DE4013287C2 - - Google Patents
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
- C08J9/06—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a chemical blowing agent
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von
Schäumen, d. h. zur Aufschäumung von Stoffen aller Art,
sowie zur Herstellung beliebiger Schaumprodukte.
Sowohl für industrielle und gewerbliche Zwecke als auch
im Privatbereich werden eine Vielzahl unterschiedlichster
geschäumter Produkte (Schaumstoffe aller Art, Schaumplatten
und andere geschäumte Körper aus Hart- oder
Weichschäumen, Formteile oder Halbzeuge wie Profil- und
Dichtungsmaterial) sowie auch zahlreiche Schäume verwendet,
die als thermodynamisch instabile aufgeschäumte
Flüssigkeiten oder sich verfestigende stabile Schäume
(z. B. Dichtungsmittel) genutzt werden. Die heute gebräuchlichsten
Verfahren zur Herstellung von Schäumen und
Schaumstoffprodukten verwenden als Treibmittel bzw.
Hilfstreibmittel Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).
Bei der technischen Nutzung von FCKW und auch anderen
Treibmitteln zur Schäumung wird die Phasenumwandlung
dieser Stoffe (flüssig-gasförmig) und die damit verbundene
Volumenvergrößerung ausgenutzt, die bei Normalbedingungen
oder leicht erhöhten Temperaturen auftritt. Bei
der Produktion solcher Schäume bzw. geschäumter Produkte,
deren Lagerung und Verwendung sowie bei deren Vernichtung
wird ein Teil der FCKW freigesetzt und führt somit zu einer
Belastung der Umwelt.
Beispielsweise zum Aufschäumen von zum Verzehr bestimmten
Flüssigkeiten werden zwar auch unschädliche Treibmittel
in Form von Distickstoffoxiden benutzt, diese müssen jedoch
unter starken Überdruck gesetzt und gehalten werden, so daß
sie auf eine vergleichsweise geringe Schaumbildung an der
Austrittsdüse von Druckbehältern beschränkt sind.
Insbesondere bei der Herstellung größerer Schaummengen bzw.
geschäumter Produkte werden üblicherweise zwei oder mehr
Substanzen zur chemischen Reaktion gebracht. Diese meist
exotherm verlaufenden Reaktionen liefern die Wärme zur
Phasenumwandlung des Treibmittels. Dieses muß in den zu
schäumenden Substanzen homogen verteilt sein, um eine gute
Schaumbildung zu gewährleisten. Flüssige Treibmittel, die
keine Phasenumwandlung bei den gegebenen Druck- und Tempe
raturbedingungen durchmachen, d. h. kein Gas liefern, sind
für eine Schaumbildung ungeeignet. Feste Treibmittel (z. B.
Azoverbindungen) und gasförmige Treibmittel (z. B. Kohlen
dioxid) müssen sich bei den vorgegebenen Produktionsbedin
gungen unter Abspaltung von Treibgasen zersetzen bzw. unter
Schaumbildung entlösen können. Dies hat dazu geführt, daß
in großem Maße Fluorchlorkohlenwasserstoffe angewandt
werden.
In dem Artikel "Treibmittel für Kunststoffe" von H.
Hurnik, Kunststoffe, Bd. 62, Seiten 687 bis 690, 1972,
sind unterschiedliche physikalische und chemische Treibmittel
vorgeschlagen. Unter anderem wird die Verwendung von Hydriden
als chemisches Treibmittel erwähnt, das einen exothermen
irreversiblen chemischen Zersetzungsvorgang unter
Treibgas-Abspaltung ermöglicht. Auch in einer Reihe weiterer
Schriften (DD 72 570, DE-PS 34 45 168, EP 00 67 674,
EP 02 60 843) wird die Verwendung von Hydriden in
Form stöchiometrischer Metallhydride eingegangen. Aus den
Beschreibungen der angewandten Verfahren wird deutlich,
welche Schwierigkeiten dabei zu bewältigen sind, die aggressiven
Reaktionskomponenten, die die Freisetzung des
Wasserstoffs aus den stöchiometrischen Hydriden (z. B. von
Natrium) durch Einwirkung von Säuren ermöglichen, in der
nötigen homogenen Mischung und zu einem geeigneten Zeitpunkt
zusammenzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein umweltfreundliches,
einfaches Verfahren zur Herstellung von
Schäumen und Schaumprodukten anzugeben, das unter möglichst
vielfältigen Bedingungen durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs
1 gelöst. Danach wird allein durch Temperatur
oder Druckänderung der als Treibmittel wirkende Wasserstoff
aus Hydridmaterial-Wasserstoffspeichersystemen, wie
sie in Form von Metallhydriden an sich
bekannt sind, freigesetzt. Zu Wasserstoffspeichersystemen
dieser Art zählen beispielsweise LaNi₅, CaNi₅ und FeTi-
Legierungen.
Damit sind die genannten Nachteile der Nutzung chemischer
Reaktionen zur Treibgaserzeugung, wie sie auch bei den
stöchiometrischen Metallhydriden zutreffen, vermieden.
Das Zusammenbringen von Reaktionskomponenten entfällt.
Ferner ist im Gegensatz zu den chemischen Reaktionen auch
kein Wasser erforderlich. Dies bringt allgemein und insbesondere
z. B. für die Schaumglasbildung erhebliche Vorteile.
Zudem ist die Wasserstoffaufnahme in den genannten
im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Wasserstoffspeichersystemen
weitestgehend reversibel. Hingegen stellen die chemischen
Verfahren irreversible Zersetzungsvorgänge dar.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schaumbildung
gegenüber den chemischen Reaktionen durch die Druck- und
Temperaturänderung steuerbar.
Ferner stellt Wasserstoff, der in einem Hydridmaterial
gespeichert ist und nach Freisetzen aus diesem Material
als blasenbildendes Treibmittel wirkt, ein unschädliches
Mittel dar. Weiterhin ist durch die Vielzahl der zur Verfügung
stehenden, den Wasserstoff unter unterschiedlichsten
Druck- und Temperaturbedingungen wieder abgebenden
Metallhydride ein breites Anwendungsspektrum möglich.
Die Temperaturerhöhungen für die Freisetzung des Wasserstoffs
zur Blasenbildung in den Schäumen und geschäumten
Produkten sind durch Auswahl der Hydridmaterialien entsprechend
auf die Reaktionsgegebenheiten abstimmbar und
auf vielfältige Weise aufbringbar.
Bei Hydridmaterialien, die Wasserstoff bereits bei Zimmertemperatur
freisetzen, wird das zur Schaumbildung verwendete
Produkt druckentlastet. Mit anderen Worten wird
der Druck, dem das Hydridmaterial ausgesetzt wird, unter
dessen Gleichgewichtspartialdruck bei der vorhandenen
Temperatur abgesenkt. Daneben sind gleichzeitige Druckentlastung
und Temperaturerhöhung möglich. Vorzugsweise
wird die Wärme in Form von Umgebungswärme zugeführt. Ferner
ist es auch möglich, eine mit dem Hydridmaterial gemischte,
zu schäumende Substanz zu wählen, die an Luft
exotherm reagiert, und diese Substanz mit dem Metallhydrid
aus einem Behälter freizusetzen, wobei die in der
Luft entstehende Reaktionswärme wiederum zur Freigabe des
blasenbildenden Wasserstoffs aus dem Hydrid führt. Der
Vorteil eines solchen Verfahrens und des erfindungsgemäßen
Verfahrens gegenüber den bekannten chemischen Verfahren
allgemein besteht auch darin, daß keine Wärme
auftritt, so daß es möglich ist, "kalten Schaum" herzustellen.
Obwohl zur eigentlichen Freisetzung des Wasserstoffs
keine chemische Reaktion erforderlich ist, können bei
Normaldruck zur Schaumbildung vorgesehene Substanzen zur
exothermen Reaktion gebracht werden und die bei dieser
Reaktion entstehende Wärme dazu ausgenutzt werden, den
Wasserstoff aus dem Hydridmaterial freizusetzen, das
selbst an der Reaktion nicht teilnimmt. Auch auf diese
Weise sind beliebige Schaummengen und geschäumte Produkte
einfach herstellbar.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt ist darin zu sehen,
daß bei Anwendung der Druckentlastung der zur Aufschäumung
ausgenutzte Wasserstoff gleichzeitig zum Austreiben
der schaumbildenden Materialien aus einem Druckbehälter
verwendbar ist.
Metallhydride sind aus den folgenden Gründen als Speicher
für den freizusetzenden Wasserstoff besonders geeignet.
In ihnen ist der Wasserstoff so dicht gepackt, daß in
einer Raumeinheit Metallhydrid mehr Wasserstoff enthalten
ist als in flüssigem Wasserstoff. Somit ist im Vergleich
zu den bislang zumeist verwendeten flüssigen Treibmitteln
eine besonders effektive Volumenvergrößerung erzielbar.
Es tritt, wie auch bei den Treibmitteln auf FCKW-Basis,
eine Phasenumwandlung auf. In diesem Fall verläuft diese
jedoch nicht von flüssig nach gasförmig, sondern aus dem
gebundenen Zustand des fest in den Metallen gelösten und im
Metallgitter eingelagerten Wasserstoffs nach gasförmig ab.
Metallhydride lassen sich zudem einfach herstellen. Pulver
mit Korngrößen von 5 µm und weniger lassen sich durch
bekannte Verfahren leicht erzeugen. Darüberhinaus kann die
Pulverisierung jedoch auch durch einen zyklischen Be- und
Entladevorgang des Metallhydrids mit Wasserstoff einfach
erzielt werden. Das feine Metallpulver ist homogen in den
zur Schaumbildung verwendeten Substanzen verteilbar und mit
diesen mischbar. Somit wird eine gleichmäßige und einheit
liche Porengröße im Schaum bzw. Schaumprodukt gewährlei
stet. Die benötigte Metallhydridmenge zur Herstellung von
Schaumprodukten entspricht in etwa der Menge an FCKW, die
bisher benötigt wurde. Somit wirken die im Schaumprodukt
zurückbleibenden Metallhydride sich nicht störend aus.
Als weitere vorteilhafte Wirkung kommt hinzu, daß es durch
die jeweilige Wahl der Legierungselemente der Metallhydride
möglich ist, abhängig von der Reaktionstemperatur bzw.
Umgebungstemperatur den gewünschten Druck, unter dem der
Wasserstoff freigesetzt werden soll, vorzugeben. So kann
gezielt die Bildung kleiner Blasen bei höherem Druck und
größerer Blasen bei geringerem Druck hervorgerufen werden,
indem Legierungselemente gewählt werden, die bei bestimmten
Temperaturen zum gewünschten Wasserstoffpartialdruck
führen. Hierbei ist auch von Vorteil, daß Metallhydride mit
beträchtlichen Wasserstoffpartialdrücken existieren.
Ferner ist Wasserstoff ein Gas, das sehr gute Diffusions
eigenschaften besitzt. Als weiterer Vorteil läßt sich
daher erfindungsgemäß nutzen, daß der Wasserstoff sehr schnell
aus den im Schaum bzw. den geschäumten Produkten entstan
denen Hohlräumen ausdiffundiert. Entsprechend der Permeabi
lität des Schaumes bzw. der geschäumten Produkte entstehen
dabei Hohlräume mit sehr geringen Wasserstoffanteilen.
Dadurch werden Schäume mit einer schlechten Wärmeleitfähig
keit, d. h. gute Isolatoren gebildet. Dieser Aspekt ist
insofern von Bedeutung, als zahlreiche geschäumte Produkte
für Isolationszwecke verwendet werden.
Der ausdiffundierende Wasserstoff läßt sich ohne weiteres
durch geeignete katalytische Rekombinatoren beseitigen.
Hierzu könnten z. B. netzartige Metallgebilde um die
Schaumstoffprodukte herum angeordnet werden. Ferner kann
der Wasserstoff auch abgesaugt werden.
Neben der Möglichkeit, das Hydridmaterial vorab mit den zu
schäumenden Substanzen zu mischen, kann das Hydridmaterial
auch zunächst separat gespeichert werden und erst bei der
Schaumherstellung beigemischt werden. Dies kann geschehen,
indem die Substanzen während der Beimischung zu einem
stabilen Schaum aufgeschlagen werden. Die Freigabe des Was
serstoffs kann hierbei sowohl durch Wärme als auch durch
Druckentlastung herbeigeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schaumbildung kann
gemäß den folgenden Erläuterungen zur Herstellung der
unterschiedlichsten Schäume und Schaumprodukte angewendet
werden.
Eine Anwendung besteht in der entsprechenden Verschäumung
von geschmolzenen Thermoplasten sowie Duromeren und allen
möglichen weiteren Kunststoffen zur Herstellung von
Schaumkunststoffen. Auch kann das Verfahren zur Herstellung
von Strukturschäumen z. B. durch Spritzgießen oder Strangpressen benutzt
werden. Insbesondere bei der Herstellung von Polyurethan
schaumstoffen, bei der bislang praktisch ausschließlich
FCKW verwendet werden, können diese ohne weiteres durch das
erfindungsgemäße Treibmittel ersetzt werden. Wegen der in
weitem Maße durch die Wahl der Hydride vorgebbaren
Phasenumwandlungsbedingungen sind bekannte Verarbeitungen
der erfindungsgemäß mit dem Hydridmaterial gemischten Kom
ponenten in Gießmaschinen und Spritzpistolen möglich.
Ferner ist die Anwendung bei der Schaumgummiherstellung
möglich. Auch ist die Aufschäumung von Polystyrolpartikeln
denkbar.
Da die erfindungsgemäße Freisetzung des Treibmittels
wegen der Vielzahl der bereits jetzt zur Verfügung stehenden
Hydridmaterialien nicht auf bestimmte Druck- und Tempera
turbedingungen festgelegt ist, sind somit alle möglichen
bekannten Verfahren zur Herstellung sowohl von Hart- als
auch Weichschaumstoffen möglich.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
von Schäumen für die Aufblähung von Beton zu Schaumbeton
eingesetzt werden. Auch der Einsatz von Hydridpulver als
gasbildendes Pulver für die Schaumglasbildung ist denkbar.
Werden die Reaktionskomponenten der Schaumbildner und das
Hydridmaterial zusammen in einem Druckbehälter unterge
bracht, läßt sich der aus dem Hydrid austretende Wasser
stoff zusätzlich als Austreibungsmittel nutzen. Dies ist
z. B. bei der Herstellung von Dichtungsschäumen zur Füllung
von Hohlräumen von Vorteil.
Neben den hinlänglich bekannten Metallhydriden intermetal
lischer Verbindungen bzw. metallartigen Hydriden der Über
gangsmetalle, deren Eigenschaften z. B. als Wasserstoffspei
chersysteme (LaNi5, CaNi5, FeTi usw.) und aus Leitfähig
keituntersuchungen hinlänglich bekannt sind, sind auch
nichtmetallische Hydride möglich, sofern sie den Wasser
stoff unter bestimmten Bedingungen speichern und wieder
abgeben.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Schäumen und Schaumprodukten
unter Verwendung von Hydriden als Treibmittel,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bei der Herstellung der Schäume und Schaumprodukte
verwendete Treibmittel in Hydriden gespeicherter
Wasserstoff ist, der durch eine Erwärmung des Hydrids
und/oder eine Erniedrigung des Drucks, dem das Hydrid
ausgesetzt wird, freigesetzt wird und die notwendige
blasenbildende Volumenvergrößerung herbeiführt.
2. Verfahren zur Herstellung von Schäumen und Schaumprodukten
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Hydridmaterial Metallhydridmaterialien, vorzugsweise
in Pulverform eingesetzt werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Schäumen und Schaumprodukten
nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Wasserstoffspeichersysteme
LaNi₅, CaNi₅, oder FeTi
eingesetzt werden.
4. Verfahren zur Herstellung von Schäumen und Schaumprodukten
nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hydridmaterial mit den Substanzen des zu bildenden
Schaums bzw. Schaumprodukts homogen vermischt
wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Schäumen und Schaumprodukten
nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zunächst getrennt von den Substanzen des zu
bildenden Schaums bzw. Schaumprodukts gespeicherte
Hydridmaterial diesen Substanzen erst bei der Schaumerzeugung
beigemischt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904013287 DE4013287A1 (de) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | Treibmittel zur herstellung von schaeumen und geschaeumten produkten |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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Country | Link |
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DE (1) | DE4013287A1 (de) |
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1990
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Also Published As
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