WO2011023433A1 - Treibmittel zum herstellen von schäumen unter mikrowellenbestrahlung - Google Patents

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WO2011023433A1
WO2011023433A1 PCT/EP2010/059171 EP2010059171W WO2011023433A1 WO 2011023433 A1 WO2011023433 A1 WO 2011023433A1 EP 2010059171 W EP2010059171 W EP 2010059171W WO 2011023433 A1 WO2011023433 A1 WO 2011023433A1
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mixture
foamed
foam
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resin
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PCT/EP2010/059171
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French (fr)
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Hans Luinge
Volker ALTSTÄDT
Felipe Wolff-Fabris
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Eads Deutschland Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
    • C08J9/125—Water, e.g. hydrated salts

Definitions

  • the present invention relates to a blowing agent for the production of foams from a mixture to be foamed on the basis of a polymer or polymerizable system by irradiation with microwaves.
  • Foams can be made of a wide variety of polymer materials, such as thermoplastics, thermosets and elastomers. Such foams are suitable for a variety of different uses, such as for thermal and acoustic insulation, or as a core material in modernchtisskonstruktio- nen, in particular sandwich structures. For example, phenolic foams are often used for core materials in sandwich structures in commercial aircraft.
  • the foaming of a mixture can take place in different ways. Basically, a distinction is made between physical, chemical and mechanical foaming processes.
  • the materials may be processed in an extrusion process to form a foam.
  • Alternative foaming processes include, for example, introducing solids into a mixture, then curing the mixture, and finally removing the solid, for example, by washing with water or by heating.
  • US Pat. No. 3,238,157 discloses a process for the production of foams based on an elastomer, which consists in first mixing rubbery, highly viscous silicone compositions with particulate, cavity-forming solids. The mixture hardens to a
  • a suitable blowing agent in particular a chemical blowing agent such as CO 2 or alkanes.
  • suitable chemical blowing agents are added to a mixture to be foamed and then gaseous during processing of the mixture to be foamed, whereby the mixture is foamed. If a mixture to be frothed is injected into a mold and foamed there, a structural foam can be produced which has an outer skin with a foam-saving foam structure in the core.
  • the abovementioned methods have the disadvantage that additional substances have to be introduced in order to foam the material, the substances having in some cases disadvantageous properties, such as toxicity, lack of storage stability or poor dispersibility.
  • the objects of the present invention are therefore to provide a blowing agent which is easily distributed homogeneously in the mixture to be foamed, which does not adversely affect the production of the foaming agent
  • one aspect of the present invention relates to the use of water as a blowing agent for producing a foam from a mixture to be foamed, wherein the mixture to be foamed contains at least one polymer material, and wherein microwave radiation is used.
  • the polymeric material comprises at least one material selected from the group consisting of a thermoplastic material
  • thermosetting material and an elastomeric material.
  • the polymeric material comprises at least one thermoplastic material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate and mixtures thereof.
  • the polymeric material comprises at least one thermoset material selected from the group consisting of polyurethane resin, phenolic resin, epoxy resin, urea-formaldehyde resin (UF resin), melamine-formaldehyde resin (MF resin). and their mixtures.
  • the mixture to be foamed additionally contains at least one nucleating agent and / or a toughening agent.
  • the mixture to be foamed additionally contains at least one crosslinking agent, an accelerator and / or a catalyst.
  • the mixture to be foamed additionally contains at least one dispersing agent and / or one surfactant.
  • the production of the foam takes place under microwave radiation, preferably under microwave radiation with a power in the range of 100 to 3000 W and / or with a frequency in the range of 300 MHz to 300 GHz.
  • the microwave radiation is controlled so that the temperature of the mixture to be foamed during foaming in a range of 100 to 200 0 C, preferably maintained in a range of 100 to 140 0 C.
  • Foam while a frothing mixture which is also referred to as a reaction mixture, irradiated with microwave radiation.
  • water is used as a blowing agent that produces a foam from the mixture to be foamed, which cures to a foam or can be cured.
  • the foam is produced from a mixture to be foamed, which contains at least one polymer material.
  • the mixture to be foamed therefore contains at least one polymer material, besides optionally further additional substances.
  • the mixture to be foamed is thus based on a polymeric or at least one polymerizable system.
  • a polymer material is to be understood according to the present application, a material that can be processed into a foam. This may be an already polymerized material, but also includes prepolymer materials that may still be cured and / or crosslinked, and polymer precursor materials, including oligomers and monomers of a polymerizable material, as well as resin systems. Any type of polymer material that can be brought into a stable foam by foaming and, if appropriate, by further curing and / or crosslinking should be understood in the context of the present application as a polymer material.
  • the polymer material therefore comprises a polymer or polymerizable system, in particular a polymer or polymerizable resin system.
  • a polymer material is used, which is under the action of microwave radiation, optionally in The presence of further substances, such as crosslinkers, catalysts and / or hardeners, can be cured and / or crosslinked to form a stable foam.
  • the stability of the foam can be determined, for example, by means of the ISO 2796 or ASTM D 2126 standard.
  • the shrinkage in one of these tests is less than 10%, more preferably less than 5% for a stable one
  • a hydrophilic polymer material is used, that is, a material that can be easily mixed with water.
  • a likewise preferred polymer material, in particular a resin or resin system which can be used in the present invention is a system in which water is released during the curing of the polymer material, for example as a product of a polycondensation reaction. By releasing water as the reaction product, a more homogeneous distribution of water in the reaction mixture, i. the mixture to be frothed.
  • Both water released during a reaction and water introduced into the reaction mixture before foaming and curing of the polymer material can be used as foaming agent in the context of the present invention during foaming microwave radiation and is therefore suitable for the present invention.
  • the water content of the mixture to be foamed may be in the range from 10 to 30% by weight, preferably in the range from 15 to 25% by weight, or else in a range from 10 to 20% by weight, based on the total weight of the reaction mixture, if water is already present before foaming.
  • the water content may also be lower, in particular in the case of reactions which have water as the reaction product, for example Ringer than 10 wt .-%, preferably less than 5 wt .-%, or less than 2 wt .-%.
  • this is an agent capable of facilitating the foaming of a polymeric material.
  • the blowing agent can also be referred to as a blowing agent or as a porogen.
  • water is the only propellant in the mixture to be frothed, more preferably the sole porogen.
  • the foam or the pores of the foam are formed according to this preferred embodiment only by water as a blowing agent.
  • the addition of further blowing agents can be omitted or bypassed, whereby a more difficult to control gas formation and ultimately an uneven pore formation can be avoided.
  • the polymer material may comprise at least one thermoplastic material selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, and mixtures thereof.
  • thermosetting material which, when cured, give a thermosetting material.
  • a polymer material therefore, a thermosetting material is used, which results in a thermosetting foam by curing and / or crosslinking.
  • thermosets are the aminoplasts and the phenoplasts, which are both connected to each other via methylene bridges (-CH 2 -) or methylene ether bridges, but also epoxy resins have thermosetting properties.
  • aminoplasts, phenolic resins and epoxy resins are used.
  • thermosets aminoplasts and phenoplasts are preferred, with phenoplasts being particularly preferred, especially bakelites and novolacs.
  • Aminoplasts can be prepared by condensation of aldehydes, preferably formaldehyde, and amine group-containing compounds as precursor materials. The condensation, and thus the foaming, is preferably carried out in a liquid medium, preferably in an aqueous medium.
  • amine group-containing compounds urea (e.g., urea-formaldehyde resins, UF resins), thiourea, melamine (e.g., melamine-formaldehyde resins, MF resins) or cyanamide are preferably used.
  • urea e.g., urea-formaldehyde resins, UF resins
  • thiourea e.g., melamine-formaldehyde resins, MF resins
  • cyanamide cyanamide
  • phenoplasts also referred to as phenolic resins, can be obtained by a condensation of phenol with aldehydes, preferably formaldehyde.
  • the precursor materials of a phenolic resin can therefore be phenol and an aldehyde, e.g. a phenol-formaldehyde resin, PF resin. But other materials, such as Resorcinol, can be used.
  • Mixed forms of phenoplasts and aminoplasts can also be used according to the invention, such as e.g. Melamine-phenol-formaldehyde resins, MP resins.
  • Both the production of the aminoplasts and the phenoplasts can be catalyzed by an acidic environment.
  • the thermosetting material is selected from the group consisting of polyurethane resin, phenolic resin, epoxy resin, formaldehyde-urea (UF) resin, melanin-urea (MF) resin, and their mixtures.
  • the thermosetting material is selected from the group consisting of polyurethane resin, phenolic resin, epoxy resin, formaldehyde-urea (UF) resin, melanin-urea (MF) resin, and their mixtures.
  • UF formaldehyde-urea
  • MF melanin-urea
  • thermoset materials i.
  • resins mentioned above water can be introduced directly into the mixture to be cured.
  • condensation water can also be used according to the invention, provided that the curing and / or crosslinking reaction is a reaction which releases water, in particular a condensation reaction.
  • the water of reaction released can also be used according to the invention for foaming polymer materials, i. as blowing agent.
  • thermosetting resins phenol resin, epoxy resin, formaldehyde-urea (UF) resin, melanin-urea (MF) resin, and mixtures thereof are particularly preferably used as polymer materials, with a phenolic resin being most preferred.
  • elastomeric materials can also be used to produce foams.
  • Suitable elastomeric materials include, for example, polyurethane and acrylonitrile-butadiene rubber.
  • a foam water is used as blowing agent according to the present invention.
  • microwave radiation converts the water into gaseous water, ie evaporates it, occupying a larger space and thus foaming the material. It is irrelevant whether the water is water introduced into the reaction mixture or water resulting from a curing or cross-linking reaction, for example condensation water. Due to the even distribution of the water in the mixture to be foamed, a uniform foam can be produced. The homogeneity of the foam is When using water as a blowing agent particularly high and it can be achieved a high pore density.
  • the use of microwave radiation is suitable, especially the water or the water molecules to heat up strongly and thus to evaporate. The formation of water vapor from liquid water facilitates or causes foaming of the material to a foam.
  • the homogeneity of the foam produced can be further increased if additionally a nucleating agent is added.
  • Suitable nucleating agents are, for example, layered silicates, fumed silica (for example Aerosil) or clay, but are preferably sensitive to microwaves
  • Nucleating agents such as carbon nanosphere chains (CNSCs), 1 carbon nanotubes, carbon black, graphite, graphene, silicon carbide (SiC) and iron oxide.
  • CNSCs carbon nanosphere chains
  • SiC silicon carbide
  • iron oxide iron oxide
  • a microwave-active nucleating agent can be added to the base mixture to aid in the formation of cell structures prior to the foaming process. In this way, the nucleation rate of the mixture in the production of the foam can be improved.
  • Such microwave-active nucleating agents promote a finer and
  • the nucleating agents for example in a thermoplastic polymer, cause a local increase in the temperature, which takes place rapidly and forms ideal nuclei for bubble formation. Also, the microwave active nucleating agents can assist in heating the material to be foamed. The large surface area introduced by nanoparticles seems to be of central importance for improved nucleation or nucleation. The nucleating agents may also improve mechanical properties such as the compression property.
  • An exemplary embodiment of the invention comprises a mixture wherein the weight ratio! of a nucleating agent between 0.5 and
  • At least one toughening agent can additionally be used in the mixture to be foamed. All known in the prior art toughening agents can be used according to the invention.
  • a polyamidocarboxylic acid is preferably used as a toughening agent.
  • a polyamidocarboxylic acid is the condensation product of a (tetracarboxylic acid) dianhydride with a diamine.
  • suitable polyamidocarboxylic acids are also known in the art.
  • the mixture to be cured may additionally contain at least one crosslinking agent, an accelerator and / or a catalyst.
  • accelerators and / or catalysts for curing the polymeric materials are known in the art and include, for example, acids, bases, and free radical generators.
  • organic acids and inorganic acids can be used as catalysts.
  • Inorganic acids include sulfuric acid, phosphoric acid or hydrochloric acid.
  • the organic acids include, for example, benzenesulfonic acid or phenolsulfonic acid.
  • the accelerator or catalyst for curing the polymerizable or polymerizable system comprises an acid, in particular phenolsulfonic acid, which contains, for example, a weight fraction, based on the total weight, of between 5 and 15% by weight, in particular between 7 and
  • the mixture Before foaming the mixture to be frothed, the mixture can be homogenized. It is advantageous to foam up a homogeneous mixture, as this allows a more homogeneous foam to be obtained.
  • the homogenization of the mixture to be foamed can be carried out, for example, by mixing, in particular stirring.
  • microwave radiation is used to produce the foams.
  • the Mikrowellenstrahiung can have a power in the range of usually 100 to 3000 W, preferably 300 to 1000 W.
  • the frequency of the microwave radiation may be in the range of 300 MHz to 300 GHz.
  • the frequency of the microwave radiation is tuned to the excitation of water or water molecules. More preferably, the frequency of the microwave radiation is about 2.45 GHz.
  • the reaction mixture may preferably be over a suitable period of time, for example, from 1 second to 100 minutes, more preferably from 30 seconds to 50 minutes, more preferably from 1 minute to 30 minutes, and most preferably from 1 minute to 10 minutes, be irradiated with microwaves.
  • microwave radiation makes it possible to use the water as blowing agent for producing foams; on the other hand, the microwave radiation can also be used to cure or crosslink the polymer material.
  • the temperature is kept constant in a narrower range during the production of the foam. This can produce a more homogeneous foam. It is preferred to keep the temperature of the reaction mixture in a range of 100 to 200 0 C, more preferably in a range of 100 to 140 0 C. Controlling the temperature can be achieved by controlling the power of the micro- wave radiation. Preferably, in this case, a feedback to a thermometer, for example within the foam, or in / on a reference sample. Particularly preferred when irradiated with microwaves is a constant or approximately constant temperature of the reaction mixture. The temperature should thereby deviate at most 20 K from the target temperature, more preferably at most 10 K, and most preferably at most 5 K.
  • a foam structure of a density of less than 100 kg / m 3 is provided, preferably less than 25 kg / m 3 , more preferably less than 20 kg / m 3 .
  • a foam structure having a density of less than 100 kg / m 3 preferably in the range of 20 to
  • the lightweight potential of the foam structure can be increased.
  • for use in aircraft weight savings are due to low densities of building materials of importance.
  • the manufacturing cycles can be shortened and cost-effective production can be provided.
  • the foam structure according to the invention allows an ideal core structure for sandwich structures at a reasonable production cost.
  • Foamed composite bodies or sandwich constructions and Composites are used in particular for insulation and thermal insulation.
  • Sandwich structures are shaped bodies which are constructed from an outer cover layer and an inner core material, wherein the core material comprises the foam according to the invention.
  • core materials for example, materials with a low density are typically used in the range of less than 150 kg / m 3 .
  • rigid foams for coating materials such as phenolic foam can provide an isotropic foam that can absorb shear forces in all spatial directions. Furthermore, these can
  • Phenol foams used in an interior as core material for sand wich structures have a very good behavior towards fire.
  • the flame retardant properties of these foam products can be further increased by the addition of a suitable nucleating agent, such as carbon black.
  • a suitable nucleating agent such as carbon black.
  • additional flame-retardant additives or conventional fire-retardants can be added in order to meet the high fire protection requirements, for example in the aviation and aviation sectors.
  • the foam or the foam structure is used for an aircraft.
  • said foam structures may be suitable for insulation purposes or for use in sandwich structures for interior equipment of aircraft.
  • the microwave irradiation offers a possibility to accomplish an in situ production of the composite material. In this way, a simple manufacturing process - in situ foaming of composite materials.
  • suitable nucleating agents By adding suitable nucleating agents, it is also possible according to the invention to reduce the brittleness of the Matertal. By using low densities, a lightweight construction can be realized, which in aviation in fuel savings.
  • the use of water as a blowing agent to make a foam also includes a method of foaming a blend containing a polymeric material.
  • a phenolic resin is used as the polymer material.
  • Suitable phenolic resins can be present in an aqueous preparation.
  • an accelerator such as phenolsulfonic acid, and / or nucleating agents such as a layered silicate may be added.
  • PF phenol-formaldehyde
  • Nucleating agent (phyllosilicate 1.30 E from Nanocor) mixed. The mixture was then given a mold to cure in it.
  • the mixture was cured in a microwave oven for 6 minutes at a maximum temperature of 110 0 C and thereby foamed.
  • the microwave oven with a power of 500 W was regulated in this way, that a temperature of the sample (measured with a thermocouple in the core of the sample) of 110 0 C is not exceeded.
  • the degree of crosslinking of the phenol resin was determined to be 90% by FT-IR from the reduction in area below the OH band (740 cm -1 ) .
  • the benzene ring band (1505 cm -1 ) was used as reference band.
  • Example 2 The density of the material is 13 kg / m 3 .
  • Example 2 The density of the material is 13 kg / m 3 .
  • PF phenol-formaldehyde
  • Nucleating agent (Aerosil R805, a treated with octylsilane pyrogenic silica) and 0.5 g (1 wt .-%) of a polyamidocarboxylic acid (Durimide ® 100 from Fujifilm, a polyamidocarboxylic acid from PMDA and DPE) mixed. The mixture was then given a mold to cure in it.
  • a polyamidocarboxylic acid Durimide ® 100 from Fujifilm, a polyamidocarboxylic acid from PMDA and DPE
  • the mixture was cured in a microwave oven for 6 minutes at a maximum temperature of 120 0 C and thereby foamed.
  • the microwave oven with a power of 500 W was regulated in such a way that a temperature of the sample (measured with a thermocouple in the core of the sample) of 120 0 C is not exceeded.
  • the degree of crosslinking of the phenolic resin was determined to be 90% by FT-IR from the decrease in the area below the OH band (740 cm -1 ) .
  • the reference band used was the benzene ring band (1505 cm -1 ).

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Wasser als Treibmittel zum Herstellen eines Schaumstoffes aus einer aufzuschäumenden Mischung enthaltend mindestens ein Polymermaterial mittels Mikrowellenstrahlung.

Description

Treibmittel zum Herstellen von Schäumen unter Mikrowellenbestrahlung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Treibmittel zur Hersteilung von Schäumen aus einer aufzuschäumenden Mischung auf Basis eines polymeren oder polymerisierbaren Systems durch Bestrahlung mit Mikrowellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schaumstoffe können aus den unterschiedlichsten Polymermaterialien hergestellt werden, wie beispielsweise Thermoplasten, Duroplasten und auch Elastomeren. Solche Schaumstoffe eignen sich für eine Vielzahl unterschiedlicher Verwendungszwecke, wie beispielsweise zur Wärme- und Schalldämmung, oder auch als Kernmaterial in modernen Leichtgewichtskonstruktio- nen, insbesondere Sandwichstrukturen. Beispielsweise werden häufig Phenolschäume für Kernmaterialien in Sandwichstrukturen in kommerziellen Flugzeugen verwendet.
Das Aufschäumen einer Mischung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Grundsätzlich unterscheidet man physikalische, chemische und mechanische Schäumverfahren. Beispielsweise können die Materialien in einem Extrusionsverfahren derart verarbeitet werden, dass ein Schaum entsteht. Alternative Herstellungsverfahren von Schäumen sehen beispielsweise das Einbringen von Feststoffen in ein Gemisch vor, das anschließende Aus- härten des Gemisches und schließlich das Entfernen des Feststoffes, beispielsweise durch Auswaschen mit Wasser oder durch Erhitzen. Aus US 3 238 157 geht beispielsweise ein Verfahren zur Hersteilung von Schäumen auf Basis eines Elastomers hervor, das darin besteht, dass gummiartige, hochviskose Silikonmassen zunächst mit stückigen, Hohlraum bildenden Feststoffen vermischt werden. Das Gemisch härtet zu einem
Silikonelastomer aus, wobei aus dieser Schaumstruktur anschließend das stückige Material derart herausgelöst wird, dass Poren entstehen, die der Größe der entfernten Feststoffe entsprechen
Ein anderes, weithin bekanntes Verfahren beruht auf der Verwendung eines geeigneten Treibmittels, insbesondere eines chemischen Treibmittels, wie beispielsweise CO2 oder Alkane. Solche geeigneten chemischen Treibmittel werden einer aufzuschäumenden Mischung beigefügt und dann während der Verarbeitung der aufzuschäumenden Mischung gasförmig, wodurch die Mischung aufgeschäumt wird. Wird eine aufzuschäumende Mischung in eine Form eingespritzt und dort aufgeschäumt, kann ein Strukturschaum entstehen, der eine Außenhaut mit einer im Kern gewichtssparenden Schaumstruktur aufweist.
Die oben genannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass zusätz- liehe Stoffe eingebracht werden müssen, um das Material aufzuschäumen, wobei die Stoffe teilweise nachteilige Eigenschaften, wie Toxizität, mangelnde Lagerstabilität oder schlechte Dispergierbarkeit aufweisen.
Da bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren von Schaumstoffkomposi- ten komplizierte, mehrphasige und kostenintensive Verfahren verwendet werden, besteht der Bedarf, effizientere und einfachere Herstellungsweisen zu finden. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Ziele der vorliegenden Aufgabe liegen daher darin, ein Treibmittel bereitzustellen, das sich leicht in der aufzuschäumenden Mischung homogen verteilen lässt, das keine nachteiligen Wirkungen auf die Herstellung des
Schaums besitzt, das kostengünstig ist, das nicht toxisch ist, eine hohe Lagerstabilität aufweist und/oder das die Herstellung eines homogenen
Schaumes auf einfache Art und Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung gemäß Anspruch 1. Be- vorzugte Ausführungsformen ergeben sich durch Kombination mit den Merkmalen der abhängigen Unteransprüche.
Folglich betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Wasser als Treibmittel zum Herstellen eines Schaumstoffes aus einer aufzu- schäumenden Mischung, wobei die aufzuschäumende Mischung mindestens ein Polymermaterial enthält, und wobei Mikrowellenstrahlung eingesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Wasser in der aufzuschäumenden Mischung zusammen mit dem
Polymermaterial vor und/oder wird als Kondensationsprodukt während des Aushärtens und/oder Vernetzens des Polymermaterials gebildet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polymermaterial mindestens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem thermoplastischen Material, einem
duroplastischen Material und einem elastomeren Material.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polymermaterial mindestens ein thermoplastisches Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat und deren Mischungen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Polymermaterial mindestens ein duroplastisches Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanharz, Phenolharz, Epoxidharz, Harnstoff-Formaldehyd-Harz (UF-Harz), Melamin-Formaldehyd-Harz (MF-Harz) und deren Mischungen.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die aufzuschäumende Mischung zusätzlich mindestens ein Nukleierungsmittel und/oder ein Zähmodifizierungsmittel.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die aufzuschäumende Mischung zusätzlich mindestens ein Querver- netzungsmittel, einen Beschleuniger und/oder einen Katalysator. In wiederum einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält die aufzuschäumende Mischung zusätzlich mindestens ein Dispersionsmittel und/oder ein Tensid. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Herstellung des Schaumes unter Mikrowellenstrahlung, bevorzugt unter Mikrowellenstrahlung mit einer Leistung im Bereich von 100 bis 3000 W und/oder mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Mikrowellenstrahlung derart gesteuert, dass die Temperatur der aufzuschäumenden Mischung während des Schäumens in einem Bereich von 100 bis 200 0C, bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 140 0C gehalten wird. DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht in der Verwendung von Wasser als Treibmittel bei der Herstellung von Schäumen mittels Mikrowellenstrahlung. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Schaumes wird dabei eine aufzuschäumende Mischung, die auch als Reaktionsmischung bezeichnet wird, mit Mikrowellenstrahlung bestrahlt. Dabei dient Wasser als Treibmittel, das aus der aufzuschäumenden Mischung einen Schaum erzeugt, der zu einem Schaumstoff aushärtet oder ausgehärtet werden kann.
Der Schaumstoff wird dabei aus einer aufzuschäumenden Mischung hergestellt, die mindestens ein Polymermaterial enthält. In der aufzuschäumenden Mischung ist daher mindestens ein Polymermaterial enthalten, neben wahlweise weiteren zusätzlichen Stoffen. Die aufzuschäumende Mischung ist al- so auf Basis eines polymeren oder zumindest eines polymerisierbaren Systems.
Unter einem Polymermaterial soll gemäß der vorliegenden Anmeldung ein Material verstanden werden, das zu einem Schaum verarbeitet werden kann. Dies kann ein bereits polymerisiertes Material sein, es schließt jedoch auch Prepolymermaterialien, die noch ausgehärtet und/oder quervernetzt werden können, und Polymervorläufermaterialien, einschließlich Oligomere und Monomere eines polymerisierbaren Materials, sowie Harzsysteme ein. Jegliche Art von Polymermaterial, das durch Aufschäumen und gegebenenfalls durch weiteres Aushärten und/oder Quervernetzten in einen stabilen Schaum gebracht werden kann, soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter einem Polymermaterial verstanden werden. Das Polymermaterial umfasst also ein polymeres oder poiymerisierbares System, insbesondere ein poly- meres oder poiymerisierbares Harzsystem.
Bevorzugt wird in der vorliegenden Anmeldung ein Polymermaterial verwendet, das unter der Einwirkung von Mikrowellenstrahlung, gegebenenfalls in Gegenwart weiterer Stoffe, wie beispielsweise Quervernetzer, Katalysatoren und/oder Härter, zu einem Material ausgehärtet und/oder quervernetzt werden kann, das einen stabilen Schaum bildet Die Stabilität des Schaumes kann beispielsweise mittels des Standards ISO 2796 oder ASTM D 2126 be- stimmt werden. Bevorzugt beträgt die Schrumpfung bei einem dieser Tests weniger als 10 %, weiter bevorzugt weniger als 5 % für einen stabilen
Schaum.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass unterschiedliche Polymermaterialien zu Schäumen aufgeschäumt werden können. Bevorzugt wird in der vorliegenden Erfindung ein hydrophiles Polymermaterial verwendet, d.h., ein Material, das leicht mit Wasser vermischt werden kann. Ein ebenfalls bevorzugtes Poiymermaterial, insbesondere ein Harz oder Harzsystem, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist ein System, in dem während des Aushärtens des Polymermaterials Wasser, beispielsweise als Produkt einer Polykondensationsreaktion, freigesetzt wird. Durch das Freisetzen von Wasser als Reaktionsprodukt kann eine homogenere Verteilung von Wasser in dem Reaktionsgemisch, d.h. der aufzuschäumenden Mischung, erzielt werden.
Sowohl während einer Reaktion freigesetztes Wasser, als auch in die Reaktionsmischung vor Aufschäumen und Aushärten des Polymermaterials eingebrachtes Wasser kann als Treibmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung beim Aufschäumen mitteis Mikrowellenstrahlung verwendet werden und ist somit für die vorliegende Erfindung geeignet.
Der Wassergehalt der aufzuschäumenden Mischung kann im Bereich von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 15 bis 25 Gew.-%, oder auch in einem Bereich von 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Reaktionsmischung, liegen, sofern Wasser bereits vor dem Aufschäumen vorliegt. Der Wassergehalt kann jedoch auch geringer sein, insbesondere bei Reaktionen, die Wasser als Reaktionsprodukt aufweisen, beispielsweise ge- ringer als 10 Gew.-%, bevorzugt geringer als 5 Gew.-%, oder auch geringer als 2 Gew.-%.
Wird in der vorliegenden Anmeldung von einem Treibmittel gesprochen, handelt es sich hierbei um ein Mittel, das in der Lage ist, das Aufschäumen eines Polymermaterials zu ermöglichen. Das Treibmittel kann auch als Blähmittel bzw. als Porogen bezeichnet werden. in einer bevorzugten Ausführungsform ist Wasser das einzige Treibmittel in der aufzuschäumenden Mischung, weiter bevorzugt das einzige Porogen. Der Schaum bzw. die Poren des Schaumes werden gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform lediglich durch Wasser als Treibmittel ausgebildet. Die Zugabe von weiteren Treibmitteln kann unterbleiben oder umgangen werden, wodurch eine schwerer kontrollierbare Gasbildung und letztlich auch eine ungleichmäßige Porenbildung vermieden werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Polymermaterial mindestens ein thermoplastisches Material umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvi- nylchlorid, Polyethylenterephthalat, und deren Mischungen.
Besonders bevorzugt werden in der vorliegenden Anmeldung Polymermaterialien verwendet, die ausgehärtet ein duroplastisches Material ergeben. Als Polymermaterial wird daher ein duroplastisches Material verwendet, das durch Aushärten und/oder Quervernetzen einen duroplastischen Schaumstoff ergibt.
Zu den Duroplasten zählen die Aminoplaste und die Phenoplaste, die beide über Methylenbrücken (-CH2-) oder Methylenetherbrücken miteinander ver- bunden sind, aber auch Epoxidharze haben duroplastische Eigenschaften. Bevorzugt werden gemäß der vorliegenden Erfindung Aminoplaste, Phenolharze und Epoxidharze verwendet. Unter den Duroplasten sind Aminoplaste und Phenoplaste bevorzugt, wobei Phenoplaste besonders bevorzugt sind, insbesondere Bakelite und Novolake.
Aminoplaste können durch eine Kondensation von Aldehyden, bevorzugt Formaldehyd, und Amingruppen-enthaltende Verbindungen als Vorläufermaterialien hergestellt werden. Bevorzugt wird die Kondensation, und somit das Aufschäumen, in flüssigem Medium, bevorzugt in wässrigem Medium, durchgeführt. Als Amingruppen-enthaltende Verbindungen werden bevorzugt Harnstoff (z.B. Harnstoff-Formaldehyd-Harze, UF-Harze), Thioharnstoff, Me- lamin (z.B. Melamin-Formaldehyd-Harze, MF-Harze) oder Cyanamid verwendet. Ähnlich können Phenoplaste, die auch als Phenolharze bezeichnet werden, durch eine Kondensation von Phenol mit Aldehyden, bevorzugt Formaldehyd, erhalten werden. Die Vorläufermaterialien eines Phenolharzes können daher Phenol und ein Aldehyd sein, wie z.B. ein Phenol-Formaldehyd-Harz, PF-Harz. Aber auch andere Materialien, wie z.B. Resorcin, können verwen- det werden. Auch Mischformen von Phenoplaste und Aminoplaste sind erfindungsgemäß einsetzbar, wie z.B. Melamin-Phenol-Formaldehyd-Harze, MP- Harze.
Sowohl die Herstellung der Aminoplaste als auch der Phenoplaste kann durch eine saure Umgebung katalysiert werden.
Besonders bevorzugt wird das duroplastische Material ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanharz, Phenolharz, Epoxidharz, Formaldehyd-Harnstoff (U F)-Harz, Melanin-Harnstoff (MF)-Harz, und deren Mi- schungen. Zur Herstellung eines Schaumes aus den oben genannten Harzen können auch deren Prepolymere oder noch nicht oder nicht vollständig ausgehärtete Harze verwendet werden. Darüber hinaus kann der Fachmann ge- eignete Ausgangsstoffe wählen, die eine Quervernetzung der Polymere ermöglichen, oder entsprechende Vernetzer zugeben.
Bei allen oben genannten duroplastischen Materialien, d.h. bei allen oben genannten Harzen, kann Wasser direkt in die auszuhärtende Mischung eingebracht werden. Darüber hinaus kann jedoch auch Kondensationswasser erfindungsgemäß verwendet werden, sofern es sich bei der Aushärtungs- und/oder Quervernetzungsreaktion um eine Reaktion handelt, die Wasser freisetzt, insbesondere eine Kondensationsreaktion. Auch das freigesetzte Reaktionswasser kann erfindungsgemäß zum Aufschäumen von Polymer- materiaiien, d.h. als Treibmittel, verwendet werden.
Von den duroplastischen Harzen werden besonders bevorzugt, Phenolharz, Epoxidharz, Formaldehyd-Harnstoff (UF)-Harz, Melanin-Harnstoff (MF)-Harz, und deren Mischungen als Polymermaterialien verwendet, wobei ein Phenolharz ganz besonders bevorzugt ist.
Schließlich können auch elastomere Materialien zur Herstellung von Schäumen eingesetzt werden. Geeignete Elastomermaterialien schließen bei- spielsweise Polyurethan und Acrylnitril-Butadien-Kautschuk ein.
Zur Herstellung eines Schaumes wird gemäß der vorliegenden Erfindung Wasser als Treibmittel verwendet. Ohne dabei an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass das Wasser durch den Einsatz von Mikrowellenstrahlung in gasförmiges Wasser umgewandelt wird, d.h. verdampft wird, wobei das Wasser einen größeren Raum einnimmt und somit das Material aufschäumt. Dabei ist es irrelevant, ob es sich bei dem Wasser um in die Reaktionsmischung eingebrachtes Wasser oder bei einer Aushärtungs- oder Quervernetzungsreaktion entstehendes Wasser, bei- spielsweise Kondensationswasser, handelt. Durch die gleichmäßige Verteilung des Wassers in der aufzuschäumenden Mischung kann auch ein gleichmäßiger Schaum erzeugt werden. Die Homogenität des Schaumes ist bei der Verwendung von Wasser als Treibmittel besonders hoch und es kann eine hohen Porendichte erreicht werden. Die Verwendung von Mikrowellen- Strahlen ist geeignet, speziell das Wasser bzw. die Wassermoleküle stark zu erhitzen und somit zu verdampfen. Die Entstehung von Wasserdampf aus flüssigem Wasser erleichtert oder bewirkt die Aufschäumung des Materials zu einem Schaum.
Die Homogenität des erzeugten Schaumes kann weiter erhöht werden, wenn zusätzlich ein Nukleierungsmittel zugegeben wird. Geeignete Nukleierungs- mittel sind beispielsweise Schichtsiiikate, pyrogene Kieselsäure (z.B. Aerosil) oder Ton, bevorzugt jedoch gegenüber Mikrowellen empfindliche
Nukleierungsmittel, wie beispielsweise Carbon Nanosphere Chains (CNSCs)1 Carbon-Nanotubes, Ruß, Graphit, Graphen, Siliziumcarbid (SiC) und Eisenoxid. Durch die Verwendung von gegenüber Mikrowellen empfindlichen Par- tikeln als Nukleierungsmittel kann eine homogenere Porenbildung gefördert werden.
Ein Mikrowellen-aktives Nukleierungsmittel kann dem Grundgemisch zur Unterstützung der Bildung von Zellenstrukturen vor dem Schäumungs- verfahren zugegeben. Auf diese Weise kann die Nukleierungsrate der Mischung bei der Herstellung des Schaumes verbessert werden. Solche Mikrowellen-aktiven Nukleierungsmittel fördern eine feinere und
gleichmäßigere Zellstruktur des Schaumes. Durch die Mikrowellenaktivität bewirken die Nukleierungsmittel beispielsweise in einem thermoplastischen Polymer eine lokale Erhöhung der Temperatur, die schnell erfolgt und ideale Keimzellen für die Blasenbildung bilden. Auch können die Mikrowellenaktiven Nukleierungsmittel die Erhitzung des zu schäumenden Materials unterstützen. Dabei scheint die durch Nanopartikel eingebrachte große Oberfläche von zentraler Bedeutung für eine verbesserte Nukleierung bzw. Keimbildung zu sein. Die Nukleierungsmittel können zudem mechanische Eigenschaften wie die Kompressions- bzw. Verdichtungseigenschaft verbessern. Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung weist eine Mischung auf, wobei der Gewichtsantei! eines Nukieierungsmittel zwischen 0,5 und
5 Gew.-% liegt, bevorzugt zwischen 1 und 3 Gew.-%, und insbesondere etwa 2 Gew.-% ausmacht.
Erfindungsgemäß kann in der aufzuschäumenden Mischung zusätzlich auch mindestens ein Zähmodifizierungsmittel eingesetzt werden. Alle im Stand der Technik bekannten Zähmodifizierungsmittel können erfindungsgemäß ver- wendet werden. Bevorzugt wird bei der Verwendung eines duroplastischen Polymermateriais eine Polyamidocarbonsäure als Zähmodifizierungsmittel verwendet Eine Polyamidocarbonsäure ist das Kondensationsprodukt eines (Tetracarbonsäure-) Dianhydrids mit einem Diamin. Entsprechend geeignete Polyamidocarbonsäuren sind im Stand der Technik ebenfalls bekannt.
Die auszuhärtende Mischung kann darüber hinaus zusätzlich mindestens ein Quervemetzungsmittel, einen Beschleuniger und/oder Katalysator enthalten. Übliche Beschleuniger und/oder Katalysatoren für die Aushärtung der Polymermaterialien sind im Stand der Technik bekannt und schließen bei- spielsweise Säuren, Basen und Radikalbildner ein. Hierzu können sowohl organische Säuren als auch anorganische Säuren als Katalysatoren verwendet werden. Dabei beinhalten anorganische Säuren Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salzsäure. Zu den organischen Säuren zählen beispielsweise Benzolsulfonsäure oder Phenolsulfonsäure.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Beschleuniger oder Katalysator zur Aushärtung des poiymeren oder polymeri- sierbaren Systems eine Säure, insbesondere Phenolsulfonsäure, welche beispielsweise mit einem Gewichtsanteil, bezogen auf das Gesamtgewicht, von zwischen 5 und 15 Gew.-%, insbesondere von zwischen 7 und
10 Gew.-%, zugegeben wird. Vor dem Aufschäumen der aufzuschäumenden Mischung kann die Mischung homogenisiert werden. Es ist vorteilhaft, eine homogene Mischung aufzuschäumen, da dadurch ein homogenerer Schaumstoff erhalten werden kann. Das Homogenisieren der aufzuschäumenden Mischung kann beispielsweise durch Vermischen, insbesondere Rühren, erfolgen.
Erfindungsgemäß wird zur Erzeugung der Schäume eine Mikrowellenstrahlung verwendet. Die Mikrowellenstrahiung kann dabei eine Leistung im Bereich von üblicherweise 100 bis 3000 W, bevorzugt 300 bis 1000 W besitzen. Die Frequenz der Mikrowellenstrahlung kann im Bereich von 300 MHz bis 300 GHz liegen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Frequenz der Mikrowellenstrahlung auf die Anregung von Wasser bzw. Wassermolekülen abgestimmt. Besonders bevorzugt liegt die Frequenz der Mikrowellenstrahlung bei etwa 2,45 GHz.
Zum Aufschäumen des Materials in einem Mikrowellenofen kann das Reaktionsgemisch bevorzugt über einen geeigneten Zeitraum, beispielsweise von 1 Sekunde bis 100 Minuten, bevorzugter über 30 Sekunden bis 50 Minuten, weiter bevorzugt über 1 Minute bis 30 Minuten und am bevorzugtesten über 1 Minuten bis 10 Minuten, mit Mikrowellen bestrahlt werden.
Durch die Verwendung von Mikrowellenstrahlung kann zum einen das Wasser als Treibmittel zur Herstellung von Schäumen verwendet werden, andererseits kann durch die Mikrowellenstrahlung auch die Aushärtung/Vernet- zung des Polymermaterials erfolgen bzw. unterstützt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur bei der Herstellung des Schaumes in einem engeren Bereich konstant gehalten. Dadurch kann ein homogenerer Schaum erzeugt werden. Bevorzugt ist es dabei, die Temperatur der Reaktionsmischung in einem Bereich von 100 bis 200 0C, weiter bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 140 0C zu halten. Das Steuern der Temperatur kann durch die Steuerung der Leistung der Mikro- wellenstrahlung erfolgen. Bevorzugt kann hierbei eine Rückkopplung zu einem Thermometer, beispielsweise innerhalb des Schaumes, oder in/auf einer Referenzprobe erfolgen. Besonders bevorzugt bei der Bestrahlung mit Mikrowellen ist eine konstante oder annähernd konstante Temperatur der Reaktionsmischung. Die Temperatur soll dabei höchstens 20 K von der Solltemperatur abweichen, bevorzugter höchstens 10 K, und am bevorzugtesten höchstens 5 K. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Schaumstruktur von einer Dichte von weniger als 100 kg/m3 bereitgestellt, vorzugsweise weniger als 25 kg/m3, weiter bevorzugt weniger als 20 kg/m3. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird eine Schaumstruktur mit einer Dichte von weniger als 100 kg/m3, bevorzugt im Bereich von 20 bis
100 kg/m3 bereitgestellt.
Auf diese Weise kann das Leichtbaupotential der Schaumstruktur gesteigert werden. Insbesondere für den Einsatz im Flugzeugbau sind Gewichtsersparnisse aufgrund geringer Dichten von Baumaterialien von Bedeutung. Ferner können durch den Einsatz von Mikrowellentechniken die Herstellungszyklen verkürzt werden und kostengünstige Herstellung bereitgestellt werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine
Schaumstruktur zur Verwendung als Material ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Kernmaterial für Sandwichstrukturen, Isolationsmaterial und flammenabweisende Strukturen.
Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Schaumstruktur bei vertretbarem Herstellungsaufwand eine ideale Kernstruktur für Sandwichstruktu- ren. Schaumstoffverbundkörper oder Sandwichkonstruktionen und Komposits werden insbesondere zur Isolation und Wärmedämmung verwendet. Sandwichstrukturen sind Formkörper, die aus einer außen liegenden Deckschicht und einem innen liegenden Kernwerkstoff aufgebaut sind, wobei der Kernwerkstoff den erfindungsgemäßen Schaumstoff umfasst. Als Kern- Werkstoffe werden beispielsweise Materialien mit geringem Raumgewicht typischerweise im Bereich von unter 150 kg/m3 eingesetzt.
Die Verwendung von Hartschäumen für Schichtwerkstoffe wie beispielsweise Phenolschaum kann einen isotropen Schaum bereitstellen, der Schubkräfte in allen Raumrichtungen aufnehmen kann. Weiterhin können diese
Schaumstrukturen leicht mit den beispielsweise für Holz üblichen
Werkzeugen und Maschinen bearbeitet werden.
In einem Innenraum verwendete Phenolschäume als Kernmaterial für Sand- Wichstrukturen haben ein sehr gutes Verhalten gegenüber Feuer. Die flammenabweisenden Eigenschaften dieser Schaumprodukte lassen sich zudem durch den Zusatz von einem geeigneten Nukleierungsmittel, wie zum Beispiel Ruß, noch erhöhen. Ferner können neben dem Nukleierungsmittel noch zusätzliche flammenabweisende Zusatzstoffe bzw. übliche Brandschutzmittel hinzugegeben werden, um den hohen Brandschutzanforderungen beispielsweise im Flug- und Luftfahrtbereich zu genügen.
Gemäß einem beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Schaumstoff bzw. die Schaumstruktur für ein Luftfahrzeug verwendet.
Insbesondere für Isolationszwecke oder den Einsatz in Sandwichstrukturen für Innenraumausstattungen von Luftfahrzeugen können die genannten Schaumstrukturen geeignet sein. Die Mikrowellenbestrahlung bietet dabei eine Möglichkeit an, auch eine in situ Herstellung des Kompositmaterials zu bewerkstelligen. Auf diese Weise kann ein einfaches Herstellungsverfahren - das in situ Schäumen von Kompositmateriaiien - bereitgestellt werden. Durch die Zugabe von geeigneten Nυkleierungsmitteln kann erfindungsgemäß auch die Sprödigkeit des Matertals herabgesetzt werden. Mit Hilfe von Einsatz geringer Dichten kann eine Leichtbaukonstruktion realisiert werden, die sich bei der Luftfahrt in Treibstoffersparnissen auswirkt.
Die Verwendung von Wasser als Treibmittel zur Herstellung eines Schaumes umfasst auch ein Verfahren zum Aufschäumen einer ein Polymermaterial enthaltenden Mischung. Bevorzugt wird als Polymermaterial ein Phenolharz verwendet. Geeignete Phenolharze können in einer wässrigen Aufbereitung vorliegen. Zum Aufschäumen der Phenolharze kann ein Beschleuniger, wie beispielsweise Phenolsulfonsäure, und/oder Nukleierungsmittel, wie beispielsweise ein Schichtsilikat, zugegeben werden. Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
BEISPIELE Beispiel 1
Herstellung eines Phenolharz-Schaumes
50 g eines Phenol-Formaldehyd (PF)-Harzes (Bakelit PF 1804 PS von Hexion, Wassergehalt 20 Gew.-%) wurden in einem Speedmixer mit 3,75 g (7,5 Gew.-%) Katalysator (Phenolsuifonsäure) und 1 g (2 Gew.-%)
Nukleierungsmittel (Schichtsilikat 1.30 E von Nanocor) vermischt. Die Mischung wurde danach ein eine Form gegeben, um sie darin auszuhärten.
Die Mischung wurde in einem Mikrowellenofen für 6 Minuten bei einer maxi- malen Temperatur von 110 0C ausgehärtet und dabei aufgeschäumt. Der Mikrowellenofen mit einer Leistung von 500 W wurde dabei derart geregelt, dass eine Temperatur der Probe (gemessen mit einem Thermoelement im Kern der Probe) von 110 0C nicht überschritten wird.
Der Vernetzungsgrad des Phenolharzes wurde mittels FT-IR aus der Ab- nähme der Fläche unterhalb der OH-Bande (740 cm"1) zu 90 % ermittelt. Als Referenzbande wurde die Benzolringbande (1505 cm"1) herangezogen.
Die Dichte des Materials beträgt 13 kg/m3. Beispiel 2
Herstellung eines Phenolharz-Schaumes
50 g eines Phenol-Formaldehyd (PF)-Harzes (Bakelit PF 1804 PS von Hexion, Wassergehalt 20 Gew.-%) wurden in einem Speedmixer mit 3,75 g (7,5 Gew.-%) Katalysator (Phenolsulfonsäure), 1 g (2 Gew.-%)
Nukleierungsmittel (Aerosil R805, eine mit Octylsilan nachbehandelte pyro- gene Kieselsäure) und 0,5 g (1 Gew.-%) einer Polyamidocarbonsäure (Durimide® 100 von Fujifilm, eine Polyamidocarbonsäure aus PMDA und DPE) vermischt. Die Mischung wurde danach ein eine Form gegeben, um sie darin auszuhärten.
Die Mischung wurde in einem Mikrowellenofen für 6 Minuten bei einer maximalen Temperatur von 120 0C ausgehärtet und dabei aufgeschäumt. Der Mikrowellenofen mit einer Leistung von 500 W wurde dabei derart geregelt, dass eine Temperatur der Probe (gemessen mit einem Thermoelement im Kern der Probe) von 120 0C nicht überschritten wird.
Der Vernetzungsgrad des Phenolharzes wurde mittels FT-IR aus der Abnahme der Fläche unterhalb der OH-Bande (740 cm"1) zu 90 % ermittelt. Als Referenzbande wurde die Benzolringbande (1505 cm'1) herangezogen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verwendung von Wasser als Treibmittel zum Herstellen eines Schaumstoffs aus einer aufzuschäumenden Mischung, wobei die aufzuschäu- mende Mischung mindestens ein Polymermateriai enthält, und wobei Mikrowellenstrahlung eingesetzt wird.
2. Verwendung gemäß Anspruch 1 , wobei das Wasser in der aufzuschäumenden Mischung mit dem Polymermaterial vorgelegt wird und/oder als Kondensationsprodukt während des Aushärtens des Polymermaterials gebildet wird.
3. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial mindestens ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem thermoplastischen Material, einem duroplastischen Material und einem elastomeren Material.
4. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial mindestens ein thermoplastisches Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylen, Polyproplyen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, und deren Mischungen.
5. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial mindestens ein duroplastisches Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanharz, Phenolharz, Epoxidharz, Formaldehyd-Harnstoff (UF)-Harz, Melamin-Formaldehyd (MF)-Harz, und deren Mischungen.
6. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aufzuschäumende Mischung zusätzlich mindestens ein
Nukleierungsmittel und/oder ein Zähmodifizierungsmittel enthält.
7. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aufzuschäumende Mischung zusätzlich mindestens ein Quervemetzungs- mittel, einen Beschleuniger und/oder einen Katalysator enthält.
8. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aufzuschäumende Mischung zusätzlich mindestens ein Dispersionsmittel und/oder ein Tensid
9. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Herstellung des Schaumes unter Mikrowellenstrahlung erfolgt, bevorzugt unter Mikrowellenstrahlung mit einer Leistung im Bereich von 100 bis 3000 W und/oder mit einer Frequenz im Bereich von 300 MHz bis 300
GHz.
10. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrowellenstrahlung derart gesteuert wird, dass die Temperatur der aufzuschäumenden Mischung während des Schäumens in einem Bereich von 100 bis 200 0C, bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 140 0C gehalten wird.
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