DE1494955C - Verfahren zur Herstellung von hitze bestandigen organischen Schaumstoffen - Google Patents

Description

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Schaumstoffe zeichnen sich durch ein geringes Als Alkalisilikate eignen sich vorzugsweise Na-

Raumgewicht aus und eignen sich deshalb sehr gut trium- oder Kaliumsilikate in wäßriger Lösung belie-

als thermisches Isoliermaterial. biger Konzentration. Da bei der Herstellung der

In letzter Zeit sind in der Praxis besonders Schaum- erfindungsgemäßen Schaumkörper zwecks Verfestistoffe aus thermoplastischen Kunststoffen in großem 5 gung Wasser verdampft werden muß, setzt man jedoch

Umfang eingeführt worden. Solche Schaumstoffe vorteilhaft möglichst konzentrierte, noch streichbare

haben jedoch häufig die Eigenschaft, daß sie leicht oder pastenartige Lösungen oder Suspensionen ein,

entflammbar sind. Es ist zwar bekannt, solche deren Konzentration im allgemeinen bei etwa 38 bis

Schaumstoffe durch Zusätze schwer entflammbar zu 60 Be liegt. Man kann aber auch Suspensionen von machen, aber hierdurch wird der Nachteil nicht be- i₀ wasserhaltigen Alkalisilikatpartikeln in wäßrigen Al-

seitigt, daß sie nur bis zu einer relativ niedrig liegen- kalisilikatlösungen mit einem Gesamtwassergehalt

den Tempraturgrenze formbeständig sind. So begin- unter 30 Gewichtsprozent einsetzen. Es ist ferner

nen diese Schaumstoffe bereits bei Temperaturen um auch möglich, zur Erhöhung der Viskosität den alkali-

100 bis 250° C zu sintern oder zu schmelzen und so silikathaltigen Lösungen Füllstoffe oder verdickend ihre Funktionsfähigkeit zu verlieren. Sind diese ₁₅ wirkende Substanzen, z. B. Kieselgel, zuzusetzen. Die

Schaumstoffe in Verbundelementen enthalten, so hat Viskosität der Lösungen hängt unter anderem nicht

dies den Nachteil, daß die Schaumstoffe schmelzen nur vom Wassergehalt, sondern auch vom Verhältnis

und sich gegebenenfalls entzünden und somit zu einer Alkalioxyd zu Siliciumdioxyd des Silikats ab, wobei

Ausbreitung eines Brandes beitragen können. die Lösungen bei höheren Alkalioxydgehalten bei

Es sind ferner auch Schaumstoffe bekannt, die aus ₂o vergleichbaren Wassergehalten niedrigerviskos sind, rein anorganischen Materialien bestehen. Hier sind Zweckmäßig verwendet man Natriumsilikatlösungen insbesondere solche Schaumstoffe zu erwähnen, die mit einem Natriumoxyd-Siliciumdioxyd-Verhältnis durch Erhitzen von festem wasserhaltigem Wasserglas von 1:1,2 bis 1:3,5. Es ist vorteilhaft, den alkalihergestellt worden sind. Ihre Herstellung ist jedoch silikathaltigen Lösungen oder Suspensionen Stoffe wegen der anzuwendenden hohen Temperaturen sehr 25 zuzusetzen, die mit den Alkalisilikaten unter Bildung aufwendig. Sie haben ferner den Nachteil, daß sie nur wasserunlöslicher Silikate zu reagieren vermögen. Als eine geringe mechanische Festigkeit besitzen, so daß sie solche Stoffe kommen beispielsweise Verbindungen in der Praxis bisher noch nicht eingesetzt worden sind. der Erdalkalimetalle, z. B. Kalk, Magnesiumoxyd

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von sowie Zinkoxyd, Asbestpulver oder Zement in BeBauelementen mit niedrigem spezifischem Gewicht 30 tracht. Man kann den Lösungen auch Füllstoffe, z. B. bekanntgeworden, das darin besteht, daß man klein- Eisenoxyd, Graphit, Titandioxyd, zusetzen. Diese teilige poröse Kunststoffkörper mit wasserhaltigen Zusatzstoffe werden den alkalisilikathaltigen Lösun-Bindemitteln vermischt, formt und abbinden läßt. gen oder Suspensionen in einer solchen Menge zu-Solche Bauelemente haben in der Praxis nur in be- gegeben, daß das wasserlösliche Alkalisilikat ganz grenztem Umfang Eingang gefunden, da ihre Herstel- 35 oder teilweise in unlösliches Silikat übergeführt wird, lung relativ aufwendig ist. Es ist ferner schwierig, Werden für die Herstellung der Schaumstoffe Lösunnach dem genannten Verfahren ein Bauelement her- gen oder Suspensionen eingesetzt, die neben den zustellen, in dem die porösen Kunststoffkörper gleich- Alkalisilikaten auch die genannten Zusatzstoffe entmäßig verteilt sind. halten, so wird auch in diesen Fällen die Menge der

Es ist schließlich auch bekannt, auf der Oberfläche _4O zu der Mischung zuzusetzenden verschäumbaren

verschäumbarer Polystyrolteilchen einen Überzug aus Kunststoffteilchen so bemessen, daß das Verhältnis

einem wasserlöslichen Erdalkalimetallsilikat oder der Menge der Kunststoffpartikeln zu den gesamten

Aluminiumsilikat aufzubringen, wobei der Überzug in der Lösung oder Suspension enthaltenen wasser-

0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge freien Substanzen von 1:9 bis 9:1, vorzugsweise

der Polymerpartikeln, ausmacht. Durch diese Maß- ₄₅ 3 : 7 bis 7 : 3, beträgt. Als verschäumbare Kunststoff-

nahme soll erreicht werden, daß bei der Verschäu- partikeln kommen insbesondere Partikeln aus PoIy-

mung der Polystyrolteilchen in einem Schnecken- styrol oder aus Styrol erhaltene Mischpolymerisate,

extruder ein Schaumstoff entsteht, dessen Zellen eine _z. B. solche aus Styrol und Acrylnitril, Acrylsäure,

einheitliche Größe besitzen und dessen durchschnitt- Butadien, in Betracht. Auch Kunststoffpartikeln auf

licher Durchmesser einen bestimmten Höchstwert ₅₀ Basis Vinylidenchlorid sind geeignet. Die Kunststoff-

nicht übersteigt. partikeln können in bekannter Weise durch Zusatz

Es wurde nun gefunden, daß man auch bei hohen von anorganischen Halogenverbindungen oder durch Temperaturen noch beständige kunststoffhaltige Abmischen mit Chlorparaffinpulver oder Antimon-Schaumstoffgebilde auf einfache Weise vorteilhaft trioxyd schwerentflammbar eingestellt sein. Die verherstellen kann, wenn man verschäumbare feinteilige 55 schäumbaren Partikeln enthalten in bekannter Weise Kunststoffe in eine alkalisilikathaltige wäßrige Lösung Treibmittel, die die Teilchen nicht lösen oder diese mit gegebenenfalls darin suspendierten festen wasser- nur wenig anquellen, z.B. aliphatische Kohlenwasserhaltigen Alkaiisilikaten in· einer solchen Menge ein- stoffe. Die Kunststoffpartikeln können ferner pulverbringt, daß die Menge der zugesetzten Kunststoffteil- förmige Treibmittel enthalten, welche bei höherer chen zur Menge der in der Lösung bzw. Suspension 60 Temperatur, z. B. oberhalb 100° C, Gase abspalten, enthaltenen wasserfreien Substanzen sich wie 1: 9 bis z. B. Azodibuttersüurcdinitril.

9: 1 verhält und die Mischung anschließend, gegebe- Bei der Herstellung der Scliaunistoffkörper geht

nenfalls nach ihrer Verfestigung bei Temperaturen man so vor, daß man Alkalisilikatlösungen oder Sus-

untcrhalb dor Temperatur, bei der die fcinteiligen pensioncn möglichst hoher Konzentration vorlegt und

Kunststoffe schäumen, zu einem homogenen Schaum- 65 anschließend die verschiiumbaren KuiiststolTpartikeln

gebilde bei einer Temperatur oberhalb des Erwei- mechanisch zumischt, wobei man dafür sorgt, daß

cliungspuiiktes der verschäumbaren Kunststoffe ver- eine möglichst einheitliche Mischung entsteht. Für

schäumt. den Fall, daß den Alkalisilikaten solche Substanzen

zugesetzt werden sollen, die mit diesen unter Bildung schwerlöslicher oder wasserunlöslicher Silikate reagieren, werden diese Substanzen vor der Einbettung der Kunststoffpartikeln eingebracht. Um die mechanische Stabilität der herzustellenden Schaumstoffe zu erhöhen, kann man diesen Mischungen auch faserige Materialien, z. B. Glasfasern, wie Stapelglasfasern, Metallgewebe oder Kunststoffgewebe, Mineralfasermatten, zugeben. Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, den Mischungen in geringer Menge ζ. Β. ίο 1 bis lO°/o höherwertige Alkohole, z.B. Glycerin, oder Zucker, wie Rohrzucker, zuzusetzen. Durch diese Zusätze erreicht man, daß die Schaumkörper homogener werden.

Nach der Herstellung der Mischung kann man entweder so verfahren, daß man diese vor der Verschäumung zunächst verfestigt. Dies kann durch Erwärmen der Mischung erfolgen, wobei die Temperaturen nicht einen Wert übersteigen dürfen, bei dem die Kunststoffteilchen bereits schäumen. Eine Ver- ao festigung der Mischung kann aber auch ohne Erwär-'fc mung erfolgen, nämlich dann, wenn man Suspensionen von feinteiligen wasserhaltigen Alkalisilikatpartikeln in wäßrigen Lösungen von Alkalisilikaten eingesetzt hat, wobei der Gesamtwassergehalt der Suspensionen relativ niedrig liegt. Solche Suspensionen haben die Eigenschaft, schon bei Raumtemperatur innerhalb kurzer Zeit zu einer festen Masse abzubinden.

Nach der gegebenenfalls erfolgten Verfestigung der Mischung wird diese auf solche Temperaturen erhitzt, bei denen die Kunststoffpartikeln durch Absieden des in ihnen enthaltenen Treibmittels verschäumen. Die Erwärmung kann z. B. durch Aufblasen von Heißluft, Lagerung in einem Trockenschrank, Anlegen eines Hochfrequenzfeldes, Bestrahlen mit Infrarotstrahlern erfolgen. Die Mischung wird so lange erwärmt, bis die gewünschte Volumenvergrößerung des Gemisches eingetreten ist. Die Temperaturen bei der Verschäumung sollen üblicherweise etwa 80 bis 150° C betragen. Je nach der Zusammensetzung der Ausgangsmischung, deren Raumgewicht zwischen 1100 und 3000 g/l liegen kann, ermäßigt sich das Raumgewicht •'^k der geschäumten Mischung auf 50 bis 800 g/l.

In einer abgewandelten Form kann das Verfahren auch so durchgeführt werden, daß man das ungeschäumte verfestigte Gemisch zerkleinert und die Teilchen in eine nicht gasdicht verschließbare Form einbringt, z. B. in einer solchen Menge, daß 10 bis 50 % des Volumens der Form ausgefüllt werden. Durch Erwärmen wird die Masse verschäumt und der verbleibende freie Raum ausgefüllt. Es entsteht hierdurch ein Formkörper, der in seinen Dimensionen dem Hohlraum der Form entspricht. Beim Verschäumen der Mischungen in einer Form ist es nicht unbedingt erforderlich, diese vorher Murch Entzug von Wasser zu verfestigen, sondern es kann in diesem Fall die noch zähplastische Mischung direkt ohne vorherige Verfestigung verschäumt werden.

Bei der kontinuierlichen Herstellung des Schaum- 6p Stoffs verfährt man so, daß man die Mischung z. B. mit einer Düse auf ein endloses Band aufbringt und dort durch Hitzeeinwirkung verschäumt.

Es besteht schließlich auch die Möglichkeit, das in pastöser Konsistenz vorliegende Gemisch auf die später zu schützenden Unterlagen aufzubringen und dort durch Hitzeeinwirkung zu verschäumen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Schaumstoffe können zum Schutz gegen den Einfluß von Feuchtigkeit mit einer Schutzschicht z.B. durch Aufbringen von Lacken aus Epoxydharzen, Polyamiden, Polyvinylchlorid oder Mischpolymerisaten aus Vinylidenchlorid und anderen polymerisierbaren Substanzen versehen werden. Die Schutzschicht kann auch durch Aufkaschieren von Kunststoffolien erzeugt werden. Es ist schließlich auch möglich, auf die Schaumstoffe einen Verputz aufzubringen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Schaumstoffe, die eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, zeichnen sich vor allem dadurch aus, daß auch bei der Einwirkung hoher Temperaturen, wie sie beispielsweise in einem Brandfall auftreten, die anorganische Gerüstsubstanz erhalten bleibt. Diese besitzt auf Grund ihrer Porosität selbst noch eine brandhemmende Wirkung, so daß der erfindungsgemäße Schaumstoff, z. B. in Form von Platten, im Bauwesen als brandhemmendes Material eingesetzt werden kann. So genügt beispielsweise der Einbau einer 3 cm dicken Platte, aus dem erfindungsgemäßen Schaumstoff zwischen zwei Asbestzementplatten von 6 mm Dicke, um die Bedingungen, wie sie bei Bauteilen bei der Prüfung gemäß DIN 4102 zur Einreihung in die Feuerwiderstandsklasse F 60 gefordert werden, zu erfüllen. Auf Grund seiner mechanischen Stabilität kann der Schaumstoff in Form von Platten direkt zur Herstellung von Zwischenwänden eingesetzt werden. Solche Platten können aber auch zur Beschichtung von Wänden eingesetzt oder als Zwischen- oder Außenschichten in Wänden, Decken, Böden, Türen, und als Isoliermaterial ganz allgemein verwendet werden.

Beispiel 1

2200 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von Natronwasserglas mit einer Konzentration von etwa 39° Be, einem Natriumoxyd-Siliciumdioxyd-Verhältnis von 1: 3,3 werden mit 700 Gewichtsteilen Natronwasserglaspulver mit einem Wassergehalt von 18°/o gemischt. Die Partikeln haben eine durchschnittliche Korngröße von 0,01 mm. Hierauf werden unter mechanischem Rühren 2000 Gewichtsteile von treibmittelhaltigen Polystyrolpartikeln von 0,3 mm Durchmesser, welche als Flammschutzmittel 2,3-Dibrompropanolphosphat enthalten, zugesetzt und die Masse homogenisiert. Man setzt das Gemisch in einer Schichtstärke von 10 mm der Einwirkung einer Infrarotstrahlung aus, bis eine so starke Verfestigung erreicht wird, daß eine relativ kompakte Masse entstanden ist.

Diese Masse wird in einem Wärmeschrank bei einer Temperatur von 105° C 2Vz Stunden lang gelagert. Es entsteht unter starker Volumenvergrößerung ein weißes Schaumstoffgebilde vom Raumgewicht 150 g/l, das für mannigfaltige Zwecke des Isolierwesens Verwendung finden kann, insbesondere auch in Verbundbauelementen, als Isolierung von Decken, Wänden, Dächern, Böden, Speichern, Industriebauten, Rohrleitungen, Kellern, Obstlagerhallen.

Beispiel 2 .

3000 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von Natronwasserglas mit einer Konzentration von 40'' Be und einem Verhältnis von Na₂O: SiO., von 1:3,3 werden in einem Flügelmischer bei Raumtemperatur mit 300 Gewichtsteilen 30%iger Kalilauge, 1000 Gewichtsteilen pulverisiertem Calcium-

carbonat und 3000 Gewichtsteilen von blähfähigen Polystyrolpartikeln mit einem Durchmesser von bis zu etwa 0,3 mm, welche als Flammschutzmittel Hexabromcyclododecan enthalten, zu einer zähen Masse vermischt. Das Gemisch wird in einen mit einer Polyäthylenfolie ausgekleideten Metallbehälter mit Doppelwänden eingebracht.

Durch Einleiten von Dampf in den Zwischenraum der Doppelwände werden die Innenwände auf eine Temperatur von 105- C erwärmt. Man lagert 30 Minuten und leitet hierauf in den Zwischenraum der Wandungen kaltes Wasser ein.

Nach dem Abkühlen erhält man einen homogenen Schaumformkörper mit einem Raumgewicht von 250 g/l, der eine hohe Bruch- und Biegefestigkeit aufweist.

Wird dieser Schaumstoffkörper längere Zeit der Flamme eines Bunsenbrenners ausgesetzt, so verbrennt oder vergast zwar der in ihm enthaltene Kunststoff, es hinterbleibt jedoch immer noch ein poröser Körper, der dem Wärmedurchgang einen erheblichen Widerstand entgegensetzt.

Auf Grund dieser Eigenschaften eignen sich Platten aus dem Schaumstoff als thermisch isolierende und gleichzeitig als brandschützende Bauelemente.

Beispiel 3

• 2000 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von Natronwasserglas mit einer Konzentration von etwa 39° Be und einem Natriumoxyd-Siliciumdioxyd-Verhältnis von 1:2,6 werden in einem Kneter mit 150 Gewichtsteilen einer 3O°/oigen Natronlauge, 650 Gewichtsteilen von blähfähigen Partikeln aus einem Mischpolymerisat aus 90 Gewichtsteilen Monostyrol, 10 Gewichtsteilen Acrylnitril mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,3 mm, 250 Gewichtsteilen Zement, 150 Gewichtsteilen Chlorparaffinpulver, 80 Gewichtsteilen Ahtimontrioxyd bei Raumtemperatur innig vermischt; es entsteht eine zähe, nicht fließende Masse, welche in einem offenen, mit einem Deckel verschließbaren Metallbehälter in einer solchen Menge eingebracht wird, daß die Masse ehva 50° β des Volumens des Behälters ausfüllt. Dieser Behälter steht in einem zweiten Behälter, dessen Länge und Breite jeweils 10 cm größer sind als die des zuerst genannten Behälters und dessen Höhe so gewählt ist, daß der Innenbehälter, der auf einem Metallgestell in 10 cm Höhe vom Boden ruht, niedriger ist als der Außenbehälter. Zwischen Innen- und Außenbehälter wird 90 bis 95° C heißes Wasser derart eingeleitet, daß der Boden und die Seitenwände umspült werden. Nach 25 Minuten wird der innere Behälter 15 Minuten lang in kaltem Wasser gelagert. Das ihm entnommene Schaumstoffgebilde besitzt ein Raumgewicht von 800 g/l.

Das Gebilde eignet sich in Form von Leichtsteinen zum Aufbau von Zwischenwänden, in Form von Platten zum Beschichten von Metallträgern und Stützen, von Decken, Wänden, zum Einbau einer feuerhemmenden Zwischenschicht in Industrie- und Wohngebäuden.

Beispiel 4

In eine Schneckenfördermaschine mit einer schlitzartigen Auslauföffnung wird ein Gemisch aus 900 Gewichtsteilen einer Natronwasserglaslösung von 38° Be mit einem Natriumoxyd-Siliciumdioxyd-Verhältnis von 1 : 3,36, 90 Gewichtsteilen 3O°/oiger Natronlauge,

ίο 50 Gewichtsteilen Rohrzucker, 150 Gewichtsteilen Zinkoxyd, 75 Gewichtsteilen Quarzmehl und 450 Gewichtsteilen von Partikeln aus nachchloriertem Polyvinylchlorid, welches Butan als Treibmittel enthält und in Form von Rundteilchen von 0,4 mm Durchmesser vorliegt, bei Raumtemperatur eingegeben.

Die Masse wird durch die schlitzartige Öffnung von 20 cm Breite und 4 mm Höhe auf ein auf 95⁰C erwärmtes umlaufendes Metallband in einer Dicke von etwa 5 mm kontinuierlich aufgebracht und über

ao eine Strecke von 5 m mit Infrarotstrahlern so erwärmt, daß das Gemisch eine Temperatur von 95 bis 99° C annimmt.

Es entsteht ein Schaumstoffgebilde von etwa mm Dicke mit einem Raumgewicht von 300 g/l, das eine sehr dichte Struktur und eine hohe Festigkeit hat.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von hitzebeständigen organischen Schaumstoffgebilden in Kombination mit Alkalisilikaten, dadurch gekennzeichnet, daß man verschäumbar feinteilige Kunststoffe in eine alkalisilikathaltige . wäßrige Lösung mit gegebenenfalls darin suspen-. dierten festen wasserhaltigen Alkalisilikaten in einer solchen Menge einbringt, daß die Menge der zugesetzten Kunststoffteilchen zur Menge der in der Lösung bzw. Suspension enthaltenen wasserfreien Substanzen sich wie 1:9 bis 9:1 verhält und die Mischung anschließend, gegebenenfalls nach ihrer Verfestigung bei Temperaturen unterhalb der Temperatur, bei der die feinteiligen Kunststoffe schäumen, zu einem homogenen Schaumgebilde bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes der verschäumbaren Kunststoffe verschäumt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den alkalisilikathaltigen Lösungen vor dem Zusatz der Kunststoffpartikeln Stoffe zusetzt, die mit den Alkalisilikaten unter Bildung wasserunlöslicher Silikate reagieren.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Mischungen vor dem Verschäumen Fasern oder Gewebe zusetzt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Mischungen höherwertige Alkohole zusetzt.