DE10005525A1 - Zusammensetzungen zur Herstellung von Organomineralprodukten, daraus erhaltene Produkte und ihre Verwendung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, umfassend eine Komponente (A), die eine wäßrige Alkalisilikatlösung und einen primären Aminoalkohol als Katalysator enthält, und eine Komponente (B), die ein Polyisocyanat enthält. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Organomineralprodukte, welche durch Umsetzung von Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen in Gegenwart eines primären Aminoalkohols als Katalysator erhältlich sind. Die Organomineralprodukte lassen sich als Bau-, Beschichtungs-, Abdichtungs- oder Isoliermaterial oder als Kitt oder Klebstoff verwenden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen zur Herstellung von Organomineralprodukten, daraus erhaltene Produkte und ihre Verwendung.

Verfahren zur Herstellung von porigen (expandierten) und nicht porigen Organomineralprodukten durch Umsetzung von Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen (Wassergläser) sind z. B. aus DE-A-17 70 384, DE-A-24 60 834 und EP-B-0 000 579 bekannt. Hierbei werden vorzugsweise alkalische Wassergläser mit unterschiedlichem Feststoffgehalt und unterschiedlichem Verhältnis von Me₂O/SiO₂ (Me: Alkalimetall) eingesetzt.

Organomineralprodukte, die sich durch hohe mechanische Festigkeit auszeichnen, sind in EP-B-0 167 002 beschrieben. Durch Zusatz einer definierten Menge eines Polyisocyanat-Trimerisierungskatalysators wird Polyisocyanat in wäßriger, alkalischer SiO₂-haltiger Lösung zur Trimerisierung angeregt. Dabei wird die NCO/Wasserglasreaktion zunächst weitgehend unterdrückt, so daß eine durch die Rezepturgestaltung steuerbare Menge an gasförmigem CO₂ entsteht, welche optimal zur Reaktion mit dem Wasserglas verwendet wird. Während der Reaktion bauen sich gleichzeitig zwei ineinander verwobene Polymergerüste auf, so daß in dem entstehenden Organomineralprodukt ein dichtes hochfestes Netzwerk vorliegt.

Im ersten Reaktionsschritt reagiert ein Teil des Polyisocyanates mit dem Wasser zu Polyharnstoff unter Abspaltung von gasförmigem CO₂. Das in situ entstandene CO₂ reagiert augenblicklich mit dem Me₂O-Anteil der Wasserglaslösung zu Me₂CO₃.xH₂O. Durch Bindung von Me₂O aus der Wasserglaslösung wird der SiO₂-Anteil zur Polykieselsäurebildung angeregt. Bei der Reaktion werden erheblich Wärmemengen frei, so daß in der nächstfolgenden Stufe ein bestimmter weiterer Teil des Polyisocyanates die Trimerisierungsreaktion eingehen kann. Ersttrimerisierte Produkte erfahren ihrerseits mindestens teilweise eine weitere Trimerisierung, so daß sich ein verzweigtes hochmolekulares Gerüst aufbauen kann.

Ein ähnliches Konzept findet Anwendung im Berg- und Tunnelbau zur Verfestigung von Kohle und Gestein, sowie im allgemeinen in der Bauindustrie zur Verfestigung und Konsolidierung von Gestein und Ziegel, wie z. B. bei der Altbausanierung und ist in EP-B-0 167 003 beschrieben.

Aus anwendungstechnischen Gründen ist es in der Praxis meist wünschenswert, Zwei-Komponenten-Systeme zu verarbeiten, bestehend aus einer Wasserglaskomponente (Komponente A) und einer lsocyanatkomponente (Komponente B), wobei der Katalysator entweder der Komponente A oder B zugesetzt werden kann. Dabei sollte der Katalysator einerseits mit der entsprechenden Komponente chemisch verträglich sein, andererseits sollte eine gleichmäßige Dispersion des Katalysators in der Komponente vorliegen.

In der Isocyanatkomponente stellt die stabile Dispergierung/Lösung eines Katalysators kein Problem dar, solange unter strengem Feuchtigkeitsausschluß gearbeitet wird. In EP-B-0 636 154 werden heterocyclisch substituierte Ether beschrieben, die stabil in der Isocyanatkomponente dispergierbar sind. In der Praxis ist dies jedoch nur in geschlossenen Systemen möglich, wie in Spraydosen oder bei Patronenverfahren.

In der Regel wird deshalb der Katalysator der Wasserglaskomponente zugesetzt. Während in der Isocyanatkomponente die stabile Dispergierung des Katalysators, solange Feuchtigkeitsausschluß gewährleistet ist, kein Problem darstellt, ist jedoch in der Wasserglaskomponente ein Ausschwimmen oder die Hydrolyse des Katalysators in der stark alkalischen Lösung nicht zu verhindern, so daß der Katalysator entweder erst kurz vor dem Mischen der Komponenten zugegeben werden kann, oder kurz vor Zusammenbringen mit den übrigen Komponenten in der Wasserglaskomponente sorgfältig redispergiert werden muß.

Es wurde beobachtet, daß die Tendenz zur Enthomogenisierung verringert werden kann, wenn man dem Gemisch Antimontrioxid zusetzt (EP-B-0 167 002 + 003). Allerdings führt auch das nicht zu einer auf Monate lagerbaren Dispersion. Auch der Einsatz von anderen Dispergierhilfsmitteln, Lösungsvermittlern, Stabilisatoren, Emulgatoren, Netzmitteln, Tensiden oder Polyolen führte nicht zu einem vollständig befriedigendem Ergebnis.

Als Katalysatoren wurden bisher in der Polyurethanchemie gängige Aminkatalysatoren, wie tertiäre Amine, tertiäre Aminoalkohole oder Polyamine eingesetzt. Daneben sind die aus EP-B-0 167 002 und EP-B-0 167 003 bekannten Trimerisierungskatalysatoren verwendet worden, bei denen es sich ebenfalls um tertiäre Aminkatalysatoren oder Mannichbasen handelt. In EP-B-0 016 262 sind metallorganische Verbindungen, wie Dibutylzinnlaurat beschrieben. Mit den bisher üblicherweise als Katalysatoren verwendeten tertiären Aminen und Mannichbasen wurden, auch wenn Präpolymere auf der Isocyanatseite eingesetzt wurden, zwar mechanisch feste, jedoch relativ spröde, harte Erzeugnisse erhalten, bei denen sich die Produkteigenschaften nur schlecht steuern lassen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde neue Organomineralprodukte bereitzustellen, die gezielte Eigenschaften aufweisen, die billig sind und in vereinfachter Weise hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wurde durch den überraschenden Befund gelöst, daß sich primäre Aminoalkohole als Katalysatoren stabil in der Wasserglaskomponente dispergieren lassen und zugleich zu Organomineralprodukten mit gezielten Eigenschaften führen. Dies ist insofern überraschend, als primäre Aminoalkohole in der Polyurethanchemie kaum verwendet wurden, da aufgrund der extrem hohen Reaktionsgeschwindigkeit oft unerwünschte Effekte, wie "Verquaddeln" des Reaktionsgemisches auftreten. Auch nimmt mit zunehmender Reaktions­ geschwindigkeit die Kontrollierbarkeit der gewünschten Produkteigenschaften ab. Um so überraschender ist es deshalb, daß durch den Einsatz primärer Aminoalkohole nicht nur das seit langem bestehende Problem der stabilen Dispergierbarkeit des Katalysators in der Wasserglaskomponente gelöst wird, sondern zudem Organomineralprodukte mit gezielten Eigenschaften zugänglich sind. Bei bisher üblicherweise als Katalysatoren verwendeten tertiären Aminen und Mannichbasen wurden, auch wenn Präpolymere auf der Isocyanatseite eingesetzt wurden, zwar mechanisch feste, jedoch relativ spröde, harte Erzeugnisse erhalten. Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es nun Organomineralprodukte bereitzustellen, die sich nicht nur durch hohe mechanische Festigkeit sondern darüber hinaus auch durch hervorragende elastische Eigenschaften auszeichnen, wodurch sich eine hohe mechanische Belastbarkeit ergibt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine Zusammensetzung umfassend eine Komponente (A), die eine wäßrige Alkalisilikatlösung und einen primären Aminoalkohol als Katalysator enthält, und eine Komponente (B), die ein Polyisocyanat enthält.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Organomineralprodukt, erhältlich durch Umsetzung von Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen in Gegenwart eines primären Aminoalkohols als Katalysator.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines Organomineralproduktes als Bau-, Beschichtungs-, Abdichtungs- oder Isoliermaterial oder als Kitt oder Klebstoff.

Die notwendigen Bestandteile des Reaktionsgemisches zur Herstellung der Organomineralprodukte sind eine Wasserglaslösung, ein Polyisocyanat und ein primärer Aminoalkohol als Katalysator.

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren weisen vorzugsweise die allgemeine Formel (I) auf

in der R₁ und R₂ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Hydroxyl- oder Methylgruppe bedeuten und m, n und p unabhängig voneinander den Wert null haben oder eine ganze Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10, insbesondere 1 bis 4 bedeuten, mit der Maßgabe, daß sie nicht alle null sein können.

Bevorzugt werden solche Katalysatoren verwendet, bei denen n = 1, 2 oder 3, m = 1 und p ≧ 0 ist.

Die vorstehend genannten Katalysatoren können einzeln oder als Gemisch eingesetzt werden.

Bei der üblichen und erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten Zusammensetzung der Wasserglaslösung beträgt das Molverhältnis von Katalysator zu NCO-Gruppen 2 bis 150, vorzugsweise 8 bis 40 mmol Katalysator pro mol NCO. Das Molverhältnis von Katalysator zu SiO₂ beträgt vorzugsweise 5 bis 100 mmol Katalysator pro mol SiO₂. Das Molverhältnis von Katalysator zu Me₂O beträgt vorzugsweise 5 bis 100 ­ mmol Katalysator pro mol Me₂O.

Organomineralprodukte mit besonders günstigen Eigenschaften werden beispielsweise dann erhalten, wenn Polyisocyanat und Wasserglas in derartiger Menge und Zusammensetzung eingesetzt werden, daß sich das erläuterte Verhältnis von Katalysatormenge zu NCO-Gruppen zusammen mit dem ebenfalls erläuterten geeigneten Verhältnis von NCO/SiO₂ einstellt. Die entwickelte CO₂-Menge sollte dabei möglichst vollständig vom Me₂O-Anteil absorbiert werden.

Der Katalysator wird vorzugsweise in einer absoluten Menge von 0,1 bis 5,0 g bezogen auf 100 g der Wasserglaskomponente A eingesetzt.

Ferner kann dem Reaktionsgemisch bzw. den Einzelkomponenten A und/oder B ein Cokatalysator zugesetzt werden. Dieser kann z. B. aus einer dreiwertigen Eisenverbindung, wie FeCl₃, bestehen. Auch andere an sich bekannte Cokatalysatoren sind einsetzbar, z. B. Trialkylphosphane, wie Trimethylphospholin, Alkalimetallsalze von Carbonsäuren, wie Natriumacetat oder Natriummaleat, oder Übergangsmetallverbindungen, wie Sb₂O₃, ZrOCl₂, SbCl₅ oder CuCl. Für den Einsatz in der Wasserglaskomponente eignen sich insbesondere Mannichbasen, wie 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol, für den Einsatz in der Isocyanatkomponente eignen sich insbesondere Morpholinoether, wie Dimorpholinodiethylether.

Die Komponenten A und B werden vorzugsweise in einem Volumenverhältnis von 3/1 bis 1/3, insbesondere 2/1 bis 1/1 gemischt.

Die erfindungsgemäßen primären Aminoalkohol-Katalysatoren können stabil in der Wasserglaskomponente dispergiert werden. Das Nichtentmischen der Komponente A gestattet eine uneingeschränkte Einsetzbarkeit und Lagerfähigkeit der Zusammensetzung. Lagerstandversuche ergaben, daß sowohl Komponente A als auch Komponente B noch nach mehreren Monaten ohne Qualitätseinbußen verarbeitet werden können. Eine aufwendige Redispergierung des Katalysators entfällt somit.

Bei bisher bekannten Systemen mit Trimerisierungskatalysatoren beginnt die Umsetzung des Gemisches mit einer Reaktion von NCO-Grupppen mit dem Wasser der Wasserglaslösung. Dabei entsteht gasförmiges CO₂ und Polyharnstoff. Diese Umsetzung verläuft exotherm und die freiwerdende Wärme führt zum Beginn der Trimerisierung der verbliebenen NCO-Gruppen unter Einwirkung des Katalysators. Das freigesetzte CO₂ seinerseits setzt sich mit dem Me₂O des Wasserglases zu Alkalimetallcarbonat um. Dabei wird dem Wasserglas die Me₂O- Komponente entzogen und die verbleibende Kieselsäure-Komponente bildet im Verlauf der Umsetzung ein dreidimensionales anorganisches Gerüst, das sich mit dem gleichzeitig entstehenden organischen Polymerisat zu einem verflochtenen Netzwerk großer Festigkeit verbindet.

Ohne Festlegung auf eine bestimmte Theorie wird vermutet, daß anders als nach dem vorstehenden Reaktionsmechanismus bei der Umsetzung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die primäre Aminofunktion sowie die endständige(n) OH-Funktion(en) des Katalysators eine Reaktion mit der Isocyanatkomponente eingehen. Ob zusätzlich eine Trimerisierung stattfindet, ist ungeklärt. Die Isocyanatkomponente kann hierbei auch als Präpolymer vorliegen. Dadurch bildet sich je nach Funktionalität des eingesetzten Katalysators ein noch höhermolekulares Präpolymer, welches das entstehende Polykieselsäuregerüst einschließt und die elastischen Eigenschaften des Endproduktes verstärkt. Durch die Funktionalität des eingesetzten Aminoalkohols kann der Vernetzungsgrad im Präpolymer und damit im Endprodukt festgelegt werden. Auf diese Weise sind Organomineralprodukte zugänglich, bei denen sich die elastischen Eigenschaften im Endprodukt gezielt maßschneidern lassen.

In den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in Komponente A die auf dem Fachgebiet üblicherweise benutzten wäßrigen Alkalisilikatlösungen eingesetzt werden, beispielsweise die in EP-B-0 000 579 und in DE-A-24 60 834 beschriebenen Wasserglaslösungen. Wegen ihrer leichten Zugänglichkeit und geringen Viskosität sind Natriumwassergläser bevorzugt.

Bevorzugt eingesetzt werden Natriumwassergläser mit verhältnismäßig hohem Feststoffgehalt, der günstigerweise im Bereich von etwa 30 bis 60, insbesondere etwa 40 bis 55 Gewichtsprozent anorganische Feststoffe liegt. Theoretisch sind auch höherkonzentrierte Wasserglaslösungen verwendbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar. Wegen der sich daraus ergebenden Verarbeitungs­ geschwindigkeiten haben solche Wasserglaslösungen wenig praktische Bedeutung.

Das Molverhältnis SiO₂ zu Me₂O in der eingesetzten Wasserglaslösung ist vorzugsweise verhältnismäßig hoch und liegt günstigerweise im Bereich von etwa 2,09 bis 3,44. Besonders bevorzugt ist ein Bereich von etwa 2,48 bis 3,17, insbesondere 2,40 bis 2,95. Durch einen Me₂O-Gehalt innerhalb des vorstehend angegebenen Bereiches wird der Aufbau des dreidimensionalen Kieselsäuregerüstes begünstigt.

Als Komponente B können in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung die üblicherweise auf dem Fachgebiet eingesetzten Polyisocyanate verwendet werden, beispielsweise die in EP-B-0 000 579 und in DE-A-24 60 834 genannten Verbindungen. Geeignet sind ferner auch NCO-Voraddukte, wie sie in der Herstellung von Polyurethanen bekannt und in DE-A-24 60 834 beschrieben sind.

Bevorzugt werden in den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung Poly­ isocyanate, die leicht ein dreidimensionales Gerüst eingehen können. Dies sind Verbindungen, die möglichst keine sterische Hinderung der an der Umsetzung beteiligten NCO-Gruppen aufweisen. Ein spezielles Beispiel für ein solches, sterisch nicht gehindertes Polyisocyanat ist 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, das auch in Form des Phosphogenierungsproduktes von Anilin-Formaldehyd-Kondensaten (rohes MDI) vorliegen kann. Als Präpolymerisat eignet sich auch ein Umsetzungsprodukt von rohem MDI mit einem Diol mit einer OH-Zahl von 28 bis 1800, insbesondere mit der OH-Zahl 40 bis 100, bevorzugt mit der OH-Zahl von 50-60. Als Diole eignen sich beispielsweise auf Ethylenglycol und, aufgrund ihrer geringen Reaktivität, insbesondere auf Propylenglycol basierende Diole.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyisocyanate haben vorzugsweise einen Gehalt an NCO-Gruppen von etwa 10 bis 55 Gew.-%, bezogen auf die Masse des Polyisocyanates. Besonders bevorzugt sind Polyisocyanate mit einem Gehalt an NCO-Gruppen von etwa 10 bis 30 Gew.-%. Ein geringerer Anteil an NCO-Gruppen im Polyisocyanat erschwert den Aufbau eines dreidimensionalen organischen Gerüstes. Andererseits wird bei einem höheren NCO-Gehalt leicht zu viel gasförmiges CO₂ freigesetzt, was zu einer Überhärtung des anorganischen Teils des Produktes führen kann und unkontrolliertes Aufschäumen begünstigt.

Den Zusammensetzungen der Erfindung können ferner keimbildende und stabilisierende Stoffe zugesetzt werden. Geeignete keimbildende Stoffe sind beispielsweise fein zerteilte Feststoffe, wie Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid, gegebenenfalls zusammen mit Zinkstearat, amorphe Kieselsäure oder Metasilikate. Davon wird als Keimbildner das aus der kolloidalen Wasserglaslösung ausfallende Siliciumdioxid bevorzugt.

Geeignete Stabilisatoren sind Silikone auf der Basis von Polysiloxanen. Sie können in einer Menge von etwa 0,2 bis 2, insbesondere 0,8 bis 1,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmasse des Reaktionsgemisches, zugesetzt werden.

Je nach gewünschten Eigenschaften der herzustellenden Organomineralprodukte können den Zusammensetzungen der Erfindung noch weitere Zusätze einverleibt werden. Hierzu gehören beispielsweise organisch Verbindungen, die gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähige Reste aufweisen. Beispiele hierfür sind Polyole, wie Polyester- und Polyetherpolyole und Phosphonatester, die in der Polyurethanchemie bekannt sind. Die Polyole sollen in ihrer Menge derart begrenzt sein, daß ihr Zusatz den Aufbau eines dreidimensionalen organischen und eines damit verwobenen anorganischen Gerüstes nicht stört. Zweckmäßigerweise wird der Zusatz an Polyol oder Phosphonatester deshalb auf höchstens 2 bis 45, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Isocyanatkomponente begrenzt.

Zur Verminderung der Entflammbarkeit der Organomineralprodukte der Erfindung können den Zusammensetzungen oder den Einzelkomponenten flammhemmende Stoffe zugesetzt werden. Hierfür eignen sich die in der Kunststoffchemie bekannten flammhemmenden oder flammverzögernden Stoffe, wie Phosphate und Borate. Die Menge an flammhemmenden Stoffen kann im Bereich von 2 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Isocyanatkomponente, liegen. Als Flammschutzmittel und zur Viskositätserniedrigung können beispielweise Phosphonatester, z. B. Tri-β-chlorethyl- oder -isopropyl-phosphonat zugesetzt werden. Als Stabilisatoren, Emulgatoren oder Viskositätserniedriger eignen sich ferner flüssige organische Carbonate, Phthalate, oder halogenierte Alkylphosphate.

Den Zusammensetzungen der Erfindung können ferner Zuschlags- und Füllstoffe zugesetzt werden, die eine weitere Verstärkung der Organomineralprodukte bewirken. Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Diatomeenerde, Aluminiumoxidhydrat, Magnesiumsilikat, Asbestpulver, Kreide, Asbestfasern und Glasfasern. Die Menge der zugesetzten Füllstoffe richtet sich in erster Linie nach der Viskosität des Gemisches. Sie liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzte Wasserglaslösung.

Nach Wunsch können den Zusammensetzungen auch Pigmente oder Farbstoffe einverleibt werden.

Zur Viskositätsabsenkung kann der Komponente A eine wäßrige Alkalihydroxid- Lösung zugesetzt werden. Als Alkalihydroxid-Lösung eignet sich z. B. eine NaOH- Lösung, die vorzugsweise als 30-50%ige Lösung, insbesondere als 45%ige Lösung vorliegt. Die Komponente A kann ferner die flammhindernden Zusätze, Füllstoffe und Farbstoffe enthalten. Die Komponente B, das Polyisocyanat, enthält gegebenenfalls den Cokatalysator, sowie den Stabilisator, und gegebenenfalls mit den genannten Bestandteilen verträgliche Zuschlags- und Füllstoffe.

Zur Herstellung der Organomineralprodukte der Erfindung werden die Komponenten A und B sorgfältig vermischt. Die Startzeit der erhaltenen Gemische liegt im allgemeinen zwischen 5 Sekunden und 5 Minuten und ist nach Wunsch steuerbar. Gegebenenfalls können die Komponenten oder das Gemisch erwärmt oder gekühlt werden, um die Startzeit den Erfordernissen anzupassen.

Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ähneln in ihrem Aushärtverhalten Polyurethanen. Sie bieten ein ausgewogeneres Aushärtverhalten als bisher bekannte Organomineralprodukte und zeichnen sich zugleich durch eine erhöhte Frühfestigkeit aus. Bisherige Katalysatoren bewirkten eine zügige und spontane Aushärtung. Die längere Aushärtphase der Organomineralprodukte der Erfindung ermöglicht im Vergleich zu bekannten Produkten eine flexiblere Verarbeitung.

Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zeichnen sich durch ihre Lagerfähigkeit und die damit verbundene unbegrenzte Einsetzbarkeit aus. Insbesondere ist bei den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eine stabile Dispergierung der Katalysators in der Wasserglaskomponente gewährleistet. Das bisher beobachtete Ausschwimmen des Katalysators unterbleibt, so daß auf eine aufwendige Redispergierung des Katalysators vor der Verarbeitung verzichtet werden kann. Dadurch erfreuen sich die Zusammensetzungen der Erfindung einer gleichbleibenden Verarbeitungsqualität und können uneingeschränkt gelagert werden.

Durch Wahl der Funktionalität des Katalysators kann zudem der Vernetzungsgrad im Endprodukt gesteuert werden. Auf diese Weise sind Organomineralprodukte mit maßgeschneiderten Eigenschaften im Endprodukt herstellbar. Insbesondere zeichnen sich die vorliegenden Produkte durch eine hohe Elastizität verbunden mit einer hohen mechanischen Belastbarkeit aus.

Die Organomineralprodukte der vorliegenden Erfindung sind somit vielseitig einsetzbar. Die entstehenden Massen lassen sich z. B. durch Tauchen, Spritzen, Spachteln, Injizieren, Aufrollen oder Aufstreichen aufbringen. Sie eignen sich deshalb für einen breiten Bereich von Anwendungsgebieten, z. B. als Bau-, Beschichtungs-, Abdichtungs- und Isoliermaterial sowie auch als Kitt oder Klebstoff. Sie bieten außerdem die Vorteile kostengünstiger Rohstoffe, weisen geringe Brennbarkeit auf und besitzen antikorrosive Wirkung. Durch die Kieselsäure- Komponente ist zudem eine erhöhte Lösungsmittelbeständigkeit bzw. geringere Quellwirkung gegeben. So zeichnen sich die Organomineralprodukte der Erfindung durch Beständigkeit gegen alle gängigen Lösungsmittel, wie Mineralöle oder Benzine, aber auch gegen Laugen und Säuren aus.

Die Erfindung wird durch die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele weiter erläutert.

1. Herstellung der Organomineralprodukte

Die A-Komponente wird durch inniges Vermischen von Wasserglas, Katalysator, Wasser und gegebenenfalls Lauge erhalten. Getrennt davon wird die B-Komponente hergestellt. Dazu wird das Isocyanat mit den angegebenen Zusätzen sowie gegebenenfalls mit einem Polyol vermischt. Falls ein Polyol zugegeben wird, wird dem Gemisch Zeit zur Reaktion zum Präpolymeren gegeben (12 bis 24 Stunden).

Im Handversuch werden A- und B-Komponente bei etwa 20-22°C etwa 15 sec. mit einem Reibmischer (0 65 mm) bei einer Drehzahl von 2500 min^-1 vermischt. Die Komponenten werden in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen eingesetzt. Die Aushärtzeiten werden bestimmt. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 angeführt.

Tabelle 1

Beispiele 1 bis 14, Vergleichsbeispiel A

II. Physikalische Bewertung der Zusammensetzungen und Produkte Lagerfähigkeit a) Laborversuch

Eine angesetzte A-Komponente (Beispiel 8 bis 14) wurde ohne zwischenzeitliches Aufrühren im Abstand von jeweils einem Monat mit jeweils der gleichen B-Komponente versetzt und die Reaktionszeiten bis zur Aushärtung sowie die Festigkeit der entstehenden Produkte geprüft. Auch nach 10 Monaten waren keine Veränderungen im Aushärtverhalten oder der Festigkeit zu beobachten. Im Gegensatz hierzu wurde bei Vergleichspeispiel A bereits nach zwei Tagen ein Ausschwimmen des Katalysators in der A-Komponente festgestellt. Vermischungsinhomogenitäten führten zu einer Verschlechterung der Festigkeit.

b) Maschinenversuch

Um nachzuweisen, daß beim Lagern auch in großem Maßstab keine Entmischung der A-Komponente auftritt, wurden gemäß Beispiel 14 etwa 200 ­ kg A-Komponente hergestellt und in einem Faß ohne zwischenzeitliches Aufrühren gelagert. Zwei Tage nach Ansetzen der A-Komponente, an der optisch keine Veränderungen, z. B. ein Ausschwimmen des Katalysators, ersichtlich waren, und anschließend in einem Abstand von jeweils einem Monat wurde über einen Ansaugschlauch einer Zahnradpumpe ein Teil der Komponente A entnommen, über einen Kennicsstatikmischer (∅ 16 mm) in einem Volumenverhältnis 1/1 mit der Komponente B gemäß Beispiel 14 gemischt und durch eine Stahllanze (Außendurchmesser 30 mm; Innenöffnung 11 mm) in einen zylindrischen Blechkanister (∅ 31 cm, Höhe 38 cm) eingebracht, der mit Schotter jeweils gleicher Menge und Art gefüllt war, bis die Lanze etwa 15 bis 20 cm tief in der Masse eingebettet war. Der Volumenstrom betrug dabei etwa 30 l/min.

Nach Verfestigung des Schotters (nach zwei Tagen) wurde versucht, die Lanze herauszuziehen. Dazu war ein Kraftaufwand von 8 bis 9 kN pro cm Einbettungstiefe erforderlich. Bei einer Einbettungstiefe von mehr als 30 cm ließ sich die Lanze nicht mehr ohne Bruch aus dem verfestigten Schotter ziehen.

Auch nach mehreren Monaten führten die Zugversuche nach jeweils zwei Tagen ab Einfüllung zu gleichen Ergebnissen. Dies zeigt, daß keine Veränderungen in den Materialeigenschaften auftreten und außerdem, daß der Katalysator über Monate hinweg auch in großen Mengen an A-Komponente stabil dispergierbar ist.

Der Versuch war mit den Komponenten aus Vergleichsbeispiel A nicht durchführbar, da bereits nach zwei Tagen ein Ausschwimmen des Katalysators auftrat.

Biegezugfestigkeit

Zur Bestimmung der Biegezugfestigkeit der Produkte aus Beispiel 14 und Vergleichsbeispiel A wurden Probekörper mit einer Länge von 150 mm, einer Breite von 20 mm und einer Höhe von 10 mm angefertigt. Die Probekörper wurden Kraft- Weg-Biegeversuchen ausgesetzt. Der Abstand des Auflagers betrug dabei 100 ­ mm. Die Messungen wurden mit äquivalenten Mengen an Katalysator jeweils 1 h und 20 h nach dem Vermischen der Komponenten durchgeführt.

Die Fließzeit der angesetzten Proben nach Beispiel 14 und Vergleichsbeispiel A betrug ca. 2 min.

Die Messungen wurden mit einer Druck-Zug-Prüfmaschine der Firma Form & Test durchgeführt. Die Kurven wurden mit einem XY-Schreiber der Firma Linseis aufgezeichnet. Die gemessenen Werte sind in Tabelle 2 angegeben und in Fig. 1 dargestellt.

Tabelle 2

Fig. 2 zeigt, daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators (Katalysator 1) im Vergleich zu herkömmlich verwendeten tertiären Aminophenolkatalysatoren, wie Vergleichskatalysator 1, zu elastischeren Produkten führt (größere Auslenkung bei gleicher Kraft).

Druckfestigkeit

Zur Bestimmung der Druckfestigkeit der Produkte aus Beispiel 14 und Vergleichsbeispiel A wurden Probekörper mit einem Durchmesser von 16,6 mm und einer Höhe von 30 mm angefertigt. Die Probekörper wurden gestaucht und die Auslenkung bestimmt. Die Messungen wurden mit äqivalenten Mengen an Katalysator jeweils 1 h und 23 h nach dem Vermischen der Komponenten durchgeführt.

Die Messungen wurden mit einer Druck-Zug-Prüfmaschine der Firma Form & Test durchgeführt. Die Kurven wurden mit einem XY-Schreiber der Firma Linseis aufgezeichnet. Die gemessenen Werte sind in Tabelle 3 angegeben und in Fig. 2 dargestellt.

Tabelle 3

Fig. 3 zeigt, daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators (Katalysator 1) im Vergleich zu herkömmlich verwendeten tertiären Aminophenolkatalysatoren, wie Vergleichskatalysator 1, zu elastischeren Produkten führt (größere Stauchung bei gleicher Kraft).

Claims (13)

1. Zusammensetzung, umfassend eine Komponente (A), die eine wäßrige Alkalisilikatlösung und einen primären Aminoalkohol als Katalysator enthält, und eine Komponente (B), die ein Polyisocyanat enthält.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Katalysator stabil in der Komponente (A) dispergiert ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Komponenten (A) und (B) getrennt vorliegen.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Katalysator die allgemeine Formel (I) aufweist:
in der R₁ und R₂ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Hydroxyl- oder Methylgruppe bedeuten und m, n und p unabhängig voneinander den Wert null haben oder eine ganze Zahl von 1 bis 20 bedeuten, mit der Maßgabe, daß sie nicht alle null sein können.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei n = 1, 2 oder 3, m = 1 und p ≧ 0 ist.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Polyisocyanat einen Gehalt an NCO-Gruppen von 10 bis 55 Gewichtsprozent, bezogen auf die Masse des Polyisocyanates, aufweist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das Polyisocyanat einen Gehalt an NCO-Gruppen von 10 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die Masse des Polyisocyanates, aufweist.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Polyisocyanat 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat, ein Phosphogenierungsprodukt von Anilin- Formaldehydkondensaten (rohes MDI), oder ein Präpolymerisat davon ist.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das Präpolymerisat ein Umsetzungsprodukt von rohem MDI und einem Diol mit einer OH-Zahl von 28 bis 1800 ist.

10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Alkalisilikat ein Natriumsilikat mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 60 Gew.-% ist.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 11, wobei die wäßrige Alkalisilikatlösung ein Molverhältnis SiO₂ zu Me₂O von 2,09 bis 3,44, vorzugsweise von 2,4 bis 3,17 aufweist.

12. Organomineralprodukt, erhältlich durch Umsetzung von Polyisocyanaten und wäßrigen Alkalisilikatlösungen in Gegenwart eines primärem Aminoalkohols als Katalysator.

13. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines Organomineralproduktes nach Anspruch 12 als Bau-, Beschichtungs-, Abdichtungs- oder Isoliermaterial oder als Kitt oder Klebstoff.