DE4101884C2 - Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffbeschichtungen oder zur Flächenverklebung von Materialien und dessen Anwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaum­ stoff-Beschichtungen oder zur Flächenverklebung von Materialien durch Flächenauftrag einer auf Silikon-Basis gebildeten Zweikom­ ponenten-Schaumstoffreaktionsmasse, die bei Raumtemperatur zu einem feinporigen, weichen oder weichelastischen Schaumstoff ausreagiert, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Neben den weitverbreiteten Polyurethanschaumstoffen sind in der Technik auch Silikonschäume seit langem bekannt. Aus der älte­ ren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 39 29 081 A1 ist es bekannt, Silikonschäume in der Weise herzustellen, daß eine Silikonmasse, bestehend aus einem Silikon-Polymer mit mindestens zwei Doppelbindungen im Molekül (insbesondere Vinyl­ gruppen), aus einem organischen Edelmetall-Katalysator, insbe­ sondere einem hochaktiven Platinkomplex, und gegebenenfalls aus sonstigen Zusätzen, wie Füll-, Verstärkungs-, Verdickungsmittel, Farbstoffe, Haftverbesserungsmittel, Alterungsschutzmittel u. dgl. unter Verwendung von Wasserstoffsiloxan (SiH) als Ver­ netzerkomponente zur Aufschäumung gebracht wird. Damit bei die­ sem Verfahren die Verschäumung ohne Wärmezufuhr bei Raumtempe­ ratur erfolgen kann, wird der im Wasserstoffsiloxan gebundene Wasserstoff durch Wasserzugabe freigesetzt und als Treibmittel für die Verschäumung nutzbar gemacht. Um den Treibeffekt durch Wasserzugabe zu bewirken, wird der Silikonmasse bzw. dem Reak­ tionsgemisch Wasser in einer Menge von mindestens 0,05 Gew.-% bezogen auf die Menge an Silikon-Polymer zugesetzt. Der Zusatz von Wasser soll die Aufschäumung auslösen und die SiH-Gruppen praktisch vollständig zur Reaktion bringen. In der älteren Anmeldung DE 39 29 081 A1 wurde dabei insbesondere ein kosten­ günstiges Niederdruck-Freischäumungsverfahren, d. h. ein druck­ loses Verfahren angestrebt. Ferner findet sich in der älteren Anmeldung ein Hinweis, daß der dort beschriebene Silikonschaum auch mit Hilfe bekannter Auftragsverfahren wie Sprüh-, Spritz-, Roll- oder Gießverfahren auf ein Substrat aufgetragen werden kann.

Aus einem anderen bekannten Verfahren werden Silikonschäume auf der Basis von platinkatalysierten und in der Wärme härtbaren Organopolysiloxanmassen hergestellt, wobei die vernetzungsfähige Masse, gegebenenfalls im Gemisch mit inerten Treibmitteln mit einer hydroxylgruppenhaltigen Substanz bei erhöhten Temperatu­ ren, also unter Wärmezufuhr verschäumt wird (DE 34 43 677 A1). Das Verfahren beruht auf der Feststellung, daß platinkatalysier­ te Additionssysteme, die vinylhaltige Siloxane, gegebenenfalls hydrophobierte Füllstoffe und spezielle Hydrogensiloxane enthal­ ten, mit hydroxylgruppenhaltigen Substanzen, wie Alkoholen und/oder Wasser, physikalisch geschäumt werden können. Die Ver­ schäumung erfolgt hier bei Temperaturen zwischen 50° und 150°C. Eine Verschäumung unterhalb dieser Temperatur oder sogar im Be­ reich der Raumtemperatur würde hier zu keiner zufriedenstellen­ den Schaumqualität führen, zumal bei Raumtemperaturen die addi­ tionsvernetzenden, wassergetriebenen Silikonschäume nur äußerst langsam reagieren.

Aufgabe der Erfindung ist es vornehmlich, ein technisch einfach zu beherrschendes Verfahren anzugeben, mit dem sich eine Zwei­ komponenten-Schaumstoffreaktionsmasse zum Zwecke der Flächenbe­ schichtung und/oder der Flächenverklebung von Materialien flä­ chig auf ein Substrat bzw. einen Träger od. dgl. aufbringen und auf dieser auch ohne Wärmezufuhr, also bei Raumtemperatur zu einem hochwertigen Silikon-Weichschaumstoff mit homogener mikro­ poröser Zellstruktur zur Aufschäumung und Vernetzung bringen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Zwei­ komponenten-Schaumstoffreaktionsmasse eine solche auf Silikon­ basis eingesetzt wird, deren eine Komponente (A) ein Silikon­ polymer mit mindestens zwei Doppelbindungen im Molekül sowie einen Edelmetallkatalysator enthält, während für die andere Kom­ ponente (Vernetzerkomponente B) Wasserstoffsiloxan verwendet wird, wobei die Komponenten (A und B) in einem Mischkopf (1) zu einem Reaktionsgemisch mit den Maßgaben zusammengefügt werden, daß dem Reaktionsgemisch Wasser in einer Menge von mindestens 0,05 Gew.-% bezogen auf die Menge an Silikon-Polymer zugesetzt wird, daß das Reaktionsgemisch mit Druckgas als die Aufschäumung auslösendem und unterstützendem Treibmittel versetzt wird und daß unter Verwendung von Druckgas, vorzugsweise Druckluft, als Zerstäubungsmittel das Reaktionsgemisch unter Bildung einer zu­ sammenhängenden Auftragsschicht aus einer Spritzdüse (5) des Mischkopfes (1) im Spritzverfahren ausgespritzt und aufgebracht wird.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit dieser technisch einfachen und problemlos durchzuführenden Verfahrensweise Silikonschaum­ stoffbeschichtungen hoher Qualität ohne Wärmezufuhr, also un­ ter Raumtemperaturen im Bereich von 15° bis 25°C herstellen lassen, sofern die Verarbeitung mittels einer Spritzeinrich­ tung erfolgt, in der die genannten Komponenten zusammengeführt, gemischt und das Gemisch mit Hilfe des Druckgases aus der Spritzdüse fein zerstäubt ausgespritzt und aufgetragen wird. Das dem Gemisch der Komponenten zugeführte Druckgas hat einen die Aufschäumung auslösenden und unterstützenden Treib- bzw. Nukleierungseffekt, so daß auch dann, wenn das Aufschäumen und Vernetzen unter Raumtemperatur erfolgt, ein hochwertiger Silikonschaum von äußerster Feinporigkeit und Porengleichheit entsteht. Zugleich wird mit Hilfe des Druckgases das Gemisch zerstäubt und flächig auf das Substrat od. dgl. aufgebracht, wo es unter Aufschäumung ausreagiert. Die Mikrofeinstverteilung des Druckgases in dem Schaumstoffreaktionsgemisch führt im Er­ gebnis zu einer Qualität des Silikonschaumstoffs, die hinsicht­ lich der mikrofeinen Zellstruktur bei gleichmäßiger Form und Größe der Zellen selbst höchsten Anforderungen genügt. Dabei läßt sich mit dem erfindunsgemäßen Verfahren ein Silikon-Weich­ schaumstoff von äußerst niedriger Rohdichte, die unter 0,2 g/cm liegen kann, herstellen.

Die vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften des Silikonschaum­ stoffs ergeben sich einerseits aus der Verarbeitungstechnik, d. h. aus der Spritzverarbeitung unter Verwendung von Druckgas bzw. Druckluft als Treib- und Zerstäubungsmittel, und anderer­ seits aus dem zum Einsatz kommenden System der aufschäumbaren Silikonmasse. Die Zugabe von mindestens 0,05 Gew.-% Wasser, be­ zogen auf die Menge an Silikonpolymer, führt dazu, daß beim Ausschäumen der Silikonmasse das Wasserstoffsiloxan praktisch vollständig zur Reaktion gebracht wird, so daß sich ein hoher Wasserstoff-Treibeffekt einstellt und die Nachreaktion mit schädlichen Auswirkungen auf die Qualität des Silikonschaum­ stoffs vermieden wird. Die Erhöhung des Treibeffektes bietet dabei die Möglichkeit, die Wasserstoffsiloxan-Konzentration in der Silikonmasse zu reduzieren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich bei Raumtemperatur eine praktisch kleb­ freie Verfestigung des Silikonschaumes schon nach nur wenigen Minuten erreichen. Die eingesetzte Silikonmasse ist frei von organischen Lösungsmitteln. Durch die Wasserzugabe und den damit bewirkten zusätzlichen Treibeffekt erreicht der Schaum eine Volumengröße, die, falls erwünscht, bis an die Grenze der Dehnfähigkeit der Silikon-Polymere (300 bis 600%) reichen kann. Der Wassergehalt bestimmt demgemäß den Weichheitsgrad des Silikonschaumstoffs, wobei dieser mit zunehmendem Wasser­ gehalt weicher wird. Ein Silikon-Weichschaum guter Qualität kann mit 0,2 bis 2 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Menge an Silikonpolymer, hergestellt werden. Die obere Grenze des Wassergehaltes liegt im allgemeinen bei 10 Gew.-%.

Wie erwähnt, besteht die erfindungsgemäß verarbeitete Silikon­ masse aus einem additionsvernetzenden Silikon-Polymer, einem hochaktiven Edelmetallkatalysator, insbesondere einem Platin­ katalysator, sowie gegebenenfalls den üblichen Zusatzstoffen, wobei als Vernetzerkomponente Hydrogensiloxan und Wasser als zusätzliches Vernetzungs- und Treibmittel zugesetzt werden.

Als Zusatzstoffe kommen vor allem in Betracht (einzeln oder in Kombination): Füll-, Verstärkungs- und Verdickungsmittel, Pigmente, Haftverbesserungsmittel und Mittel zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Silikonschaums, Alterungsschutzmittel u. dgl. Vorzugsweise wird der Silikonmasse ein mineralisches Füllmittel, wie vor allem Quarzmehl, zugesetzt, z. B. in einem Anteil von etwa 10 bis 50 Gew.-%. Als Verstärkungsmittel lassen sich auch organische oder anorganische Fasern, als Pigmente z. B. Ruß, einsetzen. Als Haftverbesserungsmittel, die die Haftung des Silikonschaums am Untergrund verbessern, sind z. B. Silane einsetzbar, als Alterungsschutzmittel z. B. Eisen- der Titan­ oxide. Im Silikonpolymer gelöstes Vinylsiloxanharz bewirkt eine günstige Verstärkung des Schaumstoffzellgerüstes.

Die zu verspritzende Silikonmasse weist eine Viskosität unter 50000 mPa.s auf, wobei die Viskosität im Bereich von 100 bis 50000 mPa.s liegen kann.

Im Folgenden wird als Beispiel eine Rezeptur für eine Silikon­ masse angegeben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ver­ arbeitet wird.

Die Zweikomponenten-Schaumstoffreaktionsmasse umfaßt die Kompo­ nente A bestehend aus einem Gemisch von
100 g Silikon-Polymer mit mindestens zwei Doppelbindungen im Molekül, vorzugsweise Vinylgruppen, gegebenenfalls mit darin gelöstem Vinylsiloxanharz
0,2 g Edelmetallkatalysator (hochaktiver organischer Platinkom­ plex)
2 g pyrogene Kieselsäure (als Verdickungs- bzw. Tixothropierungs­ mittel)
1 g Rußpigment
1 g Wasser
20 g Quarzmehl (Füllstoff)
und die Vernetzerkomponente B bestehend aus 5 g Wasserstoff­ siloxan (SiH). Die beiden Komponenten A und B werden mit Hilfe der in der Zeichnung in schematischer Vereinfachung gezeigten Spritzvorrichtung verarbeitet. Dabei kann mit besonderem Vor­ teil eine Anlage eingesetzt werden, wie sie unter der Bezeich­ nung ELDD-MIX-Kompakt (Hersteller: Firma Hilger & Kern GmbH, Mannheim) bekannt ist. Die in der Zeichnung gezeigte Spritz­ vorrichtung weist einen Mischkopf 1 auf, dem die beiden Komponenten A und B jeweils über eine Pumpe 2, vorzugsweise eine Zahnradpumpe, mit zugeordnetem Volumenzähler 3 über ein Rückschlagventil zugeführt werden. Im Inneren des Mischkopfes wird zweckmäßig ein Mischorgan, vorzugsweise eine Misch­ schnecke, angeordnet, die die beiden Komponenten A und B innig vermischt. Das Gemisch wird mit Hilfe von Druckgas, vorzugs­ weise Druckluft aus der Sprühdüse 5 des Mischkopfes ausge­ sprüht. Es besteht die Möglichkeit, das Druckgas in den Mischkopf einzuführen, so daß er sich hier mit den Kompo­ nenten A und B vermischt. Andererseits kann das Druckgas aber auch, wie bei Spritzpistolen u. dgl. bekannt, erst an der Spritzdüse 5 dem Gemisch der beiden Komponenten A und B zuge­ setzt werden. Die Druckgasführung ist bei 6 angedeutet. Die Teile 2 und 3 werden zweckmäßig schlauchlos untereinander und mit dem Mischkopf 1 verbunden. Dies kann in vorteilhafter Wei­ se dadurch geschehen, daß die Teile 2 und 3 als Plattenbautei­ le ausgeführt werden, die seitlich unmittelbar am Spritzkopf angeschlossen werden. Die schlauchlose Materialzuführung ge­ währleistet eine hohe Dosiergenauigkeit vor allem beim Start- Stop-Betrieb. Bei Stillstand kann der Mischkopf dadurch ent­ leert und gereinigt werden, daß er mit Druckluft oder einem sonstigen Druckgas, das über die Zuleitung 7 zugeführt werden kann, durchblasen wird, wodurch noch anhaftende Rückstände des Gemischs der Komponente A und B ausgeblasen werden. Im Bedarf­ fall kann auch das Mischrohr, das vorzugsweise aus Kunststoff­ material besteht, ausgewechselt werden. Die gesamte Anlage kann nach Art eines Spritzroboters rechnergesteuert mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit vollautomatisch arbeiten.

Die Zweikomponenten-Schaumstoffreaktionsmasse wird als Kleb­ stoff- oder Beschichtungsmasse auf eine Unterlage od. dgl. flächig aufgespritzt. Die Schäumung bzw. Vernetzung erfolgt innerhalb weniger Minuten schon bei Raumtemperatur. Beispiels­ weise können Textilerzeugnisse mit der Zweikomponenten-Silikon­ masse beschichtet werden oder es lassen sich Textilbahnen mit Hilfe dieser Silikonmasse flächig miteinander verkleben. Solche textilen Erzeugnisse können vielfältig Verwendung fin­ den, mit Vorteil auch in der Bekleidungsindustrie z. B. zur Herstellung von Taucheranzügen, Surferanzügen oder sonstigen Bekleidungsstücken, die aufgrund der Beschichtung mit der ge­ schäumten Silikonmasse wasserabweisend und zugleich atmungs­ aktiv sind. Es versteht sich aber, daß die Zweikomponenten- Silikonmasse auch auf ein anderes Substrat oder eine sonstige Unterlage aus Holz, Stein, Metall, Kunststoff, Fasermaterial u. dgl. aufgespritzt werden kann. Es lassen sich weiche, was­ serabweisende, gut isolierende und schalldämmende Beschich­ tungen mit hoher Temperaturbeständigkeit herstellen. Beispiels­ weise lassen sich Wände und/oder Böden mit der Silikonbeschich­ tung versehen. Auch kann diese zur Herstellung von Teppichmat­ ten u. dgl. eingesetzt werden.

Die Spritzverarbeitung der Zweikomponenten-Silikonmasse ermög­ licht, wie erwähnt, die Schaumbildung schon bei Raumtemperatur, da das dem Gemisch der Komponenten zugeführte Druckgas einen den Schäumprozeß auslösenden und unterstützenden Treibeffekt hat, der zur Bildung eines äußerst feinporigen und homogenen Silikonschaumes führt. Als Druckgas wird im allgemeinen Druck­ luft verwendet, obwohl auch andere Gase, z. B. Stickstoff, ver­ wendet werden können. Dabei wird im allgemeinen mit Drücken von etwa 2 bis 6 bar gearbeitet. Der sich bildende Silikon­ schaum ist physiologisch unbedenklich, schwer entflammbar und chemikalisch beständig. Die Zweikomponenten-Silikonmasse zeich­ net sich durch gute Klebkraft aus und kann zur Flächenverkle­ bung von Stoffen unterschiedlicher Arten verwendet werden. Der Silikonschaum kann auch als Mittel zur Isolierung gegen Kälte oder Wärme dienen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Schaumstoff-Beschichtungen oder zur Flächenverklebung von Materialien durch Flächenauftrag einer auf Silikon-Basis gebildeten Zweikomponenten-Schaumstoffreakti­ onsmasse, die bei Raumtemperatur zu einem feinporigen weichen oder weichelastischen Schaumstoff ausreagiert und deren eine Komponente (A) ein Silikonpolymer mit mindestens zwei Doppelbin­ dungen im Molekül sowie einen Edelmetallkatalysator enthält, während für die andere Komponente (Vernetzerkomponente B) Was­ serstoffsiloxan verwendet wird, wobei die Komponenten (A und B) in einem Mischkopf (1) zu einem Reaktionsgemisch mit den Maßga­ ben zusammengefügt werden, daß dem Reaktionsgemisch Wasser in einer Menge von mindestens 0,05 Gew.-% bezogen auf die Menge an Silikon-Polymer zugesetzt wird, daß das Reaktionsgemisch mit Druckgas als die Aufschäumung auslösendem und unterstützendem Treibmittel versetzt wird und daß unter Verwendung von Druckgas, vorzugsweise Druckluft, als Zerstäubungsmittel das Reaktionsge­ misch unter Bildung einer zusammenhängenden Auftragsschicht aus einer Spritzdüse (5) des Mischkopfes (1) im Spritzverfahren aus­ gespritzt und aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als spritzfähiges Reaktionsgemisch ein solches mit 0,2 bis 2,0 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Menge an Silikon-Polymer, eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Silikonmasse (Komponente A) zur Verstärkung des Schaumstoff-Zellgerüstes gelöstes Vinylsiloxanharz zugesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwei­ komponenten-Schaumstoffreaktionsmasse mit einer Viskosi­ tät von 100 bis 50000 mPa.s im Spritzverfahren verar­ beitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sili­ konmasse (Komponente A) pyrogene Kieselsäure als Ver­ dickungsmittel und/oder Quarzmehl als Füllstoff und/oder Fasermaterial enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine von organischen Lösungsmitteln freie Zweikomponenten-Sili­ konmasse eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Re­ aktionsgemisch ohne äußere Wärmezufuhr unter Raumtempe­ ratur mittels des Druckgases aufgespritzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Edelmetall-Katalysator ein hochaktiver or­ ganischer Platinkomplex verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Komponente (A) weitere Zusätze (einzeln oder in Kombination), wie z. B. Füll-, Verstärkungs-, Ver­ dickungs-, Haftverbesserungs- und Alterungsschutzmittel oder Farbpigment enthält.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Doppelbindungen im Molekül in den Vinyl­ gruppen gebildet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Komponenten (A und B) jeweils mittels einer schlauchlos am Mischkopf angebauten Pumpe über ein Ventil dem Mischkopf zugeführt werden.

12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Flächenbeschichtung oder Flächenverklebung von Textil­ bahnen, insbesondere zur Herstellung von wasserabweisenden und atmungsaktiven Bekleidungsstücken wie z. B. Tauch- und Surferanzüge.

13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von Isolierbeschichtungen an Wänden und/oder Böden.