DE4012947A1

DE4012947A1 - Formkoerper

Info

Publication number: DE4012947A1
Application number: DE19904012947
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Dotzauer; Wilhelm Friedrich Beckerle; Manfred Dr Schwartz
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1991-10-31

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Formkörper, die als Hauptbestandteile feinteilige natürliche oder synthetische Materialien sowie Kondensations produkte aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen, Alkanolaminen oder mehrwertigen Aminen enthalten.

Formkörper, die im wesentlichen aus feinteiligen natürlichen oder synthe tischen Materialien und Bindemitteln wie Phenolformaldehydharzen, Furfurolharzen, Aminoplasten oder Stärke aufgebaut sind, sind bekannt. So enthält die EP-A 01 23 234 einen Hinweis auf hauptsächlich aus minera lischen Fasern, nichtfasrigen mineralischen Füllstoffen und Stärke auf gebaute Schalldämmplatten, die mit Melamin/Formaldehyd-Harzen beschichtet sind. Nachteilig an diesen Formkörpern ist jedoch, daß entweder ihre Formbeständigkeit unter Einwirkung erhöhter Luftfeuchtigkeit nicht voll zu befriedigen vermag, sie nehmen die Luftfeuchtigkeit auf und verformen sich unter ihrem Eigengewicht, oder daß sie im Lauf der Zeit flüchtige, nieder molekulare Bindemittelbestandteile wie Formaldehyd freisetzen, war insbe sondere bei einer Anwendung in geschlossenen Räumen von Nachteil ist.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Formkörper zur Verfügung zu stellen, die einerseits bei Einwirkung erhöhter Luftfeuchtig keit eine erhöhte Formbeständigkeit aufweisen und andererseits einen reduzierten oder verschwindenden Anteil an Bindemitteln aufweisen, die aus leichtflüchtigen Ausgangsstoffen aufgebaut sind. Demgemäß wurden die eingangs definierten Formkörper gefunden, in denen die Kondensations produkte aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen, Alkanolaminen oder mehrwertigen Aminen als Bindemittel fungieren.

Als feinteilige natürliche synthetische Materialien eignen sich Materialien wie Sande, Kaoline, Schiefermehl, Mineralfasern, Kunststoff- Fasern, z. B. Polypropylenfasern, Glasfasern oder zerkleinertes Holz.

Als hochmolekulare Polycarbonsäuren kommen insbesondere polymere Poly carbonsäuren wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Copolymere aus Acryl- und Methacrylsäure oder Copolymere von Acryl- und/oder Methacryl säure mit anderen Monomeren wie Ester der Acryl- oder Methacrylsäure mit niedermolekularen Alkanolen, Maleinsäure oder Fumarsäure oder anderen Monomeren wie Styrol oder Ethylen in Betracht.

Von besonderem Vorteil sind polymere Polycarbonsäuren, die wenigstens 5 jedoch weniger als 50 mol-%, bezogen auf die die polymeren Polycarbon säuren konstituierenden Monomeren, an Monomeren einpolymerisiert ent halten, die eine Carboxylgruppe enthalten und die in Dimethylformamid (DMF) bei 25°C einen K-Wert von 50 bis 100 aufweisen.

Der K-Wert ist eine relative Viskositätszahl, die in Analogie zur DIN 53 726 bestimmt wird. Gemessen wird hierbei die Fließgeschwindigkeit einer 0,1 gew.-%igen Lösung der polymeren Polycarbonsäure in DMF, relativ zur Fließgeschwindigkeit von reinem DMF. Er charakterisiert das mittlere Molekulargewicht der polymeren Polycarbonsäure.

Geeignete mehrwertige Alkohole sind u. a. 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4, Trimethylolpropan, Glycerin, Glycol, Polyvinylalkohol, Sorbitol, Zucker oder Cellulosederivate. Vorzugsweise werden Trimethylolpropan, Glycerin oder 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4 verwendet. Mit besonderem Vorteil kommen hochmolekulare Polyalkohole in Betracht.

Beispiele hierfür sind Homo- und Copolymere, die einfache Ester aus 3 bis 6 C-Atome enthaltenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren wie Acryl- und Methacrylsäure und 2 bis 10 C-Atome enthaltenden mehrwertigen Alkoholen wie 1,4-Butandiol einpolymerisiert enthalten. Als Comonomere kommen vorzugsweise Ester aus 3 bis 6 C-Atome enthaltenden α,β-mono ethylenisch ungesättigten Carbonsäuren und 2 bis 10 C-Atome enthaltenden einwertigen Alkoholen in Betracht. Mit Vorteil weisen diese polymeren Polyalkohole in DMF bei 25°C einen K-Wert von 40 bis 80 auf. Der K-Wert bezieht sich hier auf die Fließgeschwindigkeit einer 0,1gew.-%igen Lösung des polymeren Polyalkohols in DMF, relativ zur Fließgeschwindigkeit von reinem DMF. Ein wesentlicher Vorteil dieser hochmolekularen Polyalkohole liegt in ihrem erhöhten Siedepunkt begründet. Geeignete Alkanolamine sind insbesondere Verbindungen, die an einer Kohlenwasserstoffkette wenigstens eine Aminogruppe sowie wenigstens eine alkoholische OH-Gruppe tragen. Von besonderer Bedeutung sind Di- und Triethanolamin. Als mehrwertige Amine kommen insbesondere Diamine wie Ethylendiamin oder Tetramethylendiamin in Betracht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß die feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien zunächst durch mechanisches Mischen mit einem wäßrigen Gemisch, das wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens ein mehr wertiges Amin, Alkanolamin oder einen mehrwertigen Alkohol in gelöster oder dispers verteilter Form enthält (ihre Verarbeitungszeit beträgt normalerweise wenigstens 1 Monat), als Bindemittel versetzt werden. Anschließend wird üblicherweise das überschüssige Bindemittel abgetrennt (z. B. durch Absaugen oder Abpressen), die breiartige Masse in gewünschter Weise geformt und sodann bei einer Temperatur von 100 bis 250°C ge trocknet, wobei mit der Trocknung als Kondensationsreaktion eine Vereste rung oder Amidbildung einhergeht, die durch Trocknen unter Druck be günstigt wird. Die hochmolekularen Polycarbonsäuren und die mehrwertigen Alkohole, Alkanolamine und mehrwertigen Amine werden dabei vorzugsweise in solchen Mengen eingesetzt, daß die Anzahl der Säurefunktionen zur Gesamt zahl aus alkoholischen Hydroxyl- und Aminfunktionen im Verhältnis von 4 : 1 bis 1 : 4, vorzugsweise 2 : 1 bis 1 : 2 steht. Eine exakte Äquivalenz ist besonders vorteilhaft. Polymere Polycarbonsäuren, die wenigstens 5 jedoch weniger als 50 mol-%, bezogen auf die die polymeren Polycarbonsäuren konstituierenden Monomeren, an Monomeren einpolymerisiert enthalten, die eine Carboxylgruppe enthalten und die in DMF bei 25°C einen K-Wert von 50 bis 100 aufweisen, sind in der Regel unter Normalbedingungen in Wasser nicht löslich und werden deshalb als wäßrige Polymerisatdispersion eingesetzt. Diese sind in an sich bekannter Weise erhältlich, z. B. durch radikalische Emulsionspolymerisation. Desgleichen gilt üblicherweise für polymere Polyalkohole die in DMF bei 25°C einen K-Wert von 40 bis 80 aufweisen und die, bezogen auf die sie konstituierenden Monomeren, weniger als 75 mol-% an Monomeren einpolymerisiert enthalten, die eine alkoholische OH-Gruppe aufweisen.

Bezogen auf die Gesamtmasse der Formkörper beträgt der Bindemittelanteil (gerechnet als Trockenmasse) vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-%, wobei die Wasseraufnahmefähigkeit des Bindemittels im getrockneten Zustand bei weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf die Bindemitteltrockenmasse, liegt. In einer alternativen Herstellungsweise werden, beispielsweise durch Pressen der feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien, vorgeformte Formlinge mit den wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens ein mehrwertiges Amin, Alkanolamin oder einen mehrwertigen Alkohol in gelöster oder dispers verteilter Form enthaltenden wäßrigen Gemischen beschichtet, imprägniert, bedüst oder getaucht, und dann getrocknet. Auf entsprechende Art und Weise können auch Formgrundkörper, die aus natürlichen oder synthetischen feinteiligen Materialien und anderen Bindemitteln, z. B. Stärke, aufgebaut sind, veredelt werden. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Formkörper in flächiger Form hergestellt und z. B. als Deckenplatten in Feuchträumen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine reduzierte Wasseraufnahme, eine erhöhte innere Festigkeit und daraus resultierend, durch eine erhöhte Formbeständigkeit aus. Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, bei der Herstellung der aus den feinteiligen Materialien und dem wäßrigen Bindemittel zusammengesetzten Ausgangsbreis handelsübliche Flockungsmittel, z. B. Mischpolymerisate aus 70 Gew.-% Acrylamid und 30 Gew.-% Diethylaminodiethylacrylat oder wasser abstoßende Hilfsmittel wie Stearyldiketen oder Polysiloxane oder andere übliche Hilfsmittel, z. B. eine wäßrige Aluminiumsulfatlösung als Fällungs mittel, miteinzuarbeiten.

Beispiel Untersuchung verschiedener erfindungsgemäßer Formkörper F1 bis F7

a) Bestimmung der Formbeständigkeit
Durch Abschleifen der bei der Herstellung der Formkörper (die nach folgend näher beschrieben wird) dem Sieb abgewandten Seite wurden Prüfkörper hergestellt, die folgende Maße aufwiesen:
Länge 250 mm
Breite 50 mm und
Höhe 5 mm.
Die so erhaltenen Prüfkörper wurden in einem Feuchtraum bei einer Temperatur von 38°C und 99% relativer Luftfeuchtigkeit flachseitig, jeweils nur nahe den 50 mm breiten Endkanten, waagrecht aufgelegt und in ihrem geometrischen Mittelpunkt mit einem Gewicht der Masse 1 kg belastet. Nach einer bestimmten Belastungsdauer wurde im entlasteten Zustand die Durchbiegung des Prüfkörpers (Absenkung des Mittelpunktes relativ zur Ausgangsposition) gemessen.
b) Festigkeit
Prüfkörper mit den Maßen
Länge 17 cm
Breite 2 cm und
Höhe 2 cm
werden unter Normalbedingungen, jeweils nur nahe den Endkanten der Breitseite waagrecht aufgelegt und in ihrer geometrischen Mitte mit einer kontinuierlich zunehmenden Kraft belastet. Die beim Bruch anliegende Kraft ist ein Maß für die Festigkeit.
c) Reißkraft
Die Reißkraft wurde nach DIN 53 455 ermittelt.

F1: In eine Mischung aus 7 kg Wasser, 40,2 g einer handelsüblichen 30gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion eines polymeren Polyalkohols, der in polymerisierter Form aus 80 Gew.-Teilen Methylmethacrylat und 20 Gew.-Teilen Hydroxypropylacrylat aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF=50), 20,1 g einer handelsüblichen 40gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion einer polymeren Polycarbonsäure, die in polymerisierter Form aus 60 Gew.-Teilen Methylmethacrylat, 30 Gew.-Teilen n-Butylacrylat und 10 Gew.-Teilen Methacrylsäure aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF=70) und 16 g eines Polysiloxans wurden 250 g Mineralwolle eingerührt.

Anschließend wurden als Flockungsmittel 4 g einer 10gew.-%igen wäßrigen Lösung eines handelsüblichen Mischpolymerisats aus 70 Gew.-% Acrylamid und 30 Gew.-% Diethylaminodiethylacrylat zugesetzt. Danach wurden 20% des erhaltenen Breis in einem Siebkasten (Siebfläche 25 cm×5 cm) gleichmäßig verteilt und durch Anlegen eines gering fügigen Unterdruckes bei gleichzeitigem Pressen mit einer angelegten Lochplatte (25 cm×5 cm, 0,1 bar) grob entwässert, so daß eine feuchte Rohplatte mit einer Dicke von 18 mm und einem Wassergehalt von 40 bis 80 Gew.-% erhalten wurde. Diese wurde im Umlufttrockenschrank bei 180°C getrocknet.

Formbeständigkeit= 2 mm Absenkung nach 213 h

F2: Wie F1), jedoch wurde anstelle der wäßrigen Dispersion des polymeren Polyalkohols eine Lösung von 3,15 g Trimethylolpropan in 28 g Wasser eingesetzt.

Formbeständigkeit= 4 mm Absenkung nach 128 h

F3: Eine handelsübliche 16 mm dicke Mineralfaserplatte, die als Binde mittel Stärke enthielt, wurde als Formgrundkörper mit einer wäßrigen Mischung aus 500 g einer handelsüblichen 30gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion einer polymeren Polycarbonsäure, die in polymerisierter Form aus 70 Gew.-Teilen Methylmethacrylat und 30 Gew.-Teilen Methacrylsäure aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF=70), und 500 g einer handelsüblichen 30gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion eines polymeren Polyalkohols, der in polymeri sierter Form aus 80 Gew.-Teilen Methylmethacrylat und 20 Gew.-Teilen Hydroxypropylacrylat aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF=50), durch Auftrag mit dem Pinsel auf der Dekorseite beschichtet (Auftrags menge 100 g Trockenmasse/m²) und 15 min bei 150°C im Umlufttrocken schrank getrocknet. Anschließend wurde daraus ein Prüfkörper mit den Maßen,
25 mm×50 mm×16 mm
zugeschnitten und wie beschrieben auf Formbeständigkeit geprüft. Anschließend wurde der Versuch mit dem nicht beschichteten Form grundkörper wiederholt.

Formbeständigkeit= Bruch nach 24 h (unbeschichtet) 3 mm Absenkung nach 271 h (beschichtet)

F4: wie F3, jedoch wurde anstelle der wäßrigen Dispersion des polymeren Polyalkohols eine Lösung von 4,5 g Diethanolamin in 350 g Wasser eingesetzt.

Formbeständigkeit= 3 mm Absenkung nach 220 h

F5: 90 g feinteilige Holz- und Cellulosefasern, 20 g feinteilige Poly propylenfasern, 8 l Wasser, 12 g einer handelsüblichen 30gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion einer polymeren Polycarbonsäure, die in polymerisierter Form aus 80 Gew.-Teilen Methylmethacrylat und 20 Gew.- Teilen Methacrylsäure aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF= 70), und 8 g einer handelsüblichen 30gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion eines polymeren Polyalkohols, der in polymerisierter Form aus 90 Gew.- Teilen Methylmethacrylat und 10 Gew.-Teilen Hydroxypropylacrylat auf gebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF=50), wurden zu einem Faserbrei vermengt, in welchen zusätzlich 25 g einer 10gew.-%igen wäßrigen Aluminiumsulfatlösung und 4 g eines handelsüblichen Mischpolymerisats aus 70 Gew.-% Acrylamid und 30 Gew.-% Diethylaminodiethylacrylat eingerührt wurden. Danach wurde die Masse in einem Siebkasten (25 cm×25 cm) gleichmäßig verteilt und, wie bei F1 beschrieben, grob ent wässert. Die so erhaltene Rohplatte wurde zusätzlich in einem Mikro wellenherd auf einen Restwassergehalt von 15 Gew.-% vorgetrocknet. Anschließend wurde in einer beheizten Presse bei 20°C unter einem Druck von 50 kp/cm² endgetrocknet. Die Preßdauer betrug 30 s.

Reißkraft: 11,5 N/mm²

F6: Wie F5, jedoch wurde anstelle der wäßrigen Dispersion des polymeren Polyalkohols eine Lösung von 0,1 g Triethanolamin in 6 g Wasser ein gesetzt.

Reißkraft: 8,5 N/mm²

F7: 50 g feinteilige Holzfasern wurden mit 19 g einer 8gew.-%igen wäßrigen Emulsion von Stearyldiketen verrührt und anschließend bei 120°C 15 min getrocknet. Anschließend wurde eine Mischung aus 4 g einer handelsüblichen 40gew.-%igen wäßrigen Polymerisatdispersion einer polymeren Polycarbonsäure, die in polymerisierter Form aus 60 Gew.-Teilen Methylmethacrylat, 30 Gew.-Teilen n-Butylacrylat und 10 Gew.-Teilen Methacrylsäure aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF= 70) und 2 g einer handelsüblichen 30gew.-%igen wäßrigen Poly merisatdispersion eines polymeren Polyalkohols, der in polymerisierter Form aus 90 Gew.-Teilen Methylmethacrylat und 10 Gew.-Teilen Hydroxy propylacrylat aufgebaut war (K-Wert bei 25°C in DMF=50), eingerührt. Danach wurde wieder bei 120°C 15 min getrocknet und die Masse in einer Form (20 cm×20 cm) bei 220°C und 50 kp/cm² 90 s in einer beheizten Presse gepreßt. Es wurden Faserplatten einer Größe von 4 mm erhalten.

Reißkraft: 10 N/mm².

Claims

1. Formkörper, die als Hauptbestandteile feinteilige natürliche oder synthetische Materialien sowie Kondensationsprodukte aus hochmole kularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen, Alkanolaminen oder mehrwertigen Aminen enthalten.

2. Formkörper nach Anspruch 1, die, bezogen auf das Gesamtgewicht, 0,5 bis 15 Gew.-% an Kondensationsprodukten aus hochmolekularen Poly carbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen, Alkanolaminen oder mehr wertigen Aminen enthalten.

3. Formkörper nach den Ansprüchen 1 oder 2, die solche Kondensations produkte enthalten, bei deren Kondensationsreaktion die hochmole kularen Polycarbonsäuren und die mehrwertigen Alkohole, Alkanolamine oder mehrwertigen Amine in solchen Mengen eingesetzt werden, daß die Anzahl der Säurefunktion der Gesamtzahl aus alkoholischen Hydroxyl- und Aminfunktionen äquivalent ist.

4. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, die Kondensationsprodukte von polymeren Polycarbonsäuren enthalten, die wenigstens 5 jedoch weniger als 50 mol-%, bezogen auf die die polymeren Polycarbonsäuren konstitu ierenden Monomeren, an Monomeren einpolymerisiert enthalten, die eine Carboxylgruppe enthalten und die in Dimethylformamid bei 25°C einen K-Wert von 50 bis 100 aufweisen.

5. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, die Kondensationsprodukte aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und polymeren Polyalkoholen, deren K-Wert bei 25°C in Dimethylformamid 40 bis 80 beträgt, aufweisen.

6. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, die Kondensationsprodukte aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und Trimethylolpropan, Glycerin, 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4, Diethanolamin, Triethanolamin, Ethylen diamin oder Tetramethylendiamin enthalten.

7. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien zunächst durch mechanisches Mischen mit einem wäßrigen Gemisch, das wenigstens eine hochmolekulare Polycarbon säure und wenigstens ein mehrwertiges Amin, Alkanolamin oder einen mehrwertigen Alkohol in gelöster oder dispers verteilter Form enthält, als Bindemittel versetzt, anschließend das überschüssige Bindemittel abtrennt, die breiartige Masse in gewünschter Weise formt und sie dann bei einer Temperatur von 100 bis 250°C trocknet.

8. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Pressen von feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien vorgeformte Formlinge mit einem wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens ein mehrwertiges Amin, Alkanolamin oder einen mehrwertigen Alkohol in gelöster oder dispers verteilter Form enthaltenden wäßrigen Gemisch beschichtet, imprägniert, bedüst oder getaucht und dann bei 100 bis 250°C getrocknet werden.

9. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Formgrundkörper, die aus natürlichen oder synthetischen feinteiligen Materialien und Bindemitteln aufgebaut sind, mit einem wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens ein mehrwertiges Amin, Alkanolamin oder einen mehrwertigen Alkohol in gelöster oder dispers verteilter Form enthaltenden wäßrigen Gemisch beschichtet, imprägniert, bedüst oder getaucht und dann bei 100 bis 250°C getrocknet werden.

10. Verwendung von flächigen Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 als Deckenplatten in Feuchträumen.