[0001] Die Erfindung betrifft nichtbrennbare Dämmstoffe mit hoher Feuerwiderstandsdauer
und verminderter Wasseraufnahme für Bau- und Isolierzwecke aus anorganischen Leichtpartikeln,
die durch temperaturbeständige, hochpolymere organische Bindemittel miteinander verbunden
sind.
[0002] Gegenstand der deutschen Patentanmeldung DT-OS 26 30 834 ist ein nichtbrennbarer
Dämmstoff mit hoher Feuerwiderstandsdauer und einer Dichte von 80 bis 230 g/1 aus
A) 99 bis 80 Gew.% anorganischer Leichtpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser
zwischen 0,05 und 3 mm und einer Schüttdichte zwischen 30 und 150 g/1,
B) 0 bis 40 Gew.% faseriger oder körniger anorganischer Zusatzstoffe,
wobei die Partikel miteinander verbunden sind durch
C) 1 bis 20 Gew.% eines temperaturbeständigen organischen hochmolekularen Bindemittels
mit einer Dauergebrauchstemperatur nach DIN 53 446 von mehr als 100oC.
[0003] Derartige Dämmstoffe haben den für manche Anwendungszwecke wesentlichen Nachteil,
daß sie verhältnismäßig viel Wasser aufnehmen. Dies kann eine Verschlechterung der
Wärmedämmeigenschaften zur Folge haben, außerdem ist die Frostbeständigkeit vermindert.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, bei Dämmstoffen nach der Patentanmeldung
DT-OS 26 30 834 die Wasseraufnahme herabzusetzen.
[0004] Es wurde gefunden, daß dies erreicht wird, wenn der Dämmstoff als zusätzliches Bindemittel
C' 0,2 bis 4, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.%, bezogen auf die Mischung, eines Alkylphenol/Phenol/Formaldehyd-Kondensationsproduktes
enthält. Derartige Phenolharze auf Basis Alkylphenol wirken hydro-
phobierend auf die Dämmstoffe.
[0005] Die erfindungsgemäßen Dämmstoffe sind nach DIN 4102 nicht brennbar und gehören damit
der Baustoffklasse A an ; sie weisen bei einer Dämmstoffdicke von 5 cm und beidseitiger
Beplankung mit 3 mm Asbestzement eine hohe Feuerwiderstandsdauer auf und gehören damit
zur Widerstandsklasse W 90. Sie haben eine verhältnismäßig niedrige Dichte, die zwischen
80 und 230, vorzugsweise zwischen 120 und 180 g/l liegt; dadurch haben sie ein sehr
gutes Wärmedämmvermögen.
[0006] Die verwendeten anorganischen Leichtpartikel A haben einen mittleren Teilchendurchmesser
zwischen 0,05 und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 und 2 mm. Ihre Schüttdichte liegt
zwischen 30 und 150, vorzugsweise zwischen 40 und 80 g/l. Bevorzugt werden silikatische
Materialien verwendet, wie wasserunlösliche Alkalisilikate mit einem Si02:Me203-Verhältnis
von größer als 4,5:1 oder Silikate der 2. und 3. Hauptgruppe des Periodensystems.
Besonders bevorzugt sind geblähter Perlit oder Vermiculit; geeignet sind aber auch
geblähtes Schaumglas, Flugasche oder geblähter Gips.
[0007] Perlit ist ein hydraulisches Aluminiumsilikat, das sich von Rhyolith-Lava ableitet.
Es enthält im wesentlichen 70 bis 85% Si0
2, 12 bis 14% A1
20
3 und 2 bis 3% Wasser. Vermiculit ist ein hydraulisches Magnesiumaluminiumsilikat mit
un- bestimmter Struktur mit einem Gehalt von 8 bis 12% MgO, 60' bis 65% Si0
2, 6 bis 12% A1
20
3 und 1 bis 4% Wasser.
[0008] Die Dämmstoffe können gegebenenfalls bis zu 40 Gew.% faseriger oder körniger anorganischer
Zusatzstoffe B enthalten. Faserige Zusätze verbessern den Elastizitätsmodul der Baustoffe.
Die Fasern sollen eine Länge von 2 mm bis 3 cm aufweisen. Bevorzugt sind Glasfasern,
die in Mengen von 2 bis 10 Gew.%, und Stein- oder Mineralwolle, die in Mengen von
5 bis 30 Gew.%, jeweils bezogen auf die Gesamtmischung, eingesetzt werden. Körnige
Zusätze verbessern die Festigkeit der Baustoffe. Die Körner sollen einen Durchmesser
von <100
/um aufweisen. Bevorzugt sind Talkum oder Gips, die in Mengen von 15 bis 30 Gew.%,
bezogen auf die Gesamtmenge, eingesetzt werden.
[0009] In den erfindungsgemäßen Dämmstoffen sind die Partikel A und B durch 1 bis 20, vorzugsweise
8 bis 20 Gew.% eines temperaturbeständigen, organischen, hochmolekularen Bindemittels
miteinander verbunden. Die Bindemittel weisen eine Grenztemperatur nach DIN 53 446
von mehr als 100
oC, vorzugsweise von mehr als 150°C auf. Als Grenztemperatur ist die Temperatur definiert,
bei welcher der betreffende Stoff 25 000 stunden an der Luft gelagert werden kann,
ohne daß sich seine Eigenschaften erkennbar ändern.
[0010] Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Dämmstoffe werden zweckmäßigerweise härtbare
Bindemittel-Vorläufer in Form von wäßrigen Dispersionen oder Lösungen eingesetzt,
die gegebenenfalls übliche Dispergierstabilisatoren, Vernetzungsmittel, Katalysatoren,
Verlaufsmittel oder andere Zusatzstoffe in geringen Mengen enthalten können.
[0011] Als Bindemittel-Vorläufer werden bei der Herstellung der Dämmstoffe bevorzugt organische
Polykondensate oder Poly- addukte verwendet, die bei erhöhten Temperaturen, gege-
benenfalls in Gegenwart von Vernetzungsmitteln oder Vernetzungskatalysatoren unter
Weiterkondensation bzw. Vernetzung zum hochtemperaturbeständigen hochmolekularen Bindemittel
aushärten. Da bei der Aushärtung von Harzen auf Basis Alkylphenol Temperaturen von
200°C höchstens kurzzeitig überschritten werden sollten, sind vor allem solche Bindemittel
geeignet, die niedrige Aushärtetemperaturen aufweisen.
[0012] Gut geeignet sind beispielsweise: Polyesterimide, Polyurethane, Polyester, Melamin/Formaldehyd-Harze
und insbesondere Phenol/Formaldehyd-Harze.
[0013] Wäßrige Dispersionen von Polyesterimiden sind z.B. beschrieben in den DT-OS 2 210
484 und 2 351 077. Es sind Polykondensationsprodukte aus aromatischen Polycarbonsäuren,
mehrwertigen Alkoholen und mehrwertigen Aminen. Sie enthalten im allgemeinen 0,5 bis
7, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.% Imidstickstoff in Form von fünfgliedrigen Imidringen,
die mit aromatischen Kernen anelliert sind. Zu ihrer Herstellung können folgende Ausgangsstoffe'eingesetzt
werden:
10 Äquivalente aromatischer Tri- oder Tetracarbonsäuren, deren Anhydride oder Ester,
z.B. Trimellithsäure, Pyromellithsäure oder deren Anhydride, gegebenenfalls zusammen
mit aromatischen Dicarbonsäuren oder deren Estern, z.B. Terephthalsäure, Isophthalsäure
oder Naphthalindicarbonsäure, sowie deren niedrige Alkylester;
5 bis 20 Äquivalente niederer aliphatischer Diole, gegebenenfalls zusammen mit 3-
oder 4-wertigen Alkoholen, beispielsweise Äthylenglykol, Propylenglykol, Butandiol,
zusammen mit Glycerin, Trimethylolpropan oder Trishydroxy- äthylisocyanurat;
1 bis 5 Äquivalente di- oder triprimärer Amine, beispiel's-' weise Äthylendiamin,
Hexamethylendiamin, Benzidin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylketon, Diaminodiphenyläther
oder Diaminodiphenylsulfon, Phenylendiamin, Toluylendiamine, Xylylendiamine oder Melamin.
[0014] Die Ausgangsstoffe können - vorzugsweise in Gegenwart von Lösungsmitteln - entweder
zusammen kondensiert werden, oder man kann Vorkondensate einsetzen, z.3. Diimiddicarbonsäuren
aus 2 Mol Trimellithsäureanhydrid und 1 Mol eines diprimären aromatischen Amins.
[0015] In den wäßrigen Dispersionen liegen die Polyesterimide in Teilchenform mit durchschnittlichen
Teilchendurchmessern unter 50, vorzugsweise unter 5
/um vor. Sie enthalten im allgemeinen 0,01 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 3 Gew.% Dispergierhilfsmittel,
wobei vor allem polare Gruppen enthaltende hochpolymere organische Substanzen in Frage
kommen, wie z.B. Polyvinylalkohol, Celluloseäther, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure,
teilverseifte Copolymerisate aus Acrylestern und Acrylnitril; bevorzugt sind Copolymerisate
aus Vinylpyrrolidon und Vinylpropionat. Außerdem enthalten sie Vernetzungskatalysatoren
in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.%, z.B. Oxotitenate, Triäthanolamintitanat, Titanlaktat
oder Titanoxalat. Darüber hinaus können sie Verlaufsmittel, Verdickungsmittel, Antithioxotropiermittel
und Neutralisationsmittel enthalten. Beim Aushärten tritt eine Weiterkondensation
und Vernetzung der Polyesterimide ein.
[0016] Weiterhin sind als Bindemittel Polyurethane geeignet. Polyurethane sind Polyaddukte
aus Polyisocyanaten und hydroxylgruppenhaltigen Polyestern oder Polyäthern. Wäßrige
Dispersionen von Polyurethane bildenden Ausgangsstoffen sind in der DT-OS 2 537 207
beschrieben. Die Ausgangsstoffe sind
[0017] Mischungen aus 70 bis 10 Gew.% eines Polyesters oder Polyäthers mit einer Hydroxylzahl
oberhalb von 20 und 30 bis 90 Gew.% eines verkappten Polyisocyanats. Aromatische Polyisocyanate,
die mit einem Phenol oder einem Lactam verkappt sind, sind besonders geeignet. Die
dispergierten Teilchen haben einen Durchmesser zwischen 0,05 und 2
/um; die Dispersion enthält wieder vorzugsweise Dispergierhilfsmittel. Beim Aushärten
spaltet das Verkappungsmittel ab und das freigesetzte Polyisocyanat kann mit den Hydroxylgruppen
des Polyesters oder Polyäthers unter Polyurethanbindung vernetzen.
[0018] Geeignet sind ferner vernetzte Polyester, vorzugsweise solche auf Basis von aromatischen
Dicarbonsäuren.Hier kann man wäßrige Dispersionen oder Lösungen herstellen, die den
unvernetzten oder nur gering vernetzten Polyester zusammen mit Polyolen als Vernetzungsmittel
enthalten. Beim Aushärten tritt Weiterkondensation unter Vernetzung ein.
[0019] Weiterhin sind vernetzte Melamin/Formaldehyd- und Phenol/ Formaldehyd-Harze geeignet.
Hier werden Vorkondensate aus Melamin, Phenol oder Kresol mit Formaldehyd mit Molgewichten
zwischen etwa 400 und 800 eingesetzt. Besonders vorteilhaft werden wäßrige Lösungen
von Phenol/Formaldehyd-Kondensaten verwendet.
[0020] Die erfindungsgemäß zuzusetzenden Bindemittel C' sind Kondensationsprodukte aus einem
Alkylphenol, Phenol und Formaldehyd. Sie werden hergestellt durch basisch katalysierte
Kondensationen von Alkylphenol, Phenol und Formaldehyd in wäßriger Lösung in Gegenwart
eines Emulgators und eines Schutzkolloids. Ein geeignetes Herstellungsverfahren ist
z.B. in der DT-OS 23 30 815 beschrieben. Vorzugsweise werden Alkylphenole mit 2 bis
12 Kohlenstoffatomen im Alkylrest eingesetzt, besonders geeignet sind Octylphenol
und Nonylphenol. Das Molverhältnis Phenol zu Alkylphenol kann n weiten Grenzen zwischen
5:1 und 1:5, vorzugsweise zwischen 2:1 und 1:2 schwanken; aas Molverhältnis Formaldehyd
zu der Summe Phenol + Alkylphenol kann höher sein.als in der DT-OS 23 30 815, es liegt
bevorzugt zwischen 2,3:1 und 1,6:1.
[0021] Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dämmstoffe besteht
aus folgenden Schritten:
a) Leichtpartikel und Zusatzstoffe sowie eine 1 bis 50 gewichtsprozentige wäßrige
Dispersion oder Lösung des härtbaren Bindemittel-Vorläufers werden vermischt;
b) das Wasser wird - falls erforderlich - größtenteils mechanisch entfernt;
c) die feuchte Mischung wird zu Platten einer Dicke von 1 bis 25, vorzugsweise 2 bis
8 cm, gepreßt;
d) schließlich wird - vorzugsweise in Gegenwart von Katalysatoren, wie p-Toluolsulfonsäure
- bei Temperaturen zwischen 80 und 200°C, insbesondere zwischen 100 und 160°C ausgehärtet.
[0022] Die Herstellungsweise ist etwas verschieden, je nachdem, ob sie faserige Zusatzstoffe
enthalten oder nicht.
[0023] Bei Dämmstoffen, die keine Fasern enthalten, werden die Leichtpartikel mit einer
etwa 1 bis 50, vorzugsweise 2 bis 10 gewichtsprozentigen wäßrigen Dispersion oder
Lösung des Bindemittel-Vorläufers besprüht, wobei die Partikel in üblichen Mischmaschinen
in Bewegung gehalten werden. Es ist ein besonderer Vorteil der Verwendung von wäßrigen
Bindemittelsystemen, daß eine besonders feine und gleichmäßige Verteilung von Leichtpartikel
und Bindemittel erhalten wird. Das Produkt wird gegebenenfalls mechanisch von einem
Teil des Wassers befreit und dann im feuchten Zu-' stand in üblichen Pressen bei Drücken
von etwa 1 bis 10 kp/cm
2 zu Platten gepreßt. Diese werden dann weiter erhitzt, wobei Weiterkondensation und
Vernetzung unter Ausbildung des temperaturbeständigen organischen hochmolekularen
Bindemittels eintritt.
[0024] Bei Dämmstoffen, die Fasern enthalten, werden zunächst die Fasern in Wasser, welches
oberflächenaktive Stoffe als übliche Aufschlußmittel gelöst enthält, unter Rühren
aufgeschlämmt. Dazu werden dann die Bindemitteldispersionen oder -lösungen sowie die
Leichtpartikel gegeben und kräftig vermischt. Auf einem in der Papierindustrie üblichen
Blattbildner wird der Großteil des Wassers abgesaugt. Nach leichtem Anpressen wird
die Platte getrocknet und gegebenenfalls die Vernetzung durchgeführt.
[0025] Die erfindungsgemäßen Dämmstoffe können mit üblichen Deckschichten, wie Asbestzement,
Gipskarton oder Metallblechen, verklebt und zu Sandwichelementen verarbeitet werden.
Sie eignen sich zur Herstellung von nichttragenden Wänden, Decken und Böden; sie können
aber auch zur Beschichtung von tragenden Wänden, Decken und Böden oder in Lager- oder
Kühlhäusern als wärmeisolierende und den Feuerdurchgang hemmende Schicht eingesetzt
werden.
Beispiele
a) Herstellung des Bindemittels C'
[0026] 1035 Teile einer 14%-igen wäßrigen Lösung von Polyvinyl-
" alkohol werden mit 400 Teilen Wasser, 288 Teilen eines äthoxylierten Octylphenols
und 200 Teilen 25%-igem Ammoniak unter Rühren homogenisiert. Dann werden 846 Teile
Phenol, 1854 Teile Octylphenol (Molverhältnis Formaldehyd zu Gesamtphenol 2:1) und
2700 Teile einer 40%-igen wäßrigen Lösung von Formaldehyd zugegeben und unter kräftigem
Rühren etwa 4 Stunden zum Rückfluß erhitzt. Danach wird unter weiterem Rühren auf
Raumtemperatur abgekühlt. Man erhält eine homogene, stabile Dispersion, mit einem
Trockengehalt (2 Stunden bei 120°C) von 50%, einer Viskosität bei 20°C von 600 mPas
und einem pH-Wert von 8,0.
b) Herstellung des Dämmstoffs
[0027] 89 Teile einer 60%-lgen wäßrigen Phenolharz-Lösung (Molverhältnis Phenol zu Formaldehyd
von 1:1,6), 3 Teile p-Toluolsulfonsäure und 8 Teile der 50%-igen wäßrigen Dispersion
a) werden homogen vermischt. Blähperlit mit einem mittleren Teilchendurchmesser von
0,7 mm und einer Schüttdichte von 50 g/l wird in einem Mischwerk mit diesem Bindemittel
so verleimt, daß die Mischung, bezogen auf Feststoff, 13,3% des Phenol-Harzes und
1% des Phenol-Alkylphenol/Formaldehyd-Kondensates enthält. Das beleimte Gut wird in
einer üblichen Preßapparatur mit einem Druck von etwa 2,5 bis 3,0 kp/cm
3 zu einem Preßling des Raumgewichts 200 g/l verdichtet und anschließend auf eine Temperatur
von etwa 150°C aufgeheizt, wobei das Bindemittel aushärtet.
[0028] Eine 50 mm starke Dämmplatte zeigt im 24 Stunden-Untertauchtest nach DIN 53 428 eine
Wasseraufnahme von 5 Vol%.
[0029] Im Vergleich dazu zeigt eine Dämmplatte gleichen Raumgewichts, die aber kein hydrophobierendes
Bindemittel C' enthält, eine Wasseraufnahme von 33 Vol%.