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Dichtungsmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung.
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Die Erfindung betrifft ein Dichtungsmaterial nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nac dem Oberbegriff des
Anspruches 6.
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Es ist bekannt, daß Polyurethan-lVeichschäume im allgemeinen nicht
W-beständig und unter dem Einfluß von Wind und Wetter nicht hydrolysebeständig sind.
Um daher aus Polyurethan-Weichschäumen ein universal einsetzbares Dichtungsmaterial
herstellen zu können, ist eine Imprägnierung mit einem verrottungsfesten und UV-beständigen
Imprägniermittel notwendig. Als Imprägniermedium dienen im allgemeinen Dispersionen
von elastischen und thermoplastischen Bindemitteln. Der offenporige Polyurethan-Weichschaum
muß so imprägniert sein, daß die gesamte Oberfläche jeder einzelnen Pore mit einem
Film aus der Bindemitteldispersion gleichmäßig bedeckt ist. Durch die Imprägnierung
gewinnt der Polyurethanschaum Eigenschaften, die ihm vor allem als dauerelastische@
Dichtungsmaterial ein weites AnwendunOsgebiet erschließen.
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Durch die Imprägnierung werden die Grundeigenschaften des offenporigen
Polyurethan-Weichschaumes nicht verändert, n~mlich sich beim Zusammendrucken nicht
seitlich auszudehnen und nach dem Entlasten des Schaums vondem Druck stets wieder
in seine ursprUngliche Form zurückzugehen. Lediglich die Rückstellgeschwindigkeit
und die Weichheit des Schaumes differieren je nach dem verwendeten Imprägnierungsmittel.
Derartige Dichtungsmaterialien passen sich aufgrund ihrer hohen Flexibilität selbst
kleinsten Unebenheiten an. Daher kann eine Oberflächenbehandlung der Dichtflanke
beim Einsatz solcher Dichtungsmaterialien mast entfallen. Das Dichtungsmaterial
selbst ist, sofern es entsprechend zusammengedrückt bzw. komprimiert wird,
dicht
gegen Zugluft, Staub, Schall, Spritzwasser bis zu Druckwasser.
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Die Weichheit eines imprägnierten Schaumstoffes wird durch die Art
des Polyurethan-Weichschaumes und die Art des Imprägniermittels bestimmt. Bei Polyurethan-Weichschaum
ist die Weichheit durch die Verformungskraft oder die Stoßelastizität definiert.
Hierdurch werden die verschiedenen Weichschäume unter anderem qualitätsmäßig unterschieden.
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Um einen weichen, imprägnierten Polyurethan-Weichschaum zu erhalten,
wird man von einem weichen Ausgangsschaum ausgehen.
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Durch die Imprägnierungsmittel, die außer den dispergierten Polymeren
auch Füllstoffe enthalten, wird der Weichachaum im allgemeinen härter. Der Grad
dieser Verhärtung hangt von der jeweils benutzten elastischen bzw. thermoplastischen
Polymerdispersion und dem Grad der Füllung mit Füllstoffen ab.
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Mit zunehmendem Füllgrad wird der Polyurethan-Weichschaum besser geschützt
und eine hohe Dichtwirkung erreicht.
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Insbesondere für großflächige Abdichtungen ist ein sehr weiches Dichtungsmaterial
notwendig, d.h. ein Materiat das unter geringem Druck komprimiert werden kann. Bei
den bekannten Dicrtuigsmaterialien wird diese große Weichheit dadurch erreicht,
daß der Polyurethan-Weichschaum mit dem Imprägnierungsmittel nur wenig gefüllt wird.
Dann ist der Verhärtungsgrad verhältnismäßig gering, so daß die gewünschte hohe
Weichheit erreicht wird. Infolge des geringen Füllungsgrades jedoch ist der Polyurethan-Weichschaum
nur wenig geschützt, so daß das Dichtungsmaterial unter dem Einfluß von Sonnenstrahlung,
Wind und Wetter verhältnismäßig schnell verrotten und unbrachbar werden kann. Außerdem
ist die Dichtwirkung des nur wenig gefüllten Polyurethan-Weichschaumes nicht so
groß wie bei einem hoch gefüllten Polyurethan-Weichschaum.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dichtungsmaterial sowie
ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei dem der Polyurethan-Weichschaum
auch bei sehr hohen
Füllgraden extrem weich imprägniert ist Diese
Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.
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Durch die Nornbination von Harnstoff und thiocyanat wird auf den Polyurethan-W'eichschaun
ein Weichmacheffekt ausgeübt. Dadurch wird bei allen weichgemachten Polyurethan-Weichschäumen
die Festigkeit sowie der zum Komprimieren notwendige Druch verringert.
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Die Rückstellgeschwindigkeit des imprägnierten Dichtungsmaterials
wird verändert, wobei ein Weichschaum nach der Druckentlastung langsamer in seine
Ausgangsform zurückkehrt als ein vergleichbarer härterer Schaum. Alle anderen Eigenschaften,
insbesondere das Verhalten als Dichtungsmaterial, des Polyurethan-Weichschaumes
bleiben in hervorragender Weise erhalten. Infolge des geringen Kompressionsdruckes
sind die weichen imprägnierten Schäume bei der Verwendung als großflächiges Dichtungsmaterial
besonders vorteilhaft. Der Polyurethan-Weichschaum kann derart mit dem Imprägniermittel
getränkt werden, daß er einen hohen Füllungsgrad aufweist, wodurch der Polyurethan-Weichschaum
in hohem Maße geschützt ist und eine große Dichtwirkung hat. Das Dichtungsmate rial
kann Füllstoffe, wie Kreide, Eisenoxidschwarz und dergl. in einer Konzentration
zwischen etwa 0 und etwa 6o Gew.-%. enthalten.
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Der Weichmacheffekt ist unabhängig von der Art des verwendeten dispergierten
Bindemittels und tritt ein bei der Verwendung von Polyurethanen, Acrylaten, Butad
ien-Styrol-Polymeren, Polychloroprenen,/ Naturlatex und Bitumen als Imprägniermittel.
Wegen des erfindungsgemalen Zusatzes von Harnstoff und Thiocyanaten ergibt sich
somit eine große Anwendungsbreite des Polyurethan-Weichschaumes als Dichtungsmaterial.
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Eine besonders starke Weichmachwirkung auf den Polyurethan-Schaumstoff
wird erreicht, wenn als Thiocyanat Ammoniumthiocyanat verwendet wird. Dadurch kann
ein besonders geringer Kompressionsdruck erreicht werden. Die Wirkungsweise der
Kombination von Ammoniumthiocyanat und Harnstoff in Verbindung mit dem Polyurethan-Weichschaum
und den im Imprägniermittel
enthaltenen synthetischen Harzen beruht
wahrscheinlich auf einer Wechselwirkung der einzelnen Komponenten über Wasserstoffbrückenbindungen.
Eine chemische Bindung von Ammoniumthiocyanat und Harnstoff an die Polyurethangruppen
im Schaum tritt nicht bzw. nur in sehr geringem Maße ein. Das Ammoniumthiocyanat
und der Harnstoff können aus dem Dichtungsmaterial extrahiert und analythisch bestimmt
werden Über die Konzentration von Ammoniumthiocyanat und Harnstoff kann der Grad
der Weichmachwirkung auf imprägnierte Polguretan-:eichschäume eingestellt werden,
wobei die Konzentration der Kombination von Ammoniumthiocyanat und Harnstoff im
Molverhältnis 1 : 1 von etwa 1 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-% gewählt werden kann, vorzugsweise
etwa 3 Gew.-ffi.
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Als Thiocyanat können auch Alkalithiocyanate, insbesondere Kalium-
oder Natriumthiocyanat in Verbindung mit Harnstoff verwendet werden. Auch hierbei
tritt eine Vreichmachwirkung auf Polyurethan ein, jedoch in geringerem Maße als
bei Verwendung von Ammoniumthiocyanat und Harnstoff.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im keenzeichnenden Teil des Anspruches
7 angegeben. Zur Herstellung des Dichtungsmaterials wird der Polyurethan-Weichschaum
durch die Imprägnierflotte hindurchgeführt, wobei der Weichschaum mit dem Imprägniermittel
getränkt wird. Der getränkte , noch nasse Polyurethan-Weichschaum wird anschließend
durch definiertes Abquetschen, vorzugsweise in einem Walzenduo, auf das gewünschte
Raumgewicht eingestellt. Anschließend ist es nur noch notwendig, das Dichtungsmaterial
zu trocknen.
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Vorteilhaft werden Ammoniumthiocyanat und Harnstoff in einem Molverhältnis
von etwa 2 : 1 bis etwa 1 : 5, vorzugsweise von etwa 1 : 1, der Imprägnierflotte
zugesetzt. Bei diesen Molverhältnissen wird eine günstige Weichmachwirkung auf den
Polyurethan-Schaumstoff erreicht.
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Die Erfindung wird anhand einiger Auführungsbeispiele näher erläutert.
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Als Ausgangsmaterial wird Polyurethan-Weichschaum verwendet5 wobei
sowohl Polyesterurethan als auch Polyätherurethan eingesetzt werden kann. Dieser
Weichschaum wird in einem Tauchbad zwischen etwa lo° C bis etwa 40° C, vorzugsweise
bei etwa SoOC imprägniert. Bei dem Auslauf aus dem Tauchbad wird das Raumgelicht
der imprägnierten Schaumstoffe durch definiertes Abquetschen in einem Walzenduo
eingestellt. Anschließend wird der imprägnierte Polywrethanschaum zwischen etwa
80° C bis etwa 120° C, vorzugsweise bei etwa 100° C in einem Umlufttrockner getrochnet.
Die Trockentemperatur entspricht der Umlufttemperatur im Trockner.
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Das imprägnierte Dichtungsmaterial ist extrem weich und hat einen
für Dichtungszwecke hervorragenden geringen Kompressions druck. Dadurch ist das
Dichtungsmaterial insbesondere für großflächige Abdichtungen geeignet.
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In den folgenden Beispielen sind das Raumgewicht des Schaumes nach
DIN 53 420, die Zugkraft nach DIN 53 571 und der Kompressionsdruck nach DIN 53 577
angegeben.
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Beispiel 1.
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Ein Polyurethan-Weichschaum mit einem Raumgewicht von 35 kg/m3 wird
in einer Stärke von 5 mm bis 50 mm in einem Tauchbad (Lösung A) imprägniert.
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Die Lösung A hat folgende Zusammensetzung: 53.o Gew.-% Acrylat-Dispersion
A 60%-ig (Handelsname Aoronal 81D BASF) 12.o Gew.-% Acrylat-Dispersion B 50%-ig
(Handelsname Acronal 7D BASF) 2.o Gew.-R' Dispergator (Handelsname Plastilit 3060
BASF) 26.3 Gew.-% Kreide 0.7 Gew.-% Eisenoxydschwarz 15.0 Gew.-% Wasser 6.0 Gew.-%
Ammoniumthiocyanat/Harnstoff im Molverh. 1 : 1 Die Temperatur des Tauchbades bei
der Imprägnierung beträgt etwa 20°C. Bei dem Auslauf aus dem Tauchbad wird das Raumgewicht
des imprägnierten Schaumstoffes in einem Walzenduo auf 150 kg/m3 eingestellt. Anschließend
wird der imprägnierte Polyurethanschaum bei
ca, 100° C in einem
Umlufttrockner getrocknet.
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Zum Vergleich wurde der Polyurethan-Weichschaum mit einem herkömmlichen
Imprägnierungsmittel (Lösung B) getränkt, das folgende Zusammensetzung hat 40.o
Gew. % Acrylat-Dispersion A 60%-ig (Handelsname Acronal 81D) 12.7 Gew. ß Acrylat-Dispersion
B 5O%-ig(Handelsnarne Acronal 7D) 2.o Gew. % Dispergator (Handelsnate Plastilit
3060) 26.7 Gew. % Kreide o.7 Gew. % Eisenoxydschwarz 18.o Gew. % Wasser Das herkömmliche
Imprägnierungsmittel weist keinen Zusatz von Ammoniumthiocyanat und Harnstoff auf.
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Im Vergleich zum Ausgangsschaumstoff ist das mit der Lösung A imprägnierte
Dichtungsmaterial extrem weich. Der mit der Lösung B imprägnierte Polyurethan-Weichschaum
hat eine geringere Weichheit. In der folgenden Tabelle sind die für die imprägnierten
Polyurethan-Weicnschäume charakteristischen physikalischen Werte angegeben. Der
Weichheitsgrad des Dichtungsmaterials wird durch den zum Komprimieren notwendigen
Druck beschrieben.
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---------------------------------Ausgangs- Imprägniermedium schaumstoff
Lösung A Lösung B Raumgewicht (kg/m32) 35 150 150 Zugkraft (N/cm2) 8 4 14 Bruchdehnung
( % ) 330 200 340 Druck zum Komprimieren von 10 mm auf: 8 mm (Pa) 2540 640 3560
5 mm (Pa) 3050 1270 4450 3 mm (Pa) 7640 4450 8280 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Wie sich aus der Tabelle ergibt, hat das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial (Imprägniermedium
Lösung A) eine wesentlich
höhere Weichheit als das herkömmliche,
mit dem Impr5gniermittel Lösung B behandelte Dichtungsmaterial.
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Beispiel 2.
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Ein Polyurethan-Veichschaum mit einem Raumgewicht von 35 kg/m3 wird
auf die unter Beispiel 1 beschriebene Weise imprägniert. Hierbei hatte die Lösung
C des Tauchbades folgende Zusammensetzung : 20.8 Gew. i0 Acrylat-Dispersion A 6O%-ig(Handelsname
Acronal 81 D BASIS 35.o Gew. % Bitumen-Dispersion 4C%-ig (Handelsname P50 VAT) 2.7
Gew. ß Dispergator 21.o Gew. % Kreide 5.5 Gew. % Ammoniumthiocyanat/Harnstoff im
Molverh. 1 : 1 15.o Gew. % Wasser Als Vergleich wurde wieder ein herkömmliches Imprägniermittel
ohne Ammoniumthiocyanat und Harnstoff mit folgender Lösung D verwendet 22.3 Gew.
% Acrylat-Dispersion A 60%-ig (Handelsname Acronal 81 36.7 Gew. % Bitumen-Dispersion
40%-ig (Handelsname P 50 VAT) 2.7 Gew. % Dispergator 22.3 Gew. % Kreide 16.o Gew.
% Wasser In beiden Fällen beträgt das Raumgewicht der imprägnierten Schäume 120
kg/m3.
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Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen (Lösung C) und des herkömmlichen
(Lösung D) Dichtungsmaterials sind in folgender Tabelle zusammengestellt
-------------------------------------------------------------Ausgangs-
Imprägniermadium schaumstoff Lösung C Lösung D-Raumgewicht (kg/m3) 35 120 120 Zugkraft
(N/cm2) 8 3 10 Bruchdehnung ( % ) 330 180 320 Druck beim Komprimieren von: 10 mm
auf : 8 mm (Pa) 2540 636 3800 5 mm (Pa) 3050 1650 6100 3 mm (Pa) 7640 4450 17830
Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial (Lösung C) hat eine wesentlich geringe Weichheit
als das bekannte Dichtungsmaterial (Lösung D).
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Beispiel 3.
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Als Ausgangsmaterial wird ein Polyurethanschaum mit einem Raumgewicht
von 80 kg/m3 verwendet, das mit den in Beispiel 1 angegebenen Lösungen A und B auf
die dort beschriebene Weise imprägniert wird. Das Raumgewicht des imprägnierten
Schaumstoffes beträgt 200 kg/m3.
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Die folgende Tabelle zeigt die wesentlichen Eigenschaften der beiden
Dichtungsmaterialien: -------------------------------------------------------------Ausgangs-
Imprägniermedium schaumstoff Lösung A Lösung B Raumgewicht (kg/m3) 80 200 200 Zugkraft
(N/cm2) 7 2.5 11 Bruchdehnung (% ) 200 190 260 Druck beim Komprimieren von : 10
mm auf : 8 mm (Pa) 10190 1910 12740 5 mm (Pa) 15280 5730 21660 3 mm (Pa) 39490 19100
49.680
Bei den auf diese Weise imprägnierten Dichtungsmaterialien
liegen die Weichheitswerte für das erfindungsgeäße Dichtungsmaterial im Vergleich
zu dem herkömmlichen Dicstungsmaterial noch wesentlich günstiger als beim Beispiel
1.
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Beispiel 4.
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Ein Polyurethan-Schaum mit einem Raumgewicht von 20 kg/m3 wird nach
dem unter Beispiel 1 beschriebenen Verfahren imprägniert. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Dichtungsmaterials wird folgende Imprägnierlösung E verwende+: 96.o Gew. 5S Bitumenemulsion
40%-ig 4.o Gew. % Ammoniumthiocyanat/Harnstoff im Molverh. 1 : 1.5 Als Vergleich
wurde der Polyurethanschaum außerdem mit dem im Beispiel 1 angegebenen Verfahren
mit olgender Losung F imprägniert : 100 Gew. 56 Bitumenemulsion 40%-ig Das Raumgewicht
der imprägnierten Polyurethanschäume beträgt 100 kg/m3.
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Die folgende Tabelle enthält die entsprechenden Daten für die beiden
Dichtungsmaterialien: -------------------------------------------------------------Ausgangs-
Imprägniermedium schaumstoff Lösung E Lösung F-Raumgewicht (kg/m3) 20 100 100 Zugkraft
(N/cm2) 10 5 14 Bruchdehnung ( ffi ) 190 190 230 Druck beim Komprimieren von 10
mm auf: 8 mm(Pa) 3180 1520 6370 5 mm (Pa) 6000 3500 8920 3 mm )Pa) 11460 7550 16550
Beispiel
5.
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Als Ausgangsmaterial wird ein Polyurethan-Schaum mit einem Raumgewicht
von 40 kg/m3 verwendet, der nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren imprägniert
wird. Für das erfindungemäße Dichtungsinaterial wird folgende Imprägnierlösung G
verwendet 96.o Gew. 0 Polychloroprenemulsion 30ß-ig 4.o Gew. % Ammoniumthiocyanat/Harnstoff
im Molverh. 1.5 : 1 Zum Vergleich wurde der Polyurethan-Schaum mit einem bekannten
Imprägniermittel imprägniert, deren Lösung H folgende Zusammensetzung aufwies: 100
Gew. % Polyurethanemulsion 30io-ig Das Raumgewicht der imprägnierten Polyurethanschäume
beträgt.
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80 kg/m3.
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In der folgenden Tabelle sind auch für diese beiden Dichtungsmaterialien
die wesentlichen Meßergebnisse zusammengestellt,-Ausgangs- Imprägniermedium schaumstoff
Lösung G Lösung H 3 Raumgewicht(kg/m@) 40 Zugkraft (N/cm2) 8 Bruchdehnung ( % )
340 280 340 Druck beim Komprimieren von 10 mm auf : 8: mm (Pa) 1900 780 2500 5 mm
(Pa) 3400 1900 3820 3 mm (Pa) 10550 3450 14000