DE2436465C3 - Verfahren zur Verschäumung von Harnstoff-Formaldehydharz-Lösungen - Google Patents

Verfahren zur Verschäumung von Harnstoff-Formaldehydharz-Lösungen

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DE2436465C3 DE19742436465 DE2436465A DE2436465C3 DE 2436465 C3 DE2436465 C3 DE 2436465C3 DE 19742436465 DE19742436465 DE 19742436465 DE 2436465 A DE2436465 A DE 2436465A DE 2436465 C3 DE2436465 C3 DE 2436465C3
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Description

Aminoplaste auf Basis Harnstoff-Formaldehyd zählen zu den billigsten Kunststoffen. Da sie außerdem praktisch unbrennbar sind, sollten daraus hergestellte Schaumstoffe eine hervorragende Stellung auf dem Baustoffsektor als Wärmedämmstoff einnehmen.
Bei der herkömmlichen Schäummethode zur Herstellung von Harnstoff-Formaldehyd-Schaumstoff wird Wasser, versetzt mit Härtersäure und Schaummittel durch mechanisches Schlagen bei gleichzeitigem Einblasen von Luft zu Schaum verarbeitet. Auf diesen sogenannten Trägerschaum wird dann eine wäßrige Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung verteilt. Dieser stark wasserhaltige Schfium härtet aus und wird anschließend getrocknet. Beim Trockenprozeß platzt ein großer Teil der Zellen auf. so daß die Zellwände zerstört werden und ein offenporiger Schaumstoff entsteht. Die mechanischen Festigkeiter, dieser Schäume sind gering, da beim Trockenprozeß Schwindrissc auftreten. Die verfahrensbedingten Raumgewichte solcher Schäume liegen zwischen 4-30 kg/m\ meist zwischen 7-10 kg/m . Die Druckspannung von einem 30 kg/m3 Schaum liegt bei Anwendung des herkömmlichen Verschäumungsprozesses noch unter 1 kp/cm2 (Kunststoff-Handbuch Band X, Duroplast, S.467-70, 1968).
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zur Verschäumung von Harnstoff-Formaldehydharz-Lösungen zu entwickeln, welches gestattet. Schaumstoffe mit von der Bauindustrie geforderten höheren Festigkeitswerten und auch mit höheren Raumgewichten herzustellen.
Bekanntlich wird die Weiterkondensation von handelsüblichen Harnstoff-Formaldehydharzen zu Aminoplasten durch Säure katalysiert, sie läuft aber praktisch ohne Wärmetönung ab. Eine selbsttätige Verschäumung durch verdampfende Treibmittel war deshalb nicht möglich.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verschäumung von Harnstoff-Formaldehydharz-Lösungen, gegebenenfalls unter Verwendung zusätzlicher üblicher Treibmittel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß während der Poly-Kondensationsreaktion des noch niedermolekularen Harnstoff-Formaldehydharzes zum Aminoplasten während des Schäumprozesses, und gegebenenfalls in Gegenwart eines Schaumstabilisators, eine exotherme, gasabspaltende Reaktion durch die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Peroxidasen ausgelöst wird.
Die Erfindung ermöglicht die Durchführung des gewünschten Verschäumungsverfahrens von wäßrigen und nichtwäßrigen Harnstoff-Formaldehydharz-Lösungen, indem während der Poly-Kondensationsreaktion des Harzes zum Aminoplasten eine exotherme Reaktion stattfindet, bei der selbst ein Treibgas abgespalten wird, welches allein oder in Kombination mit einem durch die Reaktionswärme der Gasabspaltung verdampfenden üblichen Treibmittel für eine Verschäumung herangezogen wird.
'5 Durch Variation des Treibmittelanteiles können so in bekannter Weise Harnstoff-Formaldehyd-Schaumstoffe mit beliebigen Raumgewichten hergestellt werden.
Als exotherme, gasabspaltende Reaktion bedient sich die Erfindung der katalytischen Zersetzung des Wasserstoffperoxids durch Peroxidasen. Peroxidasen sind enthalten in Blut, Hefe, Pilzen usw., wobei die Verwendung von Hefe zu den besten Resultaten führt. Andere spezifische Katalysatoren zur Zersetzung von
»5 Wasserstoffperoxid wie Braunstein, Bleioxid, verschiedene Metalle, colloidales Platin zeigen in dem sauren Harnstoff-Formaldehydharz-Medium nicht die gewünschte Wirkung.
Vorteilhafterweise werden für größere Ansätze solche Verschäumungseinheiten, wie sie etwa für die Polyurethan- bzw. Phenolharzverschäumung bekannt sind, eingesetzt. In kleinen Ansätzen kann so verfahren werden, daß der Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung gegebenenfalls das Treibmittel, z. B. Monofluortrichlormethan oder Petan, ein Schaumstabilisator, evtl. Füllstoffe und eine bestimmte Menge Hefe (Bäkkerhefe) zugesetzt werden und kräftig gemischt wird. Dieser Mischung werden dann die entsprechenden Mengen an riärtersäure und Wasserstoffperoxid untergemischt. Der Schäumprozeß setzt praktisch während des Mischvorgangs ein.
Für bestimmte Anwendungen, z. B. sehr hohe Raumgewichte, kann als Treibgas der bei der Wasserstoffperoxid-Zersetzung freiwerdende Sauerstoff selbst verwendet werden, ein zusätzliches Treibmittel wird dann nicht benötigt.
Bekanntermaßen tritt ein gewisser Schrumpf bei der Härtung von Aminoplasten ein. Zur Vermeidung von Schwundrissen und zur Erhöhung der Biegezugspannung hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, in bekannter Weise Füllstoffe und/oder Fasermaterialicn, insbesondere Glasfasern in einer Menge bis ca. V/o bei einer Schnittlänge bis ca. 10 mm mitzuverschäumen.
Beispiele:
Die nachstehend angegebenen Rezepturen I-V wurden nach folgender Verfahrensweise verschäumt. Zugrundegelegt wurde in allen Fällen ein Harnstoff-Formaldehydvorkondensat, das in bekannter Weise erhalten wird aus:
132 Teilen Formaldehyd (37%ig)
13,6 Teilen Ammoniak (25%ig)
0,49 Teilen Natronlauge (10%ig) und
S3,2 Teilen Harnstoff.
DieseLösung hatte vor der Kondensation einen pH von 8,6. Die Kondensation erfolgte innerhalb von 2Stunden bei 98° C /u einem wäßrigen Vorkonden-
satprodukt von ca. 40-43% Trockenharzgehalt. Anschließend wurde die Harzlösung durch Vakuumdestillation auf eine Konzentration von ca. 66-83% eingestellt.
Es wurde auch eine 6()%ige Lösung in Glykol verwendet. Alle Schäume wurden mit einem hochtourig laufenden Flügelrührer bei Zimmertemperatur unter Einhaltung folgender Verfahrensschritte hergestellt:
1. Einrühren der Peroxidase in die Harzlösung (ca. 30 see)
2. Einrühren des Schaumstabilisators in Form des auf Basis von höhermolekularen Alkylsulfaten und Alkylbenzolsulfaten hergestellten, im Handel befindlichen Produktes (30 see)
3. Gegebenenfalls Einrühren von üblichen Füllstoffen (60 see)
4. Gegebenenfalls Einrühren von üblichen zusatzlichen Treibmitteln (60 see)
5. Einrühren der zuvor hergestellten Mischung aus Wasserstoffperoxid und Phosphorsäure.
Danach setzte die Schäumungsreaktion ein. Die Aushärtung des Schaumes erfolgte bei 40-45° C im Trokkenschrank während 48 Stunden.
100,0 Teile Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung
(ca. 83%ig in H2O)
3,0 Teile Hefe
0,5 Teile Schaumstabilisator
12,0 Teile n-Pentan
8,0 Teile Wasserstoffperoxid 35%ig
6,0 Teile Phosphorsäure KO%ig
Raumgewicht 26,4 kg/m' (DIN 53420)
Druckspannung 1,0 kp/cnr' (DlN 53421)
II
100,0 Teile Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung
(ca. 83%ig in H2O)
0,4 Teile Glasfasern.Schnittlänge 5-7 mm
3,0 Teile Hefe
0,5 Teile Schaumstabilisator
6,0 Teile n-Pentan
8,0 Teile Wasserstoffperoxid 35%ig 6,0 Teile Phosphorsäure 80%ig
Raumgewicht 49 kg/m1 (DIN 53420) Druckspannung 3,2 kp/cnr (DIN 53421)
III
100,0 Teile Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung
(ca. 83%ig in H1O) 3,0 Teile Hefe
0,5 Teile Schaumstabilisator 3,0 Teile n-Pentan
8,0 Teile Wasserstoffperoxid 35%ig 6,0 Teile Phosphorsäure 80%ig
Raumgewicht 97,4 kg/m1 (DIN 53420) Druckspannung 10,5 kp/m: (DlN 53421)
iV
100,0 Teile Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung (66,6%ig in H1O) 2,0 Teiie Hefe
1,0 Teile Schaumstabilisator 2,0 Teile Phosphorsäure
2,0 Teile Wasserstoffperoxid 35%ig
Raumgewicht 176,0 kg/m1 (DIN 53 420) »5 Druckspannung 17,5 kp/cm2 (DIN 53 421)
100,0 Teile Harnstoff-Formaldehydharz-Lösung (60%ig, in Glykol) 3,0 Teile Hefe
1,0 Teile Schaumstabilisator 0,25 Teile Glasfasern, Schnittlänge 5-7 mm 15,0 Teile Monofluortrichlormethan 8,0 Teile Phosphorsäure 8()%ig 4,0 Teile Wasserstoffperoxid 35%ig
Raumgewicht 73 kg/m' (DIN 53420) Druckspannung 3,8 kp/cm2 (DIN 53421) Die Wärmeleitfähigkeit eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Harnstoff-Formaldehyd-Schaumstoffes wurde bei einem Raumgewicht von ca. 60 kg/m3 mit λ = 0,027 kcal/h° Cm (DIN 5261;Z) gemessen.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Venschäumung von Harnstoff-Formaldehydhar >Lösungen, gegebenenfalls unter Verwendung zusätzlicher üblicher Treibmittel, dadurch gekennzeichnet, daß während der Poly-Kondensationsreaktion des noch niedermolekularen Harristoff-Fonnaldehydharzes zum Aminoplasten während des Schäumprozesses, und gegebenenfalls in Gegenwart eines Schaumstabilisators, eine exotherme, gasabspaltende Reaktion durch die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid mit Peroxidasen ausgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxidasen enthaltende Substanz Hefe verwendet wird.
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