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Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen
Schaumstoffe dienen bekanntlich als Isolierstoffe in der Bau- und Wärmetechnik sowie zum Dämpfen mechanischer Schwingungen.
Es wurde ein neues Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen gefunden, das dadurch gekenn- zeichnet ist, dass man CH-acide Gruppen tragende Telomere - d. h. kurzkettige Polymere - mit niedrigem Erweichungspunkt nach Art einer Aminoalkylierung mit einem Aldehyd und einem Umsetzungs- produkt aus einem Polyamin und C02 zur Umsetzung bringt.
Umsetzungsprodukte von Aminen mit Kohlendioxyd sind in der Literatur beschrieben (vgl."The Chemical Structure of Some Diamine Carbamates" J. A. C. S. 731829 [1951]).
Dieses Verfahren zeichnet sich vor bekannten Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen aus Polyestern u. dgl. dadurch aus, dass das als Treibmittel dienende C02 nicht durch Umsetzung der sehr reaktionsfähigen Isocyanate mit Wasser erzeugt wird, sondern durch Abspaltung aus dem oben angegebenen C02 -Umsetzungsprodukt entsteht.
Die bei der Polyurethanschaumstoffherstellung verwendeten Isocyanate sind gegenüber Wasser sehr empfindlich. Zwar können genau abgemessene Mengen Wasser dem Schaumstoffansatz zugegeben werden, man beabsichtigt dann aber eine bestimmte und erwünschte chemische Reaktion wie Freisetzung von CO2 und Harnstoffbrückenbildung. Kommt jedoch Wasser von aussen, z. B. beim Schäumen an Ort und Stelle an nassen Wänden, mit dem Schaumstoffansatz in Kontakt, so treten unerwünschte Nebenreaktionen auf. Ferner würde das durch das Isocyanat verursachte Entziehen der Feuchtigkeit das Abbinden frischen Mörtels oder Betons erschweren und zu Schädigungen der Bauteile führen.
Das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen ist demgegenüber gegen Wasser unempfindlich, ja, bei der Reaktion selbst wird Wasser frei. Nach diesem Verfahren beschäumter, nicht abgebundener Mörtel oder Beton bindet einwandfrei ab.
Bei den Telomeren mit CH-aciden Gruppen handelt es sich z. B. um Copolymerisate der verschiedensten Monomeren mit Allylestern oder Vinylestern von ss-Ketocarbonsäuren, andern ungesättigten polymerisierbaren Dicarbonylverbindungen oder ungesättigten polymerisierbaren Verbindungen, die durch sogenannte elektronenziehende Gruppen wie die Carbonyl- und die Nitrilgruppe, aktivierte Wasserstoffatome am Kohlenstoffatom tragen. Besonders sind hier zu erwähnen die Allyl- und Vinylester der Acetessigsäure und ungesättigte Malonsäurederivate, d. h. Verbindungen, die mit vielen Monomeren telomere Copolymerisate ergeben.
Grundsätzlich sind auch ungesättigte Derivate anderer Säuren als Träger des aktiven Wasserstoffs im Telomerisat geeignet. Es seien hier z. B. genannt :
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können, eignen sich z. B. Vinylester wie Vinylacetat, Styrol, Acrylsäureester wie Methylacrylat, Methacrylsäureester wie Methylmethacrylat, Äthylen oder Vinylchlorid.
Als CH-acide Gruppen tragende Telomere eignen sich vorzugsweise solche mit niedrigem Molekulargewicht, deren bei Raumtemperatur flüssiger bzw. halbfester Aggregatzustand ein leichtes Verarbeiten ermöglicht. So ist z. B. ein Telomerisat aus Vinylacetat und Acetessigsäureallylester, das im molaren Verhältnis 1 : 1 aufgebaut ist, bei einem durchschnittlichen Molgewicht von etwa 2000 bei Raumtemperatur noch zähflüssig.
Für die erfindungsgemässe Aminoalkylierung kommt als Aldehyd vorzugsweise Formaldehyd in Betracht, jedoch sind auch andere Aldehyde, insbesondere in Verbindung mit Formaldehyd, verwendbar. So kann man z. B. Acetaldehyd und Crotonaldehyd zusammen mit Formaldehyd oder auch allein verwenden.
Es wird bei der vorliegenden Umsetzung mindestens die einfach-stöchiometrische Menge an Aldehyd eingesetzt. Bei Verwendung von z. B. primären Aminen und/oder CH-aciden Verbindungen mit zwei aktiven Wasserstoffatomen kann die Umsetzung auch weitergehen und ein Mehrfaches an Aldehyd erfordern.
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Die Verfahrensprodukte können daher weitgehend in ihren Eigenschaften variiert werden. Bei steigender Umsetzung der Aldehyde steigt auch der Vernetzungsgrad des Verfahrensproduktes.
Man kann sich die beanspruchte Reaktion an folgendem angenommenen Schema verdeutlichen :
Telomerkette
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Telomerkette
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Der Aldehyd reagiert offenbar mit dem Polyamin-COUmsetzungsprodukt unter Freisetzungdes C02 und gleichzeitiger Knüpfung der Bindung mit der CH-aciden Gruppe unter Abspaltung von Wasser nach Art einer Aminoalkylierung. Wesentlich dabei ist, dass die CO."Entwicklung und die Kondensation praktisch gleichzeitig ablaufen.
Das bedeutet aber einen grossen Vorteil bei der Herstellung von Schaumstoffen ; verlauft die Kondensationsreaktion langsam, entsteht langsam Treibgas, verlÅauft die Kondensation dagegen rasch und verfestigt sich das zunächst flüssige Produkt sehr schnell, so stehtin dieser kurzen Zeit die gesamte Treibgasmenge zur Verfügung und ermöglicht ebenso wie bei einer langsamen Reaktion ein gleichmässiges Aufschäumen.
Bei diesem Verfahren ist es im allgemeinen nicht erforderlich, zusätzliche Treibmittel zu verwenden, auch bedarf es in der Regel keiner Zuführung von Wärme, da die Reaktion bei Raumtemperatur rasch genug abläuft. Es kann aber manchmal von Vorteil sein, niedrig siedende Verbindungen, die während der Reaktion verdampft werden, z. B. verflüssigte halogensubstituierte Alkane als zusätzliche Treibmittel einzusetzen. Es eignen sich hiezu inerte niedrigsiedende Lösungsmittel, die im Umsetzungsgemisch homogen verteilbar und im Verfahrensprodukt wenig löslich oder unlöslich sind.
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Als Aldehyd eignet sich vorzugsweise Formaldehyd, aber höhere Aldehyde, wie Acetaldehyd und Crotonaldehyd ergeben ebenfalls Schaumstoffe.
Geeignete Amin-CO Umsetzungsprodukte sind z. B. solche von Di- oder Polyaminen mit primären und sekundären Aminogruppen, die sich mit CO zu den entsprechenden Carbaminaten um-
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3-Propylendiamin, 1, 2-Propylendiamin, 1, 4-Butylendiamin,glykol-bis-ot-aminopropyläther.
Für die Erzielung gleichmässiger Schäume mit bestimmter Porendichte ist es vorteilhaft, geringe Mengen eines oberflächenaktiven Stoffes zuzugeben. Es eignen sich z. B. Polysiloxane, Blockmischpolymere von Polysiloxanen mit Polyäthylenoxyden, oxalkylierte Phenole, oxalkylierte Alkohole, oxalkylierte Fettsäuren, Fettalkoholsulfate, Alkyl- und Arylsulfonate sowie Blockkondensationsprodukte aus Polyäthylenoxyd und Polypropylenoxyd.
Beispiel l : 10 Gew.-Teile eines Telomerisates aus Vinylacetat, VinylisobutyratundAcetessig- säureallylester im Gewichtsverhältnis 20 : 20 : 60 werden mit 0,3 Gew.-Teilen eines Blockmischpolymeren von Polysiloxan mit Polyäthylenoxyd als grenzflächenaktive Substanz und mit 2,74 Gew.-Teilen des Umsetzungsproduktes aus Piperazin und Kohlendioxyd verrührt. In das so erhaltene viskose Gemisch werden 2, 52 Gew.-Teile einer SOloigen methanolischen Formaldehydlösung gleichmässig eingetragen.
Man rührt so lange, bis völlige Homogenität erreicht ist und giesst das sahnige Produkt in das Aufschäumgefäss. Nach wenigen Minuten ist das Aufschäumen unter Freiwerden von CO beendet.
Der reinweisse Schaum hat feine bis mittlere Poren und eine Dichte von 0, 05. Nach einigen Stunden hat er seine endgültige Festigkeit erhalten.
Beispiel 2 : 28, 4 Gew.-Teile eines Telomerisates aus Vinylacetat und Acetessigsäureallylester l : l mit einem durchschnittlichen Molgewicht von 1870 werden mit 0,6 Gew.-Teilen eines Blockkondensationsproduktes aus Polyäthylenoxyd und Polypropylenoxyd als oberflächenaktive Substanz und 5, 65 Gew.-Teilen des Umsetzungsproduktes aus Diäthylentriamin und Kohlendioxyd gut vermischt. In das dickflüssige Gemisch rührt man rasch 6 Gew. -Teile 50%ige methanolische Formaldehydlösung ein.
Nach kurzer Zeit beginnt CO-Entwicklung, und nach wenigen Minuten ist die Bildung des Schaumstoffes beendet. Nach einigen Stunden hat das Produkt seine endgültige Festigkeit bekommen.
Man erhält einen sehr zäh-harten, hellgelben Schaumstoff mit dem Raumgewicht 36 g/l.
PATENTANSPRÜCHE :
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Aminoalkylierung mit einem Aldehyd und einem Umsetzungsprodukt aus einem Polyamin und C02 zur Umsetzung bringt.