DE3013065C2

DE3013065C2 - Herstellung von Schaumstoffen aus kohlestämmigen Rohstoffen und Novolaken

Info

Publication number: DE3013065C2
Application number: DE19803013065
Authority: DE
Inventors: Heinz-Gerhard Prof. Dipl.-Chem. Dr. 6232 Bad Soden Franck; Jafar Dipl.-Chem. Dr. 4620 Castrop-Rauxel Omran; Jürgen Dipl.-Chem. Dr. 4600 Dortmund Stadelhofer; Maximilian Prof. Dipl.-Chem. Dr. 4620 Castrop-Rauxel Zander
Original assignee: Ruetgerswerke AG
Current assignee: Ruetgers Germany GmbH
Priority date: 1980-04-03
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE3013065A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von druckfesten, wärmebeständigen Schaumstoffen aus kohlestämmigen Rohstoffen und Novolaken.

Wegen der langfristig zunehmenden Verknappung der Energie- und Chemierohstoffe Erdöl und Erdgas ist es notwendig, einerseits Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs vorzunehmen und andererseits Substitulionsrohstoffe für Mineralöl und Erdgas bereitzustellen. Zur Erzielung des ersten Ziels kann eine verbesserte Isolation von Gebäuden und Anlagen wesentlich beitragen. Hierzu haben sich Schäume auf Kunststoffbasis wegen ihres niedrigen Raumgewichts und ihrer guten Isolationswirkung als besonders vorteilhaft erwiesen. Derzeitige Rohstoffbasis für diese Stoffe ist jedoch ebenfalls das verknappende Mineralöl.

Es ist daher wünschenswert, Schaumstoffe für die Isolation auf einer vom Mineralöl weitgehend unabhängigen Rohstoffbasis herstellen zu können.

Als alternative Rohstoffquelle für Produkte, die bislang vorwiegend auf Mineralölbasis hergestellt wurden, ist an erster Stelle die in vielen Industrienationen reichlich vorhandene Kohle zu nennen.

Die Verwendung von Steinkohlenteerpech zur Herstellung hochwertiger Schaumstoffe in Verbindung mit Novolaken ist aus der DE-PS 16 20 847 und DE-PS 2102 118 bekannt. Nach diesen Verfahren wird Steinkohlenteerpech mit Novolaken, gegebenenfalls unter Zusatz eines Treibmittels, bei 150°C bis 210°C verschäumt und ausgehärtet.

Auf diese Weise erhält man Schaumstoffe mit guter Wärmebeständigkeit, gleichmäßiger Zellstruktur und geringem Raumgewicht.

Da Steinkohlenteerpech als hochwertiger aschearmer Rohstoff bevorzugt für die Herstellung von Elektrodenbindemitteln und anderer Kohlenstoffprodukte für die Metallurgie eingesetzt wird und daher für andere Zwecke nur eingeschränkt zur Verfügung steht, bestand die Aufgabe, für die Herstellung derartiger Schaumstoffe eine andere kohlestämmige Rohstoffbasis aufzufinden bzw. auszuwählen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines hocharomatischen pechähnlichen Kohlewertstoffes, der dadurch erhalten worden ist, daß Kohle r.jit aromatischen Rückständen aus der Spaltung von Erdölfraktionen zusammen mit kohlestämmigen Aromatengemischen mit einem mittleren Siedepunkt 5 oberhalb 350° C als Lösungsmittel, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer petro- oder kohlestämmiger Lösungsmittel, desintegriert worden ist, gelöst.

Bei der Desintegration können leichtsiedende Komponenten entstehen, die bei der Verarbeitungstemperatür (150—210°C) ausdampfen und daher zu einer Belästigung führen können. Es ist daher sinnvoll, diese Komponenten direkt nach der Desintegration zu entfernen. Der Erweichungspunkt des Kohlewertstoffs kann, falls erforderlich, mit filtriertem Anthracenöl eingestellt werden.

Unter Desintegration bzw. Aufschluß von Kohle ist das Aufbrechen von aromatischen Strukturen zu verstehen. Ein solches Aufschlußverfahren ist Gegenstand der Patentanmeldung P 29 35 039.8-44 der Anmelderin.

Erfindungsgemäß werden die Kohledesintegrationsprodukte mit modifizierten Novolaken, die aus Phenol, Kresolen oder Xylenolen oder Gemischen dieser Phenole, reinem Carbazol oder Carbazolfraktionen aus der Steinkohlenteerdestillation und Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, im Molverhältnis Carbozol zu Phenol von 1:2 bis 1:5 und dem Molverhältnis Phenol + Carbazol zu Aldehyd von 1 :0,5 bis 1 :1,5 hergestellt werden, bei 150—210^cC umgesetzt und unter Zusatz von Hexamethylentetramin unter intensivem Rühren verschäumt und ausgehärtet.

Als Novolake werden solche auf der Basis von Phenol, Kresolen und Xylenolen in Mengen von 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 40%, berechnet auf das Gemisch aus pechähnlichen Kohlewertstoffen und Novolak, verwendet. Erfindungsgemäß werden Novolake mit Erweichungspunkten nach Krämer-Sarnow von 70 bis 110⁰C verwendet in Verbindung mit bekannten Novolakvemetzungsmitteln und bekannten Treibmilteln, vorzugsweise mit Hexamethylentetramin als Vernetzungs- und Treibmittel in einem.

Das Verschäumen der Gemische, das vorzugsweise durch die beim Härtungsprozeß frei werdenden Gase automatisch vor sich geht, aber auch durch Zufügen von bekannten Treibmitteln, wie z. B. Azoverbindungen oder Harnstoff, herbeigeführt werden kann, kann noch zusätzlich durch Einleiten oder Einblasen von feinverteiliem Dampf oder Gasen unterstützt werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Vhaumstoffe weisen eine außergewöhnlich hohe Feinporigkeit auf. Es hat sich gezeigt, daß sie die physikalischen Eigenschaften der auf Basis Steinkohlenteerpech hergestellten Schaumstoffe mindestens erreichen. Das gilt z. B. für die Druckfestigkeit, die Wärmebes'.ändigkeit, das Raumgewicht sowie die Abriebfestigkeit.

Überraschenderweise zeigt sich, daß bei Erhöhung des Anteils an erfindungsgemäß verwendeten Kohlenwertstoffen noch höhere Druckfestigkeiten als bei der Verwendung entsprechender Mengen Steinkohlenteerpech erreicht werden (vgl. Vergleichsbeispiel 3).

Die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Schaumstoffe können gewünschtenfalls durch thermische Nachbehandlung bei 200 bis 300°C während mehrerer Stunden verbessert werden.

Die zu verschäumenden Gemische können mit Füllstoffen wie Talkum, Asbest oder Ruß versetzt und mit Kunststoffen wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid oder Polystyrol modifiziert werden.

Es hat sich gezeigt, daß bei erfindungsgemäßem Vorgehen Schaumstoffe mit guten Isoliereigenschaften, guter mechanischer Widerstandsfähigkeit sowie außerordentlich hoher Temperaturbeständigkeit bei 350° C und guter chemischer Beständigkeit erhalten werden. Die erzeugten Schaumstoffe sind nicht entflammbar.

Bei druckloser Expansion entstehen erfindungsgemäß Schaumstoffe mit weitgehend offenen Poren, beim Arbeiten unter Druck, d. h. in geschlossenem Gefäß, Schaumstoffe mit überwiegend geschlossenen Poren.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Zum Einstellen des gewünschten Erweichungspunktes der Kohledesintegrationsprodukte wurde fi'triertes Anthracene^ verwendet.

Beispiel 1

Es wurde ein pechähnlicher Kohlewertstoff hergestellt durch Desintegration von 30 Gewichtsteilen Gasflamrnkohle (Westerholt / Wasser: 1,9%, flüchtige Bestandteile: 38% waf (= bezogen auf wasser- und aschefreie Kohle), Asche: 4,9% waf), 15 Gewichtsteifen Pechdestillat (Siedebeginn: 355°C; 40% bis 455°C), 20 Gewichtsteilen Pechdestillat aus der Wärme-Druckbehandlung von Steinkohlenteerpech (Siedebeginn: 275° C; 50% bis 416° C) und 35 Gewichtsteilen Pyrolyseöl aus der Spaltung von Gasöl (Siedebeginn: 230°C; 50% bis 366° C).

Die Desintegration erfolgte durch 3stündiges Behandeln der Kohle mit dem Lösungsmittelgemisch bei 375°C unter Anwendung von einem Maximaldruck von 30 bar. Von dem erhaltenen Reaktionsprodukt wurden !0% leichtsiedende Anteile abgetoppt. Der so erhaltene Kohlevvertstoff weist einen Erweichungspunkt von 95°C (K. S.) auf. Zur besseren Verarbeitbarkeit wird dieser Rückstand mit 15 Gewichtsteilen filtriertem Anthracenöl auf einen Erweichungspunkt von 67° C (K. S.) eingestellt

Der auf diese Weise hergestellte Kohlewertstoff wird mit einem mit Carbazo! modifizierten Novolak, der aus 70% Phenol und 30% Carbazolfraktion und Formalin (37%ig) im Verhältnis von Carbazol zu Formaldehyd 1 :0,77 hergestellt worden ist und einen Erweichungspunkt von 100°C (K.S.) hat, umgesetzt und auf 175°C erhitzt. Die Anteilsverteilung beläuft sich auf

ίο 40 Gew.-% und 60Gew.-% hocharomatisches Kohledesintegrationsprodukt

Die Verschäumung und Aushärtung der Masse wird durch intensives Verrühren mit 60 Teilen Hexamethylentetramin herbeigeführt. Derart hergestellter, gleichmäßig poriger Schaumstoff weist ein Raumgewicht von 200 kg/m³ auf. Die Druckfestigkeit beträgt 11 kp/cm².

Beispiel 2

Man verfährt wie in Beispiel 1. Als Reaktionskomponente werden 30 Gew.-% des oben beschriebenen Novolaks und 70Gew.-% des — wie in Beispiel 1 beschrieben — hergestellten Kohledesintegrationsproduktes eingesetzt. Die Verschäumung und das Aushärten wird durch intensives Rühren mit 5,6 Gevv.-% Hexamethylentetramin herbeigeführt. Der feinporige Schaumstoff weist ebenfalls ein Raumgewicht von 200 kg/cm³ auf, die Druckfestigkeit liegt bei 9 kp/cm².

Beispiel 3(Vergleichsbeispiel)

Man verfährt wie in Beispiel 2. Als Reaktionskomponente wird jedoch ein Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt von 70°C eingesetzt.

Der erhaltene Schaumstoff hat ein Raumgewicht von 200 kg/m³. Die Druckfestigkeit beträgt aber nur 5,6 kp/cm².

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen aus kohlestämmigen Rohstoffen und Novolaken und gegebenenfalls Modifikalionsmilteln, die bei Tempe raturen von 150—210°C unter Zusatz Novolakvernetzungsmitteln und gegebenenfalls Treibmitteln gleichzeitig verschäumt und gehärtet werden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines hocharomatischen pechähnlichen Kohlewertstoffes, der dadurch erhalten worden ist, daß Kohle mit aromatischen Rückständen aus der Spaltung von Erdölfraktionen zusammen mit kohlestämmigen Aromatengemischen mit einem mittleren Siedepunkt oberhalb 350° C als Lösungsmittel, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer petro- oder kohlestämmiger Lösungsmittel, desintegriert worden isL

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kohlewertstoffes, der durch Abtoppen der leichtsiedenden Komponenten und Zugabe von filtriertem Anthracenöl modifiziert worden ist.