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Verfahren zur Herstellung von Organosiloxanharz-Schaummassen Schaummassen
aus Kunststoffen werden im großen Maßstab in der Technik, und zwar als Schaumgummi
oder als Schaumharz verwendet.
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Solche Schaumstoffe, vor allem Schaumharze, dienen vielfach zur Verstärkung
von Struktur- und Bauteilen. Auch finden sie Anwendung zur Herstellung von Schwimmgürteln
und bei der Wärmeisolierung.
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Auch mit Organopolysiloxanen wurden bereits Schaumstoffe hergestellt,
wobei jedoch bisher lediglich gumimiartige Siloxanmassen verwendet wurden. Derartige
Massen kann man durch Verschäumen von Polysiloxanen mit 1,9 bis 2 organischen Resten
pro Si-Atom entsprechend dem USA.-Patent 2 460 795 erhalten. Diese Schaummassen
sind jedoch infolge ihrer geringen Härte wenig geeignet zur Verwendung als Verstärkungsmittel
in Struktur- und Bauteilen. Die bisherigen Versuche, aus Siloxanharzen Schaummassen
mit brauchbaren mechanischen Eigenschaften zu gewinnen, führten nicht zum Ziel.
Man kann zwar aus Organopolysiloxanharzen schaumartige Produkte herstellen, jedoch
erweisen diese sich infolge ihrer geringen Festigkeit und ihrer Ungleichmäßigkeit
als wenig br,auch,bar.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von technisch
verwertbaren, eine Druckfestigkeit von mindestens 3,5 kg/cm2 aufweisenden Organopolysiloxanharz-Schaummas
sen, deren spezifische Dichte weniger als O,I9 g/com
beträgt und
bei denen die Änderung dieser Dichte innerhalb der Schaummasse weniger als 2% ausmacht.
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Erfindungsgemäß werden solche Organosiloxanharz-Schaummassen in der
Weise hergestellt, daß man ein Gemisch aus a) einem Organopolysiloxanharz-Mischpolymerisat
der durchschnittlichen allgemeinen Formel RnSiO4-n, worin R ein Methyl-2 oder Phenylrest
ist, mindestens 50% der Reste jedoch Methylreste darstellen und n eiern Wert von
I bis I,5 hat, b) I bis 6 Gewichtsprozent, be rechnet auf das Harzgewicht, eines
sich oberhalb 130° zersetzenden Schaumbildners und c) einem Organosiloxan - Polymerisationskatalysator,
der unterhalb der Zersetzungstemperatur des Schaumbildners verhältnismäßig träge
ist, auf eine über der Zersetzungstemperatur des Schaumbildners liegende Temperatur
erhitzt und die gebildete Schaumharzmasse so lange auf erhöhter Temperatur hält,
bis die Harzmasse gehärtet ist.
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Die für die Gewinnung der erfindungsgemäßen Schaummassen verwendeten
Organopolysiloxane stellen Mischpolymere aus Methyl- und Phenylsiloxanen dar, die
I bis I,5 organische Reste pro Si-Atom aufweisen. Verwendbare Mischpolymerisate
können z. B. die folgenden Siloxaneinheiten enthalten: Monophenylsiloxan, Monomethylsiloxan,
Dimethylsiloxan, Diphenylsiloxan und Phenylmethylsiloxan. Dabei sollen wenigstens
500/0 der Substituenten Methylreste sein.
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Das verwendete Organopolysiloxanharz soll in lösungsmittelfreiem
Zustand bereits unter I300 thermoplastisch sein, so daß es leicht mit dem Schaumbildner
und dem Katalysator eine homogene Mischung bilden kann. Zweckmäßig wird das Lösungsmittel
vor der Schaumbildung vollständig entfernt, da es die Bildung eines gleichmäßigen
Schaumes ungünstig beeinflußt.
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Der verwendete Schaumbildner soll sich bei einer Temperatur über
I30° zersetzen. Geeignete Stoffe sind z. B. Natriumbicarbonat und die Sulphonylhydrazide,
wie p, p'-Oxy-bis-(benzolsulphonylhydrazid). Der Schaumbildner wird im allgemeinen
in einer Menge von I bis 6 Gewichtsp-ro-zent, berechnet auf das Harzgewicht, verwendet.
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Als Polymerisations- bzw. Härtungskatalysatoren können die bekannten
Siloxanpolymerisationskatalysatoren verwendet werden, vorausgesetzt; daß sie bei
einer Temperatur unter I300 verhältnismäßig wenig wirksam sind und erst. bei der
Temperatur, bei der die Venschäumung vorgenommen -wird, aktiv werden. Besonders
geeignete Katalysatoren sind die Methylnaphthenate von Eisen, Zink oder Kobalt Im
allgemeinen werden die Katalysatoren in solcher Menge verwendet, daß etwa 0,OOI
bis 1% Metall auf das Gewicht des Siloxanharzes kommt.
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Zur Herstellung des Organopolysiloxanharzschaums gibt man am besten
zu dem lösungsmittelfreien Harz bei- I300 den Schaumbildner und verteilt diesen
darin homogen. Dann gibt man den Härtungskatalysator iu, den man jedoch auch schon
vor der Zugabe des Schaumbildners dem Harz einverleiben kann. Dann wird die Masse
auf eine über der Zersetzungstemperatur des Schaumbildners liegende Temperatur erhitzt.
In der Praxis ist es am zweckmäßigsten, einen Schaumbildner zu verwenden, der sich
zwischen I40 bis I600 zersetzt.
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In diesem Falle soll auch der verwendete Härtungskatalysator zwischen
140 und 2000 wirksam sein.
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Zur Verschäumung erhitzt man nun die Masse auf etwa 2000. Nachdem
der Schaum sich gebildet hat, wird dieser noch einige Zeit auf der Schaumbildungstemperatur
oder darüber erhitzt, da sich dadurch die Eigenschaften des Schaumes verbessern.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl Schaumblöcke,
z. B. in einem Ofen, als auch Schäume an Ort und Stelle, d. h. dort, wo sie Verwendung
finden sollen, hergestellt werden. Man kann z. B. ein Gemisch des Harzes, des Schaumbiidners
und dos Katalysators in einen mit Schaummasse auszufüllenden Bauteil gießen, darauf
die Temperatur auf etwa 2000 erhöhen und das Stück so lange- auf dieser Temperatur
halten, bis das Harz gehärtet ist.
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Die erfindungsgemäßen Schäume sied nicht entflammbar. Sie werden
bis zu Temperaturen von 3I50 nicht angegriffen und behalten auch bei so hohen Temperaturen
im wesentlichen ihre Strukturfestigkeit bei. Ihre einheitliche Struktur ergibt sich
daraus, daß die Dichte innerhalb der verschiedenen Partien der Schaummassen nur
sehr wenig schwankt. Das Material ist außerdem nicht spröde.
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Die erfindungsgemäß hergestellten Schaummassen eignen sich infolge
ihrer geringen Dichte als Verstärkungsmittel bei der Verbundbauweise, als Isoliermittel
für Brandmauern und als Füllmittel für Rettungsringe und andere Rettungsgeräte.
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Beispiel I 4,638 kg eines aus 28 Molprozent Dimethylsiloxan-, 34
Molprozent Monomethylsiloxan- und 38 Molprozent Monophenylsiloxaneinheiten bestehenden
Siloxanmischpolymerisats werden auf 1450 erhitzt, bis das gesamte Lösungsmittel
entfernt ist. Das flüssige Harz wird dann auf I300 abgekühlt, und zu ihm werden
30 g einer Eisennaphthenatlösung, welche 6 Gewichtsprozent Eisen enthält, unter
gründlichem Rühren gegeben. Diese Mischung en-thält, auf das Gewicht des Harzes
berechnet, 0,05% Eisen. 61,5 g p, p'-Oxy-bis-(benzolsulphonylhydrazid) werden sodann
zugegeben und bis z-ur Homogenität verrührt. Die fertige Mischung wird in ein Gefäß
aus rostfreiem Stahl gegossen und auf 2000 erhitzt. Nach 15 Minuten wird die Temperatur
auf 2500 erhöht, I Stunde auf dieser Höhe gehalten, worauf die Masse bei 3000 I
Stunde gehärtet wird. Dann läßt man den Schaum sich langsam auf Zimmertemperatur
abkühlen. Die erhaltene Schaummasse hat eine Dichte von 0,17 g/com und eine Druckfestigkeit
hei 300 von 4,13 kg/cm2. Ein Stück der Schaummasse wird 24 Stunden auf 300° erhitzt
und sodann auf 30°
abgekühlt. Die Druckfestigkeit der Masse beträgt
sodann 3,99 kg/cm².
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Beispiel 2 Gleichwertige Schaummassen werden erhalten, wenn man ein
Siloxanharz aus 10 Molprozent Diphenylsiloxan-, 14 Molprozent Phenylmethylsiloxan-,
38 Molprozent Monomethylsiloxan- und 38 Molprozent Monophenylsiloxaneinheiten wie
in Beispiel 1 behandelt.