DE3621765A1 - Verwendung von zu polyurethanen ausreagierenden giessmassen zur herstellung von isolierstegen fuer metall-verbundprofile - Google Patents

Verwendung von zu polyurethanen ausreagierenden giessmassen zur herstellung von isolierstegen fuer metall-verbundprofile

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von mineralische Hohlkörper als Füllstoffe enthaltenden Polyurethan- Gießmassen bei der Herstellung von Isolierstegen für Metall-Verbundprofile, insbesondere für Aluminium- Verbundprofile für Fenster und Türen.
Füllstoff-freie, zu - gegebenenfalls Isocyanuratgruppen aufweisenden - Polyurethanen ausreagierende Gießmassen werden in erheblichem Umfang zur Herstellung von Isolierstegen für Metall-Verbundprofile, insbesondere Aluminium-Verbundprofile, wie sie beispielsweise im Fenster- und Türenbau eingesetzt werden, verwendet. Bei diesem Verfahren, welches beispielsweise in der DE-A 27 21 367 beschrieben ist, werden die Metallprofile über Rollenförderer endlos, Stoß an Stoß, mit einer stufenlos regelbaren Fertigungsgeschwindigkeit von 30 m/Minute unter zwei Rührwerksmischköpfen hindurchgeführt, aus denen das flüssige Reaktionsgemisch in die Profilisolierzone eingefüllt wird. Nach dem Aushärten des flüssigen Reaktionsgemisches werden die vorab zwischen den zu verbindenden Profilen angebrachte Hilfsprofile entfernt.
Bedingt durch die Schwindung (ca. 2%) der massiven Gießmasse kommt es zu Spannungen und Verzügen (Unparallelitäten) in den Verbundprofilen, die bei über 9 mm liegenden Stegbreiten ein nicht mehr tolerierbares Ausmaß erreichen. Im Interesse einer Verbesserung der Isoliereigenschaften der Verbundprofile werden jedoch heute von der Praxis Stegbreiten von über 9 mm, beispielsweise von 18 mm verlangt. Es wurde daher versucht, die störende Schwindung durch Mitverwendung von Füllstoffen in den Gießmassen zu vermindern.
Dies gelingt auch durch Zusatz von beispielsweise Glasfaser, Wollastonit oder Schwerspat als Füllstoff in den Gießmassen. Die Spannungen können durch Mitverwendung derartiger Füllstoffe abgebaut und die Unparallelität auf ein vertretbares Ausmaß reduziert werden.
Die Herstellung der Verbundprofile geschieht endlos, d. h. zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise im Fenster- oder Türenbau müssen die Profile auf die benötigte Größe zersägt werden. Hierzu werden die in der Metallverarbeitung üblichen Metallsägeblätter (Widiasägeblätter) eingesetzt.
Es zeigte sich nun, daß beim Sägen der Verbundprofile mit füllstoffhaltigen Isolierstegen die Sägeblätter schneller abstumpfen (weniger als 500 Sägeschnitte) als beim Sägen von Verbundprofilen mit füllstoff-freien Isolierstegen üblich (mehr als 2000 Sägeschnitte). Als weiterer negativer Effekt tritt im Falle der Verbundprofile mit füllstoffhaltigen Isolierstegen beim Sägen eine vermehrte Staubbildung auf, die zu einer erheblichen Belastung der Atemwege führt und demzufolge ein Arbeiten mit Atemschutzvorrichtungen erforderlich macht.
Überraschenderweise wurde jetzt gefunden, daß diese Nachteile weitgehend vermieden werden können, wenn den Gießmassen bestimmte mineralische Hohlkörper als Füllstoffe einverleibt werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von füllstoffhaltigen, zu, gegebenenfalls Isocyanuratgruppen aufweisenden, Polyurethan ausreagierenden Gießmassen zur Herstellung von Isolierstegen für Metall-Verbundprofile, insbesondere für Fenster und Türen, bestehend aus mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten, durch die Stege miteinander verbundenen Metallprofilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießmassen, gegebenenfalls neben weiteren Füllstoffen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Gießmassen, 2 bis 10 Gew.-% an mineralischen Hohlkörpern auf Basis von Alkali-aluminium-silikaten der Dichte 0,15 bis 0,3 g/cm³, einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 80 µm und einer Härte nach Mohs von 4,5 bis 6 enthalten.
Bei den erfindungsgemäß zum Einsatz gelangenden Gießmassen handelt es sich um flüssige Reaktionsgemische, die zu massiven oder geschäumten, gegebenenfalls Isocyanuratgruppen aufweisenden, vorzugsweise harten Polyurethankunststoffen ausreagieren. Es handelt sich um Gemische von organischen, vorzugsweise aromatischen Polyisocyanaten mit organischen Polyhydroxylverbindungen, wobei die Polyisocyanate zur Herstellung von reinen Polyurethanen, bezogen auf die Hydroxylgruppen, in etwa äquivalenten Mengen und zur Herstellung von Isocyanurat- modifizierten Polyurethanen in überschüssigen Mengen zum Einsatz gelangen. Dies bedeutet, daß die Isocyanat-Kennzahl im allgemeinen innerhalb des Bereichs von 90 bis 2000, vorzugsweise 100 bis 1400 liegt. Unter "Isocyanatkennzahl" ist hierbei die Anzahl der Isocyanatgruppen der Polyisocyanatkomponente pro 100 Hydroxylgruppen der Polyhydroxylkomponente zu verstehen. Geeignete, zu Polyurethanen ausreagierende Systeme sind beispielsweise in DE-PS 16 94 138 beschrieben, während als Gießmassen, die zu Isocyanurat-modifizierten Polyurethanen ausreagieren, Systeme gemäß DE-PS 25 34 247 eingesetzt werden können. Den Gießmassen können die üblichen Hilfs- und Zusatzmittel, d. h. beispielsweise zur Herstellung von Schaumstoffen Treibmittel wie Trichlorfluormethan, Schaumstabilisatoren wie beispielsweise solchen auf Basis von Polyetherpolysiloxanen, Katalysatoren für die Isocyanat- Additionsreaktion wei Dimethylbenzin, Dibutylzinndilaurat oder permethyliertes Diethylentriamin, Katalysatoren für die Trimerisierung von Isocyanatgruppen der in DE-PS 25 34 247 beschriebenen Art, innere Trennmittel (die die Abtrennung der Hilfsstege erleichtern) wie beispielsweise das Amidamin-Ölsäuresalz, hergestellt aus 1 Mol 3-Dimethylaminopropylamin-1 und 2 Mol Ölsäure oder nicht-erfindungswesentliche Füllstoffe wie beispielsweise Glasfasern, Aluminiumhydroxid, Talkum, Kreide, Dolomit, Glimmer, Schwerspat oder Wollastonit (CaSiO₃) enthalten.
Erfindungswesentlich ist jedoch, daß in den Gießmassen mineralische Hohlkörper in einer Menge von 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Gießmasse, vorliegen. Bei den erfindungsgemäß geeigneten mineralischen Hohlkörpern handelt es sich insbesondere um thermisch aufgeblähte Alkali-Aluminium- silikate des Dichtebereichs 0,15 bis 0,3 g/cm³ einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 80µm und einer Härte nach Mohs D von 4 bis 6. Derartige Hohlkörper sind beispielsweise unter der Bezeichnung ®Microloy (Norwegian Talc Deutschland GmbH) im Handel erhältlich.
Die erfindungswesentlichen Zusatzmittel können bei der Herstellung der Gießmassen entweder der Polyisocyanatkomponente oder der Polyhydroxylkomponente oder der vorab hergestellten Mischung dieser beiden Reaktionspartner zugesetzt werden.
Die Herstellung der Verbundprofile erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise gemäß der Verfahrensweise der DE-OS 27 21 367. Die so hergestellten Verbundprofile weisen die vorteilhafte Eigenschaft auf, die Sägeblätter beim Zuschneiden der Profile die Sägeblätter nicht schneller abzustumpfen als im Falle des Sägens von Verbundprofilen mit Füllstoff-freien Isolierstegen, wobei die Staubbildung während des Sägevorgangs weit geringer ist als im Falle des Sägens von Verbundprofilen mit füllstoffhaltigen Isolierstegen der bislang bekanntgewordenen Art. Im Falle der gleichzeitigen Verwendung von nicht-erfindungswesentlichen Füllstoffen der oben beispielhaft genannten Art, insbesondere von Glasfasern zusammen mit den erfindungswesentlichen Füllstoffen resultieren Verbundprofile, die nicht nur die genannten Vorteile aufweisen, sondern die darüber hinaus den Anforderungen der Praxis bezüglich der Vermeidung von Unparallelitäten auch bei über 9 mm liegenden Stegbreiten genügen.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozente.
Beispiele
In den nachfolgenden Beispielen werden folgende Reaktionsgemische zur Herstellung der Gießmassen verwendet:
A) Reaktionsgemische System I (Isocyanurat-modifiziertes Polyurethan)
Polyol I:
Polyolgemisch der OH-Zahl 56 und einer Viskosität bei 25°C von 840 mPa.s, bestehend aus
  • 91 Gew.-Teilen eines Polyethers der OH-Zahl 36, der durch Addition eines Gemisches aus 83% Propylenoxid und 17% Ethylenoxid an Trimethylolpropan erhalten worden ist,
  • 9 Gew.-Teilen eines Polyethers der OH-Zahl 150, der durch Addition eines Gemisches aus 87% Propylenoxid und 13% Ethylenoxid an Propylenglykol erhalten wurde, und
1,4 Gew.-Teile einer Lösung von Alkaliacetat in Diethylenglylkol wurden zu "Polyol I" vereinigt.
Isocyanat I:
Ein Polyisocyanat-Gemisch mit einem NCO-Gehalt von 28% und einer Viskosität bei 25°C von 300 mPa.s bestehend aus
  • 100 Gew.-Teile eines Semipräpolymers, welches durch Umsetzung von (i) 100 Gew.-Teilen eines Gemischs aus 80 Gew.-Teilen 4,4′-Diisocyanatodiphenylmethan, 10 Gew.-Teilen 2,4′-Diisocyanatodiphenylmethan und 10 Gew.-Teilen tri- und höherfunktionellen Polyisocyanaten der Diphenylmethanreihe mit (ii) 12,5 Gew.-Teilen Polypropylenglykol der OH-Zahl 485 erhalten wurde, mit einem NCO-Gehalt von 24,5% und
  • 100 Gew.-Teile eines Polyisocyanates, das durch Phosgenierung von Anilin-Formaldehyd-Kondensaten hergestellt wurde und einen NCO-Gehalt von 31,5% und eine Viskosität bei 25°C von 60 mPa.s aufweist.
Die Isocyanat-Kennzahl wird in den nachfolgenden Beispielen durch Variation der Menge des Polyisocyanatgemischs eingestellt. 80 Gew.-Teile des Gemischs pro 100 Gew.-Teilen Polyol I entsprechen einer Isocyanatkennzahl von 530, 200 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teilen Polyol I einer Isocyanatkennzahl von 1330.
System II (Polyurethan massiv)
Polyol II:
100 Gew.-Teile eines Polyolgemisches der OH-Zahl 365 und einer Viskosität bei 25°C von 1450 mPa.s, bestehend aus
  • 20 Gew.-Teile eines Polyethers der OH-Zahl 930 der durch Addition von Propylenoxid an Trimethylolpropan erhalten wurde,
  • 20 Gew.-Teile eines Polyethers der OH-Zahl 630 der durch Addition von Propylenoxid an Ethylendiamin erhalten wurde,
  • 10 Gew.-Teile eines Polyethers der OH-Zahl 380, der durch Addition von Propylenoxid an Trimethylolpropan erhalten wurde,
  • 50 Gew.-Teile eines Polyethers der OH-Zahl 46, der durch Addition eines Gemisches von 90% Propylenoxid und 10% Ethylenoxid erhalten wurde,
2 Gew.-Teile Dimethylbenzylamin als Katalysator und 0,1 Gew.-Teile einer Paste bestehend aus 50% Zeolith und 50% Ricinusöl wurden zu "Polyol II" vereinigt.
Isocyanat I:
Polyisocyanatgemisch des Systems I.
B) Zusatzmittel und Füllstoffe
®Dynasilan MEMO =
γ
-Methacryloxypropyltrimethoxysilan
Hersteller:
Dynamit Nobel
Aktiengesellschaft
5210 Troisdorf
Bayer Textilglas MF 7901
Gemahlene Glasfaser, Maximum der Längenverteilung bei 0,2 mm;
Faserdurchmesser: 14 µm (nach DIN 53 811)
Härte nach Mohs: 5-6
Hersteller:
Bayer AG
5090 Leverkusen
Mikrohohlglaskugeln Q-CEL 200
Mittlerer Teilchendurchmesser: 75 µm
Dichte: 0,176 g/cm³
Hersteller:
Philadelphia Quartz Co.
P.O. Box 840
Valley Forge, Pa. 19 482
®Martinal ON 320
Technisches Aluminiumhydroxyd
Mittlere Korngröße: 18 µm
Hersteller:
Martinswerk GmbH
Postfach 12 09
5010 Bergheim
®Microdol 200
Füllstoff auf Dolomit-Basis (CaMg (CO₃)₂)
Dichte: 2,85 g/cm³
Härte nach Mohs: 3-4
Hersteller:
Norwegian Talc
Postbox 7 44
N-5001 Bergen
®Microloy 150
Mineralischer Hohlkörper-Füllstoff hergestellt durch Aufblähen eines Alumosilikats.
Analyse (nach dem Aufblähen):
SiO₂73% Al₂O₃17% CaO 1% K₂O 5% 5% Na₂O Summe99%
Teilchendurchmesser: 6-150 µm
Durchschnittliche Teilchengröße: 42 µm
Dichte: 0,26 g/cm³
Härte nach Mohs: 4,5-6
Hersteller:
Norwegian Talc
Postbox 7 44
N-5001 Bergen
C) Allgemeine Arbeitsvorschrift
Die in den Beispielen I-IV charakterisierten Profile werden auf folgende Weise in drei Arbeitsschritten hergestellt.
C1) Herstellung der Polyol/Füllstoff-Mischung
In einem mit Wendelrührer ausgestatteten Mischkessel wird das Polyol vorgelegt und gegebenenfalls flüssige Zusatzstoffe eingemischt. Mit Hilfe einer Vakuumturbine saugt man dann unter ständigem Rühren im Verlauf einer halben Stunde die getrockneten Füllstoffe nacheinander ein. Eine solche Rühr- und Feststoffdosiervorrichtung ist beschrieben in EP-A 00 69 909. Nachdem der gesamte Füllstoff eingezogen ist, wird noch ca. 3 Stunden unter reduziertem Druck (p0,5bar) gerührt, um das viskose Gemisch ausreichend zu entgasen.
C2) Dosieren und Vermischen der Polyol/Füllstoffmischung mit dem Isocyanat
Die Polyol/Füllstoffmischung und das als zweite Komponente benötigte Isocyanat wird auf eine Temperatur von 30°C eingestellt. Die Dosierung der Komponenten erfolgt über Zahnradpumpen, die Vermischung über einen mit Stachelrührer ausgestatteten Mischkopf (Drehzahl: ca. 5000 UpM). Die dosierte Menge liegt bei 50 g/sec).
C3 Gießen der Isolierstege
Die auszugießenden Profile werden, durch Treibrollen angetrieben, mit einer Geschwindigkeit von ca. 20 m/Minute unter dem Mischkopf hindurchgeführt. Dadurch ergeben sich ca. 125 g füllstoffhaltige Masse pro Steg und laufenden Motor. Durch Verwendung zweier in Linie hintereinander positionierter Mischköpfe werden Profile mit zwei übereinanderliegenden getrennten Gießstegen erhalten (entsprechend der DE-A 27 21 367). Das bedeutet 250 g Gießmasse pro Meter Profil.
C4) Prüfung der Standzeit der Sägeblätter
Zur Beurteilung der Wirkung der mineralischen Hohlkörper- Füllstoffe wird die Standzeit (Haltbarkeit) der Sägeblätter beim Schneiden der Profile bestimmt.
Die Profile werden anodisiert und frühestens 48 h nach Herstellung im Sägeversuch geprüft. Bis dahin werden sie bei RT (ca. 23°C) gelagert.
Die für die Sägeversuche benutzte Scheideeinrichtung entspricht dem in Alu-Fensterbauwerkstätten üblichen Standard:
Sägeblatt
HartmetallbestücktK 20 Zahl der Zähne120 Durchmesser500 mm Drehzahl2850/min Vorschub8,75 mm/min SchmierungSchneidemulsion
Die Bewertung erfolgt an dunkel-bronze anodisierten Profilen durch visuelle Beurteilung. Gemessen wird die Zahl der Sägeschnitte, die noch nicht zu einer die Weiterverarbeitung störenden Gratbildung an der Schnittfläche des Profils führen.
D) Beispiel-Rezepturen und Prüfergebnisse
In der folgenden Tabelle sind 6 Beispiel-Rezepturen aufgelistet, in denen die besondere Wirkung des erfindungsgemäßen Hohlkörperfüllstoffs ®Microloy im Hinblick auf die Verminderung der Abrasivität sichtbar wird (Ia, Ib, IIa, IIb, V,VI).
In 3 nicht erfindungsgemäßen Beispielen (IIIa, IIIb, IV) wird gezeigt, daß ohne den Füllstoff ®Microloy bzw. mit einem anderen Hohlkörperfüllstoff (Q-SEL = Hohlglaskugeln) anstelle ®Microloy die Abrasivität beim Sägen hoch ist.
Tabelle zu D):

Claims (1)

  1. Verwendung von füllstoffhaltigen, zu - gegebenenfalls Isocyanuratgruppen aufweisenden - Polyurethan ausreagierenden Gießmassen zur Herstellung von Isolierstegen für Metall-Verbundprofile, insbesondere für Fenster und Türen, bestehend aus mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten, durch die Stege miteinander verbundenen Metallprofilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießmassen, gegebenenfalls neben weiteren Füllstoffen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Gießmassen, 2 bis 10 Gew.-% an mineralischen Hohlkörpern auf Basis von Alkali-aluminium-silikaten der Dichte 0,15 bis 0,3 g/cm³, einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 80 µm und einer Härte nach Mohs von 4 bis 6 enthalten.
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