DE3722897C2 - Verfahren zur Herstellung eines porösen Körpers oder einer Schicht aus Reaktionskunststoffharz und Füllstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist aus EP 1 17 708 A3 bekannt, Füllstoffe in gekühltes flüssiges Kunstharz einzumischen, wobei die Füllstoffpartikel auf ihrer gesamten Oberfläche mit Kunstharz benetzt und eingehüllt und auch die Hohlräume zwischen den Füllstoffpartikeln mit Kunstharz ausgefüllt werden. Deshalb ist die notwendige Menge an flüssigem Kunstharz verhältnismäßig groß.

Es ist aus der DE-OS 34 30 690 auch schon bekannt, bei Mehrkom­ ponenten-Reaktionskunststoffen nach dem Mischen durch Abkühlung die Reaktion zu unterbrechen und die Mischung vom flüssigen in den festen Zustand zu überführen, sodann das feste Kunststoff zu mahlen und in dieser Form mit einem Füllstoff zu mischen. Zweck dieser Maßnahme war aber bisher nur eine zuverlässig gleichmäßigere Vermischung von Kunstharzen und Füllstoffen. Die dabei zu erzielende Einsparung an Kunststoff durch Vermeidung lokaler überschüssiger Anreicherung der Mischung hielt sich in engen Grenzen, weil man weiterhin von der bisher herrschenden Vorstellung ausging, daß das Kunstharz die Füllstoffpartikel mit ihrer gesamten Oberfläche einschließen und somit diese insgesamt einbinden sollte.

Die Herstellung poröser, aus wenig Kunstharz und Füllmaterial bestehender, voluminöser Baukörper wurde gemäß DE-OS 34 14 229 auf dem Wege versucht, daß zwar die Füllstoffpartikel mit einem flüssigen Bindemittel, das neben einer größeren Menge Zement auch Kunstharz enthielt, gemischt und dabei mit ihrer gesamten Oberfläche benetzt und eingebunden wurden, aber durch Zugabe von Schaumbildnern diese Mischung vor dem Erhärten aufgeschäumt wurde. Auf diese Weise entstehen Schaumbläschen in dem Bindemittel. Die Füllstoffpartikel rücken verhältnismäßig weit auseinander, und die Festigkeit hängt im wesentlichen von der Festigkeit der Schaumstruktur ab. Zusammen mit dem Zement ist der Anteil des Bindemittels an der Gesamtmasse verhältnismäßig groß.

Aus US-PS 3 825 640 ist es bekannt, Mikrokapseln in eine Form einzubringen und danach die Form mit einer aushärtbaren Flüssigkeit zu füllen. Nach dem Füllen wird so lange wieder Flüssigkeit abgesaugt, bis Hohlräume zwischen den einzelnen Kapseln entstehen und die Flüssigkeit nur noch zwischen den Kontaktpunkten der Kapseln vorhanden ist.

Die Kapseln sind mit Flüssigkeit, z. B. Tinte gefüllt. Aufgabe der Erfindung ist, das Aufbrechen der Kapseln bei Verwendung dadurch zu erleichtern, daß die Kapseln von dem Bindemittel nur an wenigen Stellen, nämlich ihren Kontaktpunkten benetzt sind.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Körpers, insbesondere eines Baukörpers, eines Bauelements oder einer Schicht aus Reaktionskunststoff- und Füllstoffpartikeln in im wesentlichen homogener Verteilung zu schaffen, der je nach den gewählten Füllstoffen die gewünschten Eigenschaften und zusätzlich sehr gute Festigkeitswerte aufweist, aber nur eine minimale Menge Reaktionskunststoff als Bindemittel enthält.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf bewegliche Körper beschränkt, sondern kann auch die Form eines Boden- oder Wandbelags haben, der z. B. fest mit einem Straßenuntergrund oder einem Gebäude verbunden ist. Hierbei kann im Einzelfall die Durchlässigkeit für Wasser zu Dränagezwecken oder die Atmungsaktivität der durchgehenden Porosität von besonderem Vorteil sein. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die äußeren Öffnungen der Poren dicht abzuschließen, falls dies im Einzelfall erwünscht ist.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß die Füllstoffpartikel nur dort mit Reaktionskunststoffpartikeln benetzt werden brauchen, wo sie benachbarte Füllstoffpartikel berühren. Hierfür kommt man mit einer minimalen Menge Reaktionskunststoff aus. Die Besonderheit des neuen Verfahrens besteht darin, daß die gekühlten Reaktionskunststoffpartikel und die Füllstoffe in einem Volumenverhältnis von höchstens etwa 1 : 20, vorzugsweise sogar nur in einem Verhältnis von höchstens etwa 1 : 33 oder sogar nur in einem Verhältnis von maximal etwa 1 : 66 gemischt werden.

Der Anteil des Reaktionskunststoffes im Verhältnis zum Füllstoff kann ferner in einfacher Weise dadurch klein gehalten werden, daß in bevorzugter Ausführung des neuen Verfahrens die gekühlten Reaktionskunststoffpartikel mit Durchmessern erzeugt werden, die höchstens etwa ein Zehntel der größten Ausdehnung der Füllstoffpartikel betragen.

Das vorgeschlagene Verfahren kann besonders wirtschaftlich ausgeführt werden, wenn nur die geringe Menge Reaktionskunststoff, nicht auch der Füllstoff gekühlt wird. Mischt man die gekühlten Reaktionskunststoffpartikel mit der sehr viel größeren Masse des Füllstoffs, so kann es unter ungünstigen Umständen im Einzelfall geschehen, daß die Reaktionskunststoffpartikel zu schnell erwärmt werden und es nicht mehr zu der angestrebten homogenen Vermischung kommt. Um dem vorzubeugen, wird in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die gekühlten Reaktionskunststoffpartikel durch Behandlung mit Wasser oder Wasserdampf mit einer Eisschicht überzogen werden. Sie verzögert die Erwärmung bis zum Erreichen einer gleichmäßigen Vermischung und hat den weiteren positiven Effekt, daß das beim Auftauen gebildete Wasser die Tendenz des sich bei der Erwärmung wieder verflüssigenden Reaktionskunststoffes unterstützt, sich infolge der Kapillarwirkung innerhalb der Hohlräume zwischen den Füllstoffpartikeln in die Ritzen und Engstellen hinein, also gerade zu den Berührungsstellen der Füllstoffpartikel hinzuziehen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Volumen des porösen Körpers nicht oder nur unwesentlich größer als das Schüttvolumen der in ihm enthaltenen Füllstoffpartikel. In diesem Fall sind die Kunststoffbrücken zwischen den Füllstoffpartikeln nur sehr kurz, so daß sich z. B. im Falle sehr harter mineralischer Füllstoffe bei Druckbelastung die harten Partikel praktisch unmittelbar aneinander abstützen. Diese Ausführung ist wegen des geringen Kunststoffanteils auch schwer entflammbar.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform bestehen die Kunststoffbrücken zwischen den Füllstoffpartikeln aus geschäumtem Kunstharz, wobei auch in diesem Fall ein Teil der Oberfläche der Füllstoffpartikel nicht vom Kunstharz benetzt ist. Dies ergibt einen besonders leichten porösen Körper mit einem geringeren Kunstharzanteil als im Falle bisher bekannter Hartschaumkunststoffe.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsvarianten ist vorgesehen, daß die Füllstoffpartikel wenigstens teilweise Fasern sind, insbesondere solche, die sich zur Aufnahme von Zugkräften eignen. In dieselbe Richtung zielt der weitere Vorschlag, daß die Füllstoffpartikel über Kunststoffbrücken mit einer Armierung verbunden sind.

In einer weiteren bevorzugten praktischen Ausführungsform sind die Füllstoffpartikel wenigstens teilweise Samenkörner und/oder Pflanzennährstoffe. Solche Körper eignen sich besonders gut zur Begrünung von Bauwerken.

Bei Anwendung des Verfahrens an einem schwer zugänglichen Ort und ggf. nur für kleine Mengen, wie dies z.B. beim Ausfüllen von Rissen zur Bauwerkssanierung der Fall ist, wird eine gebrauchsfertige gekühlte Mischung aus Füllstoff- und Reaktionskunstharzpartikeln verwendet, wobei das Kunstharzvolumen erfindungsgemäß höchstens etwa 5% des Füllstoffvolumens beträgt. Nach Möglichkeit sollte das Kunstharzvolumen sogar höchstens nur etwa 3% und vorzugsweise sogar maximal nur etwa 1,5% des Füllstoffvolumens betragen. Theoretisch genügt eine Menge von weniger als 1%, wenn Füllstoff- und Reaktionskunstharzpartikel sehr gleichmäßig gemischt werden und durch geeignete Auswahl der Partikelgrößen und der Verfahrensparameter beim Erwärmen der gekühlten Mischung dafür gesorgt wird, daß die Füllstoffpartikel nur an ihren Berüh­ rungsstellen durch kleine und flache Kunststoffbrücken miteinander verklebt werden.

Um besonders hohe Festigkeitswerte zu erzielen, kann in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Mischung aus Reaktionskunststoffpartikel und Füllstoffpartikel während des Aushärtens unter Druck gesetzt und dadurch verdichtet werden. Je nach der Elastizität des Füllstoffs und des Kunststoffs kann dabei auch eine innere Vorspannung erzeugt werden, der man eine bestimmte Richtung geben kann. Zur Beschleunigung des Aushärtens des Reaktionskunststoffes kann die Mischung mit dem Füllstoff auch über die Umgebungstemperatur hinaus erwärmt werden. Insbesondere bei porösen Körpern, die in Formen produziert werden, können wie bei einem Sintervorgang Druck und Wärme gleichzeitig angewendet werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten porösen Körper mit extrem hohen Füllstoff- und extrem niedrigen Kunststoff- Binderanteil können vielfältige Anwendung finden. Nur beispielhaft seien hier noch atmungsaktive, schallabsorbierende, feuersichere und wärmeisolierende Bauteile und Beläge erwähnt. Dabei sind die Füllstoffe jeweils zweckentsprechend auszuwählen. In Frage kommen in erster Linie preiswerte mineralische Füllstoffe, wie z. B. Sand, organische Füllstoffe, wie z. B. Sägemehl oder Sägespäne, faserige Füllstoffe enthalten z. B. Glasfasern, sowie auch Metallspäne.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend auf die Zeichnung Bezug genommen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von in herkömmlicher Weise in einem Kunstharz-Bindemittel eingebetteten Füllstoffpartikeln;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer homogenen Mischung von Füllstoff- und gekühlten Reaktionskunststoffpartikeln eines in seiner Reaktion blockierten Mehrkomponenten- Reaktionskunststoffes;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines porösen Körpers, dessen Füllstoffpartikel nur über einzelne Reaktionskunststoffbrücken im Bereich der Berührungsstellen mit den benachbarten Füllstoffpartikeln verbunden sind.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, werden beim Mischen von flüssigem Kunstharz-Binder mit Füllstoff die mit 1 bis 12 be­ zeichneten Füllstoffpartikel auf ihrer gesamten Oberfläche vom flüssigen Kunstharz benetzt und mit einer Hülle 14 überzogen. Auch die mit 16 bezeichneten Zwischenräume zwischen den Füllstoffpartikeln sind mit Kunstharz-Binder angefüllt. Geht man in einer Beispielsrechnung davon aus, daß die Füllstoffpartikel 1 bis 12 kugelförmig sind und einen Durchmesser von 0,5 mm haben, so gehen etwa 8×10⁶ Partikel in ein Liter-Volumen, wobei die Summe der Volumina der Partikel selbst nur etwa einen halben Liter ausmacht. Rund die Hälfte des Raumes wird also bei einem Körper nach der schematischen Darstellung in Fig. 1 vom zunächst flüssigen, dann erhärteten Kunstharz-Binder eingenommen, wobei auf die Umhüllungen 14 etwa 30% und auf die Zwischenräume 16 20% entfallen.

Fig. 2 zeigt demgegenüber eine Mischung von Füllstoffpartikeln 1 bis 5 mit gekühlten, in ihrer Reaktion geblockten Kunststoffpartikeln 24, die wesentlich kleiner sind als die Füllstoffpartikel 1-5. Wenn letztere beispielsweise einen Durchmesser von 0,5 mm haben, kann der Durchmesser der Reaktionskunststoffpartikel 24 z. B. etwa 0,01 mm betragen. Im gemischten Zustand befinden sich die Kunstharzpartikel 24 gemäß Fig. 2 in den Zwischenräumen zwischen den größeren Füllstoffpartikeln 1 bis 5. Bei Erwärmung und Verflüssigung der Reaktionskunststoffpartikel 24 zieht sich dann die Flüssigkeit infolge Kapillarwirkung in die sich verengenden Spalte zu den Berührungsstellen zwischen den Füllstoffpartikeln 1 bis 12, so daß im Querschnitt der Zustand nach Fig. 3 entsteht. Danach hat sich der verflüssigte Reaktionskunststoff an den Berührungsstellen der Füllstoffpartikel 1 bis 12 konzentriert und dort Kunstharzbrücken 26 gebildet. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß die Festigkeit dieses Verbunds über die schmalen Kunstharzbrücken 26 fast genauso hoch ist wie bei vollständig vom Kunstharz umschlossenen Füllstoffpartikeln. Der Vorteil der Bindung nach Fig. 3 besteht demgegenüber darin, daß wegen der frei­ bleibenden Zwischenräume zwischen den Füllstoffpartikeln der sonst zur mehr oder weniger nutzlosen Ausfüllung dieser Hohlräume verwendete Kunststoff eingespart werden kann und je nach Füllstoff Produkte mit neuen Eigenschaften erhalten werden.

Claims (16)

1. Verfahren zum Herstellen eines porösen Körpers, insbesondere eines Baukörpers, eines Bauelements oder einer Schicht, bestehend aus einem Reaktionskunststoff und mindestens einem Füllstoff, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erzeugen kleiner reaktiver Reaktionskunststoffpartikel mit einer Temperatur unterhalb ihrer Reaktionstemperatur;
• - Mischen der Reaktionskunststoffpartikel mit Partikeln mindestens eines Füllstoffes, wobei das Volumen der Reaktionskunststoffpartikel höchstens ein Zwanzigstel des Volumens der Füllstoffpartikel beträgt,
• - Erwärmung der Reaktionskunststoffpartikel auf mindestens Reaktionstemperatur zur Bildung eines porösen Körpers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskunststoffpartikel und die Füllstoffe in einem Volumenverhältnis von höchstens etwa 1 : 33 gemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskunststoffpartikel und die Füllstoffe in einem Volumenverhältnis von höchstens etwa 1 : 66 gemischt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlten Reaktionskunststoffpartikel mit Durchmessern erzeugt werden, die höchstens etwa ein Zehntel der größten Ausdehnung der Füllstoffpartikel betragen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlten Reaktionskunststoffpartikel durch Behandlung mit Wasser oder Wasserdampf mit einer Eisschicht überzogen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des porösen Körpers nicht oder nur unwesentlich größer ist als das Schüttvolumen der in ihm enthaltenen Füllstoffpartikel (1-12).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharzbrücken (26) aus geschäumtem Kunstharz bestehen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunstharzbrücken (26) aus Mehrkomponenten-Reaktionskunstharzen bestehen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoffpartikel (1-12) über Kunstharzbrücken (26) mit einer Armierung verbunden sind.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffpartikel (1-12) wenigstens teilweise Fasern sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Füllstoffpartikel (1-12) über Kunstharzbrücken (26) mit einem angrenzenden Körper, vorzugsweise einer Gebäudewand oder Straßenoberfläche, verbunden sind.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffpartikel (1-12) wenigstens teilweise Samenkörner und/oder Pflanzennährstoffe sind.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzvolumen höchstens etwa 5% des Füllstoffvolumens beträgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzvolumen höchstens etwa 3% des Füllstoffvolumens beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzvolumen höchstens etwa 1,5% des Füllstoffvolumens beträgt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Reaktionskunststoffpartikel und Füllstoffpartikel während des Ausreagierens unter Druck gesetzt wird.