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Verfahren zur Herstellung von Schaumisoliermassen w Poröse Massen
auf Kunstharzbasis sind schon für verschiedene Zwecke vorgeschlagen worden. Als
Isolierstoffe für Kälte, Wärme oder Schall werden beispielsweise Schaummassen von
sehr geringem Raumgewicht (D = etwa o,oi bis o,i) auf der Basis von Phenol- und
insbesondere von -#Harnstoffharzen verwendet. Diese%Massen besitzen den Nachteil
einer zu geringen mechanischen Festigkeit, mangelnder Volumbeständigkeit und einerloch
zu geringen Wasserbeständigkeit. Für Wärmeisolierungen, wie Isolierungen von Dampfleitungen,
ist ihre mangelnde Wärmebeständigkeit störend.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Mängel durch Verwendung der an sich
bekannten Melaminharze an Stelle der Phenol- oder Harnstoffharze behoben werden
können. Die neuen Schaummassen-besitzen, entsprechend den Eigenschaften der Melaminharze,
verbesserte Beständigkeit gegenüber heißem Wasser und erhöhte Wärmebeständigkeit.
Die Melaminharzschaummassen weisen gegenüber den bisher bekannten
Schaummassen
noch weitere Verbesserungen auf, die für ihre Verwendbarkeit in der Isoliertechnik
von großer Bedeutung sind und in so hohem Grade durchaus nicht zu erwarten waren.
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So ist die Volumenbeständigkeit ungefähr doppelt, die mechanische
Festigkeit doppelt bis mehrfach so groß wie diejenige der Harnstoffharzschaummassen,
und die- Kochwasserbeständigkeit ist ebenfalls bedeutend. Diese Verbesserung geht
über das auf Grund der Eigenschaften der Melaminharze zu erwartende Maß hinaus und
ist überraschend.
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Die neuen Schaumisoliermassen zeigen außerdem noch eine doppelt so
große Beständigkeit gegen Wasserdampfabsorption wie die Harnstöffharzschaummassen.
Dieser Effekt ist für Melaminharzschaummassen unerwartet und neu. Preßlinge aus
Melaminharzpreßmassen zeigen kaum geringere Adsorptionsfähigkeit für kaltes Wasser
als solche aus Harnstoffharzpreßmassen. Die Wasserabsorption für unter Mitverwendung
von Alphacellulose als Füller hergestellte Preßstücke aus Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat
beträgt o,5 bis o,7 0/0, für solche aus Melamin-Formaldehyd-Kondensat
0,3 bis o,6 0/0. Der Unterschied ist so gering, daß damit die große Beständigkeit
gegen Wasserdampfabsorption nicht erklärt werden kann.
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Diese 'überraschende Verbesserung der Schaummassen ermöglicht es,
die Anwendungsgebiete der bekannten Harnstoffschaummassen wesentlich besser zu erschließen.
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Die- Herstellung der Melaminharzschaummassen kann nach den verschiedensten
an sich bekannten Methoden erfolgen, von denen das Verschäumen von wäßrigen oder
wäßrig-alkoholischen Melaminharzlösungen, welche vorteilhaft Härtungsmittel und/oder
Schaummittel enthalten, besonders geeignet ist. Es gelingt damit auch leicht, Schäume
von sehr geringen Dichten, z. B. von 0,03 bis o,oi5 herzustellen.
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Als Melaminharze kommen vor allem die in der französischen Patentschrift
811804 beschriebenen Harze in Frage, als Härtungsmittel saure Substanzen und als
Schaummittel oberflächenaktive natürliche oder synthetische Substanzen, welche ähnlich
wie Saponin mit Wasser stabile Schäume liefern.
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Die Herstellung der Schäume gestaltet sich am einfachsten in der Weise,
daß eine wäßrige oder wäßrig-alkohohsche Melaminharzlösung in Gegenwart von Härtungsmittel
und Schaummittel, z. B. mittels schnell laufender Rührer, verschäumt wird. Dabei
vergrößert sich durch das Einrühren von Luft oder von Gas das Volumen der Lösung
auf das Vielfache, z. B. auf das 40fache des Volumens der wäßrigen Lösung. Das Verschäumen
kann aber auch nach anderen Methoden erfolgen. Der Schaum wird in Formen gefüllt;
stehengelassen, nachgetrocknet und gewünschtenfalls nachgehärtet. Um Rißbildungen
zu vermeiden, muß das Trocknen in zweckmäßiger Weise erfolgen. Man trocknet beispielsweise
langsam oder unter Anwendung einer feuchten Atmosphäre, damit die inneren Partien
das Wasser abgeben können, bevor die äußeren so schwinden, daß Risse entstehen.
Man erhält weiße, äußerst leichte, aber im Verhältnis zu ihrer Dichte mechanisch
überraschend feste Schaummassen. Sie können, wenn erwünscht, im Verlaufe ihrer Herstellung
oder nachträglich gefärbt werden. Ebenso können gewünschtenfalls Füllstoffe verschiedenster
Art zugesetzt werden, z. B. Korkmehl oder -grieß, Glasfasern, Papierpülpe, Asbestfasern
oder Diatomeenerde. Die erfindungsgemäßen Schaummassen können für Isolierzwecke
in der Bauindustrie, als Wärmeisolierung, als Isolierung für Kühlschränke, Kühlhäuser
usw., als Schallisolierungen für Deckenverkleidungen u. dgl. Verwendung finden.
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Die folgenden Ausführungen zeigen die wichtigsten Eigenschaften der
neuen Schaummassen im Vergleich zu den bekannten Schaummassen auf Harnstoffharzbasis.
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Für einen Isolierwerkstoff ist sein Verhalten gegenüber der wechselnden
Luftfeuchtigkeit von sehr großer Wichtigkeit, da dieses Verhalten für allfällige
Spalten- und Rißbildung durch zu großes Wachsen und Schwinden sowie für eine allfällige
Verschlechterung der Isolationswirkung durch übergroße Absorption der Luftfeuchtigkeit
verantwortlich ist. Um diese Verhältnisse darzulegen, würden die Vergleichsmaterialien,
Schaummasse auf Harnstoff- und Melaminharzbasis, in Form von Platten von etwa i
bis 2 cm Dicke je 24 Stunden bei Zimmertemperatur abwechslungsweise einer Luftatmosphäre
von ioo 0% Feuchtigkeit und einer solchen von 1o % Feuchtigkeit ausgesetzt. .In
den folgenden Tabellen A und B sind die Ergebnisse für Harnstoffharzschaummasse
(D = o,oi5) und Melaminharzschaummassen
(D = 0,o16 und
D = 0,023)
zusammengestellt
| A. Volumbeständigkeit |
| (Wachsen und Schwinden in Prozenten der ursprünglichen Länge) |
| Harnstoffharzschaum Melaminharzschaum |
| Probe x Probe 2 |
| Probe z Probe 2 |
| Luftfeuchtigkeit je 24 Stunden |
| bei ioo 0/0 ....... . . . . . . . . . . . + o,9,850/,
- + 0,42% + 0,55% |
| 1o 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -_1,23 0/0 -o,76
0/0 -0,830/0 -0,8311/0 |
| i00 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 1,73 % + 1,725
°/o + 0,84% + 0,78()/o |
| 1o % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -1,7o % -1,41
0/0 -o,83 % -o,66()/, |
| ioo % . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 1,73 0/0 + 1,44
0%o +' 084 % + 0,67 0/0 |
| 10 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . ..
-. . - - 2,07 % - -0,77% |
| Mittlere Längenänderung (ohne i. Wert) ..... 1 1,6 0/0
1 1,66 % I 0,839, 1 0,74% |
| B. Wasserdampfabsorption |
| (Gewichtsänderungen durch Wasseraufnahme und -abgabe in Prozenten
des ursprünglichen Gewichts) |
| Harnstoffharzschaum Melaminharzschaum |
| Probe x Probe 2 |
| Probe r I Probe 2 |
| Luftfeuchtigkeit je 24 Stunden |
| . bei loo 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +
2x350/0 - + 3,5 0/0 +3,0 0/0 |
| 100/ 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -4,90% -2,150/(,
-3,8 0/0 -3,9 0/0 |
| i000/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 7,35% +
5,45% + 3,5 0/0 + 3,85 % |
| 1o 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -7,450/(,
-5,200/0 -3,83()f, - 3,5 0/0 |
| 100 0/0 ... . . . . . . . . . . . . . . . . . + 6,8o
0/0 + 6,8o0/0 -- +3,4 0l0 |
| i00/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - 7,35)/o
- -3,6 0/0 |
| i000/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . - - - j + 3,2 % |
| Mittlere Gewichtsänderung (ohne 1. Wert) .... I
6,620/0 I 6,21% I 3,71 0/0 3,57()/o |
Für die Brauchbarkeit eines Isolierstoffes ist ferner seine mechanische Festigkeit
von entscheidender Bedeutung. Die Ergebnisse der vergleichenden Prüfung von Harnstoffharz-
und Melaminharzschaum sind in der nachfolgenden Tabelle C enthalten.
| C. Mechanische Festigkeit |
| (Druckfestigkeit in kg/cm2) |
| Dichte Schaummasse Harnstoff- Melamin- |
| getrocknet bei harzschaum # harzschaum |
| 0,012 6o° - 0,514 kg/cm" |
| 0,015 20° 0,404 kg/cm2 - |
| o,o16 ioo° 0,484 - - |
| o,o16 20° - 0,970 kg/cm2 |
| o,oig 20° - 0,900 - |
| 0,020 I00° - 1,200 - |
| 0,032 20° - 1,450 - |
| 0,032 500 - 1,740 - |
| 0,038 20° o,8io kg/cm2 - |
| - - |
| 0,041 150° 1,320 |
| 0,042 ioo° - 4,92o kg/cm2 |
| 0,044 20' - 3,090 - |
| 0,055 20° i,iio kg/cm2 - |
| 0,055 1500 2,200 - - |
| 0,057 20, - 3,730 kg/cm2 |
| 0,077 20° - 8,230 - |
Die Melaminharzschäume besitzen also bei vergleichbarer Dichte ungefähr die doppelte
Druckfestigkeit der Harnstoffharzschäume.
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D. Beständigkeit gegenüber kochendem Wasser Wird Harnstoffharzschaum
1o Minuten lang in kochendem Wasser behandelt, so saugt er sich mit Wasser völlig
voll. Die Gewichtszunahme beträgt ungefähr 450o 0/0. Beim nachfolgenden Trocknen
tritt dann erhebliche Deformierung ein. Bei gleicher Behandlung mit kochendem Wasser
zeigt der Melaminharzschaum eine Gewichtszunahme von nur ungefähr looo bis 160o
0/0. Beim Trocknen bleibt er praktisch unverändert; eine Deformierung findet hier
unerwarteterweise nicht statt.
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Es sind bereits poröse Gele auf der Basis von Melaminharzen bekannt,
welche aber eine Dichte von 0,30o bis 0,500 aufweisen und sich daher für
den hier beschriebenen Zweck als Isoliermaterial nicht eignen.
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Beispiel iio Gewichtsteile Melaminharz werden in 22o Volumteilen lauwarmem
Wasser gelöst, und die Lösung wird wieder auf 25° abgekühlt. Gegebenenfalls wird
mit Ameisensäure gegen Lakmus neutral gestellt.
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Eine zweite Lösung wird hergestellt durch Eintragen von =,i Gewichtsteilen
des Natriumdisulfonates des N-Benzyl-1,C-heptadecylbenzimidazols in 88 Volumteilen
Wasser. Man kann aber auch ein anderes Schaummittel, z. B. 2 Gewichtsteile einer
butylierten Naphthahnsulfonsäure oder ihres Natriumsalzes, verwenden. Unmittelbar
vor Gebrauch werden zu dieser Lösung 2,2 Volumteile 85%iger Ameisensäure zugefügt.
Statt Ameisensäure können auch andere Säuren angewendet werden.
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Die zweite Lösung wird unter gutem Rühren in die Harzlösung eingegossen
und das Gemisch während 2 bis 5 Minuten mit einem rasch laufenden Rührwerk mit Drahtschaumschläger
zu Schaum geschlagen. Nach dieser Zeit ist der Schaum ziemlich fest, homogen, und
kann in Formen gebracht werden. Die Masse bleibt einige Stunden oder über Nacht
sich selbst überlassen, wobei sie erstarrt. Dann wird sie aus der Form genommen
und während längerer Zeit bei Raumtemperatur an der Luft trocknen gelassen.
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Man erhält Schaummassen der in der Beschreibung erwähnten Eigenschaften,
deren Dichte sich leicht durch die Konzentration, Temperatur und eventuelle Zusätze
der Lösung sowie durch die Dauer des Verschäumens und die Art der Schaumapparatur
kontrollieren läßt.
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Nachträgliches Behandeln der Formstücke bei erhöhten Temperaturen,
z. B. 4o bis Z50° oder darüber, verbessert die mechanische Festigkeit der Masse
noch erheblich.
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Das in diesem Beispiel verwendete Melaminharz wird hergestellt, indem
man 3 Mol Formaldehyd auf i Mol Melamin bei einem pH = 8,5 bis 9 und bei Siedetemperatur
einwirken läßt, bis eine abgekühlte Probe beim Verdünnen mit 2 bis 5 Volumen Wasser
eine Fällung gibt, worauf die Lösung, gewünschtenfalls im Vakuum, getrocknet wird.
Natürlich kann man
auch die frisch hergestellte Kondensationslösung
direkt oder nach Einstellung auf die gewünschte Konzentration verwenden.