CH431989A - Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoffen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     Schaumkunststoffen       Ketone reagieren mit Formaldehyd an aktiven Was  serstoffatomen benachbart zur Carbonylgruppe unter  Bildung von Mono-, Di- und Trimethylolverbindungen.  Aceton reagiert mit weiterem Formaldehyd zum Teil  unter Wasseraustritt und Bildung von cyclischen Ver  bindungen, wobei die Carbonylgruppe zur Hydroxyl  gruppe reduziert wird. Für die Bildung dieser Reaktions  produkte sind das Verhältnis Keton : Formaldehyd und  die Reaktionsbedingungen massgebend. Die bevorzugte  alkalische Kondensation von Aceton mit Formaldehyd  führt, wie aus der USA-Patentschrift Nr. 1557 571  bekannt ist, in der     Wärme    zu stark gefärbten spröden  Massen, die keine praktische Anwendung gefunden  haben.

   Durch verschiedene Variationen der Kondensa  tionsbedingungen, Kombinationen mit anderen Reak  tionskomponenten sind verschiedene, in üblichen orga  nischen Lösungsmitteln lösliche Lackkunstharze ent  wickelt worden, beispielsweise werden solche in der  deutschen Patentschrift Nr. 890 866 beschrieben.  



  Es wurde nun gefunden, dass man aus Mono-,     Di-          und    Trimethylolketonen oder deren Gemischen Schaum  kunststoffe mit sehr guten physikalischen und technolo  gischen Eigenschaften herstellen kann, wenn man diese  monomeren Verbindungen mit katalytischen Mengen  40- bis 60 % iger, bevorzugt 50 % iger, wässriger Na  tronlauge oder Kalilauge gegebenenfalls in Gegenwart  von geeigneten Füllstoffen, Weichmachern, oberflächen  aktiven Stoffen und Schäumungsreglern vermischt und  die Mischung durch Selbsterhitzung oder Erwärmen  auf 70  C aufschäumt.  



  Die erhaltenen Schaumkunststoffe sind in organi  schen Lösungsmitteln, in Säuren und Laugen unlöslich  und werden lediglich von konzentrierter Schwefel- und  Salpetersäure angegriffen. Sie sind thermostabil. In  der heissen Flamme, z. B. Gasbrenner, brennen sie,  erlöschen aber nach der     Entfernung    der Flamme.  



  Die Monomeren sind viskose, wasserhelle bis  schwachgelb     gefärbte    Flüssigkeiten, die in jedem Ver  hältnis mit Wasser mischbar sind. Die Herstellung  erfolgt durch Kondensation von Keton, bevorzugt Ace-    ton, in entsprechendem Verhältnis unter verschiedenen  Bedingungen.  



  Je nach der Menge des zugesetzten Katalysators,  der gewählten Temperatur, der Art der Formen oder  der Zusammensetzung des Gemisches können die Ei  genschaften der Schaumkunststoffe in der gewünschten  Richtung variiert werden. Sie können unter verschiede  nen Bedingungen ausgeschäumt werden, wobei ohne  Anwendung von Weichmachern Hartschäume entstehen,  die je nach den gewünschten Eigenschaften, z. B. für  Isolierzwecke, ein Volumengewicht von 30 bis  100 kg/m3 besitzen und Druckfestigkeiten von 0,5  bis 5,0 kp/cm2 haben oder z. B. als Bauelemente bei  einem Volumengewicht von etwa 400 kg/m3 eine  Druckfestigkeit von etwa 70 kp/cm2 aufweisen. Be  merkenswert ist hierbei die Eigenschaft dieser Schaum  kunststoffe, dass beim überschreiten der zulässigen Be  lastung die Körper aus diesem Schaumkunststoff spon  tan in kleinste Teilchen zerfallen.

   Diese Eigenschaft kann  mit Erfolg als Schutz gegen Aufprall und Stoss ausge  nutzt werden. Besonders hervorzuheben ist, dass der  Übergang aus dem vorübergehend Thermoplastischen  im ausgehärteten vernetzten Zustand so schnell er  folgt dass es z. B. möglich ist, durch freies Auf  schäumen aus flachen Formen, die zu etwa einem Viertel  der Höhe mit der Reaktionsmischung gefüllt sind, z. B.  Zylinder herzustellen, die das 30fache der ursprüngli  chen Standhöhe annehmen. Die Hartschäume für Bau  elemente sind mit schnellaufenden Sägen sägbar, nagel  bar und können z. B. mit alkalisierten Monomeren  verklebt werden.

   Die gewünschten Förmlinge können  auch in mehreren Aufgüssen auf das bereits     ausge-          schäumte        Material    hergestellt werden, wobei ein sehr  geringer Schwund von Vorteil ist.  



  Es können Füllstoffe, wie z. B. Glasfasern, Textil  schnitzel, Asbest, vermahlene Kunststoffabfälle,     Holz-          und    Steinmehl, Schotter, Holz und andere Abfälle und  Papier     mitverarbeitet    werden. Es können auch Weich  macher,     Schäumungsregler,    wie z. B. geringe Mengen  Wachse,     Silikonöle    und Paraffinöle, oberflächenaktive      Verbindungen und Farbstoffe     zugesetzt    werden. Die  erhaltenen Hartschäume sind     weiss    bis hellgelb gefärbt.  



  Der Reaktionsmechanismus der Kunststoffbildung  ist noch nicht aufgeklärt. Auf Grund der ausgezeichneten  physikalischen und technologischen     Eigenschaften    der  gebildeten Schaumkunststoffe ist anzunehmen, dass unter  den Reaktionsbedingungen, d. h. bei der Verwendung  von Natron- oder Kalilauge in Konzentrationen von  40 bis 60 %, bevorzugt 50 %, als Katalysator, nicht  nur die Kondensation über Methylolgruppen abläuft,  sondern auch die Polymerisation unter Zwischenbil  dung von ungesättigten Ketonen durch Abspaltung von  Wasser aus den Methylolverbindungen. Auch die Ver  netzung durch Zyklisierung ist wahrscheinlich. Infolge  der Umlöslichkeit und Stabilität der erhaltenen Schaum  kunststoffe ist     eine    Aussage über den Reaktionsme  chanismus zur Zeit nicht möglich.  



  Die Reaktion der     praktisch    spontanen Vernetzung  der Monomeren, unter Bildung der geschilderten       Schaumkunststoffe,    ist auf die Anwendung von     Natron-          und    Kalilauge in Konzentrationen von 40 bis 60 % be  schränkt. Diese Tatsache konnte nicht erwartet werden  und stellt die Grundlage der Erfindung dar. Bei der  entsprechenden Kondensation mit z. B. 20 % iger Na  tronlauge werden Verbindungen erhalten, die zum Teil  noch in Wasser löslich bzw. quellbar sind und kein       anwendungstechnisches    Interesse besitzen. Bei der An  wendung von z. B. feinstgemahlenem Ätznatron als  Katalysator tritt überhaupt keine Reaktion ein.  



  Die Durchführung der Reaktion erfolgt auf die  Weise, dass die monomeren Verbindungen innigst, am  zweckmässigsten in Gegenwart von 0,5 bis 2,0 % ober  flächenaktiver Substanzen und     gegebenenfalls    0,2 bis  2,0 % Schäumungsregler mit 0,5 bis 5,0 Volumenpro  zent, 50 % iger Natronlauge oder mit entsprechenden  Gewichtsmengen davon vermischt werden. Die Reak  tion setzt     entweder    durch langsame Selbsterwärmung  bei etwa 70  C spontan ein, oder sie wird durch Er  wärmen auf etwa 70  C eingeleitet. Am Ende der  Reaktion wird eine Temperatur von etwa<B>1051</B> C er  reicht. Das Ausschäumen erfolgt durch den bei der  Reaktion gebildeten Wasserdampf. Zusätze von Bläh  mitteln sind nicht erforderlich.

   Beim freien Ausschäumen  in offenen Formen, welche mit Gleit- und     Trennmitteln     gut überzogen werden, hier haben sich Wachslösungen  oder Emulsionen     bewährt,    können flache Formen be  nutzt werden. Auch können     Hohlräume    z. B. im     Kühl-          oder    Wärmehalteschrank für Isolierzwecke ausge  schäumt werden. Als Regel kann gelten, dass mit stei  gender Katalysatormenge die     Schäumungsgeschwindig-          keit    und das Schaumvolumen erhöht werden, so dass  zum Erzielen von leichten Schäumen, z. B. für     Isolier-          zwecke    oder Schwimmkörper; mehr Katalysator ge  braucht wird.

   Zur Erzielung von     Hartschäumen    mit  hohen mechanischen Festigkeiten, z. B.. als Bauelemente,  werden geschlossene Formen benutzt, die das Aus  schäumen auf das gewünschte Volumen, d. h. Volumen  gewicht und     Festigkeitswerte,    gestatten. Hierbei kann  der entweichende Dampf eventuell nach aussen abge  führt werden.  



  Auf Grund der angeführten Eigenschaften dieser  neuartigen Schaumkunststoffe ist die Möglichkeit der    technischen Anwendung, insbesondere als Hartschäume,  auf sehr breiter Basis möglich, in der     Isoliertechnik        für     Kälte, Wärme und Schall, für Wasserfahrzeuge,  Schwimmkörper, in der Bauindustrie z. B. für Trenn  wände, selbsttragende Konstruktionen in Leichtbau  weise, Garagen, Wochenemd- und Ferienhäuser usw.  Durch Aufspritzen der Schäume an die Wände oder  Decken können akustische Effekte erzielt werden. Der  Kunststoff kann auch als Schaumbindemittel verwendet  werden.

   Die Möglichkeit des Ausschäumens an Ort und       Stelle    aus geeigneten Mischvorrichtungen macht die       Anwendung    besonders vorteilhaft, wobei die notwendige  Ausrührzeit von 3 bis 5 Minuten ein inniges Durch  mischen der Monomeren mit dem Katalysator gestattet  und die Mischanlage nach dem Abstellen infolge der  Wasserlöslichkeit der Monomeren bequem mit Wasser  ausgespült werden kann. Dadurch können Verstopfun  gen und die befürchteten Aushärtungen im Mischaggre  gat vermieden werden. Die Wasserlöslichkeit der Mono  meren ist auch bei der Verschmutzung der Hände,  Arbeitskleidung und Reinigung der Transportbehälter  von grossem Vorteil.  



  <I>Beispiel 1</I>  100 Teile Acetonmethylolverbindung mit 1,7     Me-          thylolgruppen    werden mit 3,5 Volumteilen 50 % iger  NaOH innigst vermischt. Die Mischung wird in einem  eisernen, geschlossenen Zylinder mit einer Austritts  öffnung für Wasserdampf von 2¸fachem Volumen       eingefüllt    und die gefüllte Form auf 70  C erwärmt.  Die Reaktion setzt ein, erkenntlich am ausströmenden  Wasserdampf, und     äst    nach 2 Minuten beendet. Der  Zylinder hat ein Volumengewicht von etwa 0,4 g/cm3  die Druckfestigkeit der ausgesägten Prüfkörper etwa  70 kp/cm2.  



  <I>Beispiel 2</I>  Wie Beispiel 1, jedoch mit 4 Volumteilen 50 % iger  NaOH. Zu der Acetonmethylolverbindung wird zuvor  die Lösung von Äthylenoxydaddukten von Phenolab  kömmlingen mit einem mittleren Molgewicht von etwa  2000 bis 3000 und 0,2 % eines aus einem Gemisch von  2 Teilen des Natriumsalzes und 1 Teil des Amids ali  phatischer Sulfonsäuren einer durchschnittlichen Ketten  länge von 15 C-Atomen bestehenden Emulgators zuge  mischt. Nach dem Durchmischen wird das Produkt in  eine flache Glasschale, welche mit Makroparaffinlösung  eingefettet ist, eingefüllt. Nach 3 Minuten beginnt die  Reaktion, und es schäumt ein Zylinder als bereits  fester Körper aus der Form heraus. Das Volumgewicht  beträgt 0,05     g/cm3.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Schaumkunststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man Mono-, Di- oder Trimethylolketone oder deren Gemische mit 40- bis 60 % iger wässriger Natron- oder Kalilauge in katalyti schen Mengen, gegebenenfalls in Gegenwart von geeig neten Füllstoffen,. Weichmachern, bberflächenaktiven Stoffen und Schäumungsreglern vermischt und die Mi schung durch Selbsterhitzung oder Erwärmen auf 70 C aufschäumt.