WO2008095931A2 - Flüssigkeitgetränktes schaumstoffformteil auf basis eines aminoplasten und dessen verwendungen - Google Patents

Flüssigkeitgetränktes schaumstoffformteil auf basis eines aminoplasten und dessen verwendungen Download PDF

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    • Y10T428/249997—Encapsulated liquid

Definitions

  • the invention relates to a liquid-soaked foam molding, consisting of a) 1 to 10 vol .-%. an open-celled foam based on an aminoplast and b) 90 to 99% by volume of a component which is liquid at 25 ° C., and also uses thereof.
  • Open-cell foams based on a melamine / formaldehyde condensation product are known for various heat and sound insulation applications in buildings and vehicles, as well as insulating and shock-absorbing packaging material.
  • the open-cell structure permits the absorption and storage of suitable cleaning, grinding and polishing agents when used as a cleaning, grinding and polishing sponge (WO 01/94436).
  • EP-A 1 498 680 describes a cooling and holding battery of melamine / formaldehyde foam, the cell pores of which are completely or partially filled with a flowable heat transfer medium and a jacket, which can consist for example of a polyolefin film.
  • liquid reservoirs of open-celled foams based on a melamine / formaldehyde condensation product as a fuel tank and for the storage and transport of liquid hazardous substances is described in WO 2007/003608.
  • hoses or open or closed containers such as buckets, bottles, canisters or containers are used.
  • these are often rigid, heavy and expensive to fill and empty.
  • thermal management there are various requirements both on a small scale, eg. B. in electronics, as well as on a larger scale, z. B. to meet in vehicles. These requirements include a good insulation effect, heat dissipation and supply by radiation, conduction or convection, damping of temperature fluctuations, avoidance of material fatigue, stable operation of sensors or the intermediate storage of heat.
  • the materials used for this purpose must be flexible applicable and stable in their thermal, mechanical and magnetic properties.
  • Thermal radiation requires special absorption and emission properties.
  • the object of the invention was to bring a liquid at room temperature component in a solid, easy to transport form, from which it can be converted back into the liquid form at any time easily and reversibly. Furthermore, new applications for liquid components in solid form should be found.
  • open-cell foams are preferably elastic foams based on a melamine / formaldehyde condensation product having a specific gravity of 5 to 100 g / l, in particular from 8 to 20 g / l used.
  • the cell count is usually in the range of 50 to 300 cells / 25 mm.
  • the average cell diameter is generally in the range of 80 .mu.m to 500 .mu.m, preferably in the range of 100 to 250 .mu.m.
  • the tensile strength is preferably in the range of 100 to 150 kPa and the elongation at break in the range of 8 to 20%.
  • a highly concentrated propellant-containing solution or dispersion of a melamine-formaldehyde precondensate can be foamed and cured with hot air, water vapor or by microwave irradiation.
  • foams are commercially available under the name Basotect® from BASF Aktiengesellschaft.
  • the molar ratio of melamine / formaldehyde is generally in the range of 1: 1 to 1: 5.
  • the molar ratio in the range of 1: 1, 3 to 1: 1, 8 is selected and a sulfite group-free precondensate used, such as. B described in WO 01/94436.
  • the foam materials can then be tempered and pressed.
  • the foams can be cut to the desired shape and thickness and laminated on one or both sides with cover layers.
  • cover layers For example, a polymer or metal foil can be applied as a cover layer.
  • the open-cell foam Due to the extensive chemical resistance of the melamine / formaldehyde condensate, the open-cell foam can also come into direct contact with various, even cryogenic liquids. Even at low temperatures, for example below -80 0 C, the foam remains elastic. Damage caused by embrittlement does not occur.
  • the shape and dimensions of the open-cell foam depend on the intended use. In general, the height of the open-cell foam is 1 to 500 mm, preferably in the range of 10 to 100 mm.
  • the volume of this foam is 0.5 to 10% by volume of the aminoplast resin and 90 to 99.5% by volume of air. This air can be expelled by immersion in a liquid and gives the inventive, liquid-soaked foam molding.
  • the liquid components which can be used at 25 ° C. are flowable or pasty substances which are inert toward the aminoplast, for example aromatic or aliphatic hydrocarbons, such as alkanes, benzene, toluene, xylene, alcohols, such as methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol, Ketones, such as acetone or methylethicone, or water, aqueous solutions or dispersions.
  • aromatic or aliphatic hydrocarbons such as alkanes, benzene, toluene, xylene
  • alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol
  • Ketones such as acetone or methylethicone
  • water aqueous solutions or dispersions.
  • the liquid component usually has a density in the range of 800 to 1200 kg / m 3 . There are a particularly wide range of applications for water as a liquid component.
  • the thermal properties of a material are determined in particular by the thermal conductivity and the heat capacity. These properties can be influenced by a suitable combination of materials largely independently of each other.
  • PCM's phase changing materials
  • the PCM components generally have a melting point T m in the range of 20 to 40 0 C and have a high
  • Enthalpy of fusion They can be processed into composite materials for heat management with the open-cell foam and optionally heat-conductivity-changing additives, such as metallic powders.
  • the proportion of PCM is 10 to 50 wt .-%, based on the composite after removal of the liquid carrier phase. Due to the capillary forces in the open-cell foam, some PCM waxes can also be used without encapsulation.
  • the mechanical stability and flexibility is ensured by the open-cell foam.
  • the additives are selected according to the requirements of the electrical and magnetic properties.
  • the surface of the composite can be coated to affect the radiation properties.
  • Such composites can be used, for example, for wrapping dishes, for example drinks. or canning or microwave dishes. When filling the hot beverage, a part of the heat energy is used to melt the PCM's, which deliver the heat back to the drink after falling below the crystallization temperature. If there are areas with foam that is not completely filled or a multi-layered composite, this results in additional heat insulation.
  • a water-soaked foam cube with a height less than 10 cm does not leak. He behaves like an ice cube that does not melt. Since the liquid-impregnated foam molding according to the invention can be excellently cut with a sharp knife, it can also be referred to as a "cut-resistant liquid”. From this perspective, there are surprisingly many possible applications.
  • liquid-soaked foam molding is the simple and accurate metering of the liquid component.
  • the dosage of liquid components plays a role especially in medicine or cosmetics.
  • a thin alcohol film for disinfecting the skin surface can be applied evenly.
  • Other medically effective substances can be applied to diseased skin surfaces in a targeted manner. Due to the slightly abrasive effects of melamine resin / IFormaldehyd foams this can be peeled at the same time cornea or dead skin scales.
  • the foam moldings are also introduced into a commercially available tube thus allow the dropwise dosing of liquid components on light pressure on the tube.
  • An exact dosage can also be done via the introduction of correspondingly measured cubes from the open-cell foam.
  • a concentrated drug solution can be aspirated into a cube measuring 1cm x 1cm x 1cm and then placed in another fluid.
  • An open-celled foam impregnated with vegetable oil forms a thin oil film on the surface of the water that kills mosquito larvae.
  • a further possible application for the liquid-soaked foam molding is the simultaneous transport of one or more liquid components without electrical energy. Between two containers with different water levels, a water-soaked foam strip compensates for the level by utilizing the hydrostatic pressure. A filled vessel empties without the need for a hose or suction. At the same time, a cleaning is carried out by the filtration effects of the open-cell foam.
  • the open-cell foam can also be moistened after application and liquid transport thereby begun.
  • a hose used as a fluid lift must first be filled with the fluid, for example by suction. This liquid may leak.
  • Liquid conductors of the open-cell foam can be combined from individual parts and trimmed or connected in three dimensions. Compared to threads or fabrics as a liquid transport medium, the open-cell foam shows easier handling and can be adapted to a variety of spatial structures.
  • the liquid-soaked foam molding according to the invention can also be used, for example, in solar collectors.
  • the liquid in the open-cell foam is heated by solar radiation and then removed.
  • Cold fluid can be tracked on the other side.
  • the use of pipes is not necessary.
  • the combination with radiation-absorbing materials, such as graphite makes sense to achieve a faster heating of the water.
  • the foam molding according to the invention is also suitable, for example, for pumping flammable liquids, for example in accidents involving the transport of hazardous substances.
  • a tubular foam molding is soaked in the hazardous substance and can be achieved without suction and without the use of mechanical pumps to transport the spilled liquid in a collecting container provided by gravity.
  • an antistatic finish of the foam for example, by applying electrically conductive layers may be beneficial to reduce the risk of sparking.
  • the liquid flows in the open-cell foam are generally very laminar. If the flow velocity is very high, the lowest mixing is achieved due to the relatively low diffusion rate. This can for example be exploited to promote two or more liquid streams in parallel through the open-cell foam and at the interface any chemical reactions or physical processes, for example, complexations, dye formations, precipitations or polymerizations.
  • the liquid streams can be fixed in the boundary layer by means of a solid solution.
  • This channeling can create open three-dimensional microfluidic systems or membranes within the foam. The system is expected to work for many different reactions.
  • the liquid-impregnated foam molding according to the invention is also particularly suitable for energy absorption of projectiles. If the transparency is not critical, the liquid-filled foam molding according to the invention is also suitable for examining weft channels as an alternative to gelatin blocks.
  • the liquid with which the foam is impregnated can have special rheological properties, such as, for example, thixotropy or dilatancy, in order to change the uptake of the liquid into the foam, the outlet capacity or the energy consumption of the impregnated foam.
  • the foam may be impregnated with a dilatant dispersion.
  • the impregnated foam also has a dilatant effect, but is easier to handle than the dispersion outside the foam.
  • liquid-soaked foam molding according to the invention is freeze-blasting.
  • a liquid such as water.
  • freezing or cooling for example by overflowing with liquid nitrogen, the liquid freezes in the open-cell foam and developed by the associated volume unit of pressure that splits the rock.
  • other rocks and materials such as concrete, wood, metal or brittle plastics can be split in this way.
  • the liquid-soaked foam can be advantageously used to protect against fire or to combat fire. For example, flames can be extinguished with soaked foam samples, the liquid can not escape the source of fire by flowing. It can also be a continuous re-wetting of the foam. For example, the application of foam layers to walls of buildings, e.g. in a double cladding, conceivable. This layer is used in the dry state of thermal insulation. at
  • the layer is continuously moistened via a supply system and increases the fire protection of the building.
  • an open-celled melamine / formaldehyde foam having a density of about 10 kg / m 3 (Basotect® from BASF Aktiengesellschaft) was used.
  • Basotect® A dry sample of Basotect® was placed in a beaker filled with water.
  • the liquid increased due to capillary forces inside the specimen to a height of about 1 cm above the liquid level.
  • Basotect® sample completely soaked with water was placed in the water, the liquid remained at a height of about 8-12 cm above the water level inside the sample.
  • the supernatant water was up to this value from the sample up to a water column of about 12 cm height, water was kept inside of Basotect®
  • a beaker was filled with water.
  • a second beaker contained no liquid and was positioned next to the first glass at the same height.
  • a Basotect® nonwoven (thickness about 5 mm, width about 7 cm) was first soaked completely in water and then immersed with one end in the liquid-filled glass, while the other end ended in the empty beaker.
  • the height difference between the highest elevation of the foam and the liquid level was less than 12 cm to prevent leakage of the water while draining the foam.
  • Transport of the liquid from the filled beaker to the empty vessel was observed until the level of the water level in both vessels was equal. When one of the beakers was lifted after equilibrium had been established, the transport of the liquid began again until both liquid levels were at the same level.
  • a beaker was filled with blue stained water.
  • a second beaker was filled with redstained water. Both beakers were placed on an approximately 10 cm high pad. In front of this base, ie at a lower level, a third, empty beaker was placed.
  • a Basotect® nonwoven (thickness about 5 mm, width about 10 cm, length about 40 cm) was cut in the middle to a length of about 20 cm.
  • the fleece obtained divided so halfway into two strands with approximately the same width. The fleece was completely soaked in water. The two narrow ends were then each dipped in the blue or red colored water, while the broad end ended in the lower, empty vessel. It was observed that red and blue stained water flowed through the fleece into the lower vessel.
  • Example 5 was repeated, but instead of stained water two liquids were used, which showed chemiluminescence on contact. The system started to glow in the contact area of both currents.
  • Example 5 a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution and a 0.1 N aqueous hydrochloric acid containing approximately 5% phenolphthalein were used and the procedure was as in Example 5. From the area of the web, where the two single strands merged, a violet boundary layer was formed by changing the pH indicator from the initially colorless solutions. The color change took place only in the area of the boundary layer. The width depended on the flow rates.
  • Example 5 a 10% strength aqueous solution of a sodium silicate (water glass) and a 10% strength phosphoric acid solution were used and the procedure was analogous to Example 5. From the area of the web, where the two single strands merged, a solid formed. The solids formation took place only in the area of the boundary layer.
  • Basotect® (7x7x7cm) was dipped in water. The water remained inside the foam and did not leak out.
  • a plastic plate e.g., PE
  • a razor blade was attached so that the sharp sides of the blade were perpendicular to the surface.
  • the surface of the plate was moistened with a soapy water so that it had a low frictional resistance.
  • the water-soaked Basotect® cube was placed on the plastic plate so finished. Now, if one end of the plate was raised so that the cube slipped on the fixed blade, the moving cube was cut by the blade in two parts. In a comparison experiment with dry Basotect the cube could not be cut in this way. Basotect® is wet better, more precise and dust-free cuttable.
  • a rectangular test specimen made of Basotect® (7x5x20cm) was soaked in water and placed on the base of 7x20cm. Water did not go out. The test piece was raised on the side with a width of 7 cm, so that the height of the entire vertical water column rose over a value of about 10 cm. Water ran out of the foam until it fell below this value. Water uptake and release can be controlled by aligning the soaked specimen
  • a soaked water cube (2x2x2cm) was cooled in a freezer compartment below 0 0 C.
  • the water inside the cube froze without destroying it. Prolonged storage in the freezer, a roughening of the surface was done by partially occurring sublimation of the ice. The rough ice cubes were easy to handle as they did not slip out of the hands.
  • the water thawed leaving the melt water inside the Basotect® block.
  • the bottom of a standard 1, 5 I PET beverage bottle was cut off so that the bottom part consisted of an open cylinder with a diameter of about 7 cm.
  • the bottle cap was preserved.
  • a Basotect® disc with a customized diameter and a height of approximately 1.5 cm was fitted in the opening.
  • the cap of the bottle was opened and the bottle was immersed with the Basotect sealed bottom about 5 cm in a water-filled container. Water penetrated the inside of the bottle through the Basotect® disk, with a corresponding amount of air escaping through the open shutter.
  • the fluid over the Basotect® disc flowed out of the bottle. If the cap of the bottle was closed after the entry of the water, no liquid leaked when removing the bottle from the water, since no gas exchange can take place. If the closure was then opened, the water could drain from the bottle.
  • the water output is controlled by the gas exchange.
  • Basotect® 100 * 80 * 3 mm, 0.35 g
  • an aqueous dispersion of a microencapsulated paraffin mixture which has a melting temperature of 28 0 C (Micronal, BASF AG).
  • the total mass of the impregnated foam fleece was 8.5 g.
  • the material obtained is mechanically flexible, has a pleasant feel and cools when in contact with the body through the melting enthalpy of the paraffin crystallites consumed enthalpy of fusion.

Abstract

Ein flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil, bestehend aus a) 1 bis 10 Vol.-%. eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten und b) 90 bis 99 Vol.-% einer bei 25°C flüssigen Komponente, wie aromatischer oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone, Wasser oder wässrige Dispersionen, sowie dessen Verwendungen zum Transportieren oder Dosieren von Flüssigkeiten, zur Gefriersprengung, zur Energieabsorption von Geschossen oder als latente Wärmespeicher.

Description

Flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil auf Basis eines Aminoplasten und dessen Verwendungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil, bestehend aus a) 1 bis 10 Vol.-%. eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten und b) 90 bis 99 Vol.-% einer bei 25°C flüssigen Komponente, sowie dessen Verwendungen.
Offenzellige Schaumstoffe auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensations- produktes sind für verschiedene wärme- und schalldämmende Anwendungen in Gebäuden und Fahrzeugen, sowie als isolierendes und stoßdämmendes Verpackungs- material bekannt.
Die offenzellige Struktur erlaubt die Aufnahme und Speicherung geeigneter Reini- gungs- Schleif- und Poliermittel bei der Anwendung als Reinigungs- Schleif- und Polierschwamm (WO 01/94436).
Die EP-A 1 498 680 beschreibt einen Kühl- und Warmhalteakku aus Melamin/Form- aldehyd-Schaumstoff, dessen Zellporen ganz oder teilweise mit einem fließfähigen Wärmeträger gefüllt sind und der eine Ummantelung, die beispielsweise aus einer Po- lyolefinfolie bestehen kann.
Die Verwendung von Flüssigkeitsspeichern aus offenzelligen Schaumstoffen auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes als Treibstofftank und zur Lagerung und Transport von flüssigen Gefahrstoffen ist in WO 2007/003608 beschrieben.
Zum Transport von Flüssigkeiten werden üblicherweise Rohre, Schläuche oder offene oder geschlossene Behälter wie Eimer, Flaschen, Kanister oder Container verwendet. Diese sind jedoch häufig starr, schwer und aufwändig zu Befüllen und Entleeren.
Im Wärmemanagement sind verschiedene Anforderungen sowohl auf kleiner Skala, z. B. in der Elektronik, wie auch auf größerer Skala, z. B. bei Fahrzeugen zu erfüllen. Zu diesen Anforderungen gehören eine gute Isolationswirkung, Wärmeab- und zufuhr durch Strahlung, Leitung oder Konvektion, Dämpfung von Temperaturschwankungen, Vermeidung von Materialermüdung, stabile Funktion von Sensoren oder die Zwischen- speicherung von Wärme. Darüber hinaus müssen die hierfür eingesetzten Materialien flexibel applizierbar und stabil in ihren thermischen, mechanischen und magnetischen Eigenschaften sein. Bei der Wärmestrahlung sind spezielle Absorptions- und Emissionseigenschaften zu erfüllen. Aufgabe der Erfindung war es, eine bei Raumtemperatur flüssige Komponente in eine feste, leicht zu transportierende Form zu bringen, aus der sie jederzeit einfach und reversibel in die flüssige Form zurückverwandelt werden kann. Des weiteren sollten neue Anwendungen für flüssige Komponenten in fester Form gefunden werden.
Als offenzellige Schaumstoffe werden bevorzugt elastische Schaumstoffe auf Basis eines Melamin/Formaldehyd-Kondensationsproduktes mit einer spezifischen Dichte von 5 bis 100 g/l, insbesondere von 8 bis 20 g/l verwendet.
Die Zellzahl liegt üblicherweise im Bereich von 50 bis 300 Zellen/25 mm. Der mittlere Zellendurchmesser liegt in der Regel im Bereich von 80 μm bis 500 μm, bevorzugt im Bereich von 100 bis 250 μm.
Die Zugfestigkeit liegt bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 kPa und die Bruchdehnung im Bereich von 8 bis 20%.
Zur Herstellung kann nach EP-A 071 672 oder EP-A 037 470 eine hochkonzentrierte, treibmittelhaltige Lösung oder Dispersion eines Melamin-Formaldehyd-Vorkondensates mit Heißluft, Wasserdampf oder durch Mikrowellenbestrahlung verschäumt und ausgehärtet werden. Derartige Schaumstoffe sind im Handel unter der Bezeichnung Baso- tect® der Firma BASF Aktiengesellschaft erhältlich.
Das Molverhältnis Melamin/Formaldehyd liegt im allgemeinen im Bereich von 1 : 1 bis 1 :5. Zur Herstellung besonders formaldehydarmer Schaumstoffe wird das Molverhältnis im Bereich von 1 : 1 ,3 bis 1 : 1 ,8 gewählt und ein sulfitgruppenfreies Vorkondensat eingesetzt, wie z. B in WO 01/94436 beschrieben.
Um die anwendungstechnischen Eigenschaften zu verbessern, können die Schaum- Stoffe anschließend getempert und verpresst werden. Die Schaumstoffe können zur gewünschten Form und Dicke zugeschnitten und ein- oder beidseitig mit Deckschichten kaschiert werden. Beispielsweise kann eine Polymer- oder Metallfolie als Deckschicht aufgebracht werden.
Der offenzellige Schaumstoff kann aufgrund der weitgehenden chemischen Beständigkeit des Melamin/Formaldehyd-Kondensats auch direkt mit verschiedenen, auch kryo- genen Flüssigkeiten in Kontakt kommen. Selbst bei tiefen Temperaturen, beispielsweise unter -800C bleibt der Schaumstoff elastisch. Eine Schädigung durch Verspröden tritt nicht auf. Die Form und Abmessungen des offenzelligen Schaumstoffes richten sich nach dem Verwendungszweck. In der Regel beträgt die Höhe des offenzelligen Schaumstoffs 1 bis 500 mm, bevorzugt im Bereich von 10 bis 100 mm.
Das Volumen dieses Schaumstoffes besteht aus 0,5 bis 10 Volumenprozent aus dem Aminoplastharz und zu 90 bis 99,5 Volumen Prozent aus Luft. Diese Luft lässt sich durch Tauchen in eine Flüssigkeit austreiben und man erhält das erfindungsgemäße, flüssigkeitsgetränkte Schaumstoffformteil. Ein mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit getränktes Schaumstoffformteil besteht demnach aus einer räumlich beliebig di- mensionierbaren Flüssigkeit.
Als flüssige Komponente können bei 25°C fließfähige oder pastöse Stoffe, die gegenüber dem Aminoplasten inert verhalten, beispielsweise aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Alkane, Benzol, Toluol, XyIoI, Alkohole, wie Methanol, Etha- nol, Propanol, Butanol, Hexanol, Ketone, wie Aceton oder Methylethiketon, oder Wasser, wässrige Lösungen oder Dispersionen verwendet werden.
Die flüssige Komponente weist in der Regel eine Dichte im Bereich von 800 bis 1200 kg/m3 auf. Besonders vielfältige Einsatzmöglichkeiten gibt es für Wasser als flüssige Komponente.
Die thermischen Eigenschaften eines Materials werden insbesondere durch die thermische Leitfähigkeit und die Wärmekapazität bestimmt. Diese Eigenschaften können durch eine geeignete Kombination von Materialien weitgehend unabhängig voneinan- der beeinflusst werden.
Als flüssige Komponente können auch funktionelle Flüssigkeiten, beispielsweise eine wässrige Dispersion eines mikroverkapselten Paraffingemisches, sogenannte PCM's (phase changing materials) verwendet werden. Die PCM-Komponenten haben in der Regel einen Schmelzpunkt Tm im Bereich von 20 bis 400C und weisen eine hohe
Schmelzenthalpie auf. Sie können mit dem offenzelligen Schaumstoff und gegebenenfalls wärmeleitfähigkeitsverändernde Additive, wie metallische Pulver zu Kompositmaterialien für das Wärmemanagement verarbeitet werden. In der Regel beträgt der PCM-Anteil 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf den Komposit nach Entfernen der flüssi- gen Trägerphase. Aufgrund der Kapillarkräfte in dem offenzelligen Schaumstoff, können teilweise auch einige PCM-Wachse ohne Verkapselung eingesetzt werden.
Die mechanische Stabilität und die Flexibilität wird durch den offenzelligen Schaumstoff gewährleistet. Die Additive werden entsprechend en Anforderungen an die elektrischen und magnetischen Eigenschaften ausgewählt. Die Oberfläche des Komposits kann beschichtet werden, um die Strahlungseigenschaften zu beeinflussen. Derartige Kom- posite können beispielsweise zur Ummantelung von Geschirr, beispielsweise Geträn- ketassen oder - kannen oder Mikrowellengeschirr eingesetzt werden. Beim Einfüllen des heißen Getränkes wird ein Teil der Wärmeenergie zum Aufschmelzen der PCM's verwendet, welche nach Unterschreiten der Kristallisationstemperatur die Wärme wieder an das Getränk abgeben. Wenn Bereiche mit nicht vollständig gefülltem Schaum- stoff oder ein mehrschichtiger Komposit vorhanden sind, erfolgt hierdurch eine zusätzliche Wärmeisolierung.
Es lassen sich auch die wärmeisolierende und schallabsorbierenden Eigenschaften mit denen des ungefüllten offenzelligen Schaumstoffes kombinieren. Bei Teilimprägnierung oder durch Kombination imprägnierter und nicht imprägnierter Schichten des offenzelligen Schaumstoffes ist eine thermische Isolierung möglich, mit der auch Temperaturspitzen abgefangen werden können. Die mit PCM imprägnierten offenzelligen Schaumstoffe können aufgrund der Flexibilität dreidimensional an beliebige Formen angepasst und für ein effektives Wärmemanagement eingesetzt werden.
Ein mit Wasser getränkter Schaumstoffwürfel mit einer Höhe unter 10 cm läuft nicht aus. Er verhält sich wie ein Eiswürfel, der nicht schmilzt. Da sich das erfindungsgemäße flüssigkeitsgetränkte Schaumstoffformteil mit einem scharfen Messer hervorragend schneiden lässt, kann es auch als „schnittfeste Flüssigkeit,, bezeichnet werden. Aus dieser Perspektive ergeben sich überraschend viel Anwendungsmöglichkeiten.
Eine Anwendungsmöglichkeit des flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils ist die einfache und genaue Dosierung der flüssigen Komponente.
Die Dosierung flüssiger Komponenten spielt insbesondere auch in der Medizin oder Kosmetik eine Rolle. Beispielsweise kann mittels Alkohol-getränkter Schaumstoffformteile ein dünner Alkoholfilm zur Desinfektion der Hautoberfläche gleichmäßig aufgetragen werden. Auch andere medizinisch wirksame Substanzen können so gezielt auf erkrankte Hautflächen aufgetragen werden. Aufgrund der leicht abrasiven Wirkungen von Melaminharz/IFormaldehyd-Schaumstoffen können hierbei gleichzeitig Hornhaut oder abgestorbene Hautschuppen gepeelt werden.
Der Schaumstoffformteile auch in eine handelsübliche Tube eingebracht werden somit das tropfenweise Dosieren von flüssigen Komponenten über leichten Druck auf die Tube ermöglichen.
Eine exakte Dosierung kann auch über das Einbringen von entsprechend ab gemessenen Würfeln aus dem offenzelligen Schaumstoff erfolgen. So kann beispielsweise eine konzentrierte Wirkstofflösung in einen Würfel mit den Abmessungen 1cm x 1cm x 1cm aufgesaugt und anschließend in eine andere Flüssigkeit eingebracht werden. Ein mit Pflanzenöl getränkter, offenzelliger Schaumstoff bildet auf der Wasseroberfläche einen dünnen Ölfilm, der Mückenlarven abtötet.
Eine weiter Anwendungsmöglichkeit für das flüssigkeitsgetränkte Schaumstoffformteil ist der simultanen Transport ein- oder mehrerer flüssiger Komponenten ohne elektrische Energie. Zwischen zwei Behältern mit unterschiedlichem Wasserstand gleicht ein wassergetränkter Schaumstoffstreifen unter Ausnutzung des hydrostatischen Drucks das Niveau aus. Ein gefülltes Gefäß entleert sich, ohne dass ein Schlauch oder ein Ansaugen notwendig ist. Zugleich erfolgt eine Reinigung durch die Filtrationswirkungen des offenzelligen Schaumstoffes.
Der offenzellige Schaumstoff kann auch nach dem Anbringen befeuchtet werden und der Flüssigkeitstransport dadurch begonnen werden. Demgegenüber muss ein als Flüssigkeitsheber verwendeter Schlauch zuerst mit der Flüssigkeit gefüllt werden, bei- spielsweise durch Ansaugen. Hierbei kann Flüssigkeit auslaufen. Flüssigkeitsleiter aus dem offenzelligen Schaumstoff können aus Einzelteilen kombiniert und dreidimensional zugeschnitten oder verbunden werden. Gegenüber Fäden oder Geweben als Flüssigkeitstransportmedium zeigt der offenzellige Schaumstoff eine einfachere Handhabung und kann an vielfältige räumliche Strukturen angepasst werden.
Das erfindungsgemäße flüssigkeitgetränkte Schaumstoffformteil kann beispielsweise auch in Sonnenkollektoren eingesetzt werden. Hierbei wird die Flüssigkeit in dem offenzelligen Schaumstoff durch Sonnenstrahlung aufgeheizt und anschließend abgeführt. Kalte Flüssigkeit kann auf der anderen Seite nachgeführt werden. Die Verwen- düng von Rohren ist hierbei nicht notwendig. Bei dieser Anwendung ist die Kombination mit strahlungsabsorbierenden Stoffen, beispielsweise Graphit, sinnvoll, um eine schnellere Erwärmung des Wassers zu erzielen.
Das erfindungsgemäße Schaumstoffformteil eignet sich beispielsweise auch zum Um- pumpen von brennbaren Flüssigkeiten, beispielsweise bei Unfällen mit Gefahrstofftransporten. Hierbei wird ein schlauchförmiges Schaumstoffformteil dem Gefahrstoff getränkt und kann ohne Ansaugen und ohne Verwendung von mechanischen Pumpen zum Transport der ausgelaufenen Flüssigkeit in einem bereitgestellten Auffangbehälter durch die Gravitation erreicht werden. Für diese Anwendung kann eine antistatische Ausrüstung des Schaumstoffs, beispielsweise durch Aufbringen elektrisch leitfähiger Schichten von Vorteil sein, um die Gefahr von Funkenbildung zu senken.
Die Flüssigkeitsströme in dem offenzelligen Schaumstoff sind in der Regel sehr laminar Ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch, so wird aufgrund der im Verhältnis gerin- geren Diffusionsgeschwindigkeit, die geringste Durchmischung erreicht. Dies kann beispielsweise ausgenutzt werden, um zwei oder mehrere Flüssigkeitsströme parallel durch den offenzelligen Schaumstoff zu fördern und an der Grenzfläche beliebige chemischen Reaktionen oder physikalische Prozesse, beispielsweise Komplexierun- gen, Farbstoffbildungen, Fällungen oder Polymerisationen, zu induzieren.
Beispielsweise können durch eine Feststoff bi Id ung in der Grenzschicht die Flüssig- keitsströme fixiert werden. Durch diese Kanalbildung können offene dreidimensionale Mikrofluidiksysteme oder Membranen innerhalb des Schaumsstoffes erzeugt werden. Das System funktioniert voraussichtlich für sehr viele ganz unterschiedliche Reaktionen.
Während offenzellige Schaumstoffe auf Basis eines Aminoplastharzes zur Wärme- und Schallisolierung eingesetzt werden, eignet sich das erfindungsgemäße, flüssigkeitsge- tränkte Schaumstoffformteil insbesondere auch zur Energieabsorption von Geschossen. Sofern die Transparenz nicht entscheidend ist, eignet sich das erfindungsgemäße, flüssigkeitsgetränkte Schaumstoffformteil auch zur Untersuchung von Schusskanälen als Alternative von Gelatineblöcken.
Die Flüssigkeit mit der der Schaumstoff getränkt ist, kann besondere rheologische Eigenschaften, wie beispielsweise Thixotropie oder Dilatanz aufweisen, um die Aufnahme der Flüssigkeit in den Schaumstoff, das Auslaufvermögen oder die Energieauf- nähme des getränkten Schaumstoffs zu verändern. Beispielsweise kann der Schaumstoff mit einer dilatanten Dispersion getränkt sein. Der getränkte Schaumstoff weist ebenfalls einen dilatanten Effekt auf, lässt sich aber einfacher Handhaben als die Dispersion außerhalb des Schaumstoffs.
Eine weitere Verwendung des erfindungsgemäßen, flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils ist die Gefriersprengung. Hierzu kann man den offenzelligen Schaumstoff in Felsspalten oder vorbereitete Bohrlöcher stecken und mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser tränken. Durch Frost oder Kühlung, beispielsweise durch Überschütten mit flüssigem Stickstoff gefriert die Flüssigkeit in dem offenzelligen Schaumstoff und entwickelt durch die damit verbundene Volumeneinheit einen Druck, der den Fels spaltet. Außer Felsen können auch andere Gesteine und Materialien, beispielsweise Beton, Holz, Metall oder spröde Kunststoffe auf diese Weise gespalten werden.
Der mit Flüssigkeit getränkte Schaumstoff kann vorteilhaft zum Schutz vor Bränden oder zur Bekämpfung von Feuer eingesetzt werden. Beispielsweise können Flammen mit getränkten Schaumstoffproben gelöscht werden, wobei die Flüssigkeit sich dem Brandherd nicht durch Fließen entziehen kann. Es kann auch eine kontinuierliche Nachbefeuchtung des Schaumstoffs erfolgen. Beispielsweise ist das Aufbringen von Schaumstoffschichten an Wänden von Gebäuden, z.B. in einer Doppelverschalung, denkbar. Diese Schicht dient in trockenem Zustand der thermischen Isolierung. Bei
Gefahr eines Feuers wird die Schicht über ein Zuleitungssystem kontinuierlich befeuchtet und erhöht zu den Brandschutz des Gebäudes. Beispiele:
Für die folgenden Beispiele wurde ein offenzelliger Melamin/Formaldehyd-Schaumstoff mit einer Dichte von etwa 10 kg/m3 (Basotect® der BASF Aktiengesellschaft) einge- setzt.
Beispiel 1 (Steighöhe):
Ein trockener Probekörper Basotect® wurde in ein mit Wasser gefülltes Becherglas gestellt. Die Flüssigkeit stieg aufgrund von Kapillarkräften im Inneren des Probekörpers bis auf eine Höhe von etwa 1 cm über den Flüssigkeitsspiegel. Wurde ein mit Wasser vollständig getränkter Basotect® -Probekörper in das Wasser gestellt, so blieb die Flüssigkeit bis zu einer Höhe von etwa 8 -12 cm über dem Wasserspiegel im Inneren des Probekörpers erhalten. Bei höherer Wassersäule lief das überstehende Wasser bis zu diesem Wert aus der Probe Bis zu einer Wassersäule von etwa 12 cm Höhe wurde Wasser im Inneren von Basotect® gehalten
Beispiel 2 (Heber):
Ein Becherglas wurde mit Wasser gefüllt. Ein zweites Becherglas enthielt keine Flüssigkeit und wurde neben dem ersten Glas auf gleicher Höhe positioniert. Ein Basotect® -Vlies (Dicke etwa 5 mm, Breite etwa 7 cm) wurde zunächst vollständig in Wasser getränkt und dann mit einem Ende in das mit Flüssigkeit gefüllte Glas eingetaucht, während das andere Ende in das leere Becherglas endete. Der Höhenunterschied zwi- sehen der höchsten Erhebung des Schaumstoffs und dem Flüssigkeitsspiegel betrug weniger als 12 cm, um ein Auslaufen des Wassers unter Trockenlegung des Schaumstoffs zu verhindern. Es wurde ein Transport der Flüssigkeit von dem gefüllten Becherglas in das leere Gefäß beobachtet, bis die Höhe des Wasserstandes in beiden Gefäßen gleich war. Wurde eines der Bechergläser nach Einstellen des Gleichgewichts angehoben, so begann der Transport der Flüssigkeit erneut, bis sich beide Flüssigkeitsspiegel auf dem gleichen Niveau befanden.
Der Transport der Flüssigkeit wurde auch beobachtet, wenn ein zunächst trockenes Vlies verwendet wurde, dass nach dem Überbrücken beider Gefäße unter Zuhilfenah- me einer Spritzflasche vollständig angefeuchtet wurde, bis der Flüssigkeitsaustausch begann.
Anstelle von einem Schaumkörper können auch mehrere einzelne Stücke aus Basotect® verwendet werden, die verbunden werden, um den Flüssigkeitstransport zu er- möglichen. Wurde das Vlies im obigen Beispiel am höchsten Punkt mit einer Schere durchschnitten, so stoppte der Flüssigkeitstransport. Wurden die Schnittkanten mittels einer Büroklammer verbunden, so setzte der Ausgleich des Flüssigkeitsniveaus erneut ein.
Beispiel 3:
Es werden drei rechteckige Blöcke aus Basotect® in Wasser getränkt. Ein Block wurde in das leere Gefäß gestellt und ein Block in das Gefäß mit Wasser gestellt. Der dritte Block wurde quer auf die beiden aufrecht stehenden Blöcke gelegt. Bei Kontakt aller drei Blöcke beginnt der Flüssigkeitstransport bei vergleichsweise hoher Durchflussrate.
Beispiel 4 (Laminarität):
Ein Becherglas wurde mit blau angefärbtem Wasser gefüllt. Ein zweites Becherglas wurde mit rot angefärbtem Wasser gefüllt. Beide Bechergläser wurden auf eine etwa 10 cm hohe Unterlage gestellt. Vor diese Unterlage, also auf niedrigerem Niveau, wurde ein drittes, leeres Becherglas gestellt. Ein Basotect® - Vlies (Dicke etwa 5 mm, Breite etwa 10 cm; Länge etwa 40 cm) wurde bis zu einer Länge von etwa 20 cm in der Mitte eingeschnitten. Das erhaltene Vlies teilte sich also nach halber Länge in zwei Stränge mit etwa gleicher Breite. Das Vlies wurde vollständig in Wasser getränkt. Die zwei schmalen Enden wurden anschließend je in das blau bzw. rot angefärbte Wasser getaucht, während das breite Ende im tiefer stehenden, leeren Gefäß endete. Es wurde beobachtet, dass rot und blau angefärbtes Wasser durch das Vlies in das tiefer liegende Gefäß flössen. Überraschenderweise wurde keine Durchmischung beider Farbstofflösungen innerhalb des getränkten Schaumstoffs beobachtet. Bei ausreichend hoher Strömungsgeschwindigkeit lief ein blauer und ein roter Flüssigkeitsstrom nebeneinander durch die Schaumstoffprobe und vermischten sich erst beim Austritt aus dem Schaumstoff im Auffanggefäß. Flüssigkeitsströme in Basotect® sind sehr laminar. Ist die Strömungsgeschwindigkeit sehr hoch, so wurde aufgrund der im Verhältnis geringeren Diffusionsgeschwindigkeit, die geringste Durchmischung erreicht.
Beispiel 5:
Ein Gefäß mit Wasser und ein leeres Gefäß wurden mit einem wassergetränkten Vlies aus Basotect® verbunden, so dass es zu einem Flüssigkeitstransport kommt. Auf das Vlies wurden in einem horizontalen Abstand von etwa 2 cm bei gleicher Höhe mit einer feinen Pipette drei kleine Tropfen einer hochkonzentrierten wässrigen Lösung eines blauen Farbstoffs gegeben. Es wurde beobachtet, wie sich nebeneinander drei angefärbte Flüssigkeitsströme bildeten, die sich innerhalb des getränkten Schaumstoffs nicht vermischten. An der Kontaktfläche der laminaren Ströme kann es zu einer chemi- sehen Reaktion / einem physikalischen Prozess kommen. Beispiel 6:
Beispiel 5 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle von angefärbtem Wasser zwei Flüssigkeiten eingesetzt wurden, die bei Kontakt Chemolumineszenz zeigten. Im Kon- taktbereich beider Ströme begann das System zu leuchten.
Beispiel 7:
Anstelle zweier mit unterschiedlichen Farbstoffen versehenen Flüssigkeiten wurde eine 0,1 N wässrige Natronlauge und eine 0,1 N wässrige Salzsäure, die etwa 5% Phenolph- talein enthielt, eingesetzt und analog Beispiel 5 verfahren. Ab dem Bereich des Vlieses, wo die beiden Einzelstränge zusammenführten, kam es zur Ausbildung einer violetten Grenzschicht durch Umschlag des pH-Indikators aus den zunächst farblosen Lösungen. Der Farbumschlag erfolgte nur im Bereich der Grenzschicht. Die Breite hing von den Strömungsgeschwindigkeiten ab.
Beispiel 8:
Anstelle zweier mit unterschiedlichen Farbstoffen versehenen Flüssigkeiten wurde eine 10%ige wässrige Lösung eines Natriumsilikates (Wasserglas) und eine 10%ige Phosphorsäurelösung eingesetzt und analog Beispiel 5 verfahren. Ab dem Bereich des Vlieses, wo die beiden Einzelstränge zusammenführten, kam es zur Ausbildung eines Feststoffs. Die Feststoffbildung erfolgte nur im Bereich der Grenzschicht.
Beispiel 9 (Wasserwürfel):
Ein Würfel aus Basotect® (7x7x7cm) wurde in Wasser getaucht. Das Wasser blieb im Inneren des Schaumstoffs erhalten und lief nicht aus. An einer Kunststoffplatte (z.B. aus PE) wurde eine Rasierklinge so befestigt, dass die scharfen Seiten der Klinge senkrecht zu der Oberfläche standen. Die Oberfläche der Platte wurde mit einer Seifenlauge befeuchtet, so dass sie einen geringen Reibungswiderstand aufwies. Auf die so ausgerüstete Kunststoffplatte wurde der mit Wasser getränkte Basotect® -Würfel gelegt. Wurde nun das eine Ende der Platte so angehoben, dass der Würfel auf die fixierte Klinge rutschte, so wurde der bewegte Würfel durch die Klinge in zwei Teile geschnitten. In einem Vergleichsexperiment mit trockenem Basotect konnte der Würfel so nicht geschnitten werden. Basotect® ist nass besser, präziser und staubfrei schneidbar.
Beispiel 10:
Ein rechteckiger Probekörper aus Basotect® (7x5x20cm) wurde in Wasser getränkt und auf die Grundfläche von 7x20cm gelegt. Wasser lief nicht aus. Der Probekörper wurde auf der Seite mit einer Breite von 7 cm angehoben, so dass die Höhe der gesamten senkrechten Wassersäule über einen Wert von etwa 10 cm stieg. Wasser lief aus dem Schaumstoff, bis dieser Wert unterschritten wurde. Wasseraufnahme und -abgäbe können durch Ausrichtung des getränkten Probekörpers kontrolliert werden
Beispiel 11 :
Ein getränkter Wasserwürfel (2x2x2cm) wurde in einem Gefrierfach unter 00C abgekühlt. Das Wasser im Inneren des Würfels fror ein, ohne ihn zu zerstören. Bei längerer Lagerung im Gefrierfach erfolgte eine Anrauung der Oberfläche durch teilweise auftretende Sublimation des Eises. Die rauen Eiswürfel waren leicht zu handhaben, da sie nicht aus den Händen rutschen. Wurden die Eiswürfel dem Gefrierfach entnommen, so taute das Wasser auf, wobei das Schmelzwasser im Inneren des Basotect® - Blocks blieb.
Beispiel 12 (Heberflasche):
Der Boden einer gängigen 1 ,5 I PET Getränkeflasche wurde abgeschnitten, sodass der untere Teil aus einem offenen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 7 cm be- stand. Der Flaschenverschluss blieb erhalten. In die Öffnung wurde eine Scheibe aus Basotect® mit angepasstem Durchmesser und einer Höhe von etwa 1 ,5 cm einge- passt. Der Verschluss der Flasche wurde geöffnet und die Flasche wurde mit dem mittels Basotect verschlossenen Boden etwa 5 cm in ein mit Wasser gefülltes Gefäß getaucht. Durch die Basotect® - Scheibe drang Wasser in das Innere der Flasche ein, wobei durch den geöffneten Verschluss eine entsprechende Menge Luft entwich. Wurde die Flasche mit geöffnetem Verschluss angehoben, so floss die über der Basotect® -Scheibe befindliche Flüssigkeit aus der Flasche. Wurde der Verschluss der Flasche nach dem Eintreten des Wassers geschlossen, so lief beim Entnehmen der Flasche aus dem Wasser keine Flüssigkeit aus, da kein Gasaustausch erfolgen kann. Wurde der Verschluss anschließend geöffnet, so konnte das Wasser aus der Flasche ablaufen. Die Wasserabgabe ist durch den Gasaustausch kontrollierbar.
Beispiel 13 (Energieabsorption eines Luftgewehrgeschosses)
Mit einem Luftgewehr (Kaliber 4,5 mm Diabolo; EO < 7,5 J, VO < 175m/s) wurde auf einen Block aus Polystyrolpartikelschaumstoff (Styropor®,5x5x5cm), einen Block aus trockenem Basotect® (5x5x1 cm) und einen entsprechenden Block aus wassergetränktem Basotect® geschossen. Der Styropor® Block flog nach Beschuss von seinem ursprünglichen Standort. Das Geschoss drang kaum in das Material ein, das die Energie als Gesamtkörper absorbiert. Trockenes Basotect® blieb bei Beschuss an dem ursprünglichen Standort stehen. Das Geschoss durchstieß den Probekörper, wobei ein chaotischer, verfranster Schusskanal gebildet wurde und sich hinter dem Probekörper pulversiertes Basotect® befand. Bei Beschuss von getränktem Basotect®, blieb dieses ebenfalls an seinem Ursprungsort stehen. Der Schusskanal bestand aus einem sauber ausgestanzten Hohlzylinder. Hinter dem Probekörper befand sich ein komplett erhaltener Basotect® - Zylinder aus dem Schusskanal.
Beispiel 14 (Latenter Wärmespeicher):
Ein Probekörper aus Basotect®(100*80*3 mm, 0,35 g) wurde mit einer wässrigen Dispersion eines mikroverkapselten Paraffingemisches imprägniert, welches eine Schmelztemperatur von 28 0C aufweist (Micronal, BASF AG). Nach Trocknen der Dispersion betrug die Gesamtmasse des imprägnierten Schaumstoffvlieses 8,5 g. Das erhaltene Material ist mechanisch flexibel, weist eine angenehme Haptik auf und kühlt bei Körperkontakt durch die beim Aufschmelzen der Paraffinkristallite verbrauchte Schmelzenthalpie.

Claims

Patentansprüche
1. Flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil, bestehend aus a) 0,5 bis 10 Vol.-% eines offenzelligen Schaumstoffes auf Basis eines Aminoplasten und b) 90 bis 99,5 Vol.-% einer bei 25°C flüssigen Komponente.
2. Flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Komponente ein aromatischer oder aliphatischer Kohlenwasserstoff, Alkohol, Keton oder Wasser ist.
3. Flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Komponente eine wässrige Dispersion eines mikro- verkapselten Paraffingemisches ist.
4. Flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der offenzellige Schaumstoff eine spezifische Dichte im Bereich von 5 bis 100 kg/m3 und die flüssige Komponente eine Dichte im Bereich von 800 bis 1200 kg/m3 aufweist.
5. Flüssigkeitgetränktes Schaumstoffformteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der offenzellige Schaumstoff aus einem MeI- amin/Formaldehyd-Kondensationsprodukt mit einem Molverhältnis MeI- amin/Formadehyd im Bereich von 1 : 1 und 1 : 5 hergestellt wurde.
6. Verwendung eines flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Dosierung der flüssigen Komponente.
7. Verwendung eines flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum simultanen Transport ein- oder mehrerer flüssiger Komponenten ohne elektrische Energie.
8. Verwendung eines flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Energieabsorption von Geschossen.
9. Verwendung eines flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Gefriersprengung.
10. Verwendung des flüssigkeitgetränkten Schaumstoffformteils nach Anspruch 3 als latenten Wärmespeicher.
1. Verfahren zur Herstellung eines latenten Wärmespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass man das flüssigkeitgetränkte Schaumstoffformteil nach Anspruch 3 trocknet.
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