DE2735418A1

DE2735418A1 - Verbundformkoerper und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2735418A1
Application number: DE19772735418
Authority: DE
Inventors: David Lee Barnett; Peter Allan Christie; Lewis William Eckert
Original assignee: Armstrong Cork Co
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 1976-08-06
Filing date: 1977-08-05
Publication date: 1978-02-09
Also published as: JPS5321251A; US4128524A; DE2735418B2; DE2735418C3

Description

DA/K-1808

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Verbundformkörper, der anorganische Teilchen und ein Harzbindemittel enthält, und bezieht sich speziell auf einen formgepreßten und gehärteten Verbundkörper, der expandierte Perlitteilchen sowie ein metallmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz enthält. Das geformte Verbundprodukt eignet sich zur Verwendung für Bau- und Konstruktionsteile, wie als Brandschutz, wärmeisolierende Wandplatten und insbesondere als Deckenplatten. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Verbundformkörper.

Auf dem angegebenen Fachgebiet sind geformte Verbundmaterialien, die sich zur Verwendung in der Bauindustrie und als Konstruktionsmaterialien, wie Deckenplatten, Wandplatten und dergleichen, eignen, gut bekannt und finden heutzutage weite Verwendung. Im allgemeinen enthalten diese Materialien feste Materialien, wie anorganische oder organische Teilchen oder Fasern, die mit Hilfe eines Bindemittels miteinander verbunden sind. Repräsentative Beispiele für solche geformte Verbundmaterialien sind in den US-Patentschriften 2 583 292, 3 132 956, 3 095 347, 3 522 067 und 3 886 076 beschrieben. In den angegebenen Patentschriften wird die Verwendung von Bindemitteln, wie Natriumsilikat, Ton und Stärke, zusammen mit Perlit, angegeben. In keiner dieser Literaturstellen v/ird jedoch ein zufriedenstellendes thermisch härtendes Bindemittel genannt.

Zu wünschenswerten Eigenschaften, welche diese geformten Verbundmaterialien besitzen sollen, gehören Starrheit und Festigkeit der Struktur, gute Wärmeisolationseigenschaften, akustische Isolationseigenschaften, leicht zu schmückende oder prägende Oberflächen, fehlende Brennbarkeit und insbesondere ein geringer Pegel

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der Entwicklung schädlicher Gase beim Erhitzen oder "beim Brand und dergleichen. Außerdem sind die Dimensions- bzw. Formbeständigkeit unter schwankenden Bedingungen der Feuchtigkeit und Temperatur sowie niedere Dichte wünschenswerte Eigenschaften. In der Jüngeren Zeit wurden weitgehende Untersuchungen im Hinblick auf verschiedene Zusammensetzungen und Produkte, die als Baumaterialien geeignet sind, durchgeführt und werden weiterhin durchgeführt und vor kurzem wurde besonderer Wert auf die Herstellung von nicht-brennbaren oder feuerbeständigen Materialien und Materialien, die ständig geringere Mengen an toxischen Gasen im Brandfall abgeben, gelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geformtes Verbundmaterial bzw. einen Verbundkörper mit guten Wärmeisolationseigenschaften und Schallisolationseigenschaften zur Verfügung zu stellen, der sich als Baumaterial eignet.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Verbundformkörper mit guter Strukturfestigkeit zu schaffen.

Erfindungsgemäß soll außerdem ein Verbundformkörper geschaffen werden, der sich als Baumaterial eignet und gute Druckbeständigkeit sowie gute Dimensionsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Verformung unter feuchten Bedingungen besitzt. Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, ein nicht-brennbares Verbundmaterial mit niederer Dichte zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße Verbundkörper selbst gute Struktur besitzen und soll gute Anpaßbarkeit an andere Texturen bzw. Strukturen durch Anwendung geeigneter Formen zeigen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Verbundformkörper gelöst, der aus dem formgepreßten und gehärteten Produkt aus

(a) etwa 80 bis 60 Gew.-96 expandierten Perlitteilchen und

(b) etwa 20 bis 40 Gew.-% eines metallmodifizierten Harnstoff-Melamin-Fonnaldehyd-Harzes besteht.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand

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der Erfindung ein verstärkter Verbundformkörper, der aus dem formgepreßten und gehärteten Produkt aus

(a) etwa 79 bis 40 Gew.-% expandierten Perlitteilchen,

(b) etwa 20 bis 40 Gew.-^ eines metallmodifizierten Harnstoff -Melamin-Formaldehyd -Harzes und

(c) etwa 1 bis 20 Gew.-% eines organischen oder anorganischen Fasermaterials

besteht.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand der Erfindung ein verstärkter Verbundformkörper, bestehend aus dem formgepreßten und gehärteten Produkt aus

(a) etwa 68 bis 35 Gew.-?o expandierten Perlitteilchen,

(b) etwa 17 bis 36 Gew.-96 eines metallmodifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harzes,

(c) etwa 1 bis 18 Gew.-96 eines organischen oder anorganischen Fasermaterials und

(d) etwa 14 bis 10 Gew.-96 eines Füllstoffes, vorzugsweise Ton.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden außerdem mit Hilfe des erfindungsgemäßen, nachstehend erläuterten Verfahrens gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Verbundformkörpers, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

(1) expandierte Perlitteilchen, eine wässrige Lösung eines metallmodifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harzes und gegebenenfalls ein Faseri^aterial mit oder ohne Zusatz eines Füllstoffes in den vorstehend beschriebenen Gewichtsverhältnissen unter Bildung eines Verbundgemisches vermischt,

(2) das Verbundgemisch in einer Form unter einem Druck von etwa

r-- Λ

8,8 bis 14,1 kg/cm* (125 bis 200 lb/in^) unter Bildung eines Formkörpers verformt und

(3) den Formkörper bei einer Temperatur von etwa 65 bis 95⁰C zur Bildung des Verbundformkörpers härtet.

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Wie vorstehend erläutert wurde, umfaßt der erfindungsgemäße Verbundformkörper zwei, drei oder vier wesentliche Komponenten, bestehend aus expandierten Perlitteilchen und einem metallmodifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehydharz sowie gegebenenfalls einem faserförmigen Verstärkungsmaterial mit oder ohne Zusatz eines Füllstoffes.

Der erste Bestandteil dos crfiiiaungsgeaäßen Verbundforakörpers besteht aus expandierten Perlitteilchen. Es zeigte sich, daß durch Ersatz des Perlits durch Vermiculit weniger zufriedenstellende Ergebnisse erreicht wurden, beispielsweise im Hinblick auf die Festigkeit. Unter der hier verwendeten Bezeichnung "expandierte Perlitteilchen" coil auch Perlltnineral verstanden werden, welches durch Erhitzen aufgebläht (exfoliated) worden ist. Zu geeigneten expandierten Perlitteilchen, die für die Zwecke der Erfindung verwendet werden können, gehören Perlitteilchen, die erhalten wurden, indem man natürliches vulkanisches Perlitmineral mit einem Gehalt an etwa 2 bis 5 % überschüssigem Wasser durch Erhitzen auf etwa 871 bis 1010⁰C (1600 bis 1850⁰F) unter Bildung von leichten, zelligen, glasartigen Bruchstücken aufgebläht hat. Für die Zwecke der Erfindung eignen sich expandierte Perlitteilchen, die eine Korngröße im Bereich von etwa 0,15 bis 4 mm, vorzugsweise etwa 0,3 bis 1,0 mm, haben. Bei Korngrößen unterhalb dieser Bereiche besteht die Tendenz, daß die Dichte des endgültig erhaltenen Verbundformkörpers, wie einer Verbundplatte, erhöht wird, während bei höheren Korngrößen schlechtes Verpressen, geringere Festigkeit des Produkts, erhöhte Brüchigkeit und eine Verminderung der Fähigkeit, in dem endgültig gebildeten plattenartigen Verbundprodukt feine Strukturdetails zu erzielen, resultiert. Die gewünschten Korngrößen entsprechen einem Bereich der Schüttdichte von etwa 0,04 bis 0,05g g/cm³ (2,5 bis 3,5 pounds per cubic foot). Perlit ist ein wohlbekanntes Material und ist nicht nur in Form des natürlichen Minerals im Handel erhältlieh,sondern ist auch in bereits expandierter Form handelsüblich. Geeignete Vertriebsfirmen für die expandierten Perlitteilchen, die sich für

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den erfindungsgemäßen Verbundformkörper eignen, sind die Johns-Manville und Grefco Company. Der Korngrößenbereich des expandierten Perlits kann durch Regelung der Aufblähbedingungen, d.h. durch Regelung des Expansionsverfahrens, und durch Klassierungsvorgänge der expandierten Perlitteilchen selbst eingestellt werden.

Die zweite wesentliche Komponente des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers stellt das aetallaoaixizierte Harnstoff-Kelandn-Foraaldehyd-Harz dar.Im allgemeinen läßt sich das metallmodifizierte Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz als Kondensationsprodukt des Reaktionsprodukts eines Metallhalogenide der vierten Nebengruppe des Periodensystems, wie Titantetrachlorid, mit Harnstoff und anschließende Kondensation dieses Produkts mit einem Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Material beschreiben. So eignen sich als Bindemittel für die Zwecke der Erfindung Harze, wie sie in der US-PS 3 787 366 beschrieben sind. Wenn auch mit Hilfe von Titanverbindungen modifizierte Harze bevorzugt werden, weil sie kurze Härtungsdauer haben und geringe Kosten verursachen, können doch auch zirkon- und hafniummodifizierte Harze eingesetzt werden. Außerdem können anstelle von Harnstoff auch andere Verbindungen als Harnstoff, die zwei bewegliche Wasserstoffatome aufweisen, verwendet werden, wie in der US-PS 3 787 368 erläutert wird.

Darüber hinaus können anstelle von Formaldehyd zur Herstellung des Harzes auch andere Aldehyde als Formaldehyd zur Durchführung dea erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Herstellung des erfindungsgemäßen Produkts verwendet werden. Im allgemeinen wird dieses in dem erfindungsgemäßen Verbundformkörper als Bindemittel vorliegende Kondensationsprodukt in Form einer wässrigen Lösung eingesetzt, die eine Konzentration von mindestens etwa 54 Gew.-96, vorzugsweise etwa 54 bis 56 Gew.-96, hat. Wenn die Konzentration aller Materialien in dem Bindemittel ausschließlich Wasser weniger als etwa 54 Gew.-% beträgt, so wird ein schlecht verdichtetes Harz erhalten. Für die Zwecke der Erfindung läßt sich jedoch jede beliebige Konzentration oberhalb 54 Gew. -96 anwenden, wobei Konzen-

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zentrationen von mehr als etwa 56 % im wesentlichen unnötig und daher im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit nicht wünschenswert sind.

Das Bindemittelharz in Form einer Lösung einer Konzentration von etwa 54 bis 56 Gew.-96 in Wasser kann aus dem Reaktionsprodukt des Halogenids eines Metalls der vierten Nebengruppe (IVB) mit Harnstoff einer Konzentration von etwa 68 bis 70 Gew.-96 in Wasser mit einem Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukt einer Konzentration von etwa 51 Gew.-96 in Wasser hergestellt werden. Es eignen sich jedoch im wesentlichen alle Harze, die mit Hilfe des in der US-PS 3 787 368 beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, als Bindemittel für die Zwecke der Erfindung.

So kann im einzelnen das metallmodifizierte Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz, das als zweite Komponente des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers verwendet wird, wenn Titan als Beispiel für das modifizierende Metall verwendet wird, als Harzkomponente, durch Vermischen von z.B. Titantetrachlorid und Harnstoff in Wasser, anschließende Zugabe von Natrlumbicarbonat, wie z.B. in der US-PS 3 787 368 beschrieben wird, und Vermischen dieses Produkts mit einem Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukt unter Bildung dsr Harzkoaponente, hergestellt werden. Geeignete Beispiele ftlr metallmodifizierte Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harze, die für die Zwecke der Erfindung verwendbar sind, sind in der US-PS 3 787 368 beschrieben. Die dort genannten Verbindungen seien hier ausdrücklich als repräsentative Beispiele für die Zwecke der Erfindung genannt. So können erfindungsgemäß metallmodifizierte Amid-Aldehyd-Polymere verwendet werden, die mit Hilfe eines Verfahrens erhalten werden, bei dem ein Metallhalogenide wi. e Zirkonhalogenid, Hafniumhalogenid, Titanhalofrenid oder deren Gemische bzw. entsprechende Oxyhalogenide,mit mindestens einer. Amid, das wenigstens' zwei ersetzbare V/aeserstoffatone hs.t, in einem Verhältnis von etwa 0,01 bis 0,5 Mol des Metallhalogenide pro Mol des Amids in Gegenwart von Wasser oder mit nachfolgender

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Zugabe von Wasser umgesetzt werden, wobei ein wässriges Produkt gebildet wird. Die zugesetzte Wassermenge beträgt etwa 0,3 Mol bis 10 Mol pro Mol des Amids. Danach vermindert man die Azidität des wässrigen Produkts und setzt das wässrige Produkt mit mindestens einem Aldehyd um.

Geeignete Amide sind alle üblichen Amide, wie aliphatische Monocarbonsäureamide, insbesondere Formamid, Acetamid, Propionamid, Butyramid und dergleiche, Jedoch auch Diamide, wie Adipinsäureamid, Bernsteinsäureamid, Maleinsäureamid und dergleichen, Aminoplastbildner, wie Harnstoff, Biuret, Äthylenharnstoff, Propylenharnstoff, Melamin, Guanidin und dergleichen, sowie Analoge dieser Verbindungen. Am stärksten bevorzugt werden Harnstoff und/oder Biuret.

Zu geeigneten Aldehyden gehören aliphatische Aldehyde, wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd, Adipinaldehyd, Acrolein und dergleichen, alicyclische Aldehyde, wie Cyclohexanaldehyd, und heterocyclische Aldehyde, wie Furfural, Nicotinaldehyd und dergleichen. Bevorzugt werden niedere aliphatische Aldehyde und Furfural, insbesondere Formaldehyd.

Das gebildete metallmodifizierte Harz ist ein thermisch härtbares Harz, welches rasch und unter milden Bedingungen ohne das Erfordernis eines zusätzlichen äußeren Katalysators der Härtung unterliegt, wobei ein veraetztes Produkt mit geringer Schrumpfung erhalten wird, das mit einer Vielzahl von anorganischen sowie auch organischen Fasern verträglich ist. Das gehärtete Harz hat eine einzigartige und wünschenswerte mikroporöse Struktur.

Die vorstehend als zweite Komponente des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers beschriebene Harzmasse wird im allgemeinen in einer Menge von etwa 20 bis 40 Gew.-96, vorzugsweise 20 bis 23 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der expandierten Perlitteilchen, eingesetzt. Geringere Harzgehalte führen zu einem schlechter gebundenen und schwachen Verbundformkörper, während höhere Gehalte zur Bildung von unerwünscht dichten Produkten führen können.

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Gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers kann ein Fasermaterial zum Zweck der Verstärkung als dritte Komponente vorliegen. Dabei kann im einzelnen die faserartige Komponente eine anorganische Faser oder eine organische Faser sein und zu geeigneten spezifischen Beispielen für solche Fasern gehören Glasfaser, Papierfasern, insbesondere Zeitungspapierfasern, Holzfasern, Wollastonit, Polyvinylalkoholfasern und Polyester-Stapelfasern und dergleichen. Wenn der erfindungsgemäße Verbundformkörper diese zusätzliche dritte Komponente als Verstärkungsmaterial enthält, so kann ein geeignetes Mengenverhältnis der in dieser Ausführungsform eingesetzten drei Komponenten, bezogen auf das Gewicht der expandierten Perlitteilchen, folgende Werte haben : Faserverstärkungsmaterial zu metallmodifiziertem Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz von etwa 79 : 1 : 20 bis etwa 40 : 20 : 40. Bei Verwendung von Glasfasern können höhere Gehalte zu einer schlechten Verteilung der Fasern in der Verbundplatte führen, während bei Verwendung von Holzfasern ein höherer Anteil dieser Fasern eine erhöhte Brennbarkeit verursachen kann.

Darüber hinaus kann das Faserverstärkungsmaterial in Form von Stapelfasern vorliegen. Die Holzfasern können mechanisch oder chemisch entfasertes Holz sein, vorzugsweise mit einer Faserlänge von etwa 0,32 cm bis 1,27 cm (1/8 bis 1/2 inch). Die Glasfasern können vorzugsweise in Form von Stapelglassträngen mit einer Länge bis etwa 1,27 cm vorliegen.

Gemäß der vorstehend genannten dritten Ausführungsform der Erfindung werden zusätzlich zu den organischen oder anorganischen Fasern Füllstoffe, wie Tone, beispielsweise Ballenton (ball clay), Glimmer, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Holzmehl, zugesetzt.

Darüber hinaus können zur Herstellung der Verbundformkörper geeignete Mengen an Farbstoffen und/oder Pigmenten verwendet werden.

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Diese Farbstoffe und Pigmente sind vorzugsweise wasserlöslich.

Wie vorstehend beschrieben wurde, enthält der erfindungsgemäße Verbundformkörper die genannten zwei, drei oder vier wesentlichen Komponenten. Der erfindungsgemäße Verbundformkörper kann mit Hilfe des nachstehend beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, das grundsätzlich aus folgenden Stufen besteht : Vermischen der Komponenten, Verformen des gebildeten Gemisches unter Druck in einer Form und anschließendes Härten der "grünen" geformten Masse.

Der erfindungsgemäße Verbundformkörper kann, in Abhängigkeit von dem gewünschten, endgültigen Verwendungszweck zu verschiedenen Formen verformt werden, einschließlich Folien oder Platten, Blöcke, Würfel, Formkörper mit verschiedenen geometrischen Gestalten, Formkörper, deren Oberflächen während des Formvorgangs geprägt worden sind, gewölbte Formen und dergleichen. Wenn der erfindungsgemäße Verbundformkörper in Form einer Platte hergestellt worden ist, so eignet sich dieses Produkt als wärmeisolierende und schallisolierende Deckenplatte, Wandplatte und Brandschutzplatte und ist verwendbar in der Bauindustrie und als Konstruktionsmaterial.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundformkörper hängen in hohem Maß von der Dichte und der geometrischen Form und Abmessung des Körpers bzw. der Platte selbst ab. im allgemeinen kann die Dichte der Formkörper im Bereich von etwa 1,34 bis 2,50 g/cm' (0,7 bis 1,3 pounds per board foot)liegen.

Wie vorstehend angegeben wurde, kann das erfindungsgemäße geformte VerbundproduVt mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, welches nachstehend ausführlicher erläutert werden soll.

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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundformkörper unifaßt im wesentlichen eine Mischstufe zum Vermischen der Bestandteile, eine Verformungsstufe zum Formen des Gemisches der Bestandteile zu einer gewünschten Form und eine Härtungsstufe, in der der grüne Formkörper gehärtet wird.

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die expandierten Perlitteilchen, die Bestandteile des metallmodifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harzes und gegebenenfalls das Fasermaterial mit oder ohne Füllstoff einfach vermischt, wobei ein gleichförmiges Gemisch dieser Bestandteile gebildet wird.

Das Vermischen der Bestandteile kann mit Hilfe üblicher Methoden und Vorrichtungen, wie durch Anwendung eines Zwillingstrommelmischers, erfolgen. Das Vermischen der Komponenten wird bis zu einem solchen Ausmaß durchgeführt, daß die Mengenverhältnisse der wesentlichen Materialien, d.h., der expandierten Perlitteilchen, der Komponenten für das metallmodifizierte Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz und gegebenenfalls das Fasermaterial sowie gegebenenfalls der Füllstoff, falls ein solcher vorliegt, so eingestellt werden, daß die vorstehend für die Mengenverhältnisse angegebenen Werte erreicht werden. Das Vermischen der Komponenten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers wird während einer solchen Dauer durchgeführt, daß ein gleichförmiges Gemisch der Komponenten bzw. Bestandteile erhalten werden kann. Dabei haben sich Mischzeiten von etwa 1 bis 2 Minuten als geeignet erwiesen, die von der tatsächlichen Zusammensetzung abhängen. Mischzeiten von mehr als 2 Minuten sind gewöhnlich nicht erforderlich und daher überflüssig.

Ein geeigneter Temperaturbereich für das Vermischen kann bei etwa Raumtemperatur, d.h bei etwa 20 bis 30⁰C, liegen.

Gemäß einer wahlweisen Ausführungsform können die trockenen Komponenten zuerst miteinander vorgemischt werden, wonach das Harz

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zugesetzt wird.

Sobald das gleichförmige Gemisch der Komponenten in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden ist, kann dieses Gemisch in eine Form eingefüllt werden, welche die für den endgültigen Verbundformkörper gewünschte Form und Gestalt hat.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Gemisch extrudiert werden, wobei Formen, wie Blöcke und Stäbe, mit einer etwas höheren Dichte erhalten werden, als sie durch Verformen in einer Form erzielt wird.

Wenn das vorstehend beschriebene Gemisch der Komponenten in eine Form eingeführt worden ist, wird das Gemisch der Komponenten einem Druck ausgesetzt, um die Verdichtung und das Verpressen zu der gewünschten Form des Produkts zu erreichen. Ein geeigneter Druck, der zum Formpressen des Komponentengemisches zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers angewendet werden kann, kann im Bereich von etwa 8,8 bis 14,1, vorzugsweise 10,5 bis 12,3 kg/cm² (etwa 125 bis 200, vorzugsweise etwa 150 bis 175 lb/inch ) liegen. Die Funktion des Verformungsverfahrens in dieser Stufe besteht darin, ein Verdichten zu erreichen und dem erfindungsgenäßen Verbundformkörper seine endgültige Gestalt zu verleihen. Durch Anwendung eines niedrigeren Druckes kann die Tendenz zu einer schlechten Verdichtung des Verbundkörpers und einer geringeren Festigkeit des endgültigen Formkörpsrs bestehen. Bei Anwendung eines höheren Druckes kann die Neigung zur Ausbildung von unerwünscht hohen Dichten bestehen, verbunden mit einem Verlust der Schall- und Wärmeisolationseigenschaften. Die Form ist vorzugsweise durchlöchert, um das Entweichen von Dämpfen, wie Wasserdampf, zu ermöglichen.

Ein geeigneter Temperaturbereich, der während der Verformungsstufe angewendet werden kann, kann im Bereich von etwa 90 bis 120, vorzugsweise 105 bis 115°C, liegen. Diese Temperaturbereiche führen

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dazu, daß die saubere Ablösung des Verbundformkörpers von der Form gefördert wird, insbesondere dann, wenn die Form komplizierte Oberflächen- truktur oder -gestalt auf v/eist. Außerdem können die in der Form vorliegenden Formteile eine solche Ausbildung haben, daß nicht nur das endgültig gewünschte geformte Produkt gebildet wird, sondern daß auch gewünschtenfalls die Oberfläche des Verbundformkörpers durch Prägen mit einem dekorativen Muster verschon v.'ird cdor daß dem Verbundformkörper bevorzugte Oberflächeneigenschaften verliehen werden und auf diese Weise nicht nur die Oberflächeneigenschaften verbessert werden, sondern auch die physikalischen Eigenschaften und das Verhalten verbessert wird. Wenn beispielsweise der Verbundformkörper in Perm einer Platte als Deckenplatte angewendet werden soll, so kann die Oberfläche des Verbundformkörpers so verändert werden, daß das Aussehen und die akustischen Eigenschaften des Produkts verbessert werden.

Gewünschtenfalls kann der wie oben beschrieben hergestellte erfindungsgemäße Formkörper der Härtungsstufe (3) in der Form unterworfen werden oder er kann als grüner Formkörper entnommen werden und anschließend außerhalb der Form gehärtet werden. Das Härten in der Form wird Jedoch bevorzugt. Die Härtungsstufe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Verbundformkörpers dient dazu, eine weitere Kondensation und Vernetzung des metallmodifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harzes zu erreichen. Geeignete Härtitrv'stemperaturen, die angewendet werden können, liegen im Bereich von etwa 65 bis 95⁰C, vorzugsweise etwa 90 bis 95⁰C.

Wenn der Verbundformkörper einmal gehärtet worden ist, besitzt er die vorstehend für das erfindungsgemäße geformte Verbundmaterial angegebenen vorloixhaixan und wünschenswerten Eigenschaften.

Wie bereits erwähnt, führt das dielektrische Erhitzen der Form mit gleichzeitiger Konvektionstrocknung unter Konvektion durch die

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Perforierungen der Form zu einem gehärteten Produkt.

Nachdem der erfindungsgeroäße Verbundforinkörper hergestellt worden ist, können gewünschtenfalls zusätzliche Behandlungen, wie das überziehen der Oberfläche zur Verbesserung von verschiedenen physikalischen Eigenschaften, wie Abriebbeständigkeit, Oberflächenzähigkeit, Abwaschbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, angewendet werden oder, gemäß einer anderen Ausftihrungsform, können Uberzugsschichten oder Kaschierungen (Laminate) aufgetragen werden, um die Oberflächeneigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundformkörpers, beispielsweise die Färbung, zu verändern oder modifizieren.

Die Erfindung soll durch die nachstehenden Beispiele ausführlicher erläutert werden, ohne daß sie auf diese beschränkt sein soll. Wem] nichts anderes angegeben ist, sind in diesen Beispielen alle Teile, Prozentangaben, Verhältnisse und dergleichen auf das Gewicht bezogen. Außerdem wurden alle Verfahrensschritte bei Raumtemperatur (etwa 20 bis 30⁰C) und unter Atmosphärendruck durchgeführt, wenn nichts anderes ausgesagt ist.

Beisj>iel_1

Verbundformkörper gemäß der Erfindung wurden nach folgender Verfahrensweise hergestellt..

Der verwendete Perlit hatte eine Schüttdichte von 0,048 g/ccr (3 pounds per cubic foot) und war aus einem Mineral vom Grad "CO" hergestellt worden. Der Perlit wurde von der Grefco Company erhalten. Er hatte folgende Korngrößenverteilung :

US-Standardsieb Kr. Zurückgehalten (Gew. -%)

30	_
50	5,1
70	31,1
100	29,9
200	27,9
325	4,6
feinerer Anteil	1,3
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Gemische der einzelnen Komponenten wurden durch gleichförmiges Vermischen der in der nachstehenden Tabelle angegebenen Bestandteile hergestellt, um erfindungsgemäße Verbundformkörper mit zwei unterschiedlichen Harzgehalten herzustellen.

TABELLE 1	Bestandteil	Probe 1 (ß)	Probe 2 (e)
Perlit (3 CO)	225	180
Titantetrachlorid-modifi-	46	74
ziertes Harnstoffharz (68 %
Feststoffe)
Formaldehyd-Harnstoff-Melamin-	89	140
Harz
(etwa 51 % Feststoffe)

Die Bestandteile und deren Mengen, die in der zur Herstellung der Proben 1 und 2 dienenden Titantetrachlorid-modifizierten Harnstoffharzkomponente verwendet wurden, werden nachstehend angegeben :

Bestandteil Probe 1 (g) Probe 2 (g)

Titantetrachlorid 5»5 8,9

Harnstoff 21,1 33,8

Wasser 14,6 23,5

Natrimnbicarboriat * 4,8 7,9

* Zur Einstellung des pH-Werts auf etwa 1,2 bis 1,5, vorzugsweise 1,3 bis 1,4.

Die zur Herstellung der Proben 1 und 2 verwendeten Formaldehyd-Harnstoff-Melainin-Karze wurden aus folgenden Komponenten erhalten :

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Probe 1 (κ)	Probe 2 (κ)
57,5	91,6
11,2	17,8
8,8	14,1
7,1	11,3
7,1	11,3

Bestandteil

Formaldehyd (37 /'ige wässrige

Lösung)

Melamin

Harnstoff

Methanol

* Oxydationsmittel zum Aufrechterhalten der Wertigkeit +4 des Titans.

Zur Herstellung der vorstehenden Proben 1 und 2 wurde das Titantetrachlorid-modifizierte Harnstoffharz hergestellt, indem zunächst der Harnstoff, Titantetrachlorid und Natriumbicarbonat mit dem V/asser in den vorstehend angegebenen Kengen vermischt wurden und danach mit dem Formaldehyd-Harnstoff-Melamin-Harz vermischt wurden, das gesondert durch Mischen von Formaldehyd, Harnstoff, Melamin, Methanol und KNO, als Oxydationsmittel hergestellt worden war. Die expandierten Perlitteilchen wurden kontinuierlich während 2 Minuten in einem Zwillingstrommelmischer eingemischt und das Gemisch wurde dann in eine Form eingefüllt. Das in der Form enthaltene Gemisch wurde dann in eine Verformungszone gebracht, in der daa >'öt"-jrial in dor Form unter einen Druck von etwa 14 kg/ cm (200 lb/in ) verpreßt wurde, um das Gemisch der Komponenten unter Bildung eines grünen Verbundformkörpers zu verformen. Der grüne Verbundforrakörper wurde dann bei einer Temperatur von etwa 95°C während etwa 30 Sekunden gehärtet, wobei dielektrisches Erhitzen ansev/ondec varde und gleichzeitig erhitzte Luft über den Verbundformkörper geleitet wurde, so daß restliches Wasser und Formaldehyd entfernt wurden. Das Harz wurde dabei verfestigt und das Produkt v-.irde unter Bildung der. sr.drrültigen Verbundfornikorpers gemäß der Erfindung gehärtet.

Die verwendete Form hatte eine solche Gestalt, daß eine zur Verwendung als Wandvertäfelung geeignete flache Platte erhalten wurde.

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Der wie vorstehend hergestellte Verbundformkörper zeigte Unbrennbarke.lt, gute Festigkeit, gute Fchalldäpneißenschaften, Druckfestigkeit, Feuchtigkeitsquellbeständigkeit und Dimensionsbeständigkeit unter feuchten Bedingungen, wenn er zu einer Deckenvertäfelungsplatte verarbeitet wurde. Diese Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

TABELLE)	Eigenschaft	2	(25 % Harz)	Probe 2 (AO ?''	-
	Probe 1		Harz)
Dichte, g/cnr (Ib/board foot)		,92 g/cm³ (1,0)	1,92 g/cm³ (1,0)	-
Bruchmodul, kg/cm (Ib/	1	,382 kg/cm²	10,194 kg/cm²	-
in²)	7	(105)	(145)	-
Geräuschverminderungs-
Koeffizient		,45
Bewertung der Brandausbrei	0		-
tung
Brennstoffanteil	5
Rauchbildung	11
Längenveränderung unter	18
30 bis 87 % relativer
Feuchtigkeit		15 #
Beispiel 2	0,

Die in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensschritte wurden wiederholt, wobei eine Probe eines erfindungsgeuiäßen Verbundformkörpers hergestellt wurde, der zusätzlich zu den vorstehend in Beispiel 1 angegebenen Komponenten als Verstärkungsinaterial ein Fasermaterial enthielt. Zur Herstellung dieser Probe wurden folgende Komponenten angewendet und ihre iiengen hatten die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Werte :

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TABELLE^ Bestandteil Probe

Perlit (3 CO) 169

Holzfaser (Silvacel, Warenzeichen für ein Holzfaserprodukt der Firma Weyerhäuser) 56

Titantetrachlorid-modifiziertes Harnstoffharz * 46

Formaldehyd-Melamin-Harnstoff-Harz ** 89

♦ Wie in Probe 1 des Beispiels 1 ** Wie in Probe 1 des Beispiels 1

Beisgiel_3

Die in dem vorstehenden Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensechritte wurden unter Verwendung der nachstehend in Tabelle gezeigten Bestandteile wiederholt.

TABELLE	Bestandteil	4	Gewicht	% der Gesamtmenge
Perlit (3 CO)	140 g	54,7 %
Holzfaser (mechanisch
entfasertes Espenholz
der Corcoran Timber)	47 g	18,3 #
TiCl^-Harnstoffharz *	38 g )

Harnstoff-Melar.in-Form- S 27

aldehyd-Harz *♦ 89 J

* Wie in Probe 1 des Beispiels 1 ♦* Wie in Probe 1 des Beispiels 1

Für die in diesem Beispiel hergestellte Platte wurden folgende Ergebnisse erzielt :

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Dichte 1,537 g/cm³

(0,8 pounds per board foot)

Bruchmodul 5,906 kg/cm

(84 pounds per square inch)

Geräuschverminderungskoeffizient 0,50

Beispiel_4

Die in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensschritte wurden unter Verwendung der nachstehend in Tabelle 5 angegebenen Bestandteile wiederholt :

TABELLE 5	Bestandteil	Gewicht	fi der Gesamtmenge
Perlit (3 CO)	487 g	51 %
Holzfaser *	163 g	17 96
Ton (M and D, Warenzeichen)	98 g	10 96
TiCl^-Harnstoffharz **	234 g )
Harnstoff-Melamin-Form-		22 96
aldehyd-Harz ***	134 g J

* Wie in Beispiel 3

*♦ Wie bei Probe 1 des Beispiels 1

*** Wie bei Probe 1 des Beispiels 1

Für die in diesen? Beispiel hergestellte Platte wurden folgende Ergebnisse erzielt :

Dichte 1,71 g/cm³

(0,89 pounds per board feet)

Bruchaodul 4,71 kg/cm²

(pounds per square inch)

Geräucchver-ninuerungskoefiizient 0,60 70988R/0990

Wie bereits vorher erläutert wurde, können die erflndungsgemäßen Verbundformkörper grundsätzlich Jede beliebige geometrische Gestalt aufweisen.

Gemäß einer speziellen Ausftihrungsform der Erfindung liegen diese Formkörper als Platten oder Bahnen vor, die als Baumaterialien, insbesondere Wand- und Deckenverkleidungen geeignet sind. Darüber hinaus können erfindungsgemäße Verbundformkörper zur Isolation von Rohren und dergleichen eingesetzt v.'crdon.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Formkörper sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

In diesen Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Rohrisolierung, die aus den Einzelteilen 1 und 2 zusammensetzt sein kann, welche jeweils einen erfindungsgemäßen Verbundformkörper darstellen. In Fig. 2 ist ein Formkörper in Form einer dicken Platte 3 dargestellt, der im Ausschnitt k die Zusammensetzung aus expandierten Perlitteilchen und Harzbindemittel zeigt. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein faserförmiges Material und gegebenenfalls ein Füllstoff vorliegen.

Fig. 3 zeigt einen entsprechenden erfindungsgemäßen Verbundformkörper in Form einer Platte.

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Claims

PATENTAfUVALFE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCH(IBE L-HO ■=<= fclBSINGH AUSvfWlNCK

MARIAHILFPLATZ 2 4 3, MÖNCHEN ΘΟ ^/V

POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95 I*

KARL LUDWIG SCHIFF

DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER

DIPL. INO. PETE« STBEHL

DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF

DtPL. ING. DIETER E8BINGHAUS

DR. ING. DIETER FINCK

TELEFON (OSS) 48 2Ο64

TELEX 6-23 665 AURO D

TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

5. August 1977

ARMSTRONG CORK COMPANY DA/G-K18O8

(712,293)

Verbundformkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

PATENTANSPRÜCHE

1. Verbundformkörper, bestehend aus dem formgepreßten und gehärteten Produkt aus

(a) etwa 60 bis 80 Gew.-# expandierten Perlitteilchen und

(b) etwa 40 bis 20 Gew.-# eines mit Hilfe eines Metalls der vierten Nebengruppe des Periodensystems modifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz.

2. Verbundformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein unter einem Druck im Bereich von etwa bis 14 kg/cm² formgepreßtes und bei einer Temperatur von etwa

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ORIQIMAL INSPECTHD

273S418

65 bis 95⁰C gehärtetes Produkt ist.

3. Verbundforrckörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als metallmodifiziertes Harnstoff-MeIamin-Formaldehyd-Harz ein titanmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz enthält.

4. Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß er die expandierten Perlitteilchen in einer Menge von 75 bis 80 Gew.-96 und das metallmodifizierte Harnstoff-Formaldehyd-Harz in einer Menge von etwa 20 bis 25 Gew.-# enthält.

5· Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die expandierten Perlitteilchen eine Korngröße im Bereich von etwa 0,15 bis 4,0 mm haben.

6. Verstärkter Verbundformkörper, bestehend aus dem formgepreßten und gehärteten Produkt aus

(a) etwa 40 bis 79 Gew.-% expandierten Perlitteilchen,

(b) etwa 20 bis 40 Gew.-96 eines mit einem Metall der vierten Nebengruppe des Periodensystems modifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz und

(c) etwa 1 bis 20 Gew.-Ja eines faserförmigen Verstärkungsniamaterials.

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7. Verbundformkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß er ein unter einem Druck im Bereich von etwa 9 bis 14 kg/cm formgepreßtes und bei einer Temperatur von etwa 65 bis 95°C gehärtetes Produkt ist.

Θ. Verbundformkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß er als metallmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz ein titanmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz enthält.

9. Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge der expandierten Perlitteilchen etwa 60 bis 55 Gew.-%, die Menge des metallmodifizierten Harnstoff-Formaldehyd-Harzes etwa 20 bis 25 Gew.-% und die Menge des faserförmigen Verstärkungsmaterials 15 bis 20 Gew.-% beträgt.

10. Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die expandierten Perlitteilchen eine Krongröße im Bereich von 0,15 bis 4,0 mm haben.

11. Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß er als faserförmiges Verstärkungsmaterial ein organisches faserförraiges Verstärkungsmaterial, ein anorganisches faserförmiges Verstärkungsmaterial oder Gemische davon enthält.

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12. Verbundformkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als faserföriniges Verstärkungsraaterial Glasfasern, Papierfasern, Zeitungspapierfasern, Holzfasern oder Polyesterfasern vorliegen.

13· Verstärkter Verbundformkörper, bestehend aus dem formgepreßten und gehärteten Produkt aus

(a) etwa 36 bis 68 Gew.-% expandierten Perlitteilchen,

(b) etwa 17 bis 36 Gew.-% eines mit einem Metall der vierten Nebengruppe des Periodensystems modifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz,

(c) etwa 1 bis 18 Gew.-% eines faserförmigen Verstärkungsmaterials und

(d) etwa 14 bis 10 Gew.-% eines Füllstoffes.

14. Verbundformkörper nach Anspruch 13t dadurch gekennzeichnet, daß er ein unter einem Druck im Bereich von etwa 9 bis 14 kg/cm formgepreßtes und bei einer Temperatur von etwa 65 bis 95⁰C gehärtetes Produkt ist.

15. Verbundformkörper nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet , daß er als metallmodifiziertes Harnst off-Melamin-Fonnaldehyd-Harζ ein titanmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Foriraldehyd-Harz enthält.

16. Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die expandierten Perlitteilchen

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eine Korngröße im Bereich von etwa 0,15 bis 4,0 mm haben.

17. Verbundformkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er als Füllstoff einen Ton, Glimmer, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Holzmehl oder Gemische solcher Füllstoffe enthält.

18. Verfahren zur Herstellung eines Verbundformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) expandierte Perlitteilchen, eine wässrige Lösung eines mit einem Metall der vierten Nebengruppe des Periodensystems modifizierten Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harzes sowie gegebenenfalls ein faserförmiges Verstärkungsmaterial und gegebenenfalls einen Füllstoff unter Bildung des Ausgangsgemisches gleichförmig vermischt,

(b) das Ausgangsgemisch in einer Form unter einem Druck von etwa 9 bis 14 kg/cm*" unter Bildung eines Formkörpers verformt und

(c) den Formkörper bei einer Temperatur von etwa 65 bis 95⁰C unter Bildung des Verbundformkörpers härtet.

19. Verfahren nach Anspruch 18,dadurch gekennzeichnet, daß E-an die expandierten Ferlitteilchen in einer Menge von etwa 60 bis 80 Gew.-% und das metallmodifizierte Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz in einer Menge von etwa 20 bis 40 Gew.-% verwendet.

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20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet , daß renn expandierte Perlitteilchen mit einer Korngröße im Bereich von etwa 0,15 bis 4,0 mm verwendet.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet , dgß n»an als metallmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz ein titanmodifiziertes Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz einsetzt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß man als faserförmiges Verstärkungsmaterial ein anorganisches faserförmiges Verstärkungsmaterial, ein organisches faserförmiges Verstärkungsmaterial oder ein Gemisch solcher Verstärkungsmaterialien verwendet.

23· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man als faserförmiges Verstärkungsmaterial Glasfasern, Papierfasern, Zeitungspapierfasern, Holzfasern oder Polyesterfasern verwendet.

24. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man den Füllstoff den expandierten Perlitteilchen zusetzt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß man als Füllstoff Ton, Glimmer, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und/oder Holzmehl verwendet.

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