DE4006644A1

DE4006644A1 - Formkoerper

Info

Publication number: DE4006644A1
Application number: DE19904006644
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr Dotzauer; Wilhelm Friedrich Beckerle; Hans-Juergen Denu
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1990-03-03
Filing date: 1990-03-03
Publication date: 1991-09-05

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Formkörper, die als Hauptbestandteile feinteilige natürliche oder synthetische Materialien sowie Ester aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen enthalten.

Formkörper, die im wesentlichen aus feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien und Bindemitteln wie Phenolformaldehydharzen, Furfurolharzen, Aminoplasten oder Stärke aufgebaut sind, sind bekannt. So enthält die EP-A 01 23 234 einen Hinweis auf hauptsächlich aus mineralischen Fasern, nichtfasrigen mineralischen Füllstoffen und Stärke aufgebaute Schalldämmplatten, die mit Melamin/Formaldehyd-Harzen beschichtet sind. Nachteilig an diesen Formkörpern ist jedoch, daß entweder ihre Formbeständigkeit unter Einwirkung erhöhter Luftfeuchtigkeit nicht voll zu befriedigen vermag, sie nehmen die Luftfeuchtigkeit auf und verformen sich unter ihrem Eigengewicht, oder daß sie im Lauf der Zeit flüchtige, niedermolekulare Bindemittelbestandteile wie Formaldehyd freisetzen, was insbesondere bei einer Anwendung in geschlossenen Räumen von Nachteil ist.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Formkörper zur Verfügung zu stellen, die einerseits bei Einwirkung erhöhter Luftfeuchtigkeit eine erhöhte Formbeständigkeit aufweisen und andererseits einen reduzierten oder verschwindenden Anteil an Bindemitteln aufweisen, die aus leichtflüchtigen Ausgangsstoffen aufgebaut sind. Demgemäß wurden die eingangs definierten Formkörper gefunden, in denen die Ester aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen als Bindemittel fungieren.

Als feinteilige natürliche oder synthetische Materialien eignen sich Materialien wie Sande, Kaoline, Schiefermehl, Mineralfasern, Kunststoff- Fasern, z. B. Polypropylenfasern, Glasfasern oder zerkleinertes Holz.

Als hochmolekulare Polycarbonsäuren kommen insbesondere polymere Polycarbonsäuren wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Copolymere aus Acryl- und Methacrylsäure oder Copolymere von Acryl- und/oder Methacrylsäure mit anderen Monomeren wie Ester der Acryl- oder Methacrylsäure mit niedermolekularen Alkanolen, Maleinsäure oder Fumarsäure oder anderen Monomeren wie Styrol oder Ethylen in Betracht.

In der Regel weisen wenigstens 50 Mol-% der die polymeren Polycarbonsäuren konstituierenden Monomeren wenigstens eine Carboxylfunktion auf. Vorzugsweise werden jedoch hochmolekulare Polycarbonsäuren eingesetzt, die nur aus α, β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren in polymerisierter Form aufgebaut sind, insbesondere Polyacrylsäure und Polymethacrylsäure. In vorteilhafter Weise weisen die polymeren Polycarbonsäuren in Form ihrer Natriummetall-Salze in Wasser bei 25°C einen K-Wert von 90 bis 130 auf. Der K-Wert ist eine relative Viskositätszahl, die in Analogie zur DIN 53 726 bestimmt wird. Gemessen wird hierbei die Fließgeschwindigkeit einer 1-gew.-%igen Lösung des Natriummetallsalzes der polymeren Polycarbonsäure in Wasser, relativ zur Fließgeschwindigkeit von reinem Wasser. Er charakterisiert das mittlere Molekulargewicht der polymeren Polycarbonsäure.

Geeignete mehrwertige Alkohole sind u.a. 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4, Trimethylolpropan, Glycerin, Glycol, Polyvinylalkohol, Sorbitol, Zucker oder Cellulosederivate. Vorzugsweise werden Trimethylolpropan, Glycerin oder 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4 verwendet.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Formteile erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß die feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien zunächst durch mechanisches Mischen mit einer wäßrigen Lösung, die wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens einen mehrwertigen Alkohol in gelöster enthält (ihre Verarbeitungszeit beträgt normalerweise wenigstens 1 Monat), als Bindemittel versetzt werden. Anschließend wird üblicherweise das überschüssige Bindemittel abgetrennt (z. B. durch Absaugen oder Abpressen), die breiartige Masse in gewünschter Weise geformt und sodann bei einer Temperatur von 100 bis 250°C getrocknet, wobei mit der Trocknung eine Veresterung einhergeht, die durch Trocknen unter Druck begünstigt wird. Die hochmolekularen Polycarbonsäuren und die mehrwertigen Alkohole werden dabei vorzugsweise in solchen Mengen eingesetzt, daß die Anzahl der Säurefunktionen und der alkoholischen Hydroxylfunktionen etwa äquivalent zueinander sind. Eine exakte Äquivalenz ist besonders vorteilhaft. Bezogen auf die Gesamtmasse der Formkörper beträgt der Bindemittelanteil (gerechnet als Trockenmasse) vorzugsweise 0,5 bis 15 Gew.-%, wobei die Wasseraufnahmefähigkeit des Bindemittels im getrockneten Zustand bei weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf die Bindemitteltrockenmasse, liegt. In einer alternativen Herstellungsweise werden, beispielsweise durch Pressen der feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien, vorgeformte Formlinge mit den wenigstens eine hochmolekulare Polycarobnsäure und wenigstens einen mehrwertigen Alkohol in gelöster Form enthaltenden wäßrigen Lösungen beschichtet, imprägniert, bedüst oder getaucht, und dann getrocknet. Auf entsprechende Art und Weise können auch Formgrundkörper, die aus natürlichen oder synthetischen feinteiligen Materialien und anderen Bindemitteln, z. B. Stärke, aufgebaut sind, veredelt werden.

Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Formkörper in flächiger Form hergestellt und z. B. als Deckenplatten in Feuchträumen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine reduzierte Wasseraufnahme, eine erhöhte innere Festigkeit und daraus resultierend, durch eine erhöhte Formbeständigkeit aus. Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, bei der Herstellung des aus den feinteiligen Materialien und dem wäßrigen Bindemittel zusammengesetzten Ausgangsbreis handelsübliche Flockungsmittel, z. B. Mischpolymerisate aus 70 Gew.-% Acrylamid und 30 Gew.-% Diethylaminodiethylacrylat oder wasserabstoßende Hilfsmittel wie Stearyldiketen oder Polysiloxane oder andere übliche Hilfsmittel miteinzuarbeiten.

Beispiel Untersuchung verschiedener erfindungsgemäßer Formkörper F1 bis F10 a) Bestimmung der Formbeständigkeit

Durch Abschleifen der bei der Herstellung der Formkörper (die nachfolgend näher beschrieben wird) dem Sieb abgewandten Seite wurden Prüfkörper hergestellt, die folgende Maße aufwiesen:

Länge 250 mm
Breite 50 mmm und
Höhe 15 mm.

Die so erhaltenen Prüfkörper wurden in einem Feuchtraum bei einer Temperatur von 38°C und 99% relativer Luftfeuchtigkeit flachseitig, jeweils nur nahe den 50 mm breiten Endkanten, waagrecht aufgelegt und in ihrem geometrischen Mittelpunkt mit einem Gewicht der Masse 1 kg belastet. Nach einer bestimmten Belastungsdauer wurde im entlasteten Zustand die Durchbiegung des Prüfkörpers (Absenkung des Mittelpunktes relativ zur Ausgangsposition) gemessen.

b) Festigkeit

Prüfkörper mit den Maßen

Länge 17 cm
Breite 2 cm und
Höhe 2 cm

werden unter Normalbedingungen, jeweils nur nahe den Endkanten der Breitseite waagrecht aufgelegt und in ihrer geometrischen Mitte mit einer kontinuierlich zunehmenden Kraft belastet. Die beim Bruch anliegende Kraft ist ein Maß für die Festigkeit.

c) Reißkraft

Die Reißkraft wurde nach DIN 53 455 ermittelt.

F1: In einer Mischung aus 5 kg Wasser, 360 g Polyacrylsäure (K-Wert des Na-Salzes bei 25°C in Wasser=110), 140 g 2-Hydroxymethylbutandiol- 1,4 und 9,2 g eines Polysiloxans wurden 250 g Mineralwolle eingerührt.

Anschließend wurden als Flockungsmittel 4 g einer 10-gew.-%igen wäßrigen Lösung eines handelsüblichen Mischpolymerisats aus 70 Gew.-% Acrylamid und 30 Gew.-% Diethylaminodiethylacrylat zugesetzt. Danach wurden 20% des erhaltenen Breis in einem Siebkasten (Siebfläche 25 cm×5 cm) gleichmäßig verteilt und durch Anlegen eines geringfügigen Unterdruckes bei gleichzeitigem Pressen mit einer angelegten Lochplatte (25 cm×5 cm, 0,1 bar) grob entwässert, so daß eine feuchte Rohplatte mit einer Dicke von 18 mm und einem Wassergehalt von 40 bis 80 Gew.-% erhalten wurde. Diese wurde im Umlufttrockenschrank bei 180°C getrocknet.

Formbeständigkeit=
1 mm Absenkung nach 260 h

F2: Wie F1, jedoch wurden zusätzlich zur Mineralwolle noch 100 g Kaolin eingesetzt.

Formbeständigkeit=
keine meßbare Absenkung nach 360 h

F3: Wie F1, jedoch wurden als mehrwertiger Alkohol 150 g Trimethylolpropan eingesetzt.

Formbeständigkeit=
3 mm Absenkung nach 56 h

F4: Wie F1, jedoch wurden als mehrwertiger Alkohol 128 g Glycerin eingesetzt.

Formbeständigkeit=
3 mm Absenkung nach 120 h

F5: Eine handelsübliche 16 mm dicke Mineralfaserplatte, die als Bindemittel Stärke enthielt, wurde als Formgrundkörper mit einer wäßrigen Lösung aus 36 g Polyacrylsäure (K-Wert des Na-Salzes bei 25°C in Wasser=110) und 14 g 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4 in 200 g Wasser durch Auftrag mit dem Pinsel auf der Dekorseite beschichtet (Auftragsmenge 100 g Trockenmasse/m²) und 15 min bei 150°C im Umlufttrockenschrank getrocknet. Anschließend wurde daraus ein Prüfkörper mit den Maßen

250 mm×50 mm×16 mm

zugeschnitten und wie beschrieben auf Formbeständigkeit geprüft. Anschließend wurde der Versuch mit dem nicht beschichteten Formgrundkörper wiederholt.

Formbeständigkeit=
Bruch nach 21 h (unbeschichtet)
1 mm Absenkung nach 192 h (beschichtet)

F6: Wie F5, jedoch wurde als mehrwertiger Alkohol eine Mischung aus 6,2 g Glycerin und 7,4 g Trimethylolpropan eingesetzt.

Formbeständigkeit=
2 mm Absenkung nach 154 h

F7: 96 g feinteilige Holz- und Cellulosefasern, 24 g feinteilige Polypropylenfasern, 3 l Wasser, 180 g Polyacrylsäure (K-Wert des Na-Salzes bei 25°C in Wasser=110) und 45 g Trimethylolpropan wurden zu einem Faserbrei vermengt, in welchen zusätzlich 24 g einer 8-gew.-%igen wäßrigen Emulsion von Stearyldiketen und 4 g einer 10-gew.-%igen wäßrigen Lösung eines handelsüblichen Mischpolymerisates aus 70 Gew.-% Acrylamid und 30 Gew.-% Diethylaminodiethylacrylat in der genannten Abfolge eingerührt wurden. Danach wurde die Masse in einem Siebkasten (25 cm×25 cm) gleichmäßig verteilt und, wie bei F1 beschrieben, grob entwässert. Die so erhaltene Rohplatte wurde zusätzlich in einem Mikrowellenherd auf einen Restwassergehalt von 15 Gew.-% vorgetrocknet. Anschließend wurde in einer beheizten Presse bei 20°C unter einem Druck von 50 kp/cm² endgetrocknet. Die Preßdauer betrug 90 s.

Reißkraft: 12 N/mm²

F8: Wie F7, jedoch wurden als mehrwertiger Alkohol 38 g Glycerin eingesetzt.

Reißkraft: 9,5 N/mm²

F9: 50 g feinteilige Holzfasern wurden mit 19 g einer 8-gew.-%igen wäßrigen Emulsion von Stearyldiketen verrührt und anschließend bei 120°C 15 min getrocknet. Anschließend wurde eine Lösung von 8 g Polyacrylsäure (K-Wert des Na-Salzes bei 25°C in Wasser=110) und 3 g 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4 in 40 g Wasser eingerührt. Danach wurde wieder bei 120°C 15 min getrocknet und die Masse in einer Form (20 cm×20 cm) bei 220°C und 50 kp/cm² 90 s in einer beheizten Presse gepreßt. Es wurden Faserplatten einer Stärke von 4 mm erhalten.

Reißkraft: 8,5 N/mm²

F10: Eine Lösung von 58 g Polyacrylsäure (K-Wert des Na-Salzes bei 25°C in Wasser=110) und 21 g 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4 in 200 g Wasser wurde mit 1400 g Normsand (gemäß DIN 1164 Teil 7) verrührt und eine Form (17 cm×2 cm×2 cm) mit diesem Gemisch unter Verdichten gefüllt. Anschließend wurde 2 h bei 180°C getrocknet.

Festigkeit: 10,7 kg/cm²

Claims

1. Formkörper, die als Hauptbestandteile feinteilige natürliche oder synthetische Materialien sowie Ester aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen enthalten.

2. Formkörper nach Anspruch 1, die, bezogen auf das Gesamtgewicht, 0,5 bis 15 Gew.-% an Estern aus hochmolekularen Polycarbonsäuren und mehrwertigen Alkoholen enthalten.

3. Formkörper nach den Ansprüchen 1 oder 2, die solche Ester enthalten, bei deren Esterbildung die hochmolekularen Polycarbonsäuren und die mehrwertigen Alkohole in solchen Mengen eingesetzt werden, daß die Anzahl der Säurefunktionen und die Anzahl der alkoholischen Hydroxylfunktionen zueinander äquivalent sind.

4. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, die Ester aus Polyacrylsäure und mehrwertigen Alkoholen, Ester aus Polymethacrylsäure und mehrwertigen Alkoholen oder Gemische solcher Ester enthalten.

5. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, die Ester von polymeren Polycarbonsäuren enthalten, deren Natriummetallsalze in Wasser bei 25°C einen K-Wert von 90 bis 130 aufweisen.

6. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, die solche Ester enthalten, deren alkoholische Komponente Trimethylolpropan, Glycerin oder 2-Hydroxymethylbutandiol-1,4 ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien zunächst durch mechanisches Mischen mit einer wäßrigen Lösung, die wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens einen mehrwertigen Alkohol in gelöster Form enthält, als Bindemittel versetzt, anschließend das überschüssige Bindemittel abtrennt, die breiartige Masse in gewünschter Weise formt und sodann bei einer Temperatur von 100 bis 250°C trocknet.

8. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Pressen von feinteiligen natürlichen oder synthetischen Materialien vorgeformte Formlinge mit einer wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens einen mehrwertigen Alkohol in gelöster Form enthaltenden wäßrigen Lösung beschichtet, imprägniert, bedüst oder getaucht und dann bei 100 bis 220°C getrocknet werden.

9. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Formgrundkörper, die aus natürlichen oder synthetischen feinteiligen Materialien und Bindemitteln aufgebaut sind, mit einer wenigstens eine hochmolekulare Polycarbonsäure und wenigstens einen mehrwertigen Alkohol in gelöster Form enthaltenden wäßrigen Lösung beschichtet, imprägniert, bedüst oder getaucht und dann bei 100 bis 220°C getrocknet werden.

10. Verwendung von flächigen Formkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 als Deckenplatten in Feuchträumen.