Steine können nicht als tragende Baustoffe verwendet werden, da die Druckfestigkeit unter 20 kg/cm2 liegt; sie dienen nur als Dämmstoffe. Beispiel 3 Wird im Beispiell das hydraulische Bindemittel durch die gleiche Menge Gips ersetzt, so erhält man eine Vergußmasse, die zum Ausfüllen von Hohlräumen und für die Herstellung von schwimmenden Estrichen geeignet ist. Die Härtung verläuft wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Bauteile besitzen ein Raumgewicht von 430 kg/ms, eine Druckfestigkeit von 26 kg/cm2 und eine Biegezugfestigkeit von 22 kg/cm2.For comparison, one obtains from the approach described above without Polyepoxy compound lightweight building blocks, their density of 200 kg / m3, their compressive strength 1.7 kg / cm2 and their flexural strength is 1.0 kg / cm2. Such stones can not be used as load-bearing building materials, as the compressive strength is less than 20 kg / cm2 lies; they only serve as insulating materials. Example 3 If in the example the hydraulic Binder replaced by the same amount of plaster of paris, a casting compound is obtained, those for filling cavities and for the production of floating screeds suitable is. The curing proceeds as described in Example 1. Own the components a density of 430 kg / ms, a compressive strength of 26 kg / cm2 and a flexural strength of 22 kg / cm2.

Claims

Claim: Method for producing lightweight components by Curing of mixtures containing a thermoplastic polymer compound, a polyepoxy compound and contain additives, characterized in that a mixture that small, closed-cell polystyrene foams, hydraulic binders, aqueous dispersions of polyepoxy compounds and optionally containing a hardener Contains conventional aggregates, deforms and hardens as usual. Considered Publications: German Patent No. 966 648; German interpretative document no. 1066 685; German utility model 1802154; "Kunststoffe" 1961, pp. 400 to 403.