DE3737413A1 - Verfahren zur herstellung und zur verarbeitung von reaktionskunststoff-mischungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und zur Verarbeitung von Mehrkomponenten-Mischungen auf Basis von Reaktionskunststoffen.

Mehrkomponenten-Mischungen auf Basis von flüssigen Reaktionskunststof­ fen finden insbesondere im Baubereich, Bausanierungsbereich und Bautenschutz vielfältige Anwendung, aber auch z.B. bei der Herstellung von Kunststoffschäumen, Gegenständen aus ar­ mierten Kunststoffen, z.B. auch mittels sog. Prepregs sowie weiterhin beispielsweise als Kleber für vielfältige Anwen­ dungszwecke. Die Reaktionskunstharze können dabei z.B. Epoxyd-, Methacrylat-, Polyurethan- oder Polyesterharze sein. Als wei­ tere Komponenten der hier in Frage kommenden Mischungen kön­ nen z.B. Quarzsand, Gips, Perlite, Glasfasern oder sonstige Füll- und Zuschlagstoffe Verwendung finden.

Es ist aus der DE-OS 34 30 690 bekannt, zur Vermeidung von Ungenauigkeiten unter den erschwerten Bedingungen eines Bau­ stellenbetriebs die Komponenten eines Reaktionskunstharz- Systems im Fertigungsbetrieb in flüssiger Form zu mischen, ggf. Füllstoffe beizufügen und die einsetzende Aushärtung durch Abkühlung unter die jeweilige Reaktionstemperatur der betreffenden Kunstharze zu stoppen. Im gekühlten Zustand konnte die Mischung dann bis zum Gebrauch gelagert werden. Dies war aber nur eine Zwischenkühlung. Für die Weiterverar­ beitung ging man auch in diesem Fall von der üblichen Anwen­ dungstechnik wie bei auf der Baustelle im flüssigen Zustand gemischten Kunstharzkomponenten aus, d.h. die zwischengekühl­ te Mischung wurde zunächst wieder auf Reaktionstemperatur, normalerweise sogar Umgebungstemperatur erwärmt, so daß sie die normale viskose und ggf. klebrige Konsistenz aufwies. Ist eine solche Mischung z.B. ein Estrich, so läßt sich dieser nur sehr schwer gleichmäßig auf dem Boden verteilen. Bei der Ver­ arbeitung treten unangenehme Dämpfe auf, die in geschlosse­ men Räumen bei nicht ausreichenden Schutzmaßnahmen zu gesund­ heitlichen Schäden führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das in vielen Fällen eine schnellere, bessere, leichtere und weniger gesundsheitsschäd­ liche Weiterverarbeitung von Mischungen mit Reaktionskunsthar­ zen ermöglicht.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mischung oder wenigstens ein Teil ihrer Komponenten durch Beimengung von kryogenem Flüssiggas vor oder während ihrer Weiterverarbeitung auf eine Temperatur abgekühlt wird, welche eine im wesentlichen trockene Weiterverarbeitung erlaubt.

Durch z.B. flüssigen Stickstoff wird die Mischung oder ein Teil ihrer Komponenten sehr schnell und auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt, wobei je nach der Art des Kühlvorgangs das flüssige Kunstharz ohne Einsatz mechanischer Zerkleine­ rungswerkzeuge allein durch den Kälteschock granuliert werden kann. In dieser körnigen Form kommt es zur Weiterverarbeitung und läßt sich dabei z.B. leicht vermischen, genau dosieren, in einfacher Weise gleichmäßig über eine Fläche verteilen, in Hohlräume einfüllen oder einladen oder zum Umschließen einer Armierung ausbreiten. Aufgrund der starken Abkühlung durch den flüssigen Stickstoff findet die Reaktion der Kunst­ harze während derjenigen Arbeitsvorgänge der Weiterverarbeitung noch nicht statt, welche sich besser im körnigen als im flüssi­ gen Zustand ausführen lassen. Es treten somit z.B. keine schäd­ lichen Dämpfe aus. Durch die große Differenz zwischen der Um­ gebungstemperatur und der Temperatur des Stickstoffs benöti­ gen die Kunststoffkomponenten der Mischung einen gewissen Zeitraum, bis ihre Reaktionen einsetzen. Hierdurch wird die oben beschriebene, vereinfachte und gefahrlose Verarbeitung für eine ausreichende Zeit sichergestellt.

Die Kunstharzmischung bzw. ihre Komponenten können mit dem flüssigen Stickstoff auf verschiedene Art und Weise in Ver­ bindung gebracht werden. So ist es beispielsweise möglich, die Reaktionskunstharze durch den flüssigen Stickstoff abzuschrek­ ken, unmittelbar bevor sie mit anderen Komponenten einer Mi­ schung vermischt werden. Dies kann beispielsweise direkt an der Stelle der Weiterverarbeitung geschehen. Dabei können z.B. Reaktionskunststoff und flüssiger Stickstoff an derselben Stelle, ggf. auch über ein gemeinsames Zuführorgan einem Misch­ behälter für die Vermischung mit anderen Komponenten, wie Füllstoffen, Treibmitteln usw. zugeführt werden. In einer anderen praktischen Ausführungsform können Reaktionskunstharze und flüssiger Stickstoff durch getrennte Zerstäuberdüsen oder auch durch eine gemeinsame Mischdüse auf Füll- und/oder Zuschlag­ stoffe oder sonstige Mischungskomponenten gesprüht werden. Hierdurch kann erreicht werden, daß die Reaktionskunstharze besonders kleine, im wesentlichen kugelförmige Partikel bilden, die sich leicht vermischen lassen. Damit läßt sich ein spar­ samer und zugleich optimal wirksamer Einsatz der verhältnis­ mäßig teuren Kunstharzkomponenten realisieren.

Verschiedene andere praktische Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß die Mischung oder wenigstens ein Teil der Reaktionskunstharze durch Einströmen in ein Bad aus flüssigem Stickstoff abgekühlt werden. Das dabei entstehende Granulat kann durch Siebe bereits im flüssigen Stickstoff aufgefangen und ggf. klassiert werden. Alternativ können die Mischung oder wenigstens ein Teil der Reaktionskunstharzkomponenten durch Überströmen mit flüssigem Stickstoff abgekühlt werden. Schließ­ lich ist auch eine indirekte Kühlung dadurch möglich, daß die Mischung oder wenigstens ein Teil der Reaktionskunstharzkompo­ nenten durch Berührung mit einer durch flüssigen Stickstoff gekühlten Fläche oder mit einem durch flüssigen Stickstoff ge­ kühlten Fluid abgekühlt werden.

Wie bereits erwähnt, kann die Weiterverarbeitung im Sinne der Erfindung in einem bloßen Misch-, Verteil- oder Dosiervorgang bestehen. Möglich ist dabei auch eine Vermischung mit anderen gekühlten, körnigen Reaktionskunstharzkomponenten oder Reak­ tionskunstharzmischungen, die sich wegen ihrer besonderen physikalischen oder chemischen Eigenschaften bisher im flüssi­ gen Zustand nicht beimischen ließen. An die Weiterverarbeitung durch Vermischung kann sich dann ggf. ein Preß- oder Sintervor­ gang anschließen.

Unabhängig davon, ob die miteinander reagierenden Kunstharz­ komponenten vor der Abkühlung im flüssigen Zustand gemischt oder nach der Abkühlung durch flüssigen Stickstoff im körni­ gen Zustand gemischt werden, kann die Weiterverarbeitung im Sinne der Erfindung darin bestehen, daß die in dieser Weise hergestellte Mischung mit wenigstens einem Füllstoff, einer Armierung oder einem Treibmittel zusammengebracht wird. Letz­ teres könnte auch schon in der gekühlten Mischung enthalten sein, so daß ein Schäumvorgang erst nach der Erwärmung statt­ findet.

Bei der Herstellung von Kunststoffschäumen bietet die Erfin­ dung noch weitere Vorteile. Sie haben große praktische Bedeu­ tung, da geschäumte Teile z. B. im Automobilbau für die Auto­ sitze, Armaturenbretter, Stoßstangen und dergleichen zunehmend Verwendung finden. Je nach Art der Reaktionskunststoffe und der Treibmittel unterscheidet man dabei zwischen harten, halbharten und weichen Schäumen, sowie zwischen offenzelligen und geschlos­ senzelligen Systemen.

Die Herstellung, insbesondere kaltreaktiver Schäume, geschieht bisher vereinfacht so, daß ein eingerührtes Treibmittel bei der exothermen Reaktion der Kunststoffkomponenten verdampft und so die Zellen gebildet werden. Es werden dabei in großem Maße Treib­ mittel mit z. B. chlorierten oder fluorierten Kohlenwasserstof­ fen eingesetzt, die einen niedrigen Siedepunkt aufweisen müssen, da die aus der geringen Reaktionstemperatur für die Verdampfung zur Verfügung stehende Energie höher siedende Flüssigkeiten nicht erlaubt. Hochreaktive Flüssigkunststoffe, die in kürzester Zeit eine so starke exotherme Reaktion bewirken, die auch höhersieden­ de Flüssigkeiten punktuell zur Verdampfung führt, konnten bisher nicht zur Anwendung gebracht werden, da sie aufgrund ihrer kur­ zen Topfzeit nicht anmischbar und dosierbar waren.

Die Erfindung ermöglicht es nunmehr, auch hochreaktive, flüssige Reaktionskunststoffe zu verwenden, bei deren starker exothermer Reaktion auch höhersiedende, nicht lösungsmittelhaltige Treibmit­ tel den Schäumvorgang bewirken können. Gegebenenfalls kommt sogar Wasser als Treibmittel in Frage. Das Verfahren kann z. B. wie folgt ablaufen:

• 1. Die Reaktionskunststoffkomponenten werden gemeinsam mit den vorgesehenen Additiven sowie den Treibmitteln bei hoher Geschwin­ digkeit kontinuierlich der Rezeptur entsprechend vermischt und unverzüglich in eine wesentlich kältere flüssige Phase eingebracht, die z. B. ein flüssiges Stickstoffbad sein kann. Hierdurch wird aus den Flüssigkunststoffen rieselfähiges Granulat oder Pulver.
• 2. Das gekühlte, angemischte Reaktionskunststoffpulver ist in dieser Form lagerfähig und unter Einhaltung bestimmter Tempe­ raturbedingungen transportfähig. Somit kann "trockene" Granulat- oder Pulvermasse an den Ort der weiteren Verarbeitung verbracht werden, z. B. durch rollbare gekühlte Kleincontainer.
• 3. Am Ort der weiteren Verarbeitung, z. B. einem Schäumwerkzeug, wird eine bestimmte Menge Granulat oder Pulver dem Container ent­ nommen und in sehr einfacher Weise ohne Druck und Verklebung, lösungsmittelfrei in das Werkzeug eingefüllt.
• 4. Die eingebrachte Menge Reaktionskunststoffgranulat nimmt die Temperatur des gegebenenfalls auch beheizten Werkzeugs an, wird flüssig und reagiert dann entsprechend seiner spezifischen Re­ aktivität schnell und stark exotherm, wodurch auch höhersieden­ de Treibmittel zur Verdampfung gebracht und der gewünschte Schäum­ prozeß ermöglicht wird.

Bei der Herstellung von Kunststoffteilen, insbesondere mit Armie­ rung, z. B. in Form von Glasfasern oder Kohlenstoffasern, blieben mögliche Anwendungen, wie z. B. für Karosserieteile im Automobil­ bau, bisher ungenutzt, weil bei der Großserienfertigung mit sehr kurzen Taktzeiten gearbeitet wird. Die Fertigung armierter Kunst­ stoffteile dauert jedoch bisher in der Regel Stunden, bis die für die Weiterverarbeitung notwendige Festigkeit erreicht ist. Selbst die Verwendung gekühlter sog. Prepregs bedingt lange Fertigungs­ zeiten bei deren Herstellung, Kühlung, Erwärmung und Verarbeitung bis zur Festigkeit im geformten Zustand. Hochreaktive Flüssig­ kunststoffe, die in kürzester Zeit auch in Verbindung mit Armie­ rungsteilen eine gebrauchsfähige Festigkeit des Produktes erbrin­ gen, konnten bisher auch in diesem Fall nicht zur Anwendung ge­ bracht werden, da sie aufgrund ihrer kurzen Topfzeit nicht an­ mischbar und dosierbar waren.

Durch die Erfindung wird es jetzt möglich, auch hochreaktive Re­ aktionskunststoffe mit kurzer Taktzeit zu Fertigprodukten zu verarbeiten, da die im gekühlten Zustand körnigen oder pulve­ rigen Reaktionskunststoffe erst in oder auf einer Form zur Re­ aktion gebracht werden, die dann sehr schnell ablaufen kann. Dabei wirkt sich auch als Vorteil aus, daß, anders als bei ge­ kühlten Prepregs, z. B. Glasfasermatten auch mit anhaftendem, gekühlten Reaktionskunststoffpulver genügend biegsam sind, um in eine Form eingelegt werden zu können. Im übrigen ist der Ver­ fahrensablauf bei der Verarbeitung der Reaktionskunststoffe zu armierten Formteilen entsprechend wie oben im Zusammenhang mit dem Schäumverfahren beschrieben.

Eine weitere Verarbeitungsmöglichkeit für gekühltes Reaktions­ kunststoffpulver besteht darin, es elektrostatisch auf Gegen­ stände aufzusprühen, so daß es dort erwärmt wird, kurzfristig reagiert und einen Überzug bildet.

Schließlich läßt sich auch die Herstellung von Sandwichkonstruk­ tionen bzw. Laminaten beschleunigen, indem zwischen die zu ver­ bindenden Schichten jeweils eine dünne Schicht gekühlten, pulveri­ sierten Reaktionskunststoffs eingebracht wird, wobei auch hier die Beschichtung im Sprühverfahren, gegebenenfalls elektrosta­ tisch erfolgen kann. Eine besondere Art von Sandwichaufbau aus unterschiedlichen Kunststoffschichten kann auch dadurch erreicht werden, daß mehrere Lagen unterschiedlicher Reaktionskunststoff­ partikel übereinander geschichtet und dann zur Reaktion gebracht werden.

Bei allen vorstehend beschriebenen Verfahren und Produkten sollte die Temperatur der mit kryogenem Flüssiggas gekühlten Mischung oder der Mischungskomponenten zu Beginn der Weiterverarbeitung unter -50°C, vorzugsweise unter -70°C liegen. Für die Praxis bie­ tet sich in erster Linie die Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel an. Im Einzelfall könnte aber z. B. auch ein an­ deres Flüssiggas, z. B. CO₂ in Frage kommen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Abkühlung der Reaktions­ kunstharzkomponenten oder der daraus hergestellten Mischungen durch flüssigen Stickstoff verursacht nur verhältnismäßig ge­ ringe Kühlkosten. Es kann sich daher im Einzelfall empfehlen, eine für eine Baustelle oder Produktionsanlage bestimmte Mi­ schung mit Reaktionskunstharzen bereits ab Werk im mit Flüssig­ gas gekühlten, körnigen Zustand zu liefern. Es bereitet keine Schwierigkeiten, für den Transport des gekühlten Materials ge­ eignete Transportbehälter zur Verfügung zu stellen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung und zur Verarbeitung von Mehr­ komponenten-Mischungen auf Basis von Reaktionskunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mi­ schung oder wenigstens ein Teil ihrer Komponenten durch Beimengung von kryogenem Flüssiggas vor oder während ihrer Weiterverarbeitung auf eine Temperatur abgekühlt wird, welche eine im wesentlichen trockene Weiterverarbei­ tung erlaubt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Teil der Reaktions­ kunststoffe durch kryogenes Flüssiggas gekühlt wird, un­ mittelbar bevor er mit anderen Komponenten der Mischung vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischung oder wenigstens ein Teil der Reaktionskunststoffkomponenten durch Ein­ strömen in ein Bad aus kryogenem Flüssiggas abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischung oder wenigstens ein Teil der Reaktionskunststoffkomponenten durch Überströ­ men mit kryogenem Flüssiggas abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischung oder wenigstens ein Teil der Reaktionskunststoffkomponenten durch Berüh­ rung mit einer durch kryogenes Flüssiggas gekühlten Fläche oder mit einem durch kryogenes Flüssiggas gekühlten Fluid abgekühlt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung oder wenig­ stens ein Teil der Reaktionskunststoffkomponenten unter Druck versprüht wird, und dann die Sprühteilchen direkt oder indirekt durch kryogenes Flüssiggas abgekühlt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung in einer Vermischung mit gekühlten, körnigen Reaktionskunst­ stoffkomponenten oder Reaktionskunststoffmischungen be­ steht, die sich im flüssigen Zustand nicht beimischen las­ sen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Weiterverar­ beitung durch Vermischung ein Preß- oder Sintervorgang an­ schließt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vor oder nach der Küh­ lung durch kryogenes Flüssiggas gebildete Mischung von Re­ aktionskunststoffkomponenten im körnigen Zustand weiterver­ arbeitet wird, indem sie mit wenigstens einem Füllstoff, einer Armierung oder einem Treibmittel zusammengebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzei­ chnet, daß sich an die Weiterverarbeitung vor der Aus­ härtung der Reaktionskunststoffe nochmals ein Kühlvorgang bis unter die Reaktionstemperatur anschließt.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzei­ chnet, daß hochreaktive Reaktionskunststoffe mit einer Reaktionsdauer von weniger als 600 sec., vorzugsweise we­ niger als 60 sec., verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Schäumen ein nicht lösungsmit­ telhaltiges Treibmittel verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Treibmittel dispergierte Wasser­ partikel verwendet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der mit flüssigem Stickstoff gekühlten Mischung oder Mischungs­ komponenten zu Beginn der Weiterverarbeitung unter -50°C, vorzugsweise unter -70°C liegt.