DE19632987C1 - Verfahren zum Herstellen strukturierter Beschichtungen aus Polyurethanschaum und Anwendung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von dekorativen, dreidimensional strukturierten Beschichtungen aus Polyurethanschaum (PUR-Schaum) auf einer Unterlage.

Polyurethanschaumstoffe beruhen auf drei Komponenten
A: den Polyisocyanaten
B: den Polyolen
C: den Hilfsstoffen, einschließlich gegebenenfalls Treibmittel.

Hierbei wird das Polyurethan durch Polyaddition aus zwei- und /oder höherwertigen Alkoholen (B) und Isocyanaten und/oder Prepolymeren mit terminalen Isocyanatgruppen (A) erhalten. Hilfsstoffe (C) sind an sich bekannte Katalysatoren, Stabilisatoren, Farbpigmente, Treibmittel, Tenside, Emulgatoren, Schaumstabilisatoren, Flammschutzmittel, Füllstoffe, Alterungsschutzmittel, Antistatika und Biocide.

Polyurethanschaumstoff wird entweder nach dem chemischen Treibverfahren, beruhend auf der Isocyanat-Wasser-Reaktion, die gasförmiges CO₂ als Treibgas liefert oder nach dem physikalischen Treibverfahren mit niedrigsiedenden Treibmittelkomponenten, wie halogenierten Kohlenwasserstoffen und/oder leicht flüchtigen nicht halogenierten Kohlenwasserstoffen wie Pentan, Cyclopentan, Propan, Isobutan, Dimethylether hergestellt.

Zur Verarbeitung zu PUR-Schaum werden die Rohstoffe als Ein- oder Zweikomponentengemisch handelsüblich angeboten.

Für die Herstellung von PUR-Schaum wird bevorzugt als Isocyanat das Diphenyl-methan-4,4′-diisocyanat (MDI) oder das 2,4- bzw. 2,6-Toluoldiisocyanat eingesetzt.

Mit Polyalkylenglykolethern als Diolen und Isocyanaten sowie Wasser chemisch geschäumt erhält man weichere PUR-Schäume.

Härtere PUR-Schäume erhält man bei mit physikalischen Treibmitteln geschäumten Gemischen auf Basis von Polyolen und Isocyanaten.

Üblicherweise wird PUR-Schaum durch Formschäumen verarbeitet oder, wie vorangehend erläutert, im Bauwesen als Montageschaum zum Verfüllen von Hohlräumen und Befestigen von Bauelementen verwendet, da PUR-Schaum im statu nascendi bei Beginn des Vernetzens klebrig ist und gut an vielen Materialien, wie Holz, Metall, Beton, Mauerwerk anhaftet.

In der DE-OS 21 12 397 wird ein Kunststoff auf Polyurethanschaumstoffbasis beschrieben, der als dekorativer Hausputz für Innen- und Außenwände in Form von hoch aufgeschäumten oder verdichteten Schaumstoffwandplatten verwendbar ist.

Aus der JP 54083524 A sind schäumbare Farbanstriche enthaltend ein schäumbares Harz, wie schäumbares Polystyrol, schäumbares Polyethylen oder schäumbares Polyurethan und ein Farbmittel und ein Bindemittel, insbesondere einen Kunststoff wie PVC, Polyacrynitril oder Polymethacrylat, bekannt, denen organische oder anorganische Treibmittel, wie Azodicarbonamid oder Natriumbicarbonat zugegeben werden, bekannt, um damit Bilder zu malen, die nach dem Trocknen bei Raumtemperatur auf eine Temperatur von 90 bis 200°C je nach Kunststoffzwecks Aufschäumen erhitzt werden.

Derartige schaumfähige Farbanstriche eignen sich nicht für Hausputz und große Flächen, die nicht mit Hitze bis zu 200°C behandelt werden können, um einen Schaum zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere vorteilhafte Einsatzgebiete für PUR-Schaum zu finden, insbesondere für als Ein- bzw. Zweikomponenten-Systeme, gegebenenfalls mit physikalischem Treibmittel in Druckbehältnissen, wie Sprühdosen abgepackte schäumfähige PUR-Gemische zum Herstellen von PUR-Schaum in harter oder halbharter Einstellung.

Die Eigenschaft der bekannten handelsüblich erhältlichen schäumfähigen PUR-Gemische, sehr schnell unkontrolliert aufzuschäumen und zu vernetzen, behindert eine Vielzahl von Formgebungen und Anwendungen, so daß bisher diese schäumfähigen PUR-Gemische nur in vorhandene Formen oder Hohlräume eingeschäumt wurden oder bei freiem Aufschäumen eine nachträgliche mechanische Bearbeitung und Formgebung durch Abschneiden o. dgl. nach dem Aushärten des Schaumes vorgenommen wurde.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zum Herstellen dreidimensional strukturierter, insbesondere flächenhafter Beschichtungen bzw. Schichten aus PUR-Schaum auf einer Unterlage gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Insbesondere werden schäumfähige Gemische eingesetzt, die mit Feuchtigkeit aus der Umgebung unter Vernetzung aushärten.

Die vorliegende Erfindung ist mit PUR-Schaumstoffen, hergestellt aus einem Einkomponenten-System oder Zweikomponenten-System auf Basis von Isocyanaten, Polyolen, und Hilfsstoffen nach dem chemischen Treibverfahren und/oder physikalischen Treibverfahren mit einem physikalischen Treibmittel realisierbar.

Bevorzugt werden Beschichtungen aus harten und halbharten PUR- Schäumen für die Erfindung hergestellt.

Beim Zweikomponenten-System umfaßt eine Grundkomponente die Polyole, Katalysatoren, Stabilisatoren, gegebenenfalls Treibmittel, Farbpigmente und sonstige Hilfsstoffe, während die zweite Komponente als Vernetzungskomponente das Isocyanat enthält. Hierbei ist es möglich, das Isocyanat mit einer Teilmenge der benötigten Gesamtmenge an Polyol zu einem Prepolymer umzusetzen, so daß dann nur noch die Restmenge an Polyol in der Grundkomponente vorhanden ist, um den PUR-Schaum herzustellen.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß es möglich ist, flächige und strukturierte Polyurethanschaumbeschichtungen durch freies Aufschäumen eines auf eine Unterlage aufgebrachten schäumfähigen Gemisches chemisch oder mittels physikalischer Treibmittel oder als Kombination beider Verfahren, gegebenenfalls mit zusätzlicher Wasserbenetzung oder -besprühung der Oberfläche des aufgetragenen Gemisches herzustellen, die einen hervorragenden Außenputz oder Innenputz an Gebäudewänden bilden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Merkmalen der Unteransprüche sowie die erfindungsgemäße Anwendung den Ansprüchen 12 und 13 entnehmbar.

Für die Erfindung geeignete Einkomponenten-Systeme werden beispielsweise in der EP 0 066 830 B2 sowie in der hierzu zitierten Literatur beschrieben, ebenso geeignete Zweikomponenten-Systeme. Sowohl Ein- als auch Zweikomponenten- Systeme für die Herstellung von PUR-Hartschäumen mit physikalischem Treibmittel sind handelsüblich erhältlich, nämlich abgepackt beispielsweise in Druckbehältern, wie Aerosoldosen, Stahlflaschen oder dergleichen. Diese PUR- Hartschäume werden als Montageschaum oder Ortschaum bezeichnet und in der Bauindustrie insbesondere zum Ausfüllen von Hohlräumen und Fugen, zum Isolieren von Wasserleitungen, Abdichten von Durchbrüchen und Zwischenräumen, als Klebstoff zur Überbrückung von Unebenheiten von Untergründen für die Auflage weiterer Materialien verwendet. Hierbei wird das in den Druckbehältern befindliche Ein- oder Zweikomponenten- Gemisch vor Ort direkt in die Hohlräume gespritzt oder aufgetragen und füllt durch Ausschäumen die entsprechenden Räume oder Fugen aus. Erfindungsgemäß werden diese schäumfähigen Systeme für die Herstellung flächiger strukturierter Beschichtungen eingesetzt. Um eine verbesserte Verarbeitbarkeit zu erhalten, kann es von Vorteil sein, den Aushärtungsprozeß zu verzögern. Für die Herstellung von Außen- oder Innenputz kann es von Vorteil sein, den Verschäumungsgrad nicht zu hoch einzustellen. Eine Kombination von chemischem und physikalischem Treibverfahren wird als vorteilhaft für die Herstellung von Außen- oder Innenputz vorgeschlagen. Hierfür können als Komponente (B) Polyolgemische, wie Polyether- und Polyesterpolyole eingesetzt werden.

Überraschend hat sich herausgestellt, daß es auch möglich ist, mit einem physikalischen Treibmittel angereichertes schäumfähiges PUR-Gemisch mit einem Schäumfaktor von 1 : 3 bis 1:5 nach dem Aufspritzen unter dem Druck des Treibmittels (bis zu 20 bar) auf eine Unterlage noch mechanisch zu verteilen, verstreichen, verreiben, auch nach Beginn und während des einsetzenden Aufschäumens und auch noch nach einsetzender Vernetzung. Durch Störung des Schäumvorganges tritt ein Zähmen des Gemisches auf und dieses kann mechanisch besser strukturiert werden. Diese mechanische Bearbeitung des schäumfähigen Gemisches mit oder ohne physikalischem Treibmittel kann durch Spachteln, Verrühren, Tupfen, Streichen, kammartiges Streichen usw. erfolgen. Das Aufschäumen wird durch die mechanische Bearbeitung verlagert und Bläschen bilden sich erst nach Verteilung des Gemisches aus, so daß entsprechend der regelmäßigen oder unregelmäßigen Verteilung des schäumfähigen Gemisches blasenreiche und blasenarme Bereiche gebildet werden, die einander abwechseln, d. h. kompaktere Bereiche mit hochaufgeschäumten Bereichen. Infolge dessen kann eine nahezu beliebig hohe Variabilität der räumlichen Struktur und Raumdichte der ausgeschäumten Beschichtung erreicht werden. Überwiegend wird ein Raumgewicht im Bereich von etwa 10 bis 80 kg/m³ der hergestellten PUR- Schaumbeschichtung erzielt.

So sind z. B. reliefartige, gebirgsartige dreidimensionale Strukturen, reihenartige perlschnurartige Strukturen oder flächige schuppenartige oder geröllartige Oberflächenstrukturen erzielbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Insbesondere sind erfindungsgemäße Beschichtungen auch als Außenputz oder Innenputz von Gebäudewänden herstellbar. Die hergestellten PUR- Schaumschichten weisen eine strukturierte, jedoch vernetzte Oberflächenschicht auf, die wasserfest und abriebfest ist, wobei die Schicht insgesamt jedoch genügend atmungsaktiv ist.

Des weiteren kann die erfindungsgemäß aufgebrachte strukturierte PUR-Schaumschicht mit einem Farbauftrag versehen werden, um z. B. die UV-Beständigkeit zu erhöhen. Es ist auch möglich, dem schäumfähigen Gemisch bereits ein Farbmittel zuzusetzen, um so bereits eine durchgefärbte Schaumstoffschicht zu erhalten.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß das auf eine Unterlage aufgebrachte schäumfähige PUR-Gemisch auch nach Beginn des Aufschäumens und beginnender Vernetzung, nachdem sich bereits eine klebrige Oberflächenhaut gebildet hat, mechanisch durch Krafteinwirkung umverteilen läßt. Insbesondere ist ein Zupfen oder Aufreißen der Beschichtung an der Oberfläche möglich, wodurch zusätzliche Strukturierungen erhalten werden. Diese erfindungsgemäße Bearbeitung ist besonders vorteilhaft für extrem dekorative Beschichtungen, wie sie bei künstlerischen Arbeiten zu dreidimensionalen Bildern, Gemälden und Reliefs erwünscht sind, anwendbar.

Des weiteren ist es möglich, auf eine erste Schicht aus schäumfähigem PUR-Gemisch eine oder mehrere weitere schäumfähige PUR-Gemische schichtweise oder nur bereichsweise zur gezielten Erhöhung aufzubringen. Dies kann in noch nicht voll ausgeschäumtem und/oder ausgehärtetem Zustand der schon vorhandenen Schicht erfolgen. Um gegebenenfalls die Haftung, den Grad der Vernetzung oder den Verschäumungsgrad zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, die vorhandene Schicht oberflächlich mit Wasser zu benetzen. Bei der Umsetzung mit dem Isocyanat kann dadurch noch zusätzliches CO₂ entstehen, das als Treibmittel wirkt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, flächige, dreidimensional strukturierte Gebilde dekorativer Art als Gemälde oder Kollagen, Reliefs einzeln oder in Wandflächen im Putz integriert oder dergleichen herzustellen. Insbesondere wurde erfindungsgemäß gefunden, daß das schäumfähige PUR-Gemisch auch sehr gut auf Leinwand, Baumwollgewebe, Jute und anderen natürlichen Faserstoffen haftet.

Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch unterschiedliche Dicke des Auftrags des schäumfähigen PUR- Gemisches und entsprechend beliebige regelmäßige oder unregelmäßige nachfolgende mechanische Verteilung beliebige dreidimensionale Strukturen eines flächigen Schaumgebildes herzustellen. Nach dem vollständigen Ausschäumen und Vernetzen kann die so gebildete Schicht noch mechanisch, z. B. mittels Messer bearbeitet oder mit einem Farb- oder Lacküberzug versehen werden.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann eine Düse zum Auftragen des schäumfähigen Gemisches vorgesehen werden, die entweder als einfache Runddüse oder als Düse mit mehreren voneinander beabstandeten Runddüsen als Austritt oder als Schlitzdüse, Breitschlitzdüse und gegebenenfalls mit eingearbeiteter Form für Strukturlinien ausgebildet ist.

Des weiteren ist es auch möglich, die Oberfläche der aufgetragenen Schicht aus PUR-Schaumstoff durch Aufstreuen von z. B. Sand zu veredeln, wobei dieses Aufstreuen zu dem Zeitpunkt vorgenommen wird, an dem die Oberfläche des PUR- Schaumes noch klebrig und nicht vollständig vernetzt ist.

Die mechanische Bearbeitung des auf einen Untergrund aufgetragenen schäumfähigen PUR-Gemisches erfolgt bevorzugt innerhalb der ersten 10 Minuten nach dem Auftrag. Werden sehr dicke schäumfähige Schichten aufgetragen, kann eine mechanische Bearbeitung auch noch später vorgenommen werden.

Als geeignet für den erfindungsgemäßen Einsatz haben sich beispielsweise handelsübliche schäumfähige Gemische zum Herstellen von PUR-Schaum mit einem physikalischen Treibmittel, vorzugsweise FCKW-frei, auf Basis von Diphenylmethan-4,4′-diisocyanat erwiesen, die feuchtigkeitshärtend bei +5°C bis +30°C sind.

Solange das schäumfähige Gemisch noch nicht ausgehärtet ist, kann es mehr oder weniger geformt werden. In der Regel ist die Aushärtung und Vernetzung nach 2 h soweit fortgeschritten, daß eine wesentliche Verformung nicht mehr erzielbar ist.

Es ist auch möglich, das schäumfähige Gemisch mittels Flammschutzmittel schwer entflammbar, z. B. nach Baustoffklasse B2 gemäß DIN 4102 auszurüsten. Beispielsweise eignen sich hierfür Aluminiumoxidhydrate u. a.

In Außenanwendungen können zusätzlich Biocide in dem schäumfähigen Gemisch als Schutz gegen Angriffe von Mikroorganismen enthalten sein.

Des weiteren ist es möglich, die erfindungsgemäßen Schichten, z. B. bei Anwendung als Putz, auch zu einem späteren Zeitpunkt bei Rissen etc. einfach auszubessern, da wiederum nur schäumfähiges PUR-Gemisch auf die Reparaturstelle aufgetragen zu werden braucht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, Flächenbeschichtungen auf Basis von PUR-Schaum in Gestalt von Außenputz oder Innenputz von Gebäudewänden in strukturierter Form aus schäumfähigen, gegebenenfalls treibmittelhaltigen Ein- oder Zweikomponenten-PUR-Systemen herzustellen.

Hierbei können gegenüber normalem mineralischem Putz durch die Erfindung folgende Vorteile erzielt werden:

• - erheblich geringeres spezifisches Gewicht
• - geringeres Transportvolumen, -gewicht und -kosten
• - einfachere Handhabung auch für Heimwerker
• - problemlose Reparatur von Rissen o. dgl.
• - weichere (Soft-) Oberfläche mit angenehmem Griff
• - geringere Verletzungsgefahr durch weichere, elastische Oberfläche des Putzes
• - geringere Schichtdicke bei verbesserter Isolierwirkung.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen von dekorativen, dreidimensional strukturierten Beschichtungen aus Polyurethanschaum (PUR- Schaum) auf einer Unterlage, bei dem ein schäumfähiges Gemisch zum Herstellen von PUR-Schaum auf Basis eines Ein- oder Zweikomponenten-Systems, enthaltend Isocyanat und/oder Prepolymere mit terminalen Isocyanatgruppen sowie zwei- und/oder höherwertige Alkohole sowie Hilfsstoffe, auf die zu beschichtende Unterlage aufgebracht und das aufgebrachte schäumfähige Gemisch unmittelbar anschließend und während des Aufschäumens und beginnenden Vernetzens des Gemisches auf der Unterlage unter mechanischer Krafteinwirkung zu einer Schicht verstrichen, verteilt und strukturiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schäumfähiges Gemisch mit Feuchtigkeit aus der Umgebung unter Vernetzung aushärtet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein schäumfähiges Gemisch verwendet wird, das nur chemisch unter Ausnutzung der Isocyanat-Wasser-Reaktion nach dem flächigen Auftragen auf die Unterlage in Gegenwart von Luftfeuchtigkeit verschäumt und vernetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des chemischen Verschäumens des schäumfähigen Gemisches die Oberfläche des auf der Unterlage verteilten Gemisches mit Wasser benetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schäumfähige Gemisch ein physikalisches Treibmittel enthält und aus einem Druckbehälter auf die zu beschichtende Unterlage unter Druck aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Unterlage aufgebrachte schäumfähige Gemisch mittels eines Rakels oder Spachtels flächig zu einer Schicht wechselnder Dicke in regelmäßiger oder unregelmäßiger Form verteilt wird und infolgedessen durch eine bereichsweise unterschiedlich umfänglich sich ausbildende Aufschäumung der so gebildeten strukturierten Schicht die gewünschte dreidimensionale Struktur erhalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aushärten einer auf einer Unterlage aufgebrachten ersten Schicht aus einem schäumfähigen Gemisch zum Herstellen eines PUR-Schaumes eine weitere Schicht aus einem schäumfähigen Gemisch zum Herstellen eines PUR-Schaumes aufgetragen und verteilt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auftragen einer weiteren Schicht aus schäumfähigem Gemisch zum Herstellen von PUR-Schaum die Oberfläche der vorhandenen PUR-Schaumschicht, auf der die weitere Schicht aufgetragen werden soll, mit Wasser benetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der auf einer Unterlage aufgebrachten und verteilten PUR-Schaumschicht, ggf. bei einer weiteren auf die erste Schicht aufgebrachten Schicht aus einem schäumfähigen Gemisch nach dem Beginn des Aufschäumens und nach dem Einsetzen der Vernetzung unter Ausbildung einer oberflächlichen Haut diese Haut stellenweise aufgerissen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte PUR-Schaumschicht mit einem Farbanstrich versehen wird.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Verputzen von Außen- und/oder Innenwänden von Gebäuden.

12. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des schäumfähigen Gemisches nach dem Strukturieren des aufgetragenen Gemisches mit Wasser benetzt wird.

13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Herstellen von Gemälden und Reliefs.