DE2227147C3

DE2227147C3 - Als kolloides Xerosol vorliegendes homogenes anorganisch-organisches Ionomer-Polykieselsäure-gel-Verbundmaterial

Info

Publication number: DE2227147C3
Application number: DE19722227147
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. 5090 Leverkusen Dieterich
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1972-06-03
Filing date: 1972-06-03
Publication date: 1979-10-18
Also published as: DE2227147B2; JPS4969786A; DE2227147A1; GB1385605A; BR7304116D0; IT985270B; JPS5311033B2; CH590308A5; AT328748B; NL7307694A; CA1035099A; AU5642673A; FR2187844A1; AU470957B2; ATA481373A; SE407223B; ES415488A1; BE800367A; FR2187844B1

Description

Es ist bekannt aus Polyisocyanaten und Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen Polyurethan- bzw. Polyharnstoff-Kunststoffe herzustellen. Die Eigenschaften dieser Polymerenklasse sind vielfältig variierbar. Hohe Festigkeit, Elastizität und Verschleißfestigkeit sind besonders geschätzte Eigenschaften dieser Produkte.

Andererseits ist die Thermostabilität und insbesondere die Dauerformbeständigkeit bei Temperaturen oberhalb 12O⁰C nur mäßig.

Der Einsatz der Produkte als Bau- und Konstruktionselemente ist durch das ungünstige Brandverhalten begrenzt. Zwar lassen sich durch Flammschutzmittel Verbesserungen im Brandverhalten erzielen, doch werden die mechanischen Eigenschaften dadurch meist

ungünstig beeinflußt

Es ist ferner bekannt aus wäßrigen Lösungen von Alkalisilikaten durch Einwirkung von (potentiellen) Säuren anorganische Kieselsäure-Gel-Kunststoffe herzustellen, die insbesondere als Kitte, Oberflächenüberzüge Bedeutung erlangt haben.

Auch Leichtschaumstoffe sind auf Wasserglas-Basis hergestellt wordea Die Produkte weisen eine hohe Formbeständigkeit in der Wärme auf und sind völlig

ι« unbrennbar. Sie sind jedoch spröde und von verhältnismäßig geringer Festigkeit Als Schaumstoffe sind sie wenig belastbar und zerbröseln bei Druckeinwirkuig.

Es wäre außerordentlich wünschenswert, die guten Eigenschaften der anorganischen und der organischen

is Kunststoffmaterialien miteinander zu kombinieren und die negativen Eigenschaften beider zu unterdrücken.

Es hat daher auch nicht an Versuchen gefehlt, Kombinationskunststoffe herzustellen, ohne daß indessen das gesteckte Ziel erreicht worden wäre.

So wurden beispielsweise Polyurethane mit aktiver Kieselsäure als Füllstoff vermischt und anschließend vulkanisiert Ähnlich wie bei der Verwendung hochaktiven Rußes ist dabei ein gewisser Verstärkungseffekt zu beobachten: Zugfestigkeit und Modul steigen an, die

>5 Bruchdehnung nimmt ab.

Das Material wird jedoch durch die Mitverwendung der Kieselsäure nicht grundsätzlich in seinem Eigenschaftsbild verändert, wahrscheinlich deshalb, weil ein Zweiphasensystem vorliegt, in welchem nur das Polyurethan eine kohärente Phase bildet, während die Kieselsäure als inkohärente Phase darin eingelagert ist Die inkohärenten Bereiche weisen Durchmesser von größenordnungsmäßig 3—100 μ auf.
Es handelt sich also um relativ grobe heterogene Zweiphasensysteme. Die Wechselwirkung zwischen beiden Phasen ist sowohl auf Grund der verhältnismäßig kleinen Grenzfläche als auch auf Grund der sehr unterschiedlichen-chemischen Natur der beiden Phasen nur gering.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, Kieselsäure in Mikrofaserform einzusetzen. Die Verstärkungswirkung nimmt dabei auf Grund der spezifischen Morphologie zu, andererseits werden die inkohärenten Bereiche zwangsläufig größer, so daß die chemische Wechselwirkung zwischen den beiden Phasen eher abnimmt. Der grundsätzliche Charakter eines grob heterogenen Zweiphasenkunststoffs bleibt erhalten.

Weiterhin ist vorgeschlagen worden, eine wäßrige Lösung, eines Alkalisilikats mit einem niedermolekularen Polyisocyanat, z. B. 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat umzusetzen. Dabei werden in den meisten Fällen Schaumstoffe erhalten, in denen die Isocyanatphase unter der Einwirkung des Wassers zur Reaktion gebracht wird und das gebildete Kohlendioxid die Masse aufschäumt wobei ein Teil des Kohlendioxids mit der umgebenden wäßrigen Silikatphase unter Gelierung der Grenzfläche reagiert.

Die Reaktion wird bevorzugt mit einer überwiegenden Menge Wasserglas durchgeführt, so daß eine Mischung resultiert, welche eine Emulsion des Isocyanats in einer kohärenten Silikatlösung ist. Dementsprechend ist der resultierende Schaum in seinem Charakter ein Silikatschaum, welcher inkohärente geschäumte Polyharnstoffbezirke enthält. Die Eigenschaften eines

b5 solchen Schaumes unterscheiden sich nicht wesentlich von denen eines reinen Silikatschaums. Tatsächlich sind die auf diese Weise erhaltenen Schaumstoffe spröde und von geringer mechanischer Belastbarkeit.

Entsprechend wirken auch andere Isocyanate, «ie Cydohexyhsocyanat, Phenylisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 2,4-Dipnenylmethandiisocyanat, Toluylendiisocyanat, sowie Addukte dieser Isocyanate an niedermolekulare Glykole wie Äthylenglykol, Propylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol, Glycerin, Trimethylolpropan.

Die der Silikatlösung zugesetzte Isocyanatgruppen aufweisende organische Komponente wirkt zwar als Härter, beeinflußt aber die Eigenschaften des gebildeten Schaumstoffs nur wenig und häufig sogar in negativer Weise.

Die organische Komponente liegt offenbar im fertigen Silikatgerüst im wesentlichen als Füllstoff vor.

Andererseits werden bei Anwendung eines mengenmäßigen Oberschusses von Diisocyanat PolyharnstoFfschaumstoffe erhalten, welche eine inkohärente Silikatphase eicdispergiert enthalten. Demgemäß sind dlie Eigenschaften im wesentlichen die eines Kieselsäuregefüllten Polyharnstoffschaums mit entsprechend guter Brennbarkeit und außerordentlicher SprödigkeiL

Arbeitet man nach der Lehre dieses Vorschlags (DE-OS 17 70 384) so erkennt man, daß Gemische aus wäßriger Natriumsilikatlösung und Diphenylmethandiisocyanat nur verhältnismäßig grobteilige Emulsionen bilden. Dieser Nachteil läßt sich zwar durch den empfohlenen Zusatz von Emulgatoren bzw. Schaumstabilisierungsmitteln stark abmildern, indem die Primäremulsionen feinteiliger und stabiler werdea

Dennoch bleibt das Eigenschaftsbild unbefriedigend; insbesondere weisen die erhaltenen Kombinations-Kunststoffe ausgeprägte Sprödigkeit und geringe Festigkeit auf. Aus den bisherigen Ergebnissen muß geschlossen werden, daß Kombinations-Kunststoffe aus Silikaten und organischen Materialien keine entschei- 3s denden Vorteile gegenüber rein organischen oder rein anorganischen Materialien besitzen.

Demgegenüber wurde nun ein Verfahren aufgefunden, welches die Herstellung makroskopisch völlig homogener anorganisch-organischer Verbundmaterialien ermöglicht, welche Xerosole des Typs fest/fest, ähnlich den bekannten ABS-Kunststoffen darstellen.

Die auf diese Weise erhaltenen völlig neuartigen Verbundmaterialien sind außerordentlich hochwertige Kunststoffe, die sich in ihren Eigenschaften vorteilhaft von rein organischen oder rein anorganischen Werkstoffen unterscheiden.

Insbesondere zeichnen sie sich durch hohe Festigkeit, Elastizität, Formbeständigkeit in der Wärme und Schwerentflammbarkeit aus.

Überraschenderweise wurde nämlich gefunden und ist beansprucht ein Verfahren zur Herstellung von als kolloides Xerosol vorliegendem anorganisch-organische homogene Verbundmatertal hoher Festigkeit, Elastizität, Wärmeformbeständigkeit und Schweremflammbarkeit durch Vermischen einer wäßrigen Alkalisilikatlösung mit einem organischen, endständige Isocyanatgruppen aufweisenden Präpolymeren und gegebenenfalls einer weiteren, an sich bekannten, die Härtung der wasserlöslichen Alkalisilikate herbeiführenden Verbindung sowie gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen und Ausreagierenlassen des so erhaltenen Systems, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als organisches endständige Isocyanatgruppen aufweisendes Präpolymeres ein solches flüssiges verwendet, das mindestens eine ionische Gruppe aufweist

Diese flüssigen Präpolymer-Ionomeren enthalten noch reaktionsfähige Isocyanat-Gruppierungen.

Durch den beanspruchten Einsatz der flüssigen mindestens eine ionische Gruppe aufweisenden NCO-Präpolvmeren, welche anionische und/oder kationische Gruppen enthalten, wird eine so homogene Verteilung der organischen und wäßrigen anorganischen Phasen e&reicht, daß Sole gebildet werden, in welcher die disperse Phase in Dimensionen zwischen etwa 20 nm und 2 μ, vorzugsweise zwischen 50 nm und 700 nm vorliegt, so daß die chemischen Wechselwirkungen um Größenordnungen zunehmen und neuartige Verbundstoffe vorliegen.

Insbesondere wird auch durch die beanspruchte Verwendung der NCO-Präpolymer-Ionomeren ein Kolloidfaserstruktur erzeugt, so daß beide Phasen als kohärente Systeme vorliegen können.

Dieses bedeutet, daß ein Giakroskopisch und in vielen Fällen sogar mikroskopisch homogenes Verbundmaterial vorliegt, welches die Vorzüge anorganischer und organischer Kunststoffe vereint

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung und beansprucht ist ein als kolloides Xerosol vorliegendes homogenes anorganisch-organisches Verbundmaterial hoher Festigkeit, Elastizität, Wärmeformbeständigkeit und Schwerentflammbarkeit, bestehend aus

a) 30-80 Gew.-% eines Polykieselsäuregels und

b) 20—70 Gew.-% eines hochmolekularen organischen Polyharnstoffe^

wobei die organische Komponente des Verbundmaterials 2 bis 200 Milliäquivalente/100 g an homöopolar gebundenen ionischen Gruppen aufweist

Die durchschnittlichen Molekulargewichte der verwendeten flüssigen ionischen NCO-Präpolymeren sollen zwischen 200 und 8000 (vorzugsweise zwischen 300 und 5000) liegen. Der Gehalt an ionischen Gruppen soll zwischen 2 und 200 Milliäquivalente pro 100 g Präpolymeren betragen. Vorzugsweise liegt der Gehalt zwischen 3 und 100 Milliäquivalenten pro 100 g.

Die verwendeten flüssigen ionischen NCO-Präpolymeren sind räch dem sogenannten Isocyanat-Polyadditionsverfahren erhaltene Präpolymere, wie sie in letzter Zeit vielfältig beschrieben worden sind.

Es ist für den Fachmann kein Problem, praktisch jede bekannte Isocyanatreaktion auf einer Präpolymer-Stufe zumindest vorübergehend festzuhalten.

Zu den Präpolymeren zählen nicht nur Addukte aus Polyisocyanaten mit Alkoholen, Mercaptanen, Carbonsäuren, Aminen, Harnstoffe, Amiden, sondern auch Addukte der Polyisocyanate mit sich selbst, wie Uretdione, Isocyanurate, Carbodiimide, welche leicht aus monomeren Polyisocyanaten unter Molekulargewichtserhöhung erhältlich sind. Auch die verschiedenen Möglichkeiten zur Einführung von ionischen Gruppen in solche Präpolymere sind dem Fachmann bekannt.

Grundsätzlich kann gesagt werden, daß für das erfindungsgemäße Verfahren dieselben Präpolymer-Ionomeren brauchbar sind, wie z. B. für die Herstellung von wäßrigen Polyurethan-Dispersionen (vgl. österreichische Patentschrift 2 97 323).

Beim Einsatz von NCO-Präpolymeren beim erfindungsgemäßen Verfahren entsteht durch die NCO/ Wasser-Reaktion Kohlendioxyd, welches als Härter für die Silikatkomponente reagiert. Dies bedeutet, daß es sich bei NCO-Präpolymeren um Ausgangssubstanzen handelt, die nicht nur unter Polyaddition zu hochmolekularen Verbindungen weiterreagieren können, sondern darüber hinaus auch gleichzeitig die Rolle des Härters für die Silikat-Komponente übernehmen.

Die Herstellung von für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt geeigneten ionischen NCO-Präpolymeren erfolgt in bekannter Weise beispielsweise durch Umsetzung von Polyhydroxy! verbindungen mit einem Molekulargewicht von ca. 400—5000, insbesondere Polyhydroxypolyestern baw. Polyhydroxypolyäthern, gegebenenfalls im Gemisch mit mehrwertigen Alkoholen mit einem unter 400 liegenden Molekulargewicht, mit überschüssigen Mengen an Polyisocyanaten beispielsweise Hexamethylendiisocyanat, 2,4-Diisocyanato-toluoi-^ö-Diisocyanatotoluol oder 4,4-Diisocyanatodiphenylmethan.

Die ionische Modifizierung erfolgt beispielsweise durch Mitverwendung eines tertiären Aminoalkohols wie Dimethylaminoäthanol oder N-Methyl-diäthanol- is amin und nachfolgende Quaternierung mit einem AlkylierungsmitteL

Zur anionischen Modifizierung kann beispielsweise ein Salz einer Aminosäure oder einer Aminosulfonsäure eingesetzt werden.

Auch Carboxydiole, wie Weinsäure, Dimethylolpropionsäure oder Addukte von Säureanhydriden an Polyole und deren Salze können zur Herstellung von ionischen Präpolymeren herangezogen werden.

Wegen der begrenzten Lagerstabilität von Präpolymeren, welche noch reaktionsfähige Gruppen wie Hydroxy-, freie nicht neutralisierte Carboxy-, Urethan- und Harnstoffgruppen aufweisen, empfiehlt es sich im allgemeinen die Präpolymeren erst kurz vor der Umsetzung herzustellen.

Es können jedoch auch an sich bekannte Präpolymere, insbesondere solche auf Basis aromatischer Isocyanate, nachträglich zu Ionomeren modifiziert werden, beispielsweise durch Umsetzung mit Sultonen, /?-Lactonen, durch Aufpfropfen von beispielsweise (Meth)acryl- säure oder Crotonsäure oder schließlich durch Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, Oleum oder Schwefeltrioxid.

Insbesondere erhält man auch durch Umsetzung aromatischer Isocyanate, wie Toluylendiisocyanaten, Diphenylmethandüsocyanaten und den bekannten Phosgenierungsprodukten der Kondensationsprodukte aus aromatischen Monoaminen, insbesondere Anilin und Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, mit Schwefelsäure, Chlorsulfonsäure, Oleum oder Schwefeltrioxid für das erfindungsgemäße Verfahren ausgezeichnet geeignete Präpolymer-Ionomere, welche meist eine hohe Lagerstabilität aufweisen.

Derartige sulfonierte Polyisocyanate, welche im allgemeinen noch IR-spektroskopisch nachweisbare, durch Nebenreaktionen während der Sulfonierung gebildete Uretdion-, Harnstoff-, Biuret- und insbesondere bei vor der Sulfonierung erfolgter Polyol-Modifizierung Urethan- und/oder Allophanatgruppen aufweisen, sind daher als Präpolymer-Ionomere besonders bevorzugt.

Auch bei der Sulfonierung eines einfachen Diisocyanats, wie z. B. Diphenylmethandüsocyanat, wird in jedem Fall ein ionisches Präpolymers erhalten, da gleichzeitig mit der Sulfonierung eine Molekülvergrößerung. 1. B. über eine Harnstoff-, Biuret-, Uretdion- Gruppe, eintritt.

Vorzugsweise werden jedoch bereits zur Sulfonierung Präpolymere eingesetzt, ζ. B. Phosgenierungsprodukte höhermolekularer Anilin/Formaldehyd-Kondensationsprodukte, welche durch eine Viskosität von 50-10 000, vorzugsweise 100—5000 Centipoise bei 25° C charakterisiert sind.

Ebenso sind Umsetzungsprodukte aus 50—99 Molen

aromatischer Diisocyanate mit 1 —50 Molen an üblichen Glykolen, Monoaminen, Polyätherglykolen, Polythioätherglykolen, Polyesterglykolen besonders bevorzugt

Dabei kann das ionische Zentrum durch Mitverwendung geeigneter Glykole oder aber beispielsweise durch nachträgliche Sulfonierung, Aufpfropfen von z.B. Acrylsäure, Maleinsäure, Crotonsäure, Umsetzung mit Sulfonen, /!-Lactonen oder andere an sich bekannte Methoden eingeführt werden.

Um die gewünschte hone Verträglichkeit der ionischen NCO-Präpolymeren mit der wäßrigen Silikatlösung zu gewährleisten, ist bereits ein sehr niedriger Ionengruppecgehalt ausreichend, z. B. 2 Milliäquivalente/100g. Vorzugsweise beträgt der Gehalt 5-100 Milüäquivalente/100 g. In Sonderfällen, beispielsweise bei ionischen Präpolymeren mit wenig reaktiven Isocyanatgruppen, kann der Ionengruppen-Gehalt auf ca. 200 Milliäquivalente/100 g ansteigen.

Dabei sollen unter Ionengruppen nicht nur vorgebildete Salzgruppen, wie z. B.

-NC+)- -Si+)— -Pl ⁺ )-

I I I

COOi ->

-SO₃I-) -O-

OH

— P

Il \ ο oi->

-SO₂-N-SO₂I-)

-CO-Nf-I-CO -Ar-CX-)

verstanden werden, sondern auch solche Gruppen, die in Gegenwart von Alkalisilikat Salzgruppen bilden, z. B.

—COOH —SO3H -SO₂-NH-SO₂- —CO—NH-CO-

sowie phenolische OH-Gruppen.

Selbstverständlich können auch zwei oder mehrere der genannten Gruppen in den Präpolymeren enthalten sein.

Auch können Präpolymef-Betaine, welche eine anionische und eine kationische Gruppierung im selben Molekül enthalten, oder Symplexe, welche anionische und kationische Präpolymere gleichzeitig enthalten, vorliegen.

Ganz besonders bevorzugte ionenbildende Gruppen sind

tert. — N —

—COOH

-SO₃H —Ar—OH

Von diesen muß die tert Aminogruppe vor der Vereinigung mit der Alkalisilikatlösung in eine quart. Ammoniumgruppe übergeführt werden, wofür Alkylierungsmittel, aber auch anorganische oder organische Säuren geeignet sind.

Durch die in üblicher Weise durchgeführte ionische Modifizierung erhält man ionische Präpolymere, welche häufig eine Viskosität von mehr als 200OcP und zuweilen bis zu 100 000cP/25°C und höher aufweisen.

In Fällen, wo derart hohe Viskositäten nachteilig für die weitere Verarbeitung sind kann durch Zusatz niedrig viskoser Isocyanate oder auch durch inerte Lösungsmittel die Viskosität abgesenkt werden.

Durch die Kombination ionischen NCO-Präpolymeren mit üblichen niederviskosen Isocyanaten erreicht man ferner eine zeitliche Ausdehnung des Härtungsprozesses.

Ganz besonders bevorzugte ionische NCO-Präpolymere werden durch Sulfonierung von aromatischen NCO-Präpolymeren hergestellt. Im einfachsten Fall genügt die Reaktion der Präpolymeren mit konzentrierter Schwefelsäure oder Oleum.

Diese Produkte lassen sich entweder direkt als ionische Präpolymere mit wäßrigen Silikatlösungen vermischen, wobei das entsprechende Metallsalz in situ gebildet wird. Man kann jedoch auch das Sulfonierungsprodukt vorab teilweise oder vollständig neutralisieren, z. B. durch Zusatz von Aminen, wie Trimethylamin, Triäthylamin, Methylmorpholin, Pyridin, Dimethylanilin, Metallalkoholate!!, ζ. B. Na-tert. Butanolat, K-isopropanolat. Auch kann mit festen oder in Verdünnungsmitteln suspendierten Metalloxiden, -hydroxiden, -carbonaten neutralisiert werden. Calciumoxid, Magnesiumoxid, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat sowie Dolomit sind beispielsweise besonders geeignet.

Ferner eignen sich nichtflüchtige höhermolekulare ten. Amine besonders gut zur Neutralisation, da sie bei der anschließenden Reaktion mit der Alkalisilikatlösung nicht verdampfen.

Dies sind insbesondere Alkoxylierungsprodukte von primären oder sekundären Aminen oder auch Polyester oder Polyacrylate mit tert Stickstoffatomen, sowie die bekannten Kondensationsprodukte auf Basis Epichlorhydrin und Polyaminen, wie sie beispielsweise zur Naßverfestigung von Papier eingesetzt werden.

Bevorzugt sind Polykondensationsprodukte schwach basischer bzw. sterisch gehinderter Amine, da sonst bei Verwendung von Polyaminen ein zu starker Viskositätsanstieg eintreten kann.

Die Auswahl geeigneter Neutralisationsmittel wird ferner von der Alternative bestimmt, ob das(teil)neutralisierte ionische Präpolymer über einen längeren Zeitraum lagerstabil sein soll oder sofort mit der Alkalisilikatlösung zum Ionomer-Kieselsäuregel umgesetzt wird.

Im letzteren Fall können zur Neutralisation unbedenklich auch solche tert. Amine eingesetzt werden, welche noch Reaktivgruppen wie -OH, -NHR, -CO, — NH2 aufweisen.

Zur Herstellung iagerstabiier Präpolymeren soiiten solche Gruppen vorher durch Umsetzung mit z. B. Monoisocyanaten blockiert werden.

Wie bereits erwähnt, übernehmen die ionischen Präpolymeren mit NCO-Gruppen gleichzeitig die Funktion des Härters in bezug auf die Alkalisilikatlösung, so daß zusätzliche Härter im allgemeinen nicht benötigt werden.

Auch bei der Reaktion mit Carboxylgruppen oder mit Amin-Carbamaten wird CO2 abgespalten, welches als Härter wirkt Schließlich wird auch CO2 gebildet wenn in Gegenwart von die Carbodrnnid-Bildung bewirkenden Katalysatoren wie Phospholinoxid gearbeitet wird.

Bei au diesen Reaktionen Hegt ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß in den meisten Fällen die gebildete Kohlensäure quantitativ und praktisch sofort in die wäßrige Phase eindiffundiert und dort die Härtung der Silikatlösung bewirkt

Unter wäßrigen Lösungen von Alkalisilikaten sind die üblicherweise als »Wasserglas« bezeichneten Lösungen von Natrium- und/oder Kaliumsilikat in Wasser zu verstehen. Es können auch rohe technische Lösungen, welche zusätzlich möglicherseise z. B. Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, Borate und Aluminate enthalten, Verwendung finden.

Das Verhältnis Me2Ö/SiO2 ist nicht kritisch und kann in den üblichen Grenzen schwanken; vorzugsweise beträgt es 4—0,2. Spielt der Wassergehalt des durch Umsetzung mit dem ionischen Präpolymeren zunächst erhaltenen Kunststoffs eine untergeordnete Rolle, weil es nicht stört oder weil er leicht durch Trocknen entfernt werden kann, so kann unbedenklich neutrales Natriumsilikat eingesetzt werden, von welchem sich 25—35%ige Lösungen herstellen lassen.

Vorzugsweise werden indessen 32—54%ige Silikatlösungen eingesetzt die nur bei hinreichender Alkalität die für eine problemlose Verarbeitung erforderliche

Viskosität von weniger als 500 Poise aufweisen.

Auch Ammoniumsilikatlösungen können verwendet werden, allerdings sind diese weniger bevorzugt

Es kann sich um echte oder auch um kolloide Lösungen handeln.

Die Wahl der Konzentration hängt vor allem vom gewünschten Endprodukt ab.

Kompakte oder geschlossenzellige Materialien werden vorzugsweise mit konzentrierten Silikatlösungen hergestellt, die erforderlichenfalls durch Zusatz von Alkalihydroxid auf niedrige Viskosität eingestellt werden. Auf diese Weise lassen sich 40—70%ige Lösungen herstellen.

Andererseits werden zur Herstellung offenporiger Leichtschaumstoffe Silikatlösungen mit 20—40%igem Gehalt bevorzugt um niedrige Viskositäten, ausreichend lange Reaktionszeiten und niedere Raumgewichte zu erzielen.

Auch bei Einsatz feinteiliger anorganischer Füllstoffe in größeren Mengen sind Silikatlösungen von 20—45%igem Gehalt bevorzugt

Die erfindungsgemäße Herstellung der beanspruchten anorganisch-organischen Verbundmaterialien ist einfach. Es ist lediglich erforderlich, das ionische NCO-Präpolymere mit der wäßrigen Alkalisilikatlösung homogen zu vermischen, worauf meist sofort die Aushärtung der Mischung stattfindet

Die Mischungen sind typische feinteilige Emulsionen bzw. Sole. Sie sind nicht optisch klar, sondern meist opak bzw. milchigweiß. In ihnen scheint das spätere

Xerosol vorgeformt zu sein.

Die Mischung der Komponenten ist nicht stabil. Die sogenannten »Topfzeiten«, während derer die Mischungen verarbeitbar sind, hängen vor allem von der Reaktivität der Isocyanatgruppen des ionischen Präpo lymeren, von der Gesamtmenge an freigesetztem Silikathärter, sowie von der Konzentration der Silikatlösung ab. Sie betragen zwischen 0,2 Sekunden und etwa 1 Stunde. Bevorzugt sind Topfzeiten von etwa 1 Sekunde bis etwa 20 Minuten.

Daraus folgt daß im allgemeinen die Vermischung unmittelbar vor der Formgebung erfolgt

Es ist ausgesprochen überraschend, daß z.B. die Reaktion zwischen einem NCO-Gruppen aufweisenden Präpolymeren und der AlkalisiUkatlösung ta wenigen

b5 Sekunden praktisch vollständig abläuft wobei in Abwesenheit von flüchtigen Verbindungen keinerlei Blasenbildung auftritt Das bedeutet daß innerhalb der kurzen Reaktionszeit das gesamte durch die Reaktion

der NCO-Gruppen mit Wasser entwickelte Kohlendioxid durch die Grenzfläche in die wäßrige Phase diffundiert und bereits damit die außerordentliche Größe der Phasengrenzfläche, weiche ein Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist und mit zu dem überraschenden Eigenschaftsbild beiträgt.

Die Herstellung der neuartigen Ionomer-Kieselsäuregel-Verbundmaterialien kann nach grundsätzlich bekannten Technologien erfolgen, z.B. in der Art, wie gegossene oder geschäumte Polyurethane hergestellt werden.

Da indessen die Topfzeiten meist kürzer sind und die Reaktion oft bereits bei -20° C spontan abläuft, sind den Möglichkeiten diskontinuierlicher Herstellung enge Grenzen gezogen. Sie kommt praktisch nur für die Herstellung kleinerer Formteile von maximal 10 kg in Betracht.

Bevorzugt werden die Komponenten nach der zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen üblichen Technologie kontinuierlich in einer Mischkammer niedriger Verweilzeit gemischt und anschließend unter Formgebung ausgehärtet Hierzu wird die flüssige oder pastenförmige Mischung beispielsweise in Formen gegossen, auf Oberflächen aufgetragen oder in Vertiefungen, Fugen, Spalten und dergleichen gefüllt.

Bei der Vermischung kann das Verhältnis zwischen ionischem NCO-Präpolymeren und Alkalisilikaten in weiten Grenzen schwanken.

Optimale Gebrauchseigenschaften, insbesondere hohe Festigkeit, Elastizität, Wärmeformbeständigkeit und Schwerentflammbarkeit erhält man bei einem Mischungsverhältnis von 70 zu 30 bis 20 zu 80.

Dieser ßereich ist daher ganz besonders bevorzugt

Aus den angeführten Mengenverhältnissen geht hervor, daß für die erfindungsgemäße Herstellung der beanspruchten Ionomer-Kieselsäuregel-Verbundmaterialien das Mengenverhältnis von ionischem NCO-Präpolymeren und Alkalisilikatlösung nicht kritisch ist

Dies ist besonders vorteilhaft, da bei der kontinuierlichen Herstellung über Fördergeräte und Mischkammer nicht auf exakte Dosierung geachtet zu werden braucht So lassen sich robuste Fördereinrichtungen wie Zahnrad- oder Monyo- Pumpen einsetzen.

Die Aktivität der Reaktionsmischung läßt sich vor allem durch den Gehalt an ionischen Gruppen einstellen. Bei Sulfonsäure-Gruppen enthaltenden Präpolymeren wird die Aktivität vor allem durch den Neutralisationsgrad bestimmt

Produkte mit geringem Silikatgehalt, z. B. zwischen 1 und 30%, werden vorzugsweise dann hergestellt, wenn die organischen Polymereigenschaften im Vordergrund stehen und der Silikatanteil beispielsweise zur besseren Bindung von Füllstoffen, insbesondere der sogenannten inaktiven Typen, wie Kreide, Schwerspat, Gips, Anhydrit, Ton, Kaolin, benötigt wird.

Weiterhin kommt der Einsatz geringer Mengen an Silikatlösungen dann in Betracht, wenn ein Isocyanat-Präpolymeres mit Wasser zu einem porenfreien homogenen Kunststoff ausgehärtet werden solL

Da bekanntermaßen die Reaktion von NCO-Gruppen mit Wasser unter CO2- Entwicklung abläuft, kann sie praktisch nur zur Herstellung von Schaumstoffen ausgenutzt werden.

Auch bei Einsatz von Wasserglaslösungen in übliche Elastomer-Rezepturen läßt sich die Bildung von Poren durch entwickeltes CO₂ nicht vermeidea

Dagegen führt die Umsetzung von NCO-Gruppen enthaltenden ionischen Präpolymeren mit konzentrierten Alkalisilikatlösungen, die gegebenenfalls alkalisiert werden können, zu einem Produkt mit erheblich verminderter Porenbildung und bei aufeinander abgestimmten Mengenverhältnissen, die leicht empirisch ermittelt werden können, zu einem »wasserverlängerten« bzw. »wasservernetzten« völlig blasenfreien Material.

Damit werden hochwertige homogene Polyharnstoffe durch ein einfaches lösungsmittelfreies Direktverfah- ren zugänglich.

Die gewünschte Reaktionsgeschwindigkeit läßt sich in einfacher Weise durch Variation des Ionengruppengehalts einstellen. Dies geschieht im einfachsten Fall z. B. durch Sulfonierung und gegebenenfalls anschlie ßende Neutralisation des Präpolymeren.

Hoher Silikatgehalt z.B. 80-90%, ist dann erwünscht, wenn im wesentlichen die Eigenschaften eines anorganischen Silikatkunststoffs gewünscht werden, insbesondere Hochtemperaturbeständigkeit und völlige

Unbrennbarkeit.

In diesem Fall ist die Funktion des ionischen Präpolymeren die eines nichtflüchtigen Härters, dessen Reaktionsprodukt ein hochmolekulares Polymeres ist, welches die Sprödigkeit des Produkts mindert.

Durch die elastifizierende Wirkung sind solche ionische Präpolymere den üblichen Härtern auf Säurebasis überlegen.

Die Härtungszeiten steigen dabei im allgemeinen mit abnehmendem Ionengruppengehalt an.

jo Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, ionische NCO-Präpolymere in Kombination mit Säure abspaltenden Härtern einzusetzen.

Mischungen aus ionischen Präpolymeren und wäßrigen Silikatlösungen, welche mehr als 30% Wasser enthalten, werden vorzugsweise zur Herstellung dünner Schichten, beispielsweise Oberflächenüberzüge oder Kitte, Verklebungen, Fugendichtungsmassen und insbesondere zur Herstellung von Schaumstoffen angewandt Bei der Herstellung von Schaumstoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren empfiehlt sich die Mitverwendung von zusätzlichen Treibmitteln.

Hierbei handelt es sich um inerte Flüssigkeiten des Siedebereichs -25° C bis +50"C Bevorzugt liegen die Siedepunkte der Treibmittel zwischen -15° C und +40⁰C Die Treibmittel sind vorzugsweise in der Silikatlösung unlöslich. Es handelt sich hierbei insbesondere um Alkane, Alkene, halogensubstituierte Alkane bzw. Alkene oder Dialkyläther. Solche Substanzen sind z. B. gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit 4—5 C-Atomen wie Isobutylen, Butadien, Isopren, Butan, Pentan, Petroläther, halogenierte gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Chiormethyi, Methylenchlorid, Fluortrichlormethan, Difluordichlormethan, Trifluorchlormethan, Chloräthan, Vinylchlorid,

Vinylidenchlorid.

Als am besten geeignet haben sich Trichlorfluormethan, Vinylchlorid und C4-Kohlenwasserstoffe wie z. B. Butan erwiesen. Die Treibmittel werden, bezogen auf das Reaktions gemisch, in Mengen von 0—50 Gew.-%, bevorzugt 2—30 Gew.-%, eingesetzt

Selbstverständlich können Schaumstoffe auch unter Zuhilfenahme inerter Gase, insbesondere Luft hergestellt werdea Beispielsweise kann eine der beiden

Reaktionskomponenten mit Luft vorgeschäumt und dann mit der anderen vermischt werden. Auch läßt sich die Mischung der Komponenten z.B. mit Hilfe von Preßluft erzielen, so daß unmittelbar ein Schaum

gebildet wird, welcher anschließend unter Formgebung aushärtet.

Weitere Substanzen, wie die üblichen bei der Herstellung von Polyurethanschaumstoffen verwendeten Emulgatoren, Aktivatoren und Schaumstabilisatoren können zugefügt werden. Sie sind jedoch im; allgemeinen nicht erforderlich.

Ein Zusatz von Silanen, Polysiloxanen, Polyätherpolysiloxamen oder Silyl-modifizierten Isocyanaten kann die Wechselwirkung zwischen den beiden Phasen verstärken.

Besonders hochwertige Verbundmaterialien werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten, wenn die Aushärtung bei Temperaturen über 80⁰C, insbesondere 100-200⁰C erfolgt.

Speziell bei Kombinationen aus ionischen Präpolymeren mit 10-40% NCO-Gruppen und Alkalisilikatlösungen wird selbst ohne äußere Wärmezufuhr soviel Wärme frei, daß enthaltenes Wasser zu verdampfen beginnt Im Innern von Schaumstoffblöcken werden leicht Temperaturen von über 150⁰C erreicht

Es scheint, daß unter solchen Bedingungen sich besonders ausgeprägte Wechselwirkungen bzw. ein besonders inniger Verbund zwischen anorganischem und organischem Polymeren ausbilden, so daß Materialien resultieren, die einerseits steinhart, andererseits aber hochelastisch und dadurch ganz außerordentlich stoßunempfindlich und bruchstabil sind.

Sofern die bei der Reaktion zwischen den Komponenten entwickelte Wärmemenge nicht ausreicht, kann die Vermischung ohne weiteres bei höherer Temperatur, z. B. zwischen 40 und 100⁰C, vorgenommen werden.

In Sonderfällen kann auch oberhalb 100⁰C und bis etwa 150⁰C unter Druck vermischt werden, so daß beim Austritt des Materials Entspannung unter Schaumbildung eintritt

Selbstverständlich kann zur Schaumstoffherstellung bei erhöhter Temperatur auch mit höhersiedenden Treibmitteln z. B. Hexan, Dichloräthan, Trichloräthan, Tetrachlorkohlenstoff, Leichtbenzin als Zusatzmittel gearbeitet werden.

Jedoch kann auch das in der Mischung enthaltene Wasser die Funktion des Treibmittels übernehmen.

Ferner können feine Metallpulver, z.B. Calcium, Magnesium, Aluminium oder Zink, durch Wasserstoffentwicklung mit ausreichend alkalischem Wasserglas als Treibmittel dienen, wobei sie gleichzeitig eine härtende und verstärkende Wirkung ausüben.

Die erfindungsgemaße Herstellung der Schaumstoffe geschieht grundsätzlich so, daß man in einer diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtung die beschriebenen Reaktionskomponenten einstufig oder in mehreren Stufen miteinander vermischt und das entstandene Gemisch zumeist außerhalb der Mischvorrichtung in Formen oder auf geeigneten Unterlagen aufschäumen und erstarren IaBt

Hierbei kann die zwischen ca. 0⁰C und 20O⁰C, bevorzugt zwischen 50⁰C und 16O⁰C, liegende Reaktionstemperatur entweder so erreicht werden, daß man eine oder mehrere Reaktionskomponenten bereits vor dem Mischprozeß vorwärmt oder die Mischapparatur selbst beheizt oder das hergestellte Reaktionsgemisch nach dem Mischen aufheizt Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser oder anderer Verfahrensweisen zum Einstellen der Reaktionstemperatur geeignet

In den meisten Fällen entwickelt sich während der Reaktion selbst genügend Wärme, so daß die Reaktionstemperatur nach Beginn der Reaktion bzw. des Auf Schäumens auf Werte über 100⁰C ansteigen kann.

Die Eigenschaften der entstehenden Schaumstoffe, z. B. ihre Dichte im feuchtem Zustand, ist bei gegebener Rezeptur von den Einzelheiten des Mischprozesses, z. B. Gestalt und Tourenzahl des Rührers, Gestaltung der Mischkammer usw., sowie von der gewählten Reaktionstemperatur beim Einleiten der Verschäumung etwas abhängig.

ίο Sie kann ungefähr zwischen 0,02 und 1,3 g/cm³ variieren, zumeist erhält man Dichten des feuchten frischen Schaumes zwischen 0,1 und 0,8 g/cm³. Die getrockneten Schäume können geschlossen- oder offenporigen Charakter haben, zumeist sind sie weitgehend offenporig und weisen Dichten zwischen 0,02 und 1,1 g/cm^Jauf.

Durch das Verhalten der Reaktionsmischungen ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und dementsprechend Anwendungsgebiete, von denen im folgenden einige beispielhaft skizziert seien. Die Möglichkeit, das in den ausgehärteten Mischungen enthaltene Wasser entweder als gewünschten Bestandteil im Schaum zu belassen bzw. den Schaum durch geeignete Beschichtung oder Kaschierung gegen Wasseraustritt zu schützen, oder das Wasser durch geeignete Trocknungsverfahren, z. B. Heizschrank, Heißluft, IR-Heizung, Ultraschall oder Hochfrequenzeinwirkung, ganz oder teilweise zu entfernen, kann von Fall zu Fall den gewünschten anwendungstechnischen Zielen gemäß gewählt werden.

Das Treibmittel enthaltende Reaktionsgemisch kann z. B. auf gegebene warme, kalte oder auch IR oder HF bestrahlte Unterlagen aufgestrichen oder nach Passieren der Mischvorrichtung mit Preßluft oder auch nach dem airless-Verfahren auf diese Unterlagen aufgesprüht werden, wo es schäumen und erhärten kann und so eine füllende oder isolierende oder feuchthemmende Beschichtung ergibt

Man kann das schäumende Reaktionsgemisch auch in kalte oder erhitzte Formen pressen, gießen oder spritzgießen und es in diesen Formen, seien es Reliefoder massive oder Hohlformen, gegebenenfalls im Schleuderguß bei Raumtemperatur oder Temperaturen bis 200° C, gegebenenfalls unter Druck erhärten lassen.

Hierbei ist die Mitverwendung von verstärkenden Elementen, seien es anorganische und/oder organische bzw. metallische Drähte, Fasern, Vliese, Schaumstoffe, Gewebe, Gerüste usw., durchaus möglich. Dies kann

so zum Beispiel nach dem Fasermatten-Tränkverfahren oder nach Verfahren, bei denen z.B. mittels einer Spritzvorrichtung Reaktionsgemische und Verstärkungsfasern gemeinsam auf die Form aufgebracht werden, erfolgen.

Die so zugänglichen Formteile können als Bauelemente z. B. in Form von direkt oder nachträglich durch Laminieren mit Metall, Glas, Kunststoff usw. hergestellten, gegebenenfalls geschäumten, Sandwich-Formteilen verwendet werden, wobei das günstige Brandverhalten in feuchtem oder trockenem Zustand von Vorteil ist

Sie können jedoch auch als Hohlkörper, z.B. als Behälter für gegebenenfalls feucht oder kühl zu haltende Waren Verwendung finden, als Filtermaterialien oder Austauscher, als Katalysator- oder Wirkstoffträger, als Dekorationselemente, Möbelbestandteile und Hohlraumausfüllungen.

Sie können auch als hochbeanspruchbare Schmier- und Kühlmittel oder Träger dafür, z. B. beim Metall-

strangpressen verwendet werden.

Auch eine Anwendung auf dem Gebiet des Modell- und Formenbaues, sowie der Herstellung von Formen für den Metallguß ist in Betracht zu ziehen.

Eine bevorzugte Arbeitsweise besteht darin, den Verschäumungsprozeß direkt mit der Härtung Hand in Hand gehen zu lassen, indem man z.B. in einer Mischkammer das Reaktionsgemisch herstellt und gleichzeitig das leichtflüchtige Treibmittel hinzudosiert, etwa Dichlordif luormethan, Trichlorfluormethan, Butan, ι ο Isobutylen, Vinylchlorid, so daß bei geeigneter Wahl der Gemischtemperatur das aus der Mischkammer austretende Reaktionsgemisch gleichzeitig aufschäumt durch Verdampfen des Treibmittels und härtet durch Einwirkung des Härters, wobei der entstandene Schaum, der gegebenenfalls noch Emulgatoren und Schaumstabilisatoren und sonstige Hilfsmittel enthält, fixiert wird.

Weiterhin kann man das zunächst noch dünnflüssige Reaktionsgemisch durch Eintragen von gegebenenfalls unter Druck stehenden Gasen wie Luft, Methan, CF₄, Edelgasen, zu einem Schaum auftreiben, der in die gewünschte Form gebracht und so ausgehärtet wird.

Man kann auch entsprechend vorgehen, indem man zunächst die gegebenenfalls Schaumstabilisatoren wie Netzmittel, Schaumbildner, Emulgatoren und evtl. noch weitere organische oder anorganische Füllstoffe oder Verdünnungsmittel enthaltende Silikat- bzw. ionische NCO-Präpolymerlösung durch Begasung in einen Schaum überführt und diesen Schaum dann in einer Mischvorrichtung mit der Gegenkomponenten und gegebenenfalls dem Härter vermischt und anschließend aushärten läßt.

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise wird eine Lösung des ionischen Präpolymeren in flüssigem Treibmittel mit der gegebenenfalls vorerhitzten wäßrigen Alkalisilikatlösung vermischt und so unter Verschäumung ausgehärtet

Anstelle von Treibmitteln können auch anorganische oder organische feinteilige Hohlkörper wie Blähglas-Hohlperlen aus Kunststoffen, Stroh und ähnliches zur Herstellung von Schaumstoffen eingesetzt werden.

Die so zugänglichen Schäume können in getrocknetem oder feuchtem Zustand, gegebenenfalls nach einem Verdichtungs- oder Temperungsprozeß, gegebenenfalls unter Druck, als Isoliermaterialien, Hohlraumausfüllungen, Verpackungsstoffe, Baustoffe mit guter Lösungsmittelbeständigkeit und günstigem Brandverhalten verwendet werden.

Sie sind auch als Leichtbausteine, in Form von Sandwiches, z. B. mit Metalldeckschichten im Haus-, Fahrzeug- und Flugzeugbau, verwendbar.

Die Reaktionsgemische können auch in Tropfenform, z. B. in Benzin, dispergiert oder während eines freien Falles oder ähnlich zum Aufschäumen und Härten gebracht werden, wobei Schaumperlen entstehen.

Man kann auch in die aufschäumenden Reaktionsgemische, solange sie noch fließfähig sind, organische und/oder anorganische, zum Aufschäumen befähigte oder bereits aufgeschäumte Teilchen, z.B. Blähton, Blähglas, Holz, Popkorn, Kork, hohle Perlen aus Kunststoffen z. B. Vinylchloridpolyrnerisaten, Polyäthylen, Styrolpolymerisaten oder Schaumstoffteilchen aus diesen oder auch z. B. Polysulfon-, Polyepoxide Polyurethan-, Harnstoff-, Formaldehyd-, Phenolformaldehyd-, Polyimid-Polymeren einarbeiten bzw. Schüttungen dieser Teilchen von den Reaktionsmischungen durchschäumen lassen und auf diese Weise Isolierstoffe herstellen, die sich durch ein günstiges Brandverhalten auszeichnen.

Wenn einer Mischung aus gegebenenfalls anorganische und/oder organische Beimengungen enthaltenden wäßrigen Silikatlösungen und den Härtern bei einer vorgegebenen Temperatur das unter diesen Temperaturen zur Verdampfung oder Gasbildung befähigte Treibmittel, beispielsweise ein (Halogenkohlenwasserstoff gleichzeitig zugesetzt wird, kann die so entstehende zunächst flüssige Mischung nicht nur zur Herstellung von einheitlichen Schaumstoffen oder weitere geschäumte oder ungeschäumte Füllstoffe enthaltenden Schaumstoffen verwendet werden, sondern man kann auch mit ihr vorgegebene Vliese, Gewebe, Gitter, Konstruktionsteile oder sonstige durchlässige Strukturen aus geschäumtem Material durchschäumen, so daß auf diese Weise Verbundschaumstoffe mit speziellen Eigenschaften, z. B. günstigem Brandverhalten, zugänglich werden, die evtl. direkt als Konstruktionselement im Bau-, Möbel- oder Fahr- und Flugzeugsektor einsetzbar sind.

Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe können dem Erdboden in Krümelform gegebenenfalls mit Düngemitteln und Pflanzenschutzmitteln angereichert beigemischt werden, um seine agrarische Konsistenz zu verbessern.

Hoch wasserhaltige Schäume können als Substrat zur Vermehrung von Keimlingen, Stecklingen und Pflanzen oder Schnittblumen eingesetzt werden.

Durch Aussprühen der Mischungen auf unwegsames oder zu lockergrundiges Gelände, etwa Dünen oder Sümpfen, kann eine wirksame Verfestigung erzielt werden, die nach kurzer Zeit begehbar ist bzw. einen Erosionsschutz bietet.

Es ist weiterhin von Interesse, die vorgeschlagenen Reaktionsgemische im Brand- oder Katastrophenfall auf einen zu schützenden Gegenstand aufzusprühen, wobei das enthaltene Wasser auf der Oberfläche des zu schützenden Körpers nicht abiaufen oder vorschnell verdunsten kann, so daß ein besonders wirksamer Brand- bzw. Hitze- oder Strahlungsschutz erzielt wird, weil die gehärtete Mischung, solange sie noch Wasser enthält sich nicht wesentlich über 100⁰C erhitzen kann bzw. IR- oder Kernstrahlung absorbiert

Aufgrund der guten Sprühfähigkeit können die Gemische, indem man sie beispielsweise auf Gewebe, sonstigen Flächen, Gitter oder auch nur auf Wände aufsprüht wirksame Schutzwände und Schutzschichten im Bergbau im Unglücksfalle oder auch bei der routinemäßigen Arbeit bilden. Hierbei ist von besonderer Bedeutung, daß schon kurzfristig eine Härtung erzielbar ist

Gleichermaßen können die schäumenden Gemische im Hochbau, im Tiefbau und Straßenbau zur Erstellung von Wänden, Iglus, Abdichtungen, zum Ausfungen, Verputzen, Gründen, Isolieren, Dekorieren, als Beschichtungs-, Estrich- und Belagsmaterial verwendet werden. Ihre Verwendung als Klebstoff oder Mörtel oder Gießmasse gegebenenfalls in gefüllter Form, wobei anorganische oder organische Füllstoffe in Betracht kommen, ist ebenfalls in Betracht zu ziehen.

Da die gehärteten verfahrensgemäßen Schaumstoffe nach dem Trocknen eine erhebliche Porösität aufweisen können, sind sie als Trockenmittel geeignet weil sie wiederum Wasser aufnehmen können. Man kann sie jedoch auch mit Wirkstoffen beladen oder als Katalysatorträger oder Filter und Absorbentien verwenden.

Im Reaktionsgemisch gegebenenfalls mitverwendete

oder nachträglich eingebrachte Hilfsmittel wie Emulgatoren, Waschrohstoffe, Dispergiermittel, Netzmittel, Duftstoffe, hydrophobiertdd wirkende Substanzen, gestatten das Eigenschaftsbild der Schaumstoffe in wasserhaltigem oder getrocknetem Zustand wunschgemäß zu modifizieren.

Andererseits können die Schaumstoffe in wasserhaltigem oder getrocknetem oder imprägniertem Zustand nachträglich lackiert metallisiert, beschichtet, laminiert, galvanisiert, bedampft, verklebt oder beflockt werden. Die Formkörper können in wasserhaltigem oder getrocknetem Zustand weiter verformt werden, beispielsweise durch Sägen, Fräsen, Bohren, Hobeln, Polieren und sonstige Bearbeitungsverfahren.

Die gegebenenfalls gefüllten Formkörper können durch thermische Nachbehandlung, Oxydationsprozesse, Heißpressen, Sinterungsprozesse oder oberflächliche Schmelz- oder sonstige Verdichtungsprozesse in ihren Eigenschaften weiterhin modifiziert werden.

Als Formmaterial eignen sich anorganische und/oder organische geschäumte oder ungeschäumte Werkstoffe wie Metalle, z. B. Eisen. Nickel, Edelstahl, lackiertes oder z. B. teflonisiertes Aluminium, Porzellan, Glas, Gips, Zement, Holz, Kunststoffe wie PVC Polyäthylen, Epoxidharze, Polyurethane. ABS, Polycarbonat usw.

Die erfindungsgemäß zugänglichen Schäume können oberflächlich oder sofern es sich um weitgehend durchlässige Gebilde, etwa höhergradig offenporige Schaumstoffe oder poröse Materialien handelt auch durch Zentrifugieren, Vakuumbehandlung, Durchblasen mit Luft oder Spülen mit das enthaltene Wasser entfernenden (gegebenenfalls erhitzten) Flüssigkeiten oder Gasen wie Methanol, Äthanol, Aceton, Dioxan, Benzol. Chloroform und ähnliche oder Luft CO₂, Heißdampf getrocknet werden.

In analoger Weise ist auch eine Nachbehandlung der feuchten oder trockenen Formkörper durch Spülen oder Imprägnieren mit wäßrigen oder nicht wäßrigen sauren, neutralen oder basischen Flüssigkeiten oder Gasen z.B. Salzsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Ammoniak, Amine, organische oder anorganische Salzlösungen, Lacklösungen, Lösungen von noch zu polymerisierenden oder bereits polymerisierten Monomeren, Farbstofflösungen, Galvanisierungsbädem. Lösungen von Katalysatoren oder Katalysatorvorstufen. Geruchsstoffen in Betracht zu ziehen.

Ganz besonders eignen sich die neuen Verbundmaterialien als Konstruktionsmateriitl, da sie zug- und druckfest, zäh, steif und doch elastisch sind, sowie eine hohe Dauerformbeständigkeit in der Wärme und Schwerentflammbarkeit aufweisen.

So lassen sich z. B. hochwertige Leichtbauplatten herstellen, indem entweder kontinuierlich geschäumte Blöcke zu entsprechenden Platten geschnitten bzw. gesägt werden oder indem solche Platten sowie insbesondere kompliziertere Formkörper in Formen geschäumt werden, gegebenenfalls unter Druck. Auch lassen sich durch geeignete Verfahrensweise Formteile mit geschlossener Außenhaut herstellen.

Insbesondere eignet sich jedoch auch das Verfahren der Erfindung zur in situ-Ausschäumung auf der Baustelle. So lassen sich beliebige Hohlformen, wie sie nach der üblichen Methode durch Verschalung gebildet werden, ausgießen bzw. ausschäumen.

Auch können Hohlräume, Fugen, Risse einfach mit dem Reaktionsgemisch gefüllt werden, wobei sich eine sehr feste Haftung zwischen den verbundenen Materialien ergibt. Auch lassen sich isolierende Innenputze einfach durch Aufsprühen herstellen.

In vielen Fallen lassen sich die erhaltenen Materialien

anstelle von Holz oder Hartfaserplatten einsetzen. Sie lassen sich sägen, schleifen, hobeln, nageln, bohren,

s fräsen und ermöglichen so vielseitige Bearbeitungs- und Anwendungsmöglichkeitea

Leichtschaumstoffe hoher Sprödigkeit die z. B. bei sehr hohem Gehalt an Silikat oder bei Kombination mit ebenfalls spröden Organopolymeren erhalten werden können, lassen sich durch Zerdrücken in geeigneten Vorrichtungen leicht in staubfeine Pulver überführen, die sich als organo-modiflzierte Kieselsäurefüllstoffe vielseitig einsetzen lassen. Die Organomodjfizjerung bedingt gute Oberflächenwechselwirkung mit Polymeren, sowie in manchen Fällen auch eine gewisse oberflächliche Thermoplastizität, die die Herstellung von hochwertigen Preßmassen ermöglicht wobei durch Zugabe von Vernetzern topochemische Oberflächenreaktionen durchführbar sind.

Für viele Anwendungsgebiete werden den Mischungen aus ionischen NCO-Präpolymeren und Alkalisilikaten zusätzlich inerte Füllstoffe in Form von teilchen- oder pulverförmigem Material einverleibt
Als Füllstoffe k nnen feste anorganische oder organische Substanzen Verwendung finden, die z. B. als Pulver, Granulat Draht Fasern, Hanteln, Kristallite, Spiralen, Stäbchen, Perlchen, Hohlperlen, Schaumstoffteilchen, Vliese, Gewebestücke, Gewirke, Bändchen, Folienstückchen usw. vorliegen, beispielsweise Dolomit Kreide, Tonerde, Asbest basisch eingestellte Kieselsäuren, Sand, Talkum, Eisenoxid, Aluminiumoxid und -oxidhydrate, Alkalisilikate. Zeolithe, Mischsilikate, Calciumsilikate, Calciumsulfate, Alumosilikate, Zemente. Basaltwolle oder -pulver, Glasfasern, C-Fasern, Graphit, Ruß, Al-, Fe-, Cu-. Ag-Pulver, Molybdänsulfid, Stahlwolle, Bronze- oder Kupfergewebe, Siliciumpulver, Blähtonteilchen. Glashohlkugeln. Glaspulver, Lava- und Bimsteilchen, Holzspäne, Holzmehl, Kork, Baumwolle, Stroh, Popkorn, Koks, Teilchen aus gefüllten oder ungefüllten, geschäumten oder ungeschäumten, gereckten oder ungereckten organischen Polymeren.

Beispielhaft seien aus der Vielzahl der in Betracht kommenden organischen Polymeren einige aufgeführt wobei diese z. B. als Pulver, Granulat Schaumstoffteilchen. Perlen, Hohlperlen, schaumfähiges aber noch ungeschaumtes Teilchen, als Faser, Bändchen, Gewebe, Vlies usw. vorliegen können:

Polystyrol, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylnitril, Polybutadien, Polyisopren, Polytetrafluoräthylen, ali-

so phatische und aromatische Polyester, Melamin-Harnstoff- oder Phenolharze, Polyacetalharze, Polyepoxide, Polyhydantoine, Polyharnstoffe, Polyäther, Polyurethane, Polyimide, Polyamide, Polysulfone, Polycarbonate, selbstverständlich auch beliebige Mischpolymerisate.

Besonders bevorzugte Füllstoffe sind Kreide, Talkum, Dolomit, Gips, Ton, Anhydrit Quarzmehl, hochdisperse Kieselsäure, Zement, Kalk, Glas, Kohlenstoff sowie übliche Kunststoff- und Gummiabfälle.

Grundsätzlich können die erfindungsgemäßen Verbundstoffe ohne Verlust ihres hochwertigen Eigenschaftsbildes mit beträchtlichen Mengen an Füllstoffen gefüllt werden.

Produkte mit niedrigem Silikatgehalt eignen sich besonders zur Herstellung rasch erhärtender hochwertiger Oberflächenüberzüge, welche eine hervorragende Haftung und Verschleißfestigkeit aufweisen, sowie zur Herstellung von Elastomeren mit hoher Festigkeit und hohem Modul.

909 642/148

Zur Herstellung von Oberflächenüberzügen, Verklebungen, Kitten, Zwischenschichten, insbesondere an porösen Materialien ist die Einverleibung eines Härters häufig nicht erforderlich, da die in der Luft enthaltene Kohlensäure als Härter ausreicht

Für solche Anwendungen werden vorzugsweise ionische Präpolymere mit geringem Isocyanatgehalt, z. R unter 5%, bevorzugt

Dadurch werden Mischungen hoher Topfzeit erhalten, die auch in dünner Schicht aufgetragen werden können und im Laufe der Zeit allmählich durchhärten.

Wird im Rahmen des Mischvorgangs des ionischen NCO-Präpolymeren und der Silikatlösung nur wenig Härter (CO2) frei, so erhält man durch partielle Härtung unter Viskositätserhöhung ein pasten- bzw. teigartiges plastisches und beliebig formbares Material, das formgebend verarbeitet und zu einem späteren Zeitpunkt ausgehärtet werden kann, z.B. durch Trocknen an der Luft oder durch Erhitzen.

Besonders interessant für die Verarbeitung als Kitt Spachtelmasse, Fugendichtungsmasse, Mörtel und dergleichen ist eine zwei- oder mehrstufige Härtung, bei der beispielsweise in erster Stufe eine rasche CC>2-Abspaltung erfolgt (z. B. durch Reaktion von NCO-Gruppen mit Wasser), welche das anorganisch-organische Verbundmaterial in eine plastische bzw. thermoplastische verarbeitbare Form bringt worauf in einer zweiten langsamer verlaufenden Härtungsstufe, z. B. durch Hydrolyse eines hoch- oder niedermolekularen Esters, die Aushärtung erfolgt

Auch die Verarbeitung der thermoplastischen Zwischenstufe durch Spritzguß, Extrusion oder im Kneter ist möglich.

In vielen Fällen lassen sich diese Zwischenstufen auch mit Wasser, organischen Lösungsmitteln, Weichmaehern, Streckmitteln, Füllstoffen mischen und dadurch in vielfältiger Weise modifizieren und applizieren.

Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Materialien als Faserausrüstung im Imprägniermittel, wobei sowohl fertige Mischungen der organischen und der Silikatkomponente Verwendung finden können, als auch eine zweibadige Behandlung möglich ist Vorzugsweise wird daher die Komponente zuerst appliziert, die die bessere Haftung aufweist also die Präpolymer-Komponente auf organisches, die Silikatkomponente auf anorganisches Material.

Weiterhin lassen sich z.B. durch Auspressen der Mischungen aus Düsen oder Schlitzen Fasern und Folien herstellen, welche z.B. zur Herstellung von synthetischem unbrennbaren Papier oder zur Herstellung von Vliesen verwendet werden können.

Herstellung der Ausgangsmaterialien

nachgerührt überschüssiges 1,2-Dichloräthan abdestflliert und abgekühlt

Viskosität bei 25°C:	750OcP
S-Gehalt:	0,85%
	= 2,1% -SO₃H
NCO-Gehalt:	26%

2. Ionisches Präpolymeres P 2

Man verfährt wie bei P1, sulfoniert jedoch mit 120 g Schwefeltrioxidlösung.

1848 g des von 1,2-Dichloräthan befreiten Produkts werden mit 22^5 g Triethylamin neutralisiert

3. Ionisches Präpolymeres P 3

2000 g eines rohen Phosgenierungsproduktes der Anilin/Formaldehyd-Kondensation, welches durch Abdestillieren eines Teils der 2-Kern-Isocyanate auf eine Viskosität von 42OcP bei 25° C gebracht worden war, wurden mit 400 g 1,2-Dichloräthan verdünnt und bei Raumtemperatur innerhalb von 90 Min. mit einer Lösung von 47,7 g Schwefeltrioxid in 97 g 1,2-Dichloräthan versetzt Anschließend wurde 30 Min. bei 70⁰C nachgerührt, filtriert und das Filtrat i. Vak. eingeengt

Es wird ein dunkles klares Isocyanat mit Sulfonsäuregruppen erhalten.

NCO-Gehalt:	30,7%
S-Gehalt:	0,9%
	= 2,26O/o SOJ
Viskosität:	1400cPbei25°C

4. Ionisches Präpolymeres P 4

2060 g Präpolymeres P 3 wurden bei 35° C tropfenweise mit 58,1 g Triäthylamin versetzt Das erhaltene Produkt ist trübe, aber stabil und scheidet kein Sediment ab. Viskosität:912cPbei25°C

5. Ionisches Präpolymeres P 5

2133g eines rohen Phosgenierungsproduktes der Anilin/Formaldehyd-Kondensation, welches durch Abdestillieren eines Teils der 2-Kern-Isocyanate auf eine Viskosität von 40OcP bei 25° C gebracht worden war (Zweikern-Anteil: 45,1 Gew.-%; Dreikern-Anteil: 22,3 Gew.-%; Anteil an höherkernigen Polyisocyanaten: 32,6 Gew.-%) wurden unter Rühren 2 Stunden bei 130° C mit 67 g Dimethylolpropionsäure umgesetzt Man erhielt ein flüssiges carboxylgruppenhaltiges Polyisocyanat-Präpolymer(P5).

1. Ionisches Präpolymeres P 1 «

1800 g eines technischen 4,4'-Diphenylmethandiisocyanats (Viskosität bei 25° C 19OcP) werden mit 200 g eines auf Trimethylolpropan gestarteten Polyäthylenglykols der OH-Zahl 250 bei Raumtemperatur ver- to mischt.

Es wird ein Präpolymeres erhalten, welches einen NCO-Gehalt von 25,6% und eine Viskosität von 1960 cP bei 25° C aufweist.

Zu einer Lösung des Präpolymeren in 1000 g 1,2-Dichloräthan werden in 90 Minuten 144,5 g einer 33,3%igen Lösung von Schwefeltrioxid in 1,2-Dichloräthan zugetropft. Es wird 1 Stunde bei 70° C NCO-Gehalt: Berechneter

-COOH-Gruppen-Gehalt: Viskosität:

27,5Gew.%

l,0Gew.-% 470OcP bei 25° C

6. Ionisches Präpolymeres P 6

2166 g eines rohen Phosgenierungsproduktes der Anilin/Formaldehyd-Kondensation, gemäß Beispiel 9, wurden unter Rühren 4 Stunden bei 130° C mit 33,5 g Dimethylolpropionsäure umgesetzt. Man erhielt ein flüssiges carboxylgruppenhaltiges Poly isocyanat-Präpolymer (P 6).

NCO-Gehalt: Berechneter Gehalt an -COOH-Gruppen: Viskosität:

28,8 Gew.-<!

0,5 Gew.-% 200OcP

7. Ionisches Präpolymere P 7

Zu 1100 g eines rohen Phosgenierungsproduktes der ABäfc/Formaldehyd-Kondensation gemäß Beispiel 9 Würden bei 100° C 100 g einer 80%igen Lösung eines Adduktes aus 18 Mol 1,1,1-TrimethyloIpropan und 21,6 MolTetrahydrophthalsäureanhydrid in Methylisobutylketon in 20 Minuten eingetropft und das Reaktionsgemisch 2 Stunden bei 100° C nachgerührt. Man erhielt ein flüssiges, Carboxylgruppen aufweisendes Polyisocyanat-Prepolymer (P 7).

NCO-Gehalt:

Berechneter

- COOH-Gruppen-Gehalt:

Viskosität:

25,2Gew.-%

l,13Gew.-% 42 000cP/25°C

15

a Herstellung einer 48%igen wäßrigen Natriumsilikatlösung S 1

In 3640 g einer 34%igen technischen Natronwasserglaslösung (8,6% Na₂O; 25,4% SiO₂; 38 Be) werden 980 g festes alkalisches Natriumsilikat (»Portil A« der Fa. Henkel eingerührt und das Gemisch bei 6O⁰C bis zur Bildung einer homogenen viskosen klaren Lösung gerührt

Beispiel 1

Zu einer Mischung aus 64 g Pl, 16 g P 2 und 24 g Monofluortrichlormethan wird unter sehr starkem Rühren eine 35° C warme Lösung von 16OgSl und 9 g ■Wasser eingerührt Nach 20 Sekunden Mischzeit wird die weiße homogene Flüssigkeit in eine Papierform gegossen, wo sie sofort aufzuschäumen beginnt

Nach weiteren 40 Sekunden ist ein sehr harter, druckfester Schaumkunststoff entstanden. Nach der Trocknung bei Raumtemperatur erhält man einen weißen Schaumstoff, hoher Härte, Biegeelastizität und Dauerwärmebeständigkeit Der Schaumstoff brennt nicht und besitzt eine hohe Feuerwiderstandsdauw. Eine Platte mit den Maßen 8 χ 8 χ 1,5 cm läßt sich mit der Hand geringfügig biegen, jedoch nicht zerbrechen.

Beispiel 2

Zu einer Mischung aus 96 g P 1, 24 g P 2 und 45 g Monofluortrichlormethan wird unter sehr starkem Rühren eine 4O⁰C warme Lösung von 240 g S 1 und 13,5 g Wasser eingerührt Nach 20 Sekunden Mischzeit wird die weiße homogene dicke Paste in eine Papierform gegossen, wo sie sofort aufschäumt.

Nach weiteren 45 Sekunden ist ein sehr harter druckfester Schaumkunststoff entstanden, der sehr fest an der Form haftet Ein Quader mit den Maßen 9 χ 8 χ 6,5 cm wird ausgeschnitten und an der Luft getrocknet Während der Trocknung tritt kein Schrumpf auf; Elastizitätsmodul, Druck- und Biegefestigkeit steigen an. Trotz hoher Härte federt das Material beim Fallversuch elastisch und wird nicht beschädigt Raumgewicht ca. 300. Der Schaumstoff ist nahezu weiß und zeigt nach 1 Monat keine Verfärbung.

Beispiel 3

Beispiels 2. Raumgewicht: ca. 340. Der Schaumstoff ist weiß.

Beispiel 4

96 g F 1 und 24 g P 2 sowie 2 g 1,3-Propandiol werden vermischt und 40 Minuten stehen gelassen. Das Reaktionsgemisch wird analog Beispiel 2 mit 65 g Fluortrichlormethan und einer Mischung aus 300 g S 1 und 18 g Wasser verschäumt

Es wird ein weißer sehr harter, elastischer und druckfester Schaumstoff erhalten. Der Schaumstoff ist unbrennbar und besitzt eine hohe Feuerwiderstandsdauer.

Beispiel 5

Es wird wie im vorangehenden Beispiel verfahren, jedoch unter Verwendung von 80 g Fluortrichlormethan und 520g S 1.

Der gebildete sehr femporige Schaumstoff ist zunächst noch thermoplastisch und läßt sich leicht entformen. Er wird durch Trocknen an der Luft nachgehärtet und weist dann eine sehr hohe Feuerwiderstandsfähigkeit auf.

Beispiel 6

Es wird wie im Beispiel 4 verfahren, jedcch unter Verwendung von 30 g Trichlorfluormethan und 4OgSl.

Man erhält einen sehr harten grobporigen Leichtschaumstoff von hoher Druck- und Biegefestigkeit.

Beispiel 7

Es wird wie im Beispiel 4 verfahren, jedoch unter Verwendung von 20 gTrichlorfluormethan und 2OgSl.

Man erhält einen etwas spröden sehr harten und sehr grobporigen Leichtschaumstoff von guter Druckfestigkeit. _n . . . _o Beispiel 8

96 g P 1,24 g P 2 und 50 g snyth. Anhydrit werden mit 30 g Trichlorfluormethan homogen vermischt und 50 g S 1 eingerührt

Man erhält einen dicken Mörtel, der nach Verformung zu einem harten betonähnlichen Material erstarrt. Das Produkt ist steinhart und federt beim Wurf auf Steinfliesen elastisch.

Beispiel 9

72 g P 3, 18 g P 4 und 35 g Trichlorfluormethan werden homogen vermischt und mit einer 5O⁰C warmen Lösung von 18OgSl und 20 g Wasser verschäumt.

Man erhält nach 2 Minuten einen äußerst harten, zähelastischen Schaum von hoher Druck- und Biegefestigkeit, sehr hoher Wärmeformbeständigkeit und Zähigkeit. Raumgewicht 350. Der Schaumstoff ist unbrennbar.

Beispiel 10

b0

Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch mit der Abänderung, daß in das Gemisch aus P 1 und P 2 vor Zugabe des Treibmittels 30 g synthetischen Anhydrits homogen eingerührt werden. ■

35 Sekunden nach Eingießen der Masse in die Form ist der gebildete Schaumstoff nicht mehr eindrückbar. Die Eigenschaften des Produkts entsprechen denen des

150 g	Präpolymeres P 5	Komponente Il
20 g
150 g	Trichlorfluormethan I Komponente 1
	Natronwasserglas,
	44% Feststoff
	Molgewichtsverhältnis:
0,2 g	NaiO: SiO₂ =1:2
	Emulgator,
	50%ige wäßrige Lösung des
	Na-Salzes eines sulfo-
	chlorierten Paraffin
1,5 g	gemisches (Cio—Cm)
Triäthylamin

Raumgewicht (kg/m³):
Druckfestigkeit (kp/cm²):

Beispiel U

Präpolymeres P 5
Trichlorfluormethan

150g
20 g
200 g Natronwasserglas gemäß

Beispiel 10

0,2 g Emulgator gemäß Beispiel 10
2 g Triethylamin

141
10

Komponente I

Rührzeit, f«:
Liegezeit, t_L:
Abbindezeit, t_A-Zeit zur Wasserdampfentwicklung, tw

20 see
37 svc
43 see

50 see

Raumgewicht (kg/m³):
Druckfestigkeit (kp/cm²):

Beispiel 12

200 g Präpolymeres P 5
20 g Trichlorfluormethan

100 g Natronwasserglas gemäß

Beispiel 10

0,2 g Emulgator gemäß Beispiel 10
2 g Triäthylamin

> Komponente I

Komponente II

Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 10

Rührzeit, 0?:	20 see
Liegezeit, tv-	28 see
Abbindezeit, t_A:	32 see
Zeit bis zur Wasserdampf
entwicklung, tw	36 see

Man erhielt einen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit regelmäßiger Zellstruktur von dem am folgenden Tag nach Temperung 3 h/l 20° C, Raumgewicht und Druckfestigkeit ermittelt wurden.

Raumgewicht (kg/m³):
Druckfestigkeit (kp/cm³):

121 11

Komponente I und Komponente II wurden zunächst für sich gut vorgemischt und anschließend mit einem Schnellrührer 20 see (Rührzeit, tg) intensiv miteinander vermischt Das Reaktionsgemisch wurde in ein Papierpäckchen ausgegossen, begann nach 52 see (Liegezeit, ti) aufzuschäumen, der Auf scha ςπι Vorgang war nach 65 see (Abbindzeit, o) beendet Nach der 10 see später einsetzenden Wasserdampf entwicklung (tw) erhielt man einen harten anorganisch-organischen Schauastoff mit regeln? äSiger Zeilstruktur von dem einen Tag später nach Temperung 3 h/120'C, Raumgewicht und Druckfestigkeit ermittelt wurden.

Komponente II

Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 10

Man erhielt einen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit regelmäßiger Zellstruktur und ausgezeichnetem Brandverhalten, von dem einen Tag darauf nach Temperung 3 h/120°C, Raumgewicht und Druckfestigkeit bestimmt wurden.

170
14

40

Beispiel 13

g Präpolymeres P 6
g Trichlorfluormethan

g Natronwasserglas gemäß

Beispiel 10

0,2 g Emulgator gemäß Beispiel 10 g Triäthylamin |

Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 10

Komponente I

Komponente II

Rührzeit tu: Liegezeit U;. Abbindezeit *a: Zeit bis zur Wasserdampf -entwicklung, tw.

20 see 32 see 39 see

45 see

Von dem erhaltenen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit regelmäßiger, feiner Zellstruktur wurden einen Tag nach der Herstellung nach Temperung 3 h/l20"C, Raumgewicht und Druckfestigkeit bestimmt.

Raumgewicht (kg/m³): Druckfestigkeit (kp/cm²):

Beispiel 14

g

Präpolymeres P 6 | Trichforfluormethan j

Natronwasserglas gemäß | Beispiel 10 [

0,2 g Emulgator gemäß Beispiel 10 2,5 g Triäthylamin

93 3

Komponente I Komponente II

Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 10

Rührzeit, t/r. Liegezeit, it: Abbindezeit, i*: Zeit bis zur Wasserdampfentwicklung, tw-

20 see 43 see 58 see

67 see

Man erhielt einen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit regelmäßiger Zellstruktur und hervorragend brandwidrigen Eigenschaften, von dem am folgenden Tag nach Temperung 3 h/l 20° C, Raumgewicht und Druckfestigkeit bestimmt wurden.

Raumgewicht (kg/m³):
Druckfestigkeit (kp/cm²):

Beispiel 15

g Präpolymeres P 6
g Trichlorfluormethan
g Natronwasserglas gemäß

Beispiel 10

0,4 g Emulgator gemäß Beispiel 10 g Triäthylamin

98 2

j Komponente I

Komponente II

Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 10

Rührzeit, ί«:
Liegezeit, tv-Abbindezeit, t_A:
Zeit bis zur Wasserdampfentwicklung, tw

20 see 32 see 36 see

39 see

87
4

Man erhielt einen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit regelmäßiger Zellstruktur und sehr guten mechanischen Eigenschaften, bei relativ niedriger Rohdichte. Raumgewicht und Druckfestigkeit wurden nach Temperung 3 h/l 20° C einen Tag nach der Herstellung ermittelt.

Raumgewicht (kg/m³): Druckfestigkeit (kp/cm²):

Beispiel 16

150 g Präpolymeres P 7 2 g Triäthylamin 20 g Trichlorfluormethan 150 g Natronwasserglas gemäß

Beispiel 10 0,2 g Emulgator gemäß Beispiel 10 Abbindezeit, k: Zeit bis zur Wasserdampfentwicklung, tw.

37 see 47 sec

Man erhielt einen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit grober aber regelmäßiger Zellstruktur, dessen Raumgewicht und Druckfestigkeit nach Temperung 3 h/120°C am folgenden Tag ermittelt wurde.

Raumgewicht (kg/m³): Druckfestigkeit (kp/cm²):

Komponente II 200 g Komponente I

In das Präpolymere P 7 wird zunächst das als Aktivator benötigte Triäthylamin eingerührt, wobei ein Teil der Carboxylgruppen unter Neutralisation in das entsprechende Carboxylat überführt wurde. Anschließend verdünnte man mit dem als Treibmittel verwendeten Trichlorfluormethan.

Zu dieser Mischung (Komponente I) wurde unter Rühren die vorher ebenfalls vorgemischte Komponente II gegeben. Dann wurden beide Komponenten mit einem Schnellriihrer gut vermischt, wobei durch den Alkaligehalt des Wasserglases der Aktivator aus der Salzform wieder in Freiheit gesetzt wurde und die Isocyanat-Wasser-Reaktion in bekannter Weise katalysierte. Die weitere Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 10.

Rührzeit, t_R: Liegezeit, t_L:

20 see 25 sec

Beispiel 17

Präpolymer P 7 gemäß Beispiel 15 Triäthylamin Trichlorfluormethan Natronwasserglas gemäß Beispiel 9 0,2 g Emulgator gemäß Beispiel 9

Ig 15g

100g

150 3

Komponente I Komponente II

Die Herstellung des Schaumstoffes erfolgte gemäß Beispiel 15

Rührzeit, i«: Liegezeit, te-Abbindezeit, fc*: Zeit bis zur Wasserdampfentwicklung, tw

15 see 37 sec 46 sec

55 sec

Man erhielt einen harten anorganisch-organischen Schaumstoff mit etwas grober aber regelmäßiger Zellstruktur, von dem einen Tag nach der Herstellung nach Temperung 3 h/l 20° C, Raumgewicht und Druckfestigkeit bestimmt wurden.

Raumgewicht (kg/m³): Druckfestigkeit (kp/cm²):

159 10

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von als kolloides Xerosol vorliegendem homogenem anorganisch-organischem Ionomer-Polykieselsäuregel-Verbundmaterial hoher Festigkeit, Elastizität, Wärmefonnbeständigkeit und Schwerentflammbarkeit durch Vermischen einer wäßrigen Alkalisilikatlösung mit einem organischen, endständige Isocyanatgruppen aufweisenden Präpolymeren und gegebenenfalls einer weiteren, an sich bekannten, die Härtung der wasserlöslichen Alkalisilikate herbeiführenden Verbindung sowie gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen und Ausreagierenlassen des so erhaltenen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches endständige Isocyanatgruppen aufweisendes Präpolymeres ein solches flüssiges verwendet, das mindestens eine ionische Gruppe aufweist

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Isocyanatgruppen aufweisende Präpolymere 2 bis 200 Milliäquivalente an ionischen Gruppen pro 100 g enthält

3. Als kolloides Xerosol vorliegendes homogenes anorganisch-organisches Verbundmaterial hoher Festigkeit, Elastizität, Wärmeformbeständigkeit und Schwerentflammbarkeit, bestehend aus

a) 30—80 Gew.-% eines Polykieselsäuregels und

b) 20—70 Gew.-°/o eines hochmolekularen organischen Polyharnstoffes,

4. Als kolloides Xerosol vorliegendes anorganisch-organisches Verbundmaterial gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein Xerosol vom Typ fest/fest handelt bei dem der mittlere Querdurchmesser der dispergierten Phase zwischen 20 nm und 2 μ liegt.

5. Als kolloides Xerosol vorliegendes anorganisch-organisches Verbundmaterial gemäß Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Phasen kohärent sind.

6. Als kolloides Xerosol vorliegendes anorganisch-organisches Verbundmaterial gemäß Anspruch 3—5, gekennzeichnet durch Zusätze an inerten anorganischen und/oder organischen teilchen- bzw. pulverförmigen Füllstoffen.