DE2546181B2

DE2546181B2 - Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und daraus bestehenden Bauelementen

Info

Publication number: DE2546181B2
Application number: DE752546181A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 6238 Hofheim Puechel; Dieter 6239 Kriftel Stahl
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1975-10-15
Publication date: 1979-03-08
Also published as: ATA759376A; SE7903977L; IT1070437B; NL7611161A; SE7611506L; ES452294A1; FR2327973A1; DK463876A; NO143699C; NO143699B; SE412753B; NO763503L; DE2546181A1; FI762921A; GB1498614A; AT367383B; BE847356A

Description

Isocyanatverbindungen mil OH-gruppenhaltigen Polyestern und/oder Polyäthern und/oder mit Aminoverbindungen eindispergieri werden. Die Mischung schäumt nach einer Startzeit auf und bindet nach der Schäumreaktion ab.

Als Gips im Sinne der Erfindung können alle neutral oder schwach sauer reagierenden, hydraulisch abbindenden Calciumsulfat-Modifikationen in der üblichen pulvrigen Kornfeinheit (Korngrößenspektrum von 5 bis 100 Mikrometer) eingesetzt werden. Vorzuziehen sind handelsübliche Gipsqualitäten mit einem Wasser-Gips-Faktor von 03, damit der Anteil des mit dem Gips nicht reagierenden Anmachwassers möglichst klein gehalten wird.

Polyurethan-Voraddukte im Sinne der Erfindung sind in Übereinstimmung mit »Kunststoff-Handbuch« Bd. VII, Polyurethane, Carl Hanser Verlag, München 1966, Seiten 27, 76 und 84, Polyester und/oder Polyäther, deren Kette durch Addition von Isocyanaten verlängert worden ist.

Die Voraddukte werden vorzugsweise in Mengen von 5 bis 20%, bezogen auf Gips, eingesetzt. Mit Mengen von weniger als 5% wird das Optimum der Dichte nicht erreicht, während Zugabemengen von über 20% zu einem Aufreißen der Gips-Porenstruktur und damit zu einem Abfall der Festigkeit führen.

Die Zusammensetzung der Voraddukte kann in einem breiten Bereich schwanken. Sie können in an sich bekannter Weise durch Umsetzung der Polyester und/oder Polyäther mit überschüssigem Isocyanat unter Wasserausschluß -ind gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators hergestellt worden sein. Obwohl nach dem vorliegenden Verfahren sowohl die für Weichschaum als auch die für Hartschaum geeigneten bekannten Voraddukte verwendbar .>ind, hat es sich herausgestellt, daß entgegen den Erwartungen solche Voraddukte besonders geeignet sind, die in der Regel nur für die Herstellung von Polyurethanelastomeren Verwendung finden und handelsüblich sind. Brauchbare Voraddukte haben beispielsweise ein mittleres Molekulargewicht von etwa 2000 und eine OH-Zahl von etwa 50 bis 60. Es sind jedoch auch andere Voraddukte mit

-N C" O + - OH anderen Molekulargewichten und OH-Zahlen geeignet. Besonders vorteilhaft ist, daß diese eingentlich für die Elastomerenbildung bestimmten Voraddukte lagerbeständig sind und beispielsweise ein halbes bis ein Jahr i ohne Beeinträchtigung ihrer Reaktionsfähigkeit gelagert werden können.

Als Isocyanatkomponente kommen beispielsweise
Toluylendi- oder -triisocyanat,
m-Xylylen-diisocyanat, -tetraisocyanat,
κι Hexamethylen-diisocyanat,

Diisocyanatodiphenyläther,
4,4'-Düsocyanatodiphenyl,
4,4'-Diisocyanato-3,3'-dich!or-diphenyl,
4,4'-Diisocyanato-3,3'-dimethoxy-diphenyl,
Ii 4,4'-Diisocyanato-3,3'-demethyl-diphenyl,

4,4'-Diisocyanato-3,3'-diphenyl-diphenyl,
4,4'-Diisocyanato-dipheny!methan,
4,4'-niisocyanato-3,5'-dimethyl-diphenyl-

methan,
Naphthylen-l.S-diisocyanat,

N',N"-{4,4'-DimcthyS-3,3'-diäsocyanaio-

diphenyl)-uretdion,
2,4,4'-Triisocyanato-diphenyläihe·
in Frage.

2^r> Als Polyester- oder Polyätherkomponente eignen sich geradkettige und verzweigte, vorzugsweise solche mit niedrigem Molekulargewicht, zum Beispiel solche auf der Basis von Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, Phthalsäure oder dergleichen, und einem mindestens jo zweiwertigen Alkohol, wie Äthylenglykol, die verschiedenen Propandiole, Butandiole, Oligomere von Äthylenglykol oder Propylenglykol, ferner Glycerin, Trimethyloläthan, Trimethylolpropan, Hexantriol, Pentaerythrit, Sorbit oder dergleichen. In der Regel haben die π Polyester- und Polyätherkomponenten freie OH-Gruppen.

Wichtig ist bei der Zusammensetzung der Voradd'ik-

te, daß sie einen über die zur Bildung des Urethanharzes benötigte Menge hinausgehenden Übr/schuß an Isocya-

w natverbindungen enthalten. Die Bildung des Urethanharzes verläuft nach dem Schema:

NH—CO-ll
O

Isocyanal

Alkohol Urethan

Die restlichen Isocyanatgruppen reagieren mit Wasser unter Bildung von instabilen Carbamidsäurcderivaten, die in Harnstoffverbindungen unter COj-Abspaltung zerfallen.

Die primäre Amingruppc der Harnstoffverbindung reagiert ihrerseits wieder mit Isocyanat unier Bildung von Ureid, das mit einer weiteren Isocyanatgruppe zum Biuret umgesetzt wird und die dreidimensionale Vernetzung des Moleküls bewirkt.

N C O + 11,0

Nil C Oil

Nil, f- CO,

Isocyanat Wasser Carbamidsiiurc- primäres Amin Kohlendioxyd

Derivat v. Harnsloff-

vcrbindung

Isocyanal

primäres Amin

-N = C= O +-NH-C-NH --

Isocyanai

ί! ο

Ureid

NH C NH

j;

Lj rc id
-NH C- NH -C--- NH

ii Il

ο ο

Biuret

Bei der erfindungsgemäßen Zugabe des Voradduktes π zu einem Gips-Wasser-Gemisch reagiert das überschüssige Isocyanat mit einem Teil des überschüssigen, d. h. für da·; Abbinden des Gipses nicht benötigten Wassers. Es wir dadurch Kohlendioxid frei, das die Gips-Wasser-Kunstharz-Mischung aufschäumt. 2<>

Die Menge des anzuwendenden Wassers wird dadurch bedingt, daß die Gips-Wasser-Ki-nstham-Mischung einen rühr- und schäumfähigen Brei darstellen muß. Um den Teil des nicht zum Abbinden des Gipses und nicht zur Reaktion mit überschüssigem Isocyanat erforderlichen Wassers so klein wie möglich zu halten, ist es zweckmäßig, Gipsverflüssiger einzusetzen. Durch einen Zusatz von 0,1 bis 3%, vorzugsweise von 0,5, bezogen auf Gips, von Melaminharzen, insbesondere von sulfonsäure-modifizierten Melaminharzen, läßt sich j< > der Gips-Wasser Faktor von 03 auf 0,25 senken.

Um zu verhindern, daß der Gips vor Beendigung de' Schäumreaktion abbindet, müssen dem Gipsbrei Abbindeverzögerer zugesetzt werden. Als solcher hat sich Carboxymethylzellulose bewährt, die in Mengen von 0,1 r> bis 2%, vorzugsweise von 0,5, bezogen auf Gips, in Form einer 8%igen wäßrigen Lösung zugesetzt werden kann.

Andererseits ist es erforderlich, daß die Schaumreaktion erst nach einer Startzeit von ca. 5 Minuten einsetzt, um dem Verarbeiter die Möglichkeit zu geben, eine -to gründliche Durchmischung vorzunehmen und die Mischung in die vorgesehenen Formen einzufüllen. Zur Einstellung der Startzeit wird ein Schäumbeschleuniger eingesetzt, der aber zur Abminderung des Effekts auf Zeolithpulver adsorbiert wird. Als Schäumbeschleuni- -r, ger kommt z. B. Dibutylzinnlauraf auf Zeolithpulver im Verhältnis 1 :2 bis 1 :10, vorzugsweise 1 :7, in Betrach*. Von der Mischung werden 0,1 bis 2%, vorzugsweise 0,8%, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt eingesetzt.

Eine Intensivierung der Schäumreaktion kann man ίο dadurch erreichen, daß man vortemperiertes Anmachwasser verwendet. Eine Wassertemperatur von 30 bis 70° C, vorzugsweise von 50° C, ergibt eine bessere Verschäumung und damit geringere Schaumdichten.

Damit der noch nicht abgebundene aufgetriebene Schaum nicht wieder, und sei es auch nur partiell, zusammenfällt, empfiehlt es sich. Schaumstabilisatoren zuzusetzen. Als solche haben sich handelsübliche Silikonverbindungen und/oder Methyleellulose in Mengen von 0,1 bis 2%, bezogen auf Polyurethan-Vorad- wi dukt, bewährt. Die Methylcellulose wird in Form von 1-bis 8°/oigen wäßrigen Lösungen eingesetzt.

Außerdem kann man durch Zusatz von 3 bis 30%. vorzugsweise 10%, berechnet auf Polyurethan-Voraddukt, eines oder mehrerer Fluorkohlenwasserstoffe zum t» Voraddukt eine stärkere Verschäumung erzielen, entsprechend einer geringeren Dichte beim Endprodukt.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugte Gipsschaum in besonderen Formen aufgeschäumt und aushärten gelassen, so daß man speziell geformte Bauelemente erhält. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Gipsschaum in geeigneten Kastenformen unter Verwendung geeigneter Deckschichten aus wasserdampfdurchlässig^m Material, wie z. B. Hartfaser-, Span-, Gipskarton- bzw. Asbestzementplatten, in einem einfachen Verfahren Sandwicholatten anfertigen.

Dii^u wird in einer Kastenform eine Deckplatte als Bodenplatte eingelegt, die Gips-Wasser-Voraddukt-Mischung eingefüllt und dann auf die Mischung eine zweite Deckplatte gelegt. Das aufschäumende Gemisch füllt zunächst den Hohlraum zwischen den beiden Deckplatten voll aus, und drückt dann die oben aufliegende Deckplatte gleichmäßig nach oben, eventuell gegen eine obere Begrenzung, so daß ein Parallelstand der Deckflächen gewährleistet wird. Die so entstandene Sandwichplatte ist nach 3 Stunden so weit ausgehärtet, daß sie der Form entnommen werden kann.

Obwohl die erwähnten Polyurethan-Voraddukte bereits eine gute Haftfähigkeit aufweisen, ist es zweckmäßig, zur Verwendung in der Sandwich-Herstellung dem Gemisch noch zusätzliche Haftvermittler beizufügen. Als solche eignen sich redispergierbare Kunststoffpulver, z. B. redispergierbare Polyvinylacetatpulver, oder auch Polyvinylalkohol, von denen Mengen von 0,1 bis 0.5%, vorzugsweise 0,2%, zugesetzt werden können.

Eine kontinuierliche Bereitung des Gipsschaums ist mit einer Mehrkomponenten-Schäumanlage möglich. Die Komponenten enthalten dann mengenmäßig im Rahmen der vorstehenden Angaben folgende Bestandteile:

Komponente A: Gips, Verflüssiger, Verzögerer und Beschleunigeradsorbens und Schaumstabilisatoren mit Wasser zu pumpfähiger Mischung angerührt.

Komponente B: Polyurethan-Voraddukt

Beide Komponenten werden imgewünschten Verhältnis durch Pumpen in einen Mischkopf geführt und als schäumbare Masse ausgestoßen, ζ. B. in eine Reihe von zur Sandwich-Herstellung geeigneten Kastenformen.

Das nachfolgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung:

Es wurde jeweils in den verschiedenen, in der Tabelle angegebenen Mengenverhältnissen ein Gipsbrei bereitet, der den Verflüssiger und den Verzögerer enthielt, in den das Polyurethan-Voraddukt mit den anderen Additiven, wie Beschleuniger und Stabilisatoren, eingerührt wurde. Die trcibfähieen Mischuneen wurden dann

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in formen gleicher Cjrundfläche gegossen, in denen sie Iormkörper gemessen und gegen einen Ansät/ ohne

bis zu verschiedenen Höhen auftrieben und aushärteten. PoyurcthanVoraddukt Möglichen. Die l-xgebnisse sind

Nach 24 Stunden wurde die Dichte der einzelnen der folgenden Tabelle/u entnehmen:

	llalbhydrutgips, kg	0	I	2	3	4	5	3,5	7	K	<)	in
a	Wasser-Gips Faktor	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5	3,5	0.5	3,5	3,5	3,5	3.5
	ipuverfiüssigcr, g	0,3	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	17.5	0.3	0.3	0.3	0.3
Ci	Sulfonsäurc modifi/.	17.5	17,5	17.5	17,5	17,5	17.5		17.5	17.5	17.5	17.
	Melaminharz

Abbindeverzögerer, g 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Carboxymethylcellulose 8%igc Lsg. in Wasser

Wasser 20 C , kg ___--- o.fls

47 C-, kg 0,85

I'olyurethan-Voraddukt, g

Hcsc.ile'jnigeradsorbens, g DibutylzinnJilaurat

Schaumstabilisator Silikonverbindung, g Mcthylcellulose, g

Schüumadditiv, g - - - - - - -- -- -

Trichlorfluormethan

1,4	1.4	1,4	1.4	1.4	1.4	0.85	-	0.85	0.85
35	70	105	140	175	210	210	210	210	210
0,3	0,6	0.9	1.2	1.5	1.8	1.8	1.8	1,8	0.4
0.35	0,7	1,05	0,7	1.75	2.1	2		2
_	_	_	0.7	-			2		2

Startzeit, min.	g/cm¹	-	4	4	4	4	4	4	4	6	4	4
f'rhärtungszeit, min.	150	150	150	150	150	150	150	150	150	150	150
Dichte nach 24 Std..	1,66	1,4	1,01	0.83	0,75	0,63	0.51	0.49	0,60	0.45	0.46

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und von Bauelementen aus Gipsschaum durch Verschäumen einer Gips/Wasser-Mischung, die Zusätze zum Verflüssigen und zum Regeln der Start- und Abbindezeit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gips/Wasser-Mischung in Gegenwart von schaumstabilisierenden Zusätzen 1 bis 30%, bezogen auf Gips, Isocyanat-Verbindungen und/oder Polyurethan-Voraddukte aus überschüssigen Isocyanatverbindungen mit OH-gruppenhaltigen Polyestern und/oder Polyäthern und/oder mit Aminoverbindungen eindispergiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gips als Gipsverflüssiger Melamin-Harze in Mengen von 0,1 bis 3%, vorzugsweise 0,5%, bezogen auf Gips, zugesetzt werden.

3. Verfahren nach einem der vorsiehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Startzeit dem Gips bzw. dem Polyurethan-Voraddukt eine gegebenenfalls an Zeolithpulver adsorbierte Zinnverbindung, wie insbesondere Dibutylzinndilaurat, in Mengen von 0,1 bis 2%, vorzugsweise 0,8%, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt, zugesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Einstellung der Abbindezeit dem Gips einen Verzögerer, wie insbesondere Carboxymethylcellulose, in Mengen von 0,1 bis 2%, vorzugsweise 0,5%, bezogen auf Gips, zumischt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyurethan-Voraddukt Schaumstabilisatoren, insbesondere Silikon-Verbindungen und/oder Methylcellulose in Mengen von 0,1 bis 2%, bezogen auf Polyurethan- Voraddukt. zugesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Schäumadditiv dem Polyurethan-Voraddukt Fluorkohlenwasserstoffe in Mengen von 3 bis 30%, vorzugsweise 10%, bezogen auf Polyurethan-Voraddukt, beigefügt worden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung geeigneter Formen Gipsschaum-Formkörper vorgegebener Abmessungen erzeugt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung geeigneter Deckschichten, an denen der Gipsschaum haftet, Sandwichplatten hergestellt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftvermittler dem Polyurethan-Addukt 0,01 bis 0,5%, vorzugsweise 0,2%, bezogen auf Gips, eines redispergierbaren Polyvinylalkohol zugesetzt werden.

10. Verfahren nach Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfüllen der schäumbaren Gipsmasse in die Formen bzw. Deckschichten kontinuierlich erfolgt, insbesondere unter Verwendung von Mehrkomponcntenschäumanlagcn.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und daraus bestehenden Bauelementen.
In zunehmendem Maße findet Gips als schnellbinden-

■> der Werkstoff in der Bauindustrie Anwendung vornehmlich bei der Herstellung von Bauplatten und anderen Bauelementen. Diese Gipsbauelemente haben jedoch wegen ihres kompakten Aufbaues ein verhältnismäßig großes Gewicht und eine relativ geringe

κι Wärmedämmung. Diese Nachteile können behoben werden durch die Verwendung eines Gipses, der nach dem Abbinden eine porige Struktur aufweist. Für einen derartigen Gipsschaum spricht zusätzlich, daß er gegenüber den gleichfalls in der Bauindustrie verwende-

i'i ten Kunststoffschäumen eine günstigere Flammfestigkeit zeigt.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ei". Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und daraus bestehenden Bauelemente bereitzustellen.

>n Es ist bereits bekannt, Gipsschaum herzustellen, der durch 2/üsatz von Karbonat und Säure aufgeschäumt wird. Jedoch läuft die Schäumreaktion so schnell ab, daß dem Verarbeiter keine ausreichende Verarbeitungszeit bleibt(Elaustoffindustrie[1970] Heft I.Seite23—26).

2") Es sind auch porige Gipse bekannt, die dadurch hergestellt werden, daß einem abbindefertigen Gips-Wasser-Gemisch ein vorher separat bereiteter Detergentienschaum untergemischt wird. |edoch haben diese Gipsschäume nur eine sehr geringe Festigkeit. Auch die

«ι Haftfähigkeit an Deckschichten ist nur gering, so daß sie zur Herstellung von z. B. Sandwichelementen nicht geeignet sind.

Bei der Herstellung derartiger poriger Gipse ist es üblich, mit Zusätzen zu arbeiten, die zur Verflüssi-

i'i gung der Gips/Wasser-Mischung und zum Regeln

der Start- und Abbindezeit dienen. Als Verflüssiger werden unter anderem modifizierte Melaminharze und Celluloseether verwendet. Zur Verkürzung der Abbindezeit werden alkalische Anreger, wie

4(i Calciumoxid, oder saure Anreger, wie Kaliumsulfat

und Aluminiumsulfat, eingesetzt.
Demgegenüber wurde nun ein Verfahren gefunden, das die beschriebenen Nachteile vermeidet und darüber hinaus folgende Vorteile aufweist: das Aufschäumen

■r. erfolgt langsam und unter Bildung eines geringen Schäumdruckes. Dadurch verbleibt dem Verarbeiter ähnlich wie bei Vorort-Kunststoffschäumen eine offene Zeit von ca. 5 Min. und durch den Schäumdruck werden bei Herstellung von Bauelementen z. B. von Sandwich-

,Ii platten alle Regionen des Füllraumes ohne Lunkcrbildung ausgefüllt.

Ks wurde gefunden, daß die Zugabe von 5 bis 7% eines Polyurethanvoradduktes zum Gipsbrei und anschließendes intensives Mischen nach etwa 3 bis 5

-.ι Min. einen Schäumprozeß einleitet, der nach etwa 20 Min. abgeschlossen ist und der nach dem Abbinden einen Gipsschaum mit einer Dichte von 0,45 bis 0,8 g/l liefert, während ungeschäumter Gips eine Dichte von 1.66 aufweist.

h» Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gipsschaum und von Bauelementen aus Gipsschaurn durch Verschäumen einer Gips/Wasser-Mischung, die Zusätze zum Verflüssigen und zum Regeln der Start- und Abbindezeit enthält ist dadurch

h", gekennzeichnet, daß in die Gips/Wasser-Mischting in Gegenwart von schaumstabilisierenden Zusätzen I bis 30%, bezogen auf Gips, Isocyanat-Verbindungen und/oder Polyurethan-Voraddukte aus überschüssigen