FI67874B - Elastiskt skummaterial baserat pao en melamin/formaldehyd-kondensationsprodukt och foerfarande foer framstaellning av detta - Google Patents

Description

I ·-*§***! ΓΒ1 M1 KUULUTUSjULKAISU 5707/

^ 11 UTLÄGG Nl N 6SSKR1FT O f O f H

" (45) } J, ' ' 3 ' 3 ^ v (51) Kv.lk.4/lnt.CI.4 C 08 J 9/1A // C 03 L 61/28 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 800888 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 21 .03.80 (Fi) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 21.03.80 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 1 8.10.80

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksi panon ja kuul.julkaisun pvm. -

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utiagd och utl.skriften pubiicerad 28.02.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 1 7 . OA . 79

Saksan L i i ttotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2915*»67.4 (71) BASF Aktiengesel1schaft, Ludwigshafen, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubl iken Tyskland(DE) (72) Harald Mahnke, Ludwigshafen, Frank Peter Woerner, Wachenheim,

Heinz Weber, Gruenstadt, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (7*0 Oy Koi s te r Ab (5**) Mel ami i n i/forma 1 dehyd i-kondensaat iotuotteeseen perustuva kimmoinen vaahtomateriaali ja menetelmä sen valmistamiseksi - Elastiskt skum-material baserat pa en melamin/formaldehyd-kondensationsprodukt och förfarande för framstä11 ning av detta

Keksintö koskee menetelmää melamiini/formaldehydi-konden-saatiotuotteeseen perustuvan kimmoisen vaahtomateriaalin valmistamiseksi vaahdottamalla voimakkaasti väkevöityä vesipitoista liuosta tai dispersiota, joka sisältää melamiini/formaldehydi-esikondenaattia, emulgaattoria, haihtuvaa paisutusainetta ja kovetinta sekä haluttaessa tavanomaisia lisäaineita, minkä jälkeen vaahto kovetetaan. Keksintö koskee myös menetelmällä saatua tuotetta.

Tiedetään, että melamiinihartseihin perustuvia vaahtoma-teriaaleja voidaan valmistaa vaahdottamalla esikondensaatin vesipitoista liuosta. Patenttijulkaisujen DE 870 027 ja DE 1 157 385 mukaan sekoitetaan ilmaa melamiinihartsin vesiliuokseen, joka sisältää emulgaattoria ja kovetinta. Hakemusjulkaisun DE 2 348 476 mukaan muodostetaan veden ja huokoistusaineen (anionisen deter-gentin) seos, jota vaahdotetaan sekoittamalla tai puhaltamalla - ii..

67874 siihen kaasua. Vaahtoon lisätään melamiinihartsia ja kovetus suoritetaan käyttäen hapanta katalysaattoria. Muodostuneet vaahtoinateriaalit ovat kuitenkin kovia ja hauraita ja murtuvat helposti työstettäessä. Kuulutusjulkaisussa DE 1 297 331 on esitetty menetelmä vaahtomateriaalien valmistamiseksi fenoli-, urea- tai melamiinihartseista, jolloin hartsin vesiliuosta, joka sisältää paisutusainetta ja kovetinkatalyyttiiä, vaahdotetaan. Jos menetellään esimerkkien mukaan, saadaan - jos yli-päänsäkään - vain hauraita vaahtomateriaaleja myös, vaikka koostumuksissa fenoli- tai ureahartsi korvataan melamiinihartsilla. US-patentissa 3 093 600 on esitetty melamiinihartsivaahtoja, joihin on lisätty trioleja, esimerkiksi trimetylolipropaania, kimmoisuuden ja repeytymislujuuden parantamiseksi. On kuitenkin osoittautunut, että kimmoisuus ja ennen kaikkea palautuminen kokoonpuristamisen jälkeen ei ole riittävä. Lisäksi heikentää suurehkojen triolimäärien lisääminen vaahtomateriaalien pa-lokäyttäytymistä. US-patentissa 3 063 953 on esitetty menetelmä erikoisesti ureahartseihin perustuvien aminomuovihartsivaahtojen, mekaanisen lujuuden, kimmoisuuden ja pehmeyden parantamiseksi. Tämän menetelmän avulla voidaan melamiinihartsivaahtojen, jotka on valmistettu nykyisen tekniikan mukaan, mainittuja ominaisuuksia hieman parantaa, ei kuitenkaan merkittävästi.

Hakemusjulkaisussa DE 2 402 441 on esitetty menetelmä aminomuovivaahtojen valmistamiseksi, jolloin alkaaliseksi säädettyyn, paisutusainetta sisältävään aminomuovi-esikondensaattiin lisätään vahvaa happoa kovettimeksi. Neutraloitumisessa vapautuva lämpö saa paisutusaineen kiehumaan ja vaikuttaa siten vaahdottavasta. Koska tällä menettelyllä kovettuminen ja vaahdon-muodostus tapahtuvat samanaikaisesti, saadaan verrattain haurasta vaahtomateriaalia.

Keksinnön tarkoituksena oli kehittää menetelmä, jonka avulla saadaan pehmeitä ja kimmoisia, mahdollisimman vaikeasti syttyviä vaahtomateriaaleja melamiini/formaldehydi-kondensaatio-tuotteisiin perustuen. Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että verrattain suuri-väkevyyksistä melamiini/ fomaldehydi-esikondensaatin liuosta tai dispersiota vaahdotetaan sellaisissa olosuhteissa, että ensin tapahtuu vain vähäinen viskositeetin kasvu ja kovettuminen viskositeetin kasvaessa voi- 3 67874 makkaastitapahtuu vasta sitten, kun vaahtoamistapahtuma on pääasiallisesti päättynyt.

Keksintö koskee siten menetelmää melamiini/formaldehydi-kondensaatiotuotteeseen perustuvan kimmoisen vaahtomateriaalin valmistamiseksi vaahdottamalla vesiliuosta tai -dispersiota, joka sisältää melamiini/formaldehydi-esikondensaattia, emulgaat-toria, haihtuvaa paisutusainetta ja kovetinta sekä mahdollisesti tavanomaisia lisäaineita, minkä jälkeen vaahto kovetetaan. Menetelmälle on tunnusomaista, että a) esikondensaatin pitoisuus esikondensaattia ja vettä sisältävässä seoksessa (ilman lisäaineita) valitaan siten, että se on sen käyrän ensimmäisen derivaatan taittumispisteen yläpuolella, joka saadaan, jos säilyttäen vakioina kaikki muut olosuhteet esikondensaatin ja veden muodostamassa seoksessa vaihdellaan vesimäärää ja sitten piirretään käyrä seoksen viskositeetista (mitattuna paisutusäineen kiehmislämpötilassa olosuhteissa, jotka vallitsevat vaahdotustapahtuman alussa) esikondensaatin pitoisuuden funktiona, jolloin kuitenkaan esikondensaatin pitoisuus ei saa olla suurempi kuin se arvo, joka esitetyllä käyrällä vastaa 5000 dPas olevaa viskositeettia, että b) vaahdotustapahtuman aikana siihen ajankohtaan asti, jolloin vaahto on saavuttanut 80 prosenttia suurimmasta saavutettavasta nousukorkeudestaan, vesiliuoksen tai -dispersion viskositeetti toisaalta ei saa alittaa sitä arvoa, joka kohdassa a) määritetyllä käyrällä vastaa siinä määritettyä alhaisinta pitoisuutta ja toisaalta ei saa ylittää arvoa 6000 dPas ja että c) kohdassa b) määritellyn ajankohdan saavuttamisen jälkeen viskositeetti esikondensaatin kovettumisen vuoksi ylittää arvon 10 000 dPas 8 minuutin kuluessa, jolloin kohdissa b) ja c) viskositeetti aina mitataan paisutusainetta sisältämättömästä rinnakaissysteemistä.

Tämän menetelmän avulla saadaan yllättäen kimmoisia, pehmeitä vaahtomateriaaleja, jotka käytettäessä vaimennusaineina täyttävät ne vaatimukset, joita rakennusteollisuudessa asetetaan näille materiaaleille, erikoisesti niiden lämmön- ja ääneneristyksen, niiden mekaanisten ominaisuuksien ja niiden pa-lokäyttäytyrnisen suhteen. Voimakkaasti väkevöityjen liuosten ja dispersioiden vaahdotus on uutta ja yllättävää, koska mela- 4 67874 miinihartseja käytettäessä on tähän mennessä aina vältetty näin suurien pitoisuuksien käyttämistä, joissa varsinkaan dispersiot eivät ole varastointistabiileja.

Tarkasteltaessa mikroskoopilla keksinnön mukaisesti valmistettuja vaahtomateriaaleja ilmenee, että vaahtorakenne sisältää lukuisia, toisiinsa liittyviä, kolmedimensionaalisia, haaroittuneita siltoja (katso kuvaa 3). Melamiinihartsivaahdot ovat vain silloin riittävän kimmoisia, kun sillat täyttävät seuraavat ehdot: 1. Keskimääräisen pituus/paksuus-suhteen täytyy olla suuremman kuin 10:1, edullisesti suuremman kuin 12:1 ja varsinkin suuremman kuin 15:1 2. Sillan tiheyden täytyy olla suuremman kuin 1,10, edul- 3 lisesti suuremman kuin 1,20 varsinkin suuremman kuin 1,30 g/cm .

Liian lyhyitä siltoja (liian pieni l:d-suhde) saadaan, jos kovettuminen alkaa liian aikaisin, ennen vaahtoamistapahtuman oleellista loppumista. Sillan liian pieni tiheys merkitsee sitä, että sillan sisällä on pieniä ontelolta, kuplia, jotka aiheutuvat sekundäärisestä vaahtoamisesta. Tällainen sekundäärinen vaah-toaminen tapahtuu, jos melamiinihartsi-esikondensaatin vesipitoisuus on liian suuri. Molemmissa tapauksissa saadaan hauraita vaahtomateriaaleja.

Keskimääräinen l:d-suhde määrätään mikroskooppisesti, jolloin sillan pituus ja sen paksuus määrätään tilastollisten laskentamenetelmien avulla. Sillan pituus on kahden vierekkäisen solmukohdan keskipisteiden välinen etäisyys ja sillan paksuus mitataan sillan kapeimmalta kohdalta kulloinkin mikroskooppisesta kuvasta määritettynä. Vaahtosillan tiheyden määrämiseksi sijoitetaan vaahtomateriaali sopivaan nesteeseen, esimerkiksi isopro-panoliin, jonka annetaan tunkeutua sen avoimiin huokosiin. Sillan tiheys määrätään sitten Arkhimedeen periaatteen avulla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään lähtöaineena melamiini/formaldehydi-esikondensaattia. Melamiinin moolisuhde formaldehydiin voi tällöin vaihdella laajoissa rajoissa, välillä 1:1,5-1:4, edullisesti on se välillä 1:2,0-1,3:5. Esikondensaatin kondensaatioasteen täytyy olla niin pienen, että kovettuminen jat-kokondensaation aikana on mahdollista. Keskimääräinen molekyyli- 5 67874 paino - osmometrisesti mitattuna - voi olla välillä 200-1000, edullisesti välillä 250-800.

Melamiinihartsin vesiliuos tai -dispersio sisältää emul-gaattoria, edullisesti 0,5-5 painoprosenttia olevan määrän ja erikoisesti 1,0-3,0 painoprosenttia hartsin painosta laskettuna. Emulgaattorin tehtävänä on vaikuttaa siihen, että orgaaninen paisutus-aine vesiliuoksessa tai -dispersiossa jakautuu tasaisesti; se huolehtii myös järjestelmän stabiilisuudesta ja estää seoksen erottumisen vaahtoamistapahtuman aikana, mistä olisi seurauksena epähomogeeninen vaahto. Mitä korkeampi on vaahtoamislämpötila, sitä tehokkaamman täytyy emulgaattorin olla ja sitä suurempina pitoisuuksina täytyy sitä käyttää. Emulgaattori vaikuttaa lisäksi ytimien muodostajana vaahtoamistapahtumassa. Kyseeseen tulevat anioniaktiiviset yhdisteet, kuten esimerkiksi 8-20 C-atomia al-kyylitähteessä sisältävien alkyylisulfonaattien ja alkyyliaryy-lisulfonaattien metallisuolat, edullisesti natriumsuolat; lisäksi ovat sopivia myös sulfonmeripihkahappoesterien, sulfitoitu-jen risiiniöljyjen, alkyylinaftaliinisulfonihappojen, fenolisul-fonihappojen, rikkihappoesterien kuten esimerkiksi <'i2~C18~a^” kyylivetysulfaattien ja C^g-C^g-rasva-alkoholivetysulfaattien metallisuolat; edelleen kationiaktiiviset yhdisteet kuten öljy-happotrietanoliamiiniesterit tai lauryylipyridiinikloridi; sekä ei-ionogeeniset yhdisteet kuten etoksiloitu risiiniöljy, etok-siloidut talirasva-alkoholit, etoksiloitu steariinihappo tai öljyhappo sekä etoksiloitu nonyylifenoli.

Vesiliuos tai -dispersio sisältää edelleen haihtuvaa pai-sutusainetta, jonka kiehumispiste on välillä -20°C - +100°C, erikoisesti välillä +20°C-+80°C. Kyseeseen tulevat esimerkiksi hiilivedyt, halogenoidut hiilivedyt, alkoholit, ketonit, eetterit ja esterit. Suositeltavia paisutusaineita ovat pentaani, hek-saani, trikloorifluorimetaani ja triklooritrifluorietaani. Paisu tusaineen määrä määräytyy vaahtomateriaalin halutun tiheyden mukaan, se voi olla välillä 1-50 painoprosenttia, edullisesti välillä 5-40 painoprosenttia hartsin painosta laskettuna.

Kovettimina käytetään yhdisteitä, jotka reaktio-olosuhteissa luovuttavat protoneja tai muodostavat niitä, jotka sitten kondensaation jatkuessa katalysoivat melamiinihartsin. Määrä on ____ _____ L.. .... . ..

6 67874 välillä 0,01-20, edullisesti välillä 0,05-5 painoprosenttia hartsin painosta laskettuna. Kyseeseen tulevat epäorgaaniset ja orgaaniset hapot kuten suolahappo, rikkihappo, fosforihappo, muurahaishappo, etikkahappo, oksaalihappo, maitohappo, aminohapot; latentit kovettimet kuten halogeenihiilihapposuolat, kloorietikkahap-poamidi, vetyfosfaatit, happoanhydridit ja ammoniumsuolat. Myös formaldehydi itse voi korkeissa lämpötiloissa hajaantua muodostaen muurahaishappoa ja toimia siten kovettimena.

Vesiliuos tai -dispersio on edullisesti vapaa lisäaineista. Useita tarkoituksia varten voi kuitenkin olla edullista lisätä 20 painoprosenttiin asti, edullisesti vähemmän kuin 10 painoprosenttia, hartsista laskettuna tavanomaisia lisäaineita kuten kuitu- tai jauhemaisia epäorgaanisia lujiteaineita tai täyteaineita, pigmenttejä, väriaineita, palonsuoja-aineita, pehmenti-miä, aineita palamiskaasujen myrkyllisyyden alentamiseksi tai hiiltymisen edistämiseksi. Koska vaahtomateriaalit ovat avohuo-koisisia ja voivat imeä vettä, voi useita tarkoituksia varten olla välttämätöntä lisätä vettä torjuvia aineita 0,2-5 painoprosentin suuruisina määrinä. Kyseeseen tulevat tällöin esimerkiksi 5-15 C-atomia alkyylitähteessä sisältävät alkyylifenolit, silikonit ja parafiinit.

Lisäaineet sekoitetaan melaraiinihartsin vesiliuokseen tai -dispersioon tasaisesti, jolloin paisutusaine voidaan tarvittaessa lisätä myös paineenalaisena. Lähtöaineena voidaan käyttää myös kiinteää, esimerkiksi ruiskukuivattua melamiinihartsia ja sekoittaa se sitten paisutusaineen ja emulgaattorin vesiliuoksen sekä kovettajan kanssa. Aineosia lisättäessä määräytyy lisäysjärjestys valitun sekoitusmenettelyn mukaan. Seos saatetaan kulloinkin liuoksessa tai dispersiossa vallitsevaa painetta vastaavaan paisutusaineen kiehumispisteeseen. Tämä voi tapahtua kuumentamalla, esimerkiksi kuumalla ilmalla, vesihöyryllä tai suurtaajuussätei-lyn avulla tai myös käyttämällä hyödyksi reaktiolämpöä. Tällöin paisutusaine muuttuu kaasumaiseen tilaan ja voi vaikuttaa vaahdottavasta. Isotermisesti etenevän vaahtoamistapahtuman aikana omaksuu vesiliuos tai -dispersio paisutusaineen kulloinkin vallitsevan paineen mukaisen lämpötilan. Edullisesti käytetään normaalipainetta ja 20-80°C olevaa massanlämpötilaa, jolloin ympäristön lämpötila voi olla huomattavasti korkeampi.

7 67874

Esiteltävän keksinnön kriittinen piirre a) on esikonden-saatin pitoisuus esikondensaatin ja veden seoksessa (ilman lisäaineita) . Optimaalinen pitoisuus on jokaiselle vaahtoamislämpö-tilalle erilainen, se määräytyy siten paisutusaineen laadun mukaan. Minipitoisuutta varten on keksinnön mukaisesti voimassa seuraava ehto: sen täytyy olla sen käyrän 1. derivaatan taite-pisteen yläpuolella, joka saadaan, kun pidettäessä vakiona kaikkia muita olosuhteita muutetaan esikondensaatin ja veden seoksessa vesimäärää ja sitten piirretään käyrä seoksen viskositeetista (mitattuna paisutusaineen kiehumispisteessä olosuhteissa, jotka vallitsevat vaahtoamistapahtuman alussa) esikondensaatin pitoisuuden funktiona. Käytännössä menetellään minimipitoisuuden määrämiseksi siten, että valmistetaan seoksia esikondensaa-tista ja vedestä vaihtelevien vesipitoisuuksin ja nämä seokset kuumennetaan sitten siihen lämpötilaan, jossa paisutusaine vaah-toamistapahtuman alussa vallitsevassa paineessa alkaa kiehua. Melamiinihartsin jokaiselle pitoisuudelle mitataan sitten näissä olosuhteissa vastaava viskositeetti. Sitten piirretään käyrä mitatuista viskositeeteista valitun pitoisuuden suhteen. Täten saatu käyrä on ensin muodoltaan tasaisesti nouseva suora, se nousee sitten yhä voimakkaammin ja saa lopuksi parabelimaisen muodon. Tästä käyrästä muodostetaan graafisesti 1. derivaatta. Tämä on muodoltaan aluksi vaakasuoraan kulkeva suora, siinä on sitten kaarevasti muuttuva taitealue ja muuttuu lopuksi jyrkästi nousevaksi suoraksi. Taittumisalue ulottuu yleensä korkeintaan noin 1 prosentin alueelle esikondensaatin pitoisuudesta. Tämä alue esittää melamiinihartsin minimipitoisuutta. Jos taitepiste halutaan määrätä vielä tarkemmin, pidennetään 1. derivaattaa esittävässä käyrässä suoria ja määrätään niiden leikkauspiste. Melamiinihartsin pitoisuuden yläraja määräytyy seuraavan ehdon mukaan: se ei saa olla suurempi kuin se arvo, joka vastaa esitetyllä käyrällä viskositeettiarvoa 5000 dPas, edullisesti arvoa 2000 dPas ja erikoisesti arvoa 1000 dPas.

Suositeltavia paisutusaineita varten voidaan käyttää seu-raavia suositeltavia hartsipitoisuuksia, jotka ovat annetun alu-en sisällä: n-pentaani: 70-80, edullisesti 72-79 ja varsinkin 73-78,5 paino-%; n-heksaani: 73-85, edullisesti 74-84 ja varsin- __ .. ι: 8 67874 kin 78-83 paino-%; trikloorifluorimetaani; 68-78, edullisesti 69-77 ja varsinkin 70-76 painoprosenttia; triklooritrifluorietaani: 72-82, edullisesti 74-80 painoprosenttia .

Ilmoitetut pitoisuusmäärät tarkoittavat jälleen esikon-densaatin ja veden seosta ilman lisäaineita.

Keksinnön toinen kriittinen piirre b) perustuu siihen, että vaahtoamistapahtuman aikana siihen ajankohtaan asti, jossa vaahto on saavuttanut 80 prosenttia suurimmasta saavutettavasta nousukorkeudesta, vesiliuoksen tai -dispersion viskositeetti toisaalta ei saa alittaa arvoa, joka vastaa kohdassa a) esitetyllä käyrällä siinä määritettyä minimipitoisuutta ja toisaalta se ei saa ylittää arvoa 6000 dPas.

Kolmas kriittinen piirre c) on se, että kohdassa b) määritellyn ajankohdan saavuttamisen jälkeen viskositeetin esikon-densaatin kovettumisen vuoksi 8 minuutin, edullisesti 6 ja erikoisesti 4 minuutin aikana on täytynyt ylittää arvo 10 000 dPas, so. hartsin täytyy olla kovettunut tämän ajan kuluessa. Molemmat ehdot b) ja c) takaavat, että vaahtoaminen ja kovettuminen tapahtuvat oikeassa suhteessa toisiinsa nähden; tämä voidaan toteuttaa määrättyä paisutusainetta ja samalla määrättyä vaahdotuslämpötilaa käytettäessä valitsemalla oikein kovettimen laatu ja määrä. Käytännössä valmistetaan kaksi vesiliuosta tai -dispersiota, joista toinen sisältää melamiinihartsia kohdassa a) ilmoitettuna pitoisuutena, emulgaattoria ja kovetinta sekä paisutusainetta ja mahdollisesti lisäaineita ja toinen sisältää samat aineosat mutta ei paisutusainetta. Molemmat seokset saatetaan sitten vaahtoamislämpötilaan. Rinnakkaisseos paisutusainetta sisältämättömästä liuoksesta tai dispersiosta täytyy valmistaa sen vuoksi, koska paisutusainetta sisältävä seos näissä olosuhteissa vaahtoaa eikä sen viskositeettia siten voida mitata. Ensimmäisestä seoksesta piirretään vaahdon nousukorkeus ajan funktiona ja siten se ajankohta, jolloin vaahto on saavuttanut 80 prosenttia suurimmasta saavutettavasta nousukorkeudesta. Toisesta seoksesta mitataan viskositeetti ajan suhteen. Tämän jälkeen tutkitaan, onko kohdissa a) ja b) asetetut vaatimukset täytetty. Jos näin ei ole, täytyy olosuhteita kovet- 9 67874 tumistapahtumaa varten muuttaa, mikä parhaiten tapahtuu muuttamalla kovettimen laatua ja määrää ja - mikäli on tarpeellista -myös valitsemalla toinen paisutusaine ja siten toinen vaahtoamis-lämpötila. Tässä tapauksessa täytyy määrätä uudestaan kohdan a) mukaan melamiinihartsin optimaalinen pitoisuus.

Kipinoinen, pienitiheyksinen stabiili vaahto voidaan saada vain silloin, kun vaahdotettaessa ja kovetettaessa toimitaan kohdissa a), b) ja c) esitetyissä olosuhteissa. Jos melamiinihartsin alkupitoisuus valitaan liian pieneksi tai jos viskositeetti vaahdon nousukorkeuden saavutettua 80 prosenttia maksimiarvostaan laskee määritetyn alkuviskositeetin alapuolelle, saadaan - kuten nykyisen tekniikan mukaisilla menetelmillä - haurasta vaahtomateri-aalia. Jos valmistetaan jo etukäteen liian viskooseja liuoksia tai dispersioita tai jos viskositeetti ennen kuin vaahto on saavuttanut 80 prosenttia maksimaalisesta nousukorkeudestaan nousee määritetyn sallitun rajan yläpuolelle, ei puhalluspaine riitä enää moitteettoman vaahdon muodostamiseen ja saadaan liian suuren tiheyden ja riittämättömän kimmoisuuden omaavia vaahtomateriaaleja. Jos vaahdon saavutettua 80 prosenttia maksimaalisesta nousukorkeudestaan viskositeetti ei kasva riittävän nopeasti, so. jos vaahto ei kovetu riittävän nopeasti, murtuu se ja saadaan hauras, epätasainen vaah.tomateriaali, jonka tiheys on liian suuri.

On edullista säilyttää paine vaahdotuslaitteessa ja siten myös massan lämpötila vaahdotustapahtiiman aikana vakiona. Menetelmän määrätyissä toteutusmuodoissa voidaan kuitenkin näitä olosuhteita myös vaahdotustapahtuman kuluessa muuttaa. Vaahtoami-nen kestää yleensä 20 sekunnista 20 minuuttiin, edullisesti 30 sekunnista 10 minuuttiin kuumennuksen laadusta ja voimakkuudesta riippuen. Se on silloin päättynyt, kun vaahtohartsi on täysin vaahtoutunut ja kovettunut niin pitkälle, että se pitää muotonsa.

Keksinnön edullisessa toteutusmuodossa suoritetaan valmiille vaahtomateriaalille vielä lämpökäsittely. Se kuumennetaan tällöin 1-180 minuutin, edullisesti 5-60 minuutin ajaksi välillä 120-300°C, edullisesti välillä 150-250°C olevaan lämpötilaan, jolloin vesi, paisutusaine ja formaldehydi oleellisesti poistuvat ja tapahtuu vaahtohartsin jälkikovettuminen. Tämä lämpökäsittely 10 67874 voidaan suorittaa välittömästi vaahdonvalmistuksen jälkeen samassa laitteessa tai sen jälkeen asennetussa laitteessa; se voidaan suorittaa kuitenkin myös myöhempänä ajankohtana vaahdotus-tapahtumasta riippumatta. Lämpökäsitellyssä vaahtomateriaalissa esiintyy huomattavasti vähäisempää taipumusta kutistumiseen ja veden ottoon kuin käsittelemättömässä tuotteessa. Myös formaldehydin poisto on voimakkaasti alentunut.

Keksinnön toisessa edullisessa toteutusmuodossa puristetaan vaahtomateriaalia ennen mahdollista lämpökäsittelyä tai sen jälkeen yhden tai useamman kerran kokoon 40-90 prosenttia alkuperäisestä korkeudestaan ja annetaan sen sitten laajentua uudestaan. Tämän puristuskäsittelyn vaikutuksesta tuhoutuvat oletettavasti kovien alueiden jäännökset solurakenteessa. Tämä parantaa vaahdon kimmoisuutta ja antaa vähäisemmän kutistumisen lämpöva-rastoinnissa.

Keksinnön mukaisesti valmistettujen vaahtomateriaalin ominaisuudet ovat seuraavat: a) sen raakatiheys DIN 53 420 mukaan on välillä 4-80, edullisesti välillä 8-40 /g.l· ^/; b) lämmön johtokyky DIN 52 577 mukaani on pienempi kuin 0,06, edullisesti pienempi kuin 0,04 /W.m **°K J· c) tyssäyskovuus DIN 53 577 mukaan 60 prosentin kokoonpuris-tuksella jaettuna raakatiheydellä on pienempi kuin 0,3, edulli-sesti pienempi kuin 0,2/S.cm /g.l J, jolloin tyssäyskovuuden mittaus 60 prosentin kokoonpuristuksella täytyy vaahtomateriaalin palautuminen olla vähintäin 70 prosenttia, edullisesti vähintään 90 prosenttia alkuperäisestä koostaan; d) kimmomoduli DIN 53 423 mukaan jaettuna raakatiheydellä r ~2 -i- on pienempi kuin 0,25, edullisesti pienempi kuin 0,5 /N.mm /g.l _/; e) taipuma murtuessa DIN 53 423 mukaan on suurempi kuin 6, edullisesti suurempi kuin 12 /mm/; f) vetolujuus DIN 53 571 mukaan on edullisesti vähintään Q,Q7, erikoisesti vähintään 0,1 /N.mm ^/; g) ne ovat DIN 4102 mukaan vähintään normaalisti syttymät-tömiä, edullisesti vaikeasti syttyviä.

Keksinnön mukainen menetelmä voidaan suorittaa epäjatkuvana jatkuvatoimisena. Edullisessa jatkuvassa työtavassa saatetaan 67874 tarkoituksenmukaisesti vesiliuosta tai -dispersiota jatkuvasti siirtyvälle, edullisesti kuumennetulle metallinauhalle, levitetään tasaisesti ja vaahdotetaan kuumennuskanavassa sekä kovetetaan. Sen estämiseksi, että vaahdon pinnalle muodostuisi hauras kuori, voidaan vaahdotus suorittaa kahden, metallinauhan kanssa yhdessä siirtyvän muovikalvon välissä. Tähän voi sitten liittyä välittömästi lämpö- ja/tai puristuskäsittely.

Vaahtomateriaalit voidaan valmistaa levyiksi tai nauhoiksi, joiden paksuus on 50 cm tai suurempi tai muutaman millimetrin paksuisiksi vaahtolevyiksi. Käytettäessä epäjatkuvaa valmistustapaa voidaan saada myös muotokappaleita. Vaahtomateriaalit voidaan varustaa toiselta tai molemmilta puoliltaan peitekerroksilla tai päällystää esimerkiksi paperilla, pahvilla, lasivillaharsolla, puulla, kipsilevyillä, metallilevyillä tai -kalvoilla, muovikalvoilla, jotka haluttaessa voivat olla myös vaahdotettuja.

Keksinnön mukaisesti valmistettujen vaahtomuovimateriaalien pääkäyttöalue on rakennusten ja rakennusosien, erikoisesti väliseinien mutta myös kattojen, julkisivujen, ovien ja lattioiden lämmön- ja ääneneristys; edelleen ajoneuvojen ja lentokoneiden lämmön-ja ääneneristys sekä eristys matalissa lämpötiloissa kuten jääh-dyttämöissä, öljytankeissa ja nestekaasusäiliöissä. Muihin käyttötarkoituksiin kuuluvat käyttö eristävänä seinäverhousmateriaalina sekä eristävänä ja iskuja vaimentavana pakkausmateriaalina.

Esimerkeissä mainitut osat, prosenttiluvut ja suhteet ovat painon mukaan.

Esimerkki 1

Avoimeen astiaan lisättiin ruiskutuskuivattua melamiini/-formaldehydi-esikondensaattia (moolisuhde 1:3, molekyylipaino noin 400) vesiliuokseen, joka sisälsi 3 prosenttia muurahaishappoa ja 1,5 prosenttia 12-18 C-atomia alkyylitähteessä sisältävien alkyylisulfonaattien seoksen natriumsuolaa (emulgaattori K 30, myy Bayer AG), jolloin prosenttiluvut on laskettu melamiinihartsin suhteen. Hartsipitoisuus laskettuna hartsin ja veden seoksesta oli 74,0 prosenttia. Seosta sekoitettiin voimakkaasti ja lisättiin sitten 20 prosenttia pentaania. Sekoittamista jatkettiin niin kauan (noin 3 minuuttia), kunnes saatiin homogeeninen dispersio. Sitä levitettiin raakelilla teflonoitua lasikuitukangasta olevalle alus- E" -- 12 67874 talle ja vaahdotettiin sekä kovetettiin kuivauskaapissa, jossa oli 150°C lämpötila. Tällöin saavutti massan lämpötila vaahdossa pentaanin kiehumislämpötilan, joka näissä olosuhteissa oli 37,0°C.

Vaahto saavutti 4 1/2 minuutin kuluttua 8Q prosenttia suurimmasta nousukorkeudestaan. Vaahdon annettiin olla vielä 10 minuuttia 150°C lämpötilassa kuivauskaapissa. Sitä lämpökäsiteltiin sitten 30 minuuttia 180°C lämpötilassa. Ominaisuudet on esitetty taulukossa 1.

Optimaalisen melamiinihartsipitoisuuden määrittämiseksi mitattiin ennen vaahdotusta dispersion viskositeetin riippuvuus melamiinihartsipi toisuudesta seuraavalla tavalla: Valmistettiin seoksia melamiinihartsi-esikondensaatista ja vedestä eri seossuhteissä.

Seokset kuumennettiin 37,0°C lämpötilaan sekä mitattiin seosten viskositeetit rotaatioviskosimetrin avulla. Piirroksessa (katso kuvaa 1) on viskositeetti'P0 dPas-arvoina piirretty pitoisuuden c funktiona painoprosentteina kiinteää ainetta. Muodostettiin derivaatta

Δ Ti ~K~C

ja piirrettiin kuvioon kahtena taitekohdassa K leikkaavana suorana. Taitekohta vastaa tässä tapauksessa 71,7 prosentin pitoisuutta.

Käyrä lähenee asymptoottisesti noin 80 prosentin pitoisuusarvoa niin, että suositeltava maksimiviskositeetti 1000 dPas vastaa noin 79 prosentin pitoisuutta. Esimerkin vaahdotustapahtumaa varten valittiin pitoisuus, joka on likimain näiden arvojen keskikohdalla, nimittäin 74,0 prosenttia. Vastaava viskositeetti oli 88 dPas.

Aineosien määräsuhteet vaahdotettavassa seoksessa valittiin nyt siten, että melamiinihartsin suhde veteen (mukaanluettuna kovettimen ja emulgaattorin mukana tullut vesi) oli 74:26. Ennen varsinaista vaahdottamista määritettiin kahdesta näytteestä maksimaalinen nousukorkeus ja viskositeetin riippuvuus ajasta. Tällöin kuumennettiiin edelläesitettyä seosta kerran paisutusaineseosta käyttäen ja toisen kerran ilman sitä vaahdotuslämpötilaan. Kuvassa 2 on esitetty graafisesti nousukorkeuden h ja viskositeetin 71 riippuvuus ajasta t. Maksimi nousukorkeus oli 10,25 cm; 80 prosenttia 67874 suurimmasta nousukorkeudesta oli saavutettu 4 1/2 minuutin kuluttua. Tällä hetkellä viskositeetti oli 170 dPas. Kolmen minuutin kuluttua tästä oli viskositeetti saavuttanut arvon 10 000 dPas.

Esimerkki 2

Meneteltiin esimerkissä 1 esitetyllä tavalla paitsi, että 20 prosentin asemasta käytettiin vain 13 prosenttia pentaania.

Esimerkki 3

Meneteltiin kuten esimerkissä 1 paitsi, että happona käytettiin 3 prosenttia rikkihappoa, emulgaattorina 1,5 prosenttia natriumdodesyylibentsolisulfonaattia ja paisutusaineena 28 prosenttia triklooritrifluorietaania. Hartsin pitoisuus oli 76 prosenttia. Massan lämpötila vaahdotuksessa oli 47°C. Vaahtoa ei lämpökäsitelty.

Esimerkki 4

Meneteltiin esimerkissä 1 esitetyllä tavalla käyttäen 6 prosenttia fosforihappoa, 1,5 prosenttia natriumlauryylisulfonaat-tia ja 12 prosenttia pentaania. Käytettiin melamiinihartsia, jossa melamiinin moolisuhde formaldehydiin oli 1:3,5. Hartsipitoisuus oli 74 prosenttia. Vaahtoa ei lämpökäsitelty.

Esimerkki 5

Avoimeen astiaan lisättiin liuos, joka sisälsi melamiini-hartsin lisäksi 2,8 prosenttia muurahaishappoa ja 1,4 prosenttia esimerkin 1 mukaista alkyylisulfonaattia hartsista laskettuina. Hartsin pitoisuus hartsin ja veden seoksesta laskettuna oli 75,5 prosenttia. Voimakkaasti sekoittaen lisättiin 20 prosenttia pentaania. Vaahdotus, kovetus ja lämpökäsittely suoritettiin kuten esimerkissä 1.

Esimerkki 6

Meneteltiin kuten esimerkissä 5, jolloin käytettiin hartsia, jossa melamiinin moolisuhde formaldehydiin oli 1:2,5. Hartsin pitoisuus oli 76 prosenttia. Kovettimena käytettiin 0,20 prosenttia muurahaishappoa, emulgaattorina 3 prosenttia esimerkin 1 mukaista alkyylisulfonaattia sekä 0,3 prosenttia heikosti etcksiloi- tua tyydytettyä rasvahappoa ja paisutusaineena 23 prosenttia n-heksaania. Massan lämpötila vaahdotuksessa oli 69,0°C. Vaahto läm-pökäsiteltiin kuten esimerkissä 1.

Esimerkki 7

Jatkuvasti siirtyvälle metallinauhalle levitettiin esimer- 67874 14 kin 1 mukaista homogeenista seosta. Nauhan siirtymisnopeus oli 0,4 /m.min ^/. Se oli kuumennettu 130°C lämpötilaan. Seos jaettiin tasaisesti nauhalle raakelin avulla noin 2 mm paksuiseksi kerrokseksi. Seos vaahdotettiin kuumalla ilmalla 150°C lämpötilaan kuumennetussa vaahdotuskanavassa, jolloin massan lämpötilaksi saatiin 37,0°C. Noin 4 1/2 minuutin kuluttua oli saavutettu 80 prosenttia vaahdon lopullisesta nousukorkeudesta ja noin 6 minuutin kuluttua oli saavutettu vaahdon lopullinen, 15 cm oleva paksuus. Tämän jälkeen siirrettiin vaahtoa noin 7 minuutin ajan vaahdotuskanavan lävitse, jolloin massan lämpötila nousi arvoon noin 98°C. Vaahtomateriaalia lämpökäsiteltiin vielä noin 15 minuutin ajan 17Q°C olevassa massalämpötilassa ja reunat leikattiin.

Esimerkki 8

Meneteltiin kuten esimerkissä 6, jolloin lisättiin hartsia, jonka melamiinin moolisuhde formaldehydiin oli 1:2,0. Hartsin pitoisuus oli 80 prosenttia. Kovettimena käytettiin 2,5 prosenttia muurahaishappoa, emulgaattorina seosta, joka sisälsi 0,6 prosenttia di-isobutyylinaftaliinisulfonihappoista natriumia ja 1,6 prosenttia heikosti etoksiloitua tyydytettyä rasvahappoa ja paisutus-aineena 16 prosenttia pentaani.

Esimerkki 9

Meneteltiin kuten esimerkissä 1, jolloin happona lisättiin 1,8 prosenttia muurahaishappoa ja emulgaattorina 2,2 prosenttia natriumdodesyylibentsolisulfonaattia. Lämpökäsittely suoritettiin 190°C lämpötilassa.

15 __ 67874

Jj «λ oooooooSS

g C\C?iC\Cni7\CN^u'u' 5 ΊΛΛΛΛΛ^Λλ s rt (h 9 OLnacacNc^O^® P £0 rH O O ^ ^ ?P“1 *Λ*Λ**Λ»* x Jc OOOOOOO00 il

6 I

H £7“· 3 l r^ou^OcM^cM1'0'^ > E ««λλ-αλ·'·' Q O rl ,Ό LT\ m rl rt T-H 1-1 a

:¾1 lEJ

0 w 1 *_ '

rH

3 (0 E-i I v7 3 °

S · LO

?5 r-( π I ι*Λ ,·^. κ\ ^ γ<λ r*"\ f'~

Sc £ OOOOOCCOO

• ^***Α*Λ*"·|

, ? , OOOOOOOOO

10 ! CT1

-P I

5 rH ^OOCOK>— C\it"-OJ

•JS · T-i<\l.'r\C\lr~lT-tr~ir~i'~‘ & lSJj_

•H

I g r-l'Mr^-^-inOf'-COG'i as 16 67874

Cj c rt rt :n3 :rn :rO :π3 :<β ae •3 >>>>>>>> >i >4->-P-P-PjJ-|J4Jj-)

-F >,4-i4J-P-U J~* 4-> J-> +J

:¾1 4j -P^ tn tn oi tn oi tn ui tn S W Ή ·Η Ή Ή ·Η ·Η Ή Ή •3 JJ-JJ-p-P-P-U-P-p § rjoioitntn οι οι οι οι r-j <0 <Ö rd (Ö (OtOfOrö to ίΗοωοοαιαιαιο) Λ (DAiAC,*,* ,*,*.*,* Ή ·Η *Η -Η ·Η Ή ·Η *Η ‘Ο ιβ lö id ttj rtJuJrOrö ►>>>>> >>>> 9 7j * 3 I CM Oj CJ o r-t 04 K'. o-

£ t—trHr-frHTHr-fr^OO

I ΐ q ~ ccooooooo S lSj > r£~i 0 -, m ,ε.θΐη^ιθ4θΟ^^:^Ι

g --- 04 r-l r-ι ri 04 OJ 04 ^ iAJ

g, Λ Λ Λ 'λ tn -

„ SOWrlQNO^O

£ OT-HrHtHOOO'-10

SV

•pj* OOCOOOOOO

a -p

^ J

*H

U) 33

»H

<D

03 •Η Ή I-1 !h ^oj ooLnooco1^0 Q) ·τ3 1 'g g gTHOWm^OrHrHr-lCUr-l c i e· v v .

8 I Lfj a 13 t ·Η?3 <5 tn ai

•a W B

17 67874

Jatkoa taulukolle edellisiltä sivuilta

Sillan pituus Sillan_ ^ tiheys

Esim. . f/, cm

Sillan paksuus 1 >15 s- 1, 3 2 m 10 "-1,3 3 '-10 -1,3 H > ) 0 >1,3 3 - 12 >1,3 6 >12 >1,3 7 >15 ‘ >1,3 8 > io > 1,3 9 > 25 3 l, 3 18 67874

Patenttivaatimukset 1. Menetelmä melamiini/formaldehydi-kondensaatiotuottee-seen perustuvien kimmoisten vaahtomateriaalien valmistamiseksi vaahdottamalla vesiliuosta tai -dispersiota/ joka sisältää mela-miini/formaldehydi-esikondensaattia, emulgaattoria, haihtuvaa paisutusainetta ja kovetinta sekä haluttaessa tavanomaisia lisäaineita, minkä jälkeen vaahto kovetetaan, tunnettu siitä, että a) esikondensaatin pitoisuus esikondensaattia ja vettä sisältävässä seoksessa (ilman lisäaineita) valitaan siten, että se on sen käyrän ensimmäisen derivaatan taittumispisteen yläpuolella, joka saadaan, jos säilyttäen vakioina kaikki muut olosuhteet esikondensaatin ja veden muodostamassa seoksessa vaihdellaan vesimäärää ja sitten piirretään käyrä seoksen viskositeetista (mitattuna paisutusaineen kiehumislämpötilassa olosuhteissa, jotka vallitsevat vaahdotustapahtuman alussa) esikondensaatin pitoisuuden funktiona, jolloin kuitenkaan esikondensaatin pitoisuus ei saa olla suurempi kuin se arvo, joka esitetyllä käyrällä vastaa 5000 dPas olevaa viskositeettia, että b) vaahdotustapahtuman aikana siihen ajankohtaan asti, jolloin vaahto on saavuttanut 80 prosenttia suurimmasta saavutettavasta nousukorkeudestaan, vesiliuoksen tai -dispersion viskositeetti toisaalta ei saa alittaa sitä arvoa, joka kohdassa a) määritetyllä käyrällä vastaa siinä määritettyä alhaisinta pitoisuutta ja toisaalta ei saa ylittää arvoa 6000 dPas ja että c) kohdassa b) määritellyn ajankohdan saavuttamisen jälkeen viskositeetti esikondensaatin kovettumisen vuoksi ylittää arvon 10 000 dPas 8 minuutin kuluessa, jolloin kohdissa b) ja c) viskositeetti aina mitataan paisutusainetta sisältämättömästä rinnakkaissysteemistä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vaahtomateriaalia kuumennetaan 1-180 minuutin ajan lämpötilassa 120-300°C, jolloin vesi, paisutusaine ja formaldehydi olennaisesti poistuvat ja tapahtuu lisää kovettumista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vaahtomateriaalia, haluttaessa ennen patentti- 19 6 7 8 7 4 vaatimuksen 2 mukaista lämpökäsittelyä tai sen jälkeen, yhden tai useamman kerran puristetaan kokoon 40-90 % alkuperäisestä korkeudesta, minkä jälkeen sen annetaan uudelleen laajentua.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vaahtomateriaali varustetaan yhdellä tai kahdella peitekerroksella.

5. Kimmoinen vaahtomateriaali, joka perustuu melamiini/ formaldehydi-kondensaatiotuotteeseen, joka sisältää vähintään 50 paino-% mukaankondensoituja melamiini- ja formaldehydi-yk-siköitä ja joka voi sisältää enintään 50 paino-% mukaankondensoitu ja muita amino-, amidi-, hydroksyyli- tai karboksyyliryh-miä sisältäviä kertamuoveja muodostavia aineita toisaalta ja aldehydejä toisaalta, tunnettu siitä, että sillä on seu-raavat ominaisuudet: a) raakatiheys DIN 53 420 mukaan on 4-80 £g.l ^7» b) lämmönjohtoluku DIN 52 612 mukaan on pienempi kuin 0,06 /W.m-1 .°K_Jl7; c) tyssäyskovuus DIN 53 577 mukaan 60 %:n tyssäyksellä _ _2 -i_ jaettuna raakatiheydellä on pienempi kuin 0,30 /N.cm /g.l_/, jolloin tyssäyskovuutta määrättäessä 60 %:n tyssäyksellä vaah-tomateriaalin palautuminen täytyy olla vähintään 70 prosenttia alkuperäisestä koosta; d) kimmomoduli DIN 53 423 mukaan jaettuna raakatiheydellä — -2 -1 on pienempi kuin 0,25 /_N.mm ~/g.l _J; 3) taipuma murtuessa DIN 53 423 mukaan on suurempi kuin 6/mm7; f) vetolujuus DIN 53 571 mukaan on edullisesti vähintään 0,07 /N.mm ^7; g) DIN 4102 mukaan vähintään normaalisti syttymätöntä.