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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von Formkörpern aus elastischen Granulaten und NCO-Präpolymeren als
Bindemittel.
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Die Herstellung von Formkörpern unter Verwendung von Gummi-Partikeln
und NCO-Präpolymeren unter Formgebung und gleichzeitiger Aushärtung mit Wasser ist
bereits bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE-OS 24 47 625 die Herstellung
derartiger Formkörper unter Verwendung spezieller NCO-Präpolymerer, wobei auf Seite
8 hervorgehoben wird, daß die Formgebung in Formen oder Pressen unter Aushärtung
mit Wasser erfolgen kann. Auch die DE-OS 24 27 897 ist auf ein derartiges Verfahren
gerichtet, wobei auch hier (Seite 10) auf die Möglichkeit einer Formgebung in Formen
hingewiesen wird.
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Das zur Aushärtung der NCO-Präpolymeren benötigte Wasser wird bei
den- Verfahren dieser Vorveröffentlichungen entweder dem Granulat-Bindemittel-Gemisch
in flüssiger Form oder als Luftfeuchtigkeit zugegeben, wobei im letztgenannten Fall
die mit Bindemittel umhüllten Füllkörper einfach dem Einfluß der Atmosphäre ausgesetzt
werden. Diese Methoden der Aushärtung sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß
eine partielle Schaumbildung und dadurch bedingt ein zumindest partielles Ausfüllen
der Hohlräume zwischen den Füllkörperteilchen kaum verhindert werden kann.
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Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu
beseitigen.
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Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine Zugabe des zur Aushärtung
des NCO-Präpolymeren benötigten Wassers zum Füllkörper vor dessen Vermischen mit
dem Bindemittel eine homogene, praktisch schaumfreie Aushärtung gestattet.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur
Herstellung von Formkörpern durch Vermischen von elastischen Füllstoffen mit feuchtigkeitshärtbaren
NCO-Präpolymeren als Bindemittel, Formgebung und Aushärtung des Bindemittels mittels
Wasser, gegebenenfalls unter Mitverwendung von die Isocyanat-Wasser-Reaktion beschleunigenden
Katalysatoren und/oder weiteren an sich bekannten Hilfs- und Zusatzstoffen, dadurch
gekennzeichnet, daß man entweder das zur Aushärtung des Bindemittels benötigte Wasser
bereits enthaltende Füllstoffe verwendet oder man in einem ersten Arbeitsgang die
Füllstoffe mit der zur Aushärtung de-s Bindemittels erforderlichen -Wassermenge
versetzt und anschließend die wasserhaltigen Füllstoffe mit dem Bindemittel vermischt.
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Beim erfindungsemäßen Verfahren werden als Füllkörper die an sich
üblichen Granulate aus gemahlenem Gummi, Schnitzeln oder Fasern aus Gummi, Gummikork
oder Kork oder Schaumstoffgranulat eingesetzt. Diese elastischen Füllkörper weisen
im allgemeinen eine mittlere Teilchengröße von 0,5 bis 35, vorzugsweise 2 bis 10
mm auf.
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Als Bindemittel werden die für derartige Zwecke üblicherweise eingesetzten
NCO-Präpolymeren eingesetzt, wie sie beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften
24 27 897 oder 24 47 625 beschrieben sind.
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Die beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut geeigneten NCO-Präpolymeren
weisen im allgemeinen einen NCO-Gehalt im Bereich von 5 bis 15 Gew.-% auf. Ihre
Herstellung erfolgt auf an sich bekannte Weise durch Umsetzung von überschüssigen
Mengen an aromatischen Diisocyanaten mit Polyhydroxypolyäthern mit 2 bis 3, vorzugsweise
2 endständigen Hydroxylgruppen des Molekulargewichtsbereichs 800 bis 6000, vorzugsweise
1000 bis 4000, bzw. Gemischen derartiger Polyäther.
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Beispiele geeigneter Diisocyanate zur Herstellung der NCO-Präpolymeren
sind 2,4-Diisocyanatotoluol, dessen technische Gemische mit 2,6-Diisocyanatotoluol,
4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan und insbesondere dessen Gemische mit 2,4'-Diisocyanatodiphenylmethan.
Zu den hevorzugten Polyhydroxypolyäthern gehören insbesondere die an sich bekannten
Anlagerungsprodukte von Äthylenoxid und/oder Propylenoxid an geeignete Startermoleküle,
wobei die Alkylenoxide auch im Gemisch oder nacheinander eingesetzt werden. Geeignete
Starterkomponenten sind z.B. Wasser, Äthylenglykol, Propylenglykol-1,2-Trimethylolpropan
oder Glycerin.
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Anstelle der genannten NCO-Präpolymeren mit einem NCO-Gehalt von 5
bis 15 Gew.-% können auch deren Abmischungen mit unterschüssigen Mengen an Polyhydroxypolyäthern
der beispielhaft genannten Art eingesetzt werden In derartigen Abmischungen liegen
im allgemeinen die Polyhydroxypolyäther in solchen Mengen vor, daß auf jede NCO-Gruppe
des Präpolymeren 0,5 bis 0,15, insbesondere 0,05 bis 0,1, Hydroxylgruppen der Polyätherkomponente
vorliegen. Die Mitverwendung der Polyhydroxypolyäther zusammen mit den NCO-Präpolymeren
in den angegebenen geringen Mengen kann in vielen Fällen zu einer Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften der Formkörper führen. Im Sinne der voriiegenden Erfindung
sind daher unter dem Begriff "NCO-Präpolymer" auch derartige reaktive Gemische von
vorgefertigten, d.h. ausreagierten, NCO-Präpolymeren mit den genannten unterschüssigen
Mengen an Polyhydroxypolyäther zu verstehen. Bei Verwendung dieser reaktiven Gemische
beim erfindungsgemäßen Verfahren tritt selbstverständlich in untergeordnetem Umfang
neben der Wasserhärtung eine Urethanbildung ein.
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Neben diesen wesentlichen Komponenten können beim erfindungsgemäßen
Verfahren die üblichen bekannten Hilfs- und Zusatzstoffe wie beispielsweise solche
der in DE-OS 24 47 625 genannten Art mitverwendet werden. Es handelt sich hierbei
in erster Linie um die Aushärtung der NCO Präpolymeren beschleunigende Katalysatoren,
Pigmente, anorganische Füllstoffe, Flammschutzmittel, Alterungsschutzmittel oder
Haftvermittler.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelangen im
allgemeinen pro 100 Gew.-Teilen elastischem Füllkörper 1 bis 30, vorzugsweise 10
bis 25 Gew.-Teile NCO-Präpolymer zum Einsatz.
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Die Menge des zur Befeuchtung des Granulats verwendeten Wassers soll
vorzugsweise zur Aushärtung des Bindemittels ausreichend sein, die Verwendung eines
Wasserüberschusses ist jedoch grundsätzlich möglich. Im allgemeinen werden pro 100
Gew.-Teilen Bindemittel 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-Teile Wasser eingesetzt,
welches mit dem elastischen Füllstoff vor der Zugabe des Bindemittels homogen vermischt
wird. Dieser Wasserzusatz erübrigt sich im Falle der Verwendung von wasserhaltigen
Füllstoffen wie z.B. solchen auf Basis von Kork.
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Die Zugabe der Bindemittel und der gegebenenfalls mitverwendeten Hilfs-
und Zusatzstoffe kann sowohl durch ein kontinuierliches Einsprühverfahren als auch
durch einfaches Vermischen vorgenammen werden. Die gegebenenfalls mitzuverwendenden
Katalysatoren werden vorzugsweise dem Bindemittel zugegeben. Grundsätzlich ist es
auch möglich, beispielsweise anorganische Füllstoffe, mit dem Granulat vor oder
nach dessen Befeuchtung vorzumischen.
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Nach dem Mischvorgang wird die Mischung in eine dem gewünschten Formkörper
entsprechende Form gegeben, die vorzugsweise zuvor, um ein Ankleben an den Formenflächen
zu vermeiden, mit Trennmittel behandelt oder mit Trennfolie, beispielsweise aus
Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Silikon oder ölpapier ausgekleidet wird.
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Zur Stabilisierung oder einer gewünschten Funktionseigenschaft des
Formlings, können in den Formkörper Versteifungselemente, beispielsweise aus Holz,
Draht, Folie oder Gittergeflecht ein- oder angebracht werden.
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Die in die Form eingebrachte Mischung wird in der Form verpreßt, wobei
die Form unter Druck verschlossen bzw.
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verriegelt werden kann, oder in der Presse unter Druck stehen bleibt.
Im allgemeinen erfolgt die Aushärtung bei 10 bis 100, insbesondere 20 bis 800C,
wobei die Wärmezufuhr beispielsweise mittels Warmluft oder Dampf erfolgen kann.
Vorzugsweise erfogt die Aushärtung durch Lagerung der Formpresse unter Druck bei
Raumtemperatur während eines Zeitraums von ca. 3 bis 20 Stunden.
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Die Formkörper bleiben solange unter Druck oder in der verriegelten
Form, bis die Aushärtung des feuchtigkeitsreagierenden Bindemittelsystems abgeschlossen
ist.
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Nach Beendigung der Aushärtung werden die verpreßten Formkörper entformt.
Oft empfiehlt sich eine Nachhärtung des Formkörpers durch Lagerung bei Raumtemperatur.
Die Formkörper können durch Sägen, Fräsen, Messern oder Schneiden weiter bearbeitet
und in die gewünschte Endform und Abmessung gebracht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet beispielsweise die Herstellung
von Schießklötzen als Kugelfang zu Aufnahme der Projektile, als elastische Bodenbeläge,
Unterlagen für Maschinen, Apparate und Fundamente für den Fall- und Erschütterungsschutz,
in Form von Rundzylindern mit wahlweise eingeformter Metallachse zum Schneiden oder
Schälen von Bahnen und Matten u. dgl.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung,
ohne diese zu begrenzen.
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In den nachfolgenden Beispielen wird als NCO-Präpolymer ein Umsetzungsprodukt
von 368 Gew.-Teilen eines Gemischs aus 60 Gew.-% Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat
und 40 Gew.-% Diphenylmethan-2,41-diisocyanat mit 632 Gew.-Teilen Polypropylenglykol
(Molekulargewicht 2000) eingesetzt. Das NCO-Präpolymer weist einen NCO-Gehalt von
9,9 Gew.-% und bei 250C eine Viskosität von 2230 mPa s auf.
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Beispiel 1 650 Gew.-Teile Altreifengranulat einer mittleren Teilchengröße
von 2-4 mm werden in einem Zwangsmischer mit 6,5 Gew.-Teilen Wasser intensiv vermischt.
Dann wird dem so angefeuchteten Granulat in dem Zwangsmischer ein kurz vorher zubereitetes
Gemisch aus 106 Gew.-Teilen des o.g.
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NCO-Präpolymeren, 10,5 Gew.-Teilen Polypropylenglykol des Molekulargewichts
2000 und 0,23 Gew.-Teilen Triäthylendiamin ("Dabco") zugemischt.
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Nach intensiver Durchmischung wird das so erhaltene Mischgut in eine
zylinderförmige Form der Abmessung 1050 mm x x 1300 mm gegeben und verpreßt.
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Der Formkörper verbleibt während 18 Stunden bei Raumtemperatur in
der geschlossenen Form. Anschließend wird der Verbundkörper entformt. Nach einer
Zwischenlagerung von ca. 6 Tagen ist die Aushärt- und Endfestigkeit erreicht, wonach
der Verbundkörper weiterverarbeitet werden kann.
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Der Formkörper wird auf eine Schälmaschine zu Bahnen auf:-gemessert,
die als punktelastische Beläge für Sport- und Spielflächen geeignet sind.
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Wegen der erfindungswesentlichen Maßnahme der Zugabe des Wassers zum
Füllstoff vor der Zugabe des Bindemittels erfolgte keinerlei Schaumbildung. Dies
bedeutet, daß das eingesetzte Bindemittel ausschließlich zur Bindung des Granulats
verbraucht wurde. Die Hohlräume im Endprodukt sind schaumfrei, wodurch gleichmäßige
und höhere Festigkeitswerte erreicht werden. Beim Einsatz der Verbundkörper im Freien
ist eine gute Wasserdurchlässigkeit gegeben.
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Vergleichsbeispiel zu Beispiel 1 Beispiel 1 wird wiederholt mit dem
einzigen Unterschied, daß die 6,5 Gew.-Teile Wasser als letzte Komponente dem vorher
hergestellten Gemisch aus Granulat, NCO-Präpolymer, Polypropylenglykol und Katalysator
zugemischt werden. Die Weiterverarbeitung erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben.
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Das die Feuchtigkeitszugabe erst am Ende des Mischprozesses erfolgte,
trat eine deutlich sichtbare Schaumbildung ein. Dies hat zur Folge, daß das Bindemittel
nicht ausschließlich zur Bindung des Granulats verbraucht wurde. Die Hohlräume im
Endprodukt sind nicht schaumfrei, die Festigkeitswerte des Formkörpers gemäß Beispiel
1 werden nicht erreicht. Beim Einsatz im Freien ist die Wasserdurchlässigkeit wegen
des die Hohlräume des Formkörpers teilweise ausfüllenden Schaums stark beeinrächtigt.
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Beispiel 2 100 Gew.-Teile Korkschrot einer Körnung von 0,5 bis 30
mm und einem Wassergehalt von ca. 7 Gew.-% werden in einem Zwangsmischer mit 10
Gew.-Teilen des obengenannten NCO-Präpolymeren und 0,02 Gew.-Teilen Triäthylendiamin
intensiv vermischt, bis alle Korkschrotteilchen gleichmäßig mit dem Bindemittel
benetzt sind.
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Die Korkschrotmischung wird nach dem Mischvorgang in eine vorbestimmte
und verschließbare Form gegeben, die vorher mit einer Trennfolie auf Basis von PVC
ausgekleidet worden war. Das Mischgut wird in der Form verpreßt und ca. 15 Stunden
bei Raumtemperatur gelagert.
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Nach einer Zwischenlagerung des dann entformten Formkörpers von 5
Tagen bei Raumtemperatur entsteht ein hochwertiger, der weiteren Verarbeitung zugänglicher
Formkörper.