DE2717589A1

DE2717589A1 - Verfahren zur waermeisolierung von wandhohlraeumen mit schaumstoff

Info

Publication number: DE2717589A1
Application number: DE19772717589
Authority: DE
Inventors: Robert John Boyden; Tom Anthony Downing; James Greaves
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1973-01-26
Filing date: 1977-04-20
Publication date: 1978-11-02
Also published as: FR2387411B1; GB1470953A; FR2387411A1; NL7704300A; BE853682A; AU509898B2; AU2107577A

Description

TlEDTKE - BüHLING " KlNNE " GrUPE

Il I 7589 Patentanwälte:

Dipl.-Ing. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-Ing. Kinne Dipl.-Ing. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 24 8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 53-56

Telex: 5 24 845tipat

cable. Germaniapatent München 20. April 1977 B 8117

ICI case Y 25816

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LIMITED London, Großbritannien

Verfahren zur Wärmeisolierung von Wandhohlräumen mit Schaumstoff

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DroscJnw Hank (München) KIo 3939 844

Poslsrheck (München) Klo 670-43-804

B 8117

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmeisolierung von Wand- oder Mauerhohlräumen, indem in den Hohlraum eine aufgeschäumte wässrige Masse eingespritzt bzw. eingepreßt wird, die ein härtbares Harnstoff-Formaldehydharz und einen Säureharter für das Harz umfaßt, das man im Hohlraum im aufgeschäumten Zustand härten läßt.

Harnstoff-Formaldehyd-harze sind seit langem als Quelle für billige, leichte Schäume bzw. Schaumstoffe bekannt, die bequem aus einer wässrigen Lösung des härtbaren Harnstoff-Formaldehydharzes, einem Säurehärter (z.B. Phosphorsäure oder eine Alkylarylsulfonsäure) zur Härtung des Harzes und einem oberflächenaktiven Mittel zur Stabilisierung des Schaums erhalten werden; üblicherweise wird zunächst entweder das Harz oder der Härter mit dem oberflächenaktiven Mittel unter heftigem Rühren mit Luft aufgeschäumt, wonach die andere Komponente zugesetzt wird. Die Aufschäumapparatur wird dabei den benutzten Komponenten angepaßt. Zu bekannten oberflächenaktiven Mitteln gehören Alkylarylsulfonsäuren oder ihre Natriumsalze, wobei die ersteren für die Bereitstellung der Härter- und oberflächenaktiven Funktion in einer Substanz besonders geeignet sind. Harnstoff-Formaldehydschäume wurden für vielfältige Zwecke benutzt, zu denen die Wärmeisolierung von Mauer- oder Wandhohlräumen gehört. Die Schäume sind allerdings sehr "mürbe" und neigen beim Austrocknen zum Schrumpfen und zur Rißbildung unter Zurücklassung von Rissen, die in der Lage sind, Wasser quer durch den Hohlraum von einer Fläche oder Lage der Wand zur anderen zu transportieren.

Es wurde nun gefunden, daß die Anwesenheit einer organischen Hydroxysäure in der aufgeschäumten wässrigen Masse wesentlich zur Verminderung der Tendenz des Schaumes zur Rißbildung und Schrumpfung beim Härten und

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Austrocknen im Wandhohlraum führen kann oder diese sogar beseitigt.

Demgemäß ist das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Säurehärter der in den Hohlraum gepreßten Masse eine organische Hydroxysäure umfaßt.

Die bevorzugten Hydroxysäuren sind Äpfelsäure, Weinsäure, Citronensäure und Mischungen derselben in Anbetracht ihrer geringen Kosten und bequemen Verfügbarkeit. Es wurde jedoch gefunden, daß die Härtungsgeschwindigkeit bei alleiniger Verwendung von Hydroxysäure als Säurehärter (z.B. zusammen mit einem handelsübliehen Natriumalkylarylsulfonat als oberflächenaktives Mittel) sehr gering ist und Schwierigkeiten bei einer ausreichend langen Aufrechterhaltung der Schaumstruktur, wie sie für die Härtung erforderlich ist, auftreten können. Vorzugsweise sollten daher andere starke Säuren ebenfalls in der Masse anwesend sein, wobei insbesondere die Anwendung eines Säurehärters bevorzugt wird, der auch eine Alkylarylsulfonsäure umfaßt, die als starke Säure die Bildung weit stärkerer Schäume mit geringerer Gefahr eines Kollabierens des Schaums vor der Härtung des Harzes ermöglicht und darüberhinaus auch als oberflächenaktives Mittel zur Stabilisierung des Schaums wirken kann. Als Sulfonsäure wird Dodecylbenzolsulfonsäure bevorzugt , wobei Mischungen von Alkylbenzolsulfonsäuren eingeschlossen sein sollen, die sich um die C^p-Alkylgruppe herum verteilen.

Der erforderliche Mengenanteil der organischen Hydroxysäure ist nicht kritisch. Die günstigen Wirkungen beginnen merkbar zu werden, wenn die Hydroxysäuremenge in der Masse bei etwa 0,3 Gew.% des Harnstoff-Formaldehydharzes liegt. Wenn Hydroxysäuremengen über etwa

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20 Gew.% des Harzes angewandt werden, ist die auf die Mehrkosten bezogene Effektivität zusätzlicher Mengen gering. Vorzugsweise sollten die Hydroxysäuremengen in der Masse daher im Bereich von 0,3 bis 20 Gew.% des Harnstoff-Forraaldehydharzes liegen, wobei Mengen innerhalb des Bereichs von 0,7 bis 10 % besonders bevorzugt werden.

Zur Härtung des Harzes bei wirksamer Stabilisierung des Schaums wird die Anwesenheit von Alkylarylsulfonsäuremengen in der Masse im Bereich von 0,5 bis 15 Gew.% des Harnstoff-Formaldehydharzes bevorzugt, wobei Mengen im Bereich von 1,1 bis 7,5 % besonders bevorzugt sind.

Die optimale Konzentration der Harzlösung hängt weitgehend von der Betriebsweise der Schauinbildungsapparatur ab. In typischen Schaumpistolen, bei denen z.B. eine Härterlösung zunächst aufgeschäumt und die Harzlösung dann in den Schaum beim Verlassen der Pistole eingesprüht wird, sind Harzlösungen mit 20 bis 46 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz allgemein geeignet, wobei die relativen Volumina von Harz- und Härterlösunc im Bereich von 2:1 bis 1:2 liegen und gleiche Mengen besonders bevorzugt sind. Eine aufgeschäumte wässrige Masse, die besonders bevorzugt wird, enthält 10 bis 23 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz, 0,15 bis 1,0 Gew.% organische Hydroxysäure und 0,25 bis 0,75 Gew.% Alkylarylsulfonsäure.

Da sowohl die Hydroxysäure als auch die Sulfonsäure sauer sind, werden beide Verbindungen am zweckmäßigsten in einer einzigen wässrigen Lösung zur Bereitstellung eines schäumbaren Härters gelöst. Die Härterlösung kann dann in einer geeigneten Pistole oder ähnlichen Apparatur aufgeschäumt und mit der Lösung des ungehärteten Harzes versetzt werden. So umfaßt ein be-

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vorzugtes Verfahren zur Erzeugung der aufgeschäumten Masse ein Hindurchblasen einer wässrigen Härterlösung rait 0,3 bis 2,0 Gew.% organischer Hydroxysäure und 0,5 bis 1,5 Gew.% Alkylarylsulfonsäure durch eine Schaumpistole unter Bildung eines Schaums, in den beim Verlassen der Fistole eine wässrige Lösung gesprüht wird, die 20 bis 46 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz aufweist, wobei die Volumina der beiden Lösungen im Verhältnis von 2:1 bis 1:2 angewandt werden und praktisch gleiche Volumina bevorzugt sind.

Ein bevorzugtes Verfahren umfaßt ein Einsprühen der Harzlösung in die aufgeschäumte Härterlösung wie oben mit einem Durchqueren des Schaums durch ein Abgaberohr von zumindest 3 m Länge, wonach der Schaum in den Hohlraum eingepreßt wird.

Die Wirksamkeit der Alkylarylsulfonsäure bezüglich der Stabilisierung des Schaums erweist sich als variabel je nach Härte des benutzten Wassers, wobei hartes Wasser einen stabileren Schaum ergibt als weiches Wasser. Aus diesem Grunde wird die aufgeschäumte Masse vorzugsweise mit Wasser erzeugt, das eine Härte von zumindest 20 ppm (gerechnet als Gewichtsteile Calciumoxid) besitzt. Bei ungenügender natürlicher Härte des Wassers wird der gewünschte Bereich vorzugsweise durch Zugabe eines geeigneten Salzes,wie z.B. löslicher Calciumsalze»eingestellt. Eine zu hohe Konzentration von z.B. mehr als etwa 1500 ppm (wiederum gerechnet als Gewichtsteile Calciumoxid) kann zur Bildung unerwünschter Ausscheidungsmengen führen. Die bevorzugte Härte des Wassers liegt daher im Bereich von 150 bis 800 ppm (ausgedrückt in Gewichtsteilen Calciumoxid).

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert, wobei sich die Beispiele 1 bis 6

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auf das erfindungsgemäße Verfahren mit Anwendung der drei genannten leicht verfügbaren Hydroxysäuren beziehen, während die Beispiele 7 bis 10 Vergleichsversuche wiedergeben, bei denen Massen außerhalb des Rahmens der Erfindung angewandt wurden.

Beispiel 1

Zunächst wurden folgende Harz- und Härterlösungen hergestellt:

Lösung 1: Harnstoff-Formaldehydharz mit einem Feststoffgehalt von 64 Gew.% wurde im Volumenverhältnis von 2 Teilen Wasser pro 1 Teil Harz verdünnt;

Lösung 2: Eine wässrige Lösung mit 1,0 Gew.% Dodecyl-

benzolsulfonsäure und 0,6 Gew.% Citronensäure -* wurde hergestellt.

Das Wasser zur Herstellung beider Lösungen stammte aus der gleichen Quelle wie bei Beispiel 4.

Die Lösungen 1 und 2 wurden in gesonderte Kompressionsbehälter gegeben und von diesen mit gleichen Volumengeschwindigkeiten zu einer Schaumpistole geschickt, wo die Lösung 2 mit Luft zur Bildung eines stabilen Schaums gemischt wurde,in den die Lösung 1 vor

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^J dem Durchtritt durch ein Abgaberohr eingesprüht wurde.

Der Schaum wurde mit 1 m Intervallen in eine Mauer mit verblendetem Hohlraum gepreßt, dessen eine Seite durch Ziegel begrenzt wurde, während die andere für das Studium des Schaums in situ entfernbar war. Der Hohlraum hatte ^ eine Fläche von etwa 2,4 m im Quadrat und eine Tiefe von etwa 60 mm.

Der Schaum im Hohlraum wurde bis zur vollständigen Trocknung in Intervallen überprüft. Es wurden keine ^ Risse beobachtet.

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Beispiel 2

Schäume wurden in gleicher Weise wie in B_eispiel 1 hergestellt und geprüft, nur daß die Citronensäure der Lösung 2 durch die gleiche Gewichtsmenge Äpfelsäure ersetzt wurde.

Der Schaum im Wandhohlraum zeigte beim Trocknen keine Rißbildung.

Beispiel 3

Schäume wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und geprüft, nur daß die Citronensäure der Lösung 2 durch die gleiche Menge Weinsäure ersetzt wurde.

Der Schaum im Hohlraum zeigte keine Rißbildung und sehr wenig Schrumpfung, d.h. weniger als 0,5 % linear (im Vergleich dazu zeigte der mit Phosphorsäure gehärtete Schaum von Beispiel 7 eine Schrumpfung von 2 bis 3 % linear).
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Beispiel 4

Folgende Harz- und Härterlösungen wurden hergestellt: Harzlösung: 67 Gew.96 Feststoffe aufweisendes Harnstoff-Formaldehydharz wurde mit Wasser im Verhältnis von 1 Teil Harz zu 1 Teil

Wasser (in Volumen) verdünnt.

Härterlösung: Eine wässrige Lösung mit 0,7 Gew.% Dode-

cylbenzolsulfonsäure und 0,7 Gew.% Citronensäure wurde hergestellt. 3o

Bei der Herstellung der Lösungen wurde Wasser von einer Zapfstelle angewandt, dessen Härte beständig im Bereich von 150 bis 300 ppm (gerechnet als Gewichtsteile

Calciumoxid) lag.
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Die Härterlösung wurde unter Druck zusammen mit 8098U/01U

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Druckluft in eine Schaumpistole eingespeist und beim Durchqueren der Pistole in einen Schaum umgewandelt. In den aus der Pistole austretenden Schaum wurde dann die Harzlösung eingesprüht und die Mischung durch ein 3 m langes Abgaberohr geschickt. Die Strömungsgeschwindigkeiten beider Lösungen wurden so eingestellt, daß sie in gleichen Volumenmengen gemischt wurden. Die Masse wurde zur Füllung eines verblendeten Wandhohlraums wie in den vorangehenden Beispielen verwendet. 10

Die gehärteten Schäume wurden überprüft und dabei keine sichtbaren Hisse oder Streifen- bzw. Schichtbildungen gefunden.

3eispiele 5 und 6

Bei diesen Beispielen wurden die gleichen Konzentrationen angewandt wie in Beispiel k und die durchgeführten Prüfungen waren im we^sentlichen die gleichen. In Beispiel 5 wurde jedoch Apfelsäure statt Citronensäure und in Beispiel 6 Weinsäure statt Citronensäure benutzt.

In beiden Fällen waren die erhaltenen Ergebnisse ähnlich wie in Beispiel 4, d.h. es wurden keine Risse beobachtet und keinerlei Schicht- oder Streifenbildung gefunden, was besagt, daß sich der in den Hohlraum an den verschiedenen Punkten eingepreßte Schaum unter Bildung eines praktisch einheitlichen Produkts vereinigt.

Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel)

In diesem Beispiel wurde eine typische bekannte Zusammensetzung anstelle der Härterlösungen der Beispiele 1 bis 3 angewandt. Die Harzlosung wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, während als Härterlüsung eine wässrige Lösung eines handelsüblichen Härters vorgesehen wurde, von dem angenommen wird, daß er haupt-

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sächlich aus Phosphorsäure als Säurehärter und Natriumalkylbenzolsulfonat als oberflächenaktives Mittel besteht. Die Härterlösung wurde in einer geeigneten Schaumpistole aufgeschäumt und in den Schaum beim Verlassen der Pistole die Harzlösung eingesprüht.

In der Schaumfüllung des Wandhohlraums bildeten sich eine Anzahl von Rissen und an den Grenzflächen zwischen durch unterschiedliche Löcher in den Hohlraum eingeführtem Schaum traten Schichtungen oder Streifungen auf.

Beispiele 8 bis 10 (Vergleichsbeispiele) Diese Beispiele dienen dein Nachweis der Verbesserung, die durch die spezielle Wahl der organischen Hydroxysäuren gemäß der Erfindung erzielt werden kann. Die in den vorliegenden Beispielen angewandten Zusammensetzungen waren die gleichen wie in Beispiel U, nur daß die Citronensäure durch organischen Säuren ersetzt wurde, die keine Hydroxysauren sind und als Vertreter für organische Säuren mit stärkerem,etwa gleich schwachem und schwächerem Säurecharakter als die Hydroxysäuren ausgewählt wurden.

Beispiel 8: Oxalsäure wurde als ein Beispiel für eine im Vergleich zu den Hydroxysäuren etwas stärkere organische Säure angewandt. Das Ausmaß der Schrumpfung, die bei der Härtung und Austrocknung auftrat, war ähnlich derjenigen, die mit Phosphorsäure erhalten wird, was zu ausgedehnten Rißbildungen im gehärteten Schaum im verblendeten Wandhohlraum führte.

Beispiel 9: Ameisensäure wurde als organische Säure mit vergleichbarer Stärke wie die Kydroxysäuren mit sehr geringfügig schwächerem Säurecharakter gewählt. Die Ergebnisse waren allgemein denjenigen sehr ähnlich, die mit

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der stärkeren Säure erhalten wurden, indem eine beträchtliche Entwässerung und wesentliche Schrumpfung auftrat, die zu Rissen im verblendeten Wandhohlraum führte. Diese Ergebnisse zeigen in Verbindung mit denen des vorangehenden Beispiels sehr deutlich das überraschende Ergebnis, das bezüglich der Rißkontrolle durch Anwendung von Hydroxysäuren erzielt werden kann und nicht einfach auf dj" Anwendung schwächerer Säuren zurückzuführen ist.

Beispiel 10: Essigsäure wurde als schwächere Säure gewählt. Die Stabilität des Schaums war problematisch, der zum Zusammenfallen neigte, bevor das Harz zur Stützung der Schaumstruktur ausreichend gehärtet war; Schaumprodukte, die erhalten wurden, waren schwach mit grober Struktur. Es erfolgte ein beträchtlicher Wasserabzug, was allerdings in diesem Falle schwierig von der Schauminstabilität zu unterscheiden war.

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Claims

B 8117 27I7583 Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmeisolierung von Wand- oder Mauerhohlräumen, indem in den Hohlraum eine aufgeschäumte wässrige Masse eingespritzt bzw. eingepreßt wird, die ein härtbares Harnstoff-Formaldehydharz und einen Säurehärter für das Harz umfaßt, das man im Hohlraum im aufgeschäumten Zustand härten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Säurehärter der in den Hohlraum gepreßten Masse eine organische Hydroxysäure umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Hydroxysäure durch Äpfelsäure, Weinsäure, Citronensäure oder eine Mischung derselben gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der organischen Hydroxysäure in der Masse im Bereich von 0,3 bis 20 Gew.% und vorzugsweise 0,7 bis 10 Gew.% des Harnstoff-Formaldehydharzes liegt.

A. Verfahren nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Säurehärter der Masse auch eine Alkylarylsulfonsäure aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfonsäuremenge in der Masse im Bereich von 0,5 bis 15 Gew.% des Harnstoff-Formaldehydharzes liegt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Masse 10 bis 23 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz, 0,15 bis 1,0 Gew.% organische Hydroxysäure und 0,25 bis 0,75 Gew.%

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OR/GINAL INSPECTED

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Alkylarylsulfonsäure aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine 0,3 bis 2,0 Gew.% 5 organische Hydroxysäure und 0,5 bis 1,5 Gew.% Alkylarylsulfonsäure aufweisende wässrige Lösung zur Bildung eines Schaums durch eine Schaumpistole geblasen und eine 20 bis 46 Gew.% Harnstoff-Formaldehydharz aufweisende wässrige Lösung in den Schaum beim Verlassen der Pistole eingesprüht wird, wobei das Mengenverhältnis beider Lösungen im Bereich von 2:1 bis 1:2 (in Volumen) liegt.

8.Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzlösung in die ausgeschäurate Härterlösung eingesprüht und der Schaum durch ein Abgaberohr von zumindest 3 m Länge geschickt und dann in den Hohlraum eingepreßt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Masse benutzte Wasser eine Härte im Bereich von 20 bis 1500 ppm (ausgedrückt als Gewichtsteile Calciumoxid) hat.

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