Nichtbrennbarer Dämmstoff

Beschreibung

[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 100^o_C.

[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% Si0₂, 12 bis 14% A1₂0₃ 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% Si0₂, 6 bis 12% A1₂0₃ 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/cm² 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/cm³ 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%.

Ansprüche

1. Nichtbrennbarer Dämmstoff mit hoher Feuerwiderstandsdauer und einer Dichte von 80 bis 230 g/l 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/l,

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 1₀0^o_C,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmstoff aus zusätzliches Bindemittel 0,2 bis 4 Gew.%, bezogen auf die Mischung, eines Alkylphenol/Phenol/Formaldehyd-Kondensationsproduktes C' enthält.

2. Nichtbrennbarer Dämmstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtpartikel A aus geblähtem Perlit oder Vermiculit sind.

3. Nichtbrennbarer Dämmstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel C ein Phenol/Formaldehyd-Kondensat ist.

4. Nichtbrennbarer Dämmstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylphenol des Bindemittels C' ein Alkylphenol mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylrest ist.