DE870027C

DE870027C - Verfahren zur Herstellung von Schaumisoliermassen

Info

Publication number: DE870027C
Application number: DEP27919A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Jakl; Gustav Dr Widmer
Original assignee: Ciba Geigy AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1944-07-28
Filing date: 1948-12-30
Publication date: 1953-03-09

Description

Verfahren zur Herstellung von Schaumisoliermassen w Poröse Massen auf Kunstharzbasis sind schon für verschiedene Zwecke vorgeschlagen worden. Als Isolierstoffe für Kälte, Wärme oder Schall werden beispielsweise Schaummassen von sehr geringem Raumgewicht (D = etwa o,oi bis o,i) auf der Basis von Phenol- und insbesondere von -#Harnstoffharzen verwendet. Diese%Massen besitzen den Nachteil einer zu geringen mechanischen Festigkeit, mangelnder Volumbeständigkeit und einerloch zu geringen Wasserbeständigkeit. Für Wärmeisolierungen, wie Isolierungen von Dampfleitungen, ist ihre mangelnde Wärmebeständigkeit störend.
Es wurde nun gefunden, daß diese Mängel durch Verwendung der an sich bekannten Melaminharze an Stelle der Phenol- oder Harnstoffharze behoben werden können. Die neuen Schaummassen-besitzen, entsprechend den Eigenschaften der Melaminharze, verbesserte Beständigkeit gegenüber heißem Wasser und erhöhte Wärmebeständigkeit. Die Melaminharzschaummassen weisen gegenüber den bisher bekannten Schaummassen noch weitere Verbesserungen auf, die für ihre Verwendbarkeit in der Isoliertechnik von großer Bedeutung sind und in so hohem Grade durchaus nicht zu erwarten waren.
So ist die Volumenbeständigkeit ungefähr doppelt, die mechanische Festigkeit doppelt bis mehrfach so groß wie diejenige der Harnstoffharzschaummassen, und die- Kochwasserbeständigkeit ist ebenfalls bedeutend. Diese Verbesserung geht über das auf Grund der Eigenschaften der Melaminharze zu erwartende Maß hinaus und ist überraschend.
Die neuen Schaumisoliermassen zeigen außerdem noch eine doppelt so große Beständigkeit gegen Wasserdampfabsorption wie die Harnstöffharzschaummassen. Dieser Effekt ist für Melaminharzschaummassen unerwartet und neu. Preßlinge aus Melaminharzpreßmassen zeigen kaum geringere Adsorptionsfähigkeit für kaltes Wasser als solche aus Harnstoffharzpreßmassen. Die Wasserabsorption für unter Mitverwendung von Alphacellulose als Füller hergestellte Preßstücke aus Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat beträgt o,5 bis o,7 0/0, für solche aus Melamin-Formaldehyd-Kondensat 0,3 bis o,6 0/0. Der Unterschied ist so gering, daß damit die große Beständigkeit gegen Wasserdampfabsorption nicht erklärt werden kann.
Diese 'überraschende Verbesserung der Schaummassen ermöglicht es, die Anwendungsgebiete der bekannten Harnstoffschaummassen wesentlich besser zu erschließen.
Die- Herstellung der Melaminharzschaummassen kann nach den verschiedensten an sich bekannten Methoden erfolgen, von denen das Verschäumen von wäßrigen oder wäßrig-alkoholischen Melaminharzlösungen, welche vorteilhaft Härtungsmittel und/oder Schaummittel enthalten, besonders geeignet ist. Es gelingt damit auch leicht, Schäume von sehr geringen Dichten, z. B. von 0,03 bis o,oi5 herzustellen.
Als Melaminharze kommen vor allem die in der französischen Patentschrift 811804 beschriebenen Harze in Frage, als Härtungsmittel saure Substanzen und als Schaummittel oberflächenaktive natürliche oder synthetische Substanzen, welche ähnlich wie Saponin mit Wasser stabile Schäume liefern.
Die Herstellung der Schäume gestaltet sich am einfachsten in der Weise, daß eine wäßrige oder wäßrig-alkohohsche Melaminharzlösung in Gegenwart von Härtungsmittel und Schaummittel, z. B. mittels schnell laufender Rührer, verschäumt wird. Dabei vergrößert sich durch das Einrühren von Luft oder von Gas das Volumen der Lösung auf das Vielfache, z. B. auf das 40fache des Volumens der wäßrigen Lösung. Das Verschäumen kann aber auch nach anderen Methoden erfolgen. Der Schaum wird in Formen gefüllt; stehengelassen, nachgetrocknet und gewünschtenfalls nachgehärtet. Um Rißbildungen zu vermeiden, muß das Trocknen in zweckmäßiger Weise erfolgen. Man trocknet beispielsweise langsam oder unter Anwendung einer feuchten Atmosphäre, damit die inneren Partien das Wasser abgeben können, bevor die äußeren so schwinden, daß Risse entstehen. Man erhält weiße, äußerst leichte, aber im Verhältnis zu ihrer Dichte mechanisch überraschend feste Schaummassen. Sie können, wenn erwünscht, im Verlaufe ihrer Herstellung oder nachträglich gefärbt werden. Ebenso können gewünschtenfalls Füllstoffe verschiedenster Art zugesetzt werden, z. B. Korkmehl oder -grieß, Glasfasern, Papierpülpe, Asbestfasern oder Diatomeenerde. Die erfindungsgemäßen Schaummassen können für Isolierzwecke in der Bauindustrie, als Wärmeisolierung, als Isolierung für Kühlschränke, Kühlhäuser usw., als Schallisolierungen für Deckenverkleidungen u. dgl. Verwendung finden.
Die folgenden Ausführungen zeigen die wichtigsten Eigenschaften der neuen Schaummassen im Vergleich zu den bekannten Schaummassen auf Harnstoffharzbasis.

Für einen Isolierwerkstoff ist sein Verhalten gegenüber der wechselnden Luftfeuchtigkeit von sehr großer Wichtigkeit, da dieses Verhalten für allfällige Spalten- und Rißbildung durch zu großes Wachsen und Schwinden sowie für eine allfällige Verschlechterung der Isolationswirkung durch übergroße Absorption der Luftfeuchtigkeit verantwortlich ist. Um diese Verhältnisse darzulegen, würden die Vergleichsmaterialien, Schaummasse auf Harnstoff- und Melaminharzbasis, in Form von Platten von etwa i bis 2 cm Dicke je 24 Stunden bei Zimmertemperatur abwechslungsweise einer Luftatmosphäre von ioo 0% Feuchtigkeit und einer solchen von 1o % Feuchtigkeit ausgesetzt. .In den folgenden Tabellen A und B sind die Ergebnisse für Harnstoffharzschaummasse (D = o,oi5) und Melaminharzschaummassen (D = 0,o16 und D = 0,023) zusammengestellt

A. Volumbeständigkeit

(Wachsen und Schwinden in Prozenten der ursprünglichen Länge)

Harnstoffharzschaum Melaminharzschaum

Probe x Probe 2

Probe z Probe 2

Luftfeuchtigkeit je 24 Stunden

bei ioo 0/0 ....... . . . . . . . . . . . + o,9,850/, - + 0,42% + 0,55%

1o 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -_1,23 0/0 -o,76 0/0 -0,830/0 -0,8311/0

i00 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 1,73 % + 1,725 °/o + 0,84% + 0,78()/o

1o % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -1,7o % -1,41 0/0 -o,83 % -o,66()/,

ioo % . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 1,73 0/0 + 1,44 0%o +' 084 % + 0,67 0/0

10 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . .. -. . - - 2,07 % - -0,77%

Mittlere Längenänderung (ohne i. Wert) ..... 1 1,6 0/0 1 1,66 % I 0,839, 1 0,74%

B. Wasserdampfabsorption

(Gewichtsänderungen durch Wasseraufnahme und -abgabe in Prozenten des ursprünglichen Gewichts)

Harnstoffharzschaum Melaminharzschaum

Probe x Probe 2

Probe r I Probe 2

Luftfeuchtigkeit je 24 Stunden

. bei loo 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 2x350/0 - + 3,5 0/0 +3,0 0/0

100/ 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -4,90% -2,150/(, -3,8 0/0 -3,9 0/0

i000/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . + 7,35% + 5,45% + 3,5 0/0 + 3,85 %

1o 0/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -7,450/(, -5,200/0 -3,83()f, - 3,5 0/0

100 0/0 ... . . . . . . . . . . . . . . . . . + 6,8o 0/0 + 6,8o0/0 -- +3,4 0l0

i00/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - 7,35)/o - -3,6 0/0

i000/0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - - j + 3,2 %

Mittlere Gewichtsänderung (ohne 1. Wert) .... I 6,620/0 I 6,21% I 3,71 0/0 3,57()/o

Für die Brauchbarkeit eines Isolierstoffes ist ferner seine mechanische Festigkeit von entscheidender Bedeutung. Die Ergebnisse der vergleichenden Prüfung von Harnstoffharz- und Melaminharzschaum sind in der nachfolgenden Tabelle C enthalten.

C. Mechanische Festigkeit

(Druckfestigkeit in kg/cm2)

Dichte Schaummasse Harnstoff- Melamin-

getrocknet bei harzschaum # harzschaum

0,012 6o° - 0,514 kg/cm"

0,015 20° 0,404 kg/cm2 -

o,o16 ioo° 0,484 - -

o,o16 20° - 0,970 kg/cm2

o,oig 20° - 0,900 -

0,020 I00° - 1,200 -

0,032 20° - 1,450 -

0,032 500 - 1,740 -

0,038 20° o,8io kg/cm2 -

- -

0,041 150° 1,320

0,042 ioo° - 4,92o kg/cm2

0,044 20' - 3,090 -

0,055 20° i,iio kg/cm2 -

0,055 1500 2,200 - -

0,057 20, - 3,730 kg/cm2

0,077 20° - 8,230 -

Die Melaminharzschäume besitzen also bei vergleichbarer Dichte ungefähr die doppelte Druckfestigkeit der Harnstoffharzschäume.

D. Beständigkeit gegenüber kochendem Wasser Wird Harnstoffharzschaum 1o Minuten lang in kochendem Wasser behandelt, so saugt er sich mit Wasser völlig voll. Die Gewichtszunahme beträgt ungefähr 450o 0/0. Beim nachfolgenden Trocknen tritt dann erhebliche Deformierung ein. Bei gleicher Behandlung mit kochendem Wasser zeigt der Melaminharzschaum eine Gewichtszunahme von nur ungefähr looo bis 160o 0/0. Beim Trocknen bleibt er praktisch unverändert; eine Deformierung findet hier unerwarteterweise nicht statt.
Es sind bereits poröse Gele auf der Basis von Melaminharzen bekannt, welche aber eine Dichte von 0,30o bis 0,500 aufweisen und sich daher für den hier beschriebenen Zweck als Isoliermaterial nicht eignen.
Beispiel iio Gewichtsteile Melaminharz werden in 22o Volumteilen lauwarmem Wasser gelöst, und die Lösung wird wieder auf 25° abgekühlt. Gegebenenfalls wird mit Ameisensäure gegen Lakmus neutral gestellt.
Eine zweite Lösung wird hergestellt durch Eintragen von =,i Gewichtsteilen des Natriumdisulfonates des N-Benzyl-1,C-heptadecylbenzimidazols in 88 Volumteilen Wasser. Man kann aber auch ein anderes Schaummittel, z. B. 2 Gewichtsteile einer butylierten Naphthahnsulfonsäure oder ihres Natriumsalzes, verwenden. Unmittelbar vor Gebrauch werden zu dieser Lösung 2,2 Volumteile 85%iger Ameisensäure zugefügt. Statt Ameisensäure können auch andere Säuren angewendet werden.
Die zweite Lösung wird unter gutem Rühren in die Harzlösung eingegossen und das Gemisch während 2 bis 5 Minuten mit einem rasch laufenden Rührwerk mit Drahtschaumschläger zu Schaum geschlagen. Nach dieser Zeit ist der Schaum ziemlich fest, homogen, und kann in Formen gebracht werden. Die Masse bleibt einige Stunden oder über Nacht sich selbst überlassen, wobei sie erstarrt. Dann wird sie aus der Form genommen und während längerer Zeit bei Raumtemperatur an der Luft trocknen gelassen.
Man erhält Schaummassen der in der Beschreibung erwähnten Eigenschaften, deren Dichte sich leicht durch die Konzentration, Temperatur und eventuelle Zusätze der Lösung sowie durch die Dauer des Verschäumens und die Art der Schaumapparatur kontrollieren läßt.
Nachträgliches Behandeln der Formstücke bei erhöhten Temperaturen, z. B. 4o bis Z50° oder darüber, verbessert die mechanische Festigkeit der Masse noch erheblich.
Das in diesem Beispiel verwendete Melaminharz wird hergestellt, indem man 3 Mol Formaldehyd auf i Mol Melamin bei einem pH = 8,5 bis 9 und bei Siedetemperatur einwirken läßt, bis eine abgekühlte Probe beim Verdünnen mit 2 bis 5 Volumen Wasser eine Fällung gibt, worauf die Lösung, gewünschtenfalls im Vakuum, getrocknet wird. Natürlich kann man auch die frisch hergestellte Kondensationslösung direkt oder nach Einstellung auf die gewünschte Konzentration verwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Herstellung von Schaumisohermassen durch Verschäumen von Kunstharz enthaltenden Lösungen und Trocknen der entstehenden Schaummassen, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige oder wäßrig-alkoholische Lösungen von Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten, gegebenenfalls in Gegenwart eines Schaum- und/oder Härtungsmittels verschäumt.
2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß man die getrockneten Schaummassen nachhärtet.