Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen auf der Basis von Polyadduk- ten, wobei man ein Epoxydharz, wie es aus Epichlorhydrin und Diphenylolpropan erhältlich ist, mehrwertiges aliphatisches Amin, Treibmittel und reaktives Verdünnungsmittel enthaltende Mischung herstellt und diese ausschäumt. Das Verfahren ist besonders zur Erzeugung spezifisch leichter Schaumstoffe geeignet.
Für verschiedene Anwendungsgebiete werden in der heutigen Technik Stoffe mit möglichst geringem spezifischen Gewicht benötigt. Je nach Anwendungsgebiet werden an diese Stoffe noch zusätzliche Forderungen gestellt, wie zum Beispiel eine gewisse mechanische Festigkeit oder Flexibilität, Isoliervermögen gegenüber Temperatur oder Schalt u. a. m.
Die Möglichkeiten, solche Stoffe auf der Basis von thermoplastischen, duropilastischen oder elastomeren Kunststoffen herzustellen, sind nach dem Stand der Technik ziemlich umfangreich. Die bekannten Verfahren beruhen im allgemeinen darauf, einem Kunststoff ein Treibmittel zuzusetzen, welches unter bestimmten Bedingungen zersetzbar ist und gasförmige Komponenten abspaltet. Gleichzeitig muss der auszuschäumende Kunststoff in eine flüssige bis zähplastische Paste überführt werden oder in dieser Form bereits vorliegen, damit das sich zersetzende, gasförmige Komponenten abgebende Treibmittel aufschäumend wirken kann.
Der Ausschäumeffekt ist von mehreren Kriterien abhängig. Einmal von der Art, Menge und Wirkungsweise des zugesetzten Treibmittels, zum anderen von der Möglichkeit, wie das Treibmittel zersetzt werden kann, zum Beispiel durch Einwirkung einer bestimmten Temperatur. Ein weiteres Kriterium stellt die Viscosität dar, die der aufzuschäumende Stoff in dem Augenblick aufweist, in welchem die Zersetzung des Treibmittels beginnt. Bei der Ausschäumung von Thermoplasten ist die Überführung des Kunststoff-Treibmittelgemisches in einen zähplastischen Zustand durch Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur möglich.
Beim Ausschäumen von Duroplasten, beispielsweise von Epoxyharzen, wird üblicherweise dem Augangsgemisch das Treibmittel zugesetzt und die Aushärtung durch Erwärmen eingeleitet. Bei einer be stimmen Temperatur setzt gleichzeitig die Zersetzung des Treibmittels ein, so dass die gesamte Masse auszuschäumen beginnt.
Die bekannten Harz-Härtersysteme, die für die Erzeugung von Schaumstoffen auf Epoxybasis geeignet sind, weisen auch bei der Ausschäumtempleratur eine sehr hohe Viscosität auf. Naturgemäss tritt dieser Nachreil bei dem erzielten Schaumeffekt in Erscheinung. Auf diesem Weg lassen sich daher lediglich Schaumstoffe mit einem maximalen Schaumeffekt von etwa 100 /o erzielen, was einem spezifischen Gewicht von ca. 0,5-0;7 g/cm3 entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von leichten Schaumstoffen auf Epoxybasis anzugeben, die einen höheren Schaumeffekt aufweisen als die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Schaumstoffe auf Epoxybasis. Die Erhöhung des Schaumeffektes ist hierbei gleichbedeutend mit einer Verringerung des spezifischen Gewichtes des Schaumstoffes.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs erwähnte Verfahren erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man als reaktives Verdünnungsmittel aliphatische eine oder zwei Glycidylgruppen aufweisende Verbindungen verwendet.
Mit diesem Verfabren kann man Schaumstoffe mit einem Schaumeffekt von beispielsweise 1000-1200 O/o und einem spezifischen Gewicht von etwa 0,12-0,15 g/cm3 herstellen.
I folgenden seien zur näheren Erläuterung der Erfindung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben.
Beispiel 1 Ansatz:
130 Gewichtsteile der Komponente a
95 Gewichtsteile der Komponente b
24 Gewichtsteile der Komponente c
24 Gewichtsteile der Komponente d
10 Gewichtsteile der Komponente e
3 Gewichtsteile der Komponente f
Die Komponenten a und b sind Harzkomponenten; a ist ein Kondensationsprodukt aus Epichlorhydrin und Diphenylolpropan (wie unter der Handelsbezeichnung ARALDIT-Schaum 33/945, Komponente A , der Firma CIBA bekannt) und b ein mehrwertiges aliphatisches Amin (wie unter der Handelsbezeichnung ARALDIT-Schaum 33/945, Komponente B , der Firma CIBA bekannt).
Die Komponente c ist ein flüssiges Polysulfidpolymer (wie unter der Handelsbezeichnung THIOKOL Lp 33 der Fa. Thiokol Gesell. bekannt); sie ist nicht unbedingt erforderlich, wird jedoch zweckmässigerweise zugesetzt, um die Sprödigkeit des Schaumkörpers je nach zugesetzter Menge zu vermindern, d. h. seine Flexibilität zu verbessern.
Die Komponente d ist der erfindungsgemäss zuzusetzende reaktive Verdünner, ein vorzugsweise niedrigviskoses aliphatisches Mono- bzw. Diglycid, wie Ontandiol glycidyläther, der unter der Handelsbezeichnung RD2 der Firma CIBA bekannte Verdünner (siehe Giessharze in der elektronischen Technik Seite 169, Carl Hauser Verlag, München 163), das auf Grund seiner Epoxydgruppen in die Härtungsreaktion eingreift und in das Harz-Härtersystem einpolymerisiert wird. Die reaktiven Verdünner im System der Epoxydharze können zur Erniedrigung der Viscosität des Harzansatzes bis zu einem Gehalt von 15-20 O/o zugesetzt werden, ohne dass die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der ausgehärteten Werkstoffe nennenswert beeinflusst werden.
Die Komponente e ist das Treibmittel, beispielsweise Azoisobuttersäuredinitril. Dieses soll zweckmässig pulverförmig vermahlen und als letztes zugesetzt werden.
Die Komponente f ist der Härter, ein mehrwertiges aliphatisches Amin (wie beispielsweise unter der Han delshezeichnung Schaumkomponente D der Firma CIBA bekannt).
Harz, Härter, Verdünnungsmittel und Treibmittel werden sorgfältig verrührt und bei ca. 800 C gehärtet bzw. ausgeschäumt. Dauer ca. 1-2 h.
Der so gewonnene Schaumstoff besitzt folgende Eigenschaften: Spezifisches Gewicht: 0,13 g/cm3 Schaumeffekt: ca. 11000/o Wärmestandfestigkeit: 1200 C, oberhalb 1200 C wird der Körper leicht pla stisch, kurzzeitig werden
2000 C ertragen, woboi leichte Braunfärbung eintritt.
Druckfestigkeit: 7,4 kg/cm2, gemessen an
Würfeln von 5 cm Kanten länge (DIN) Dielektrizitätskonstante: 1,15 (800 Pl:::), 1,15 (1 MHz) Dielektrischer
Verlustfalctor: 3,8. 10-2 (800 Hz), 5.10-5(1MHz) Spezifischer Widerstand: ca. 2. 10'6 Ohm. cm Um die äusseren Poren abzudecken, kann der Schaumstoff mit einer Spachtelmasse verstrichen und anschliessend lackiert werden.
Beispiel 2
Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Schaumstoffs, insbesondere der Erhöhung der Druckfestigkeit, kann wie folgt verfahren werden:
Zu dem Ansatz gemäss Beispiel 1 werden 15 Gew. O/o Al-Pulver, bezogen auf die Gesamtmenge, zugesetzt und dann gehärtet bzw. geschäumt. Dauer ca.
2 h, Temperatur 80" C. Der nach diesem Beispiel gewonnene Schaumstoff besitzt folgende Eigenschaften:
Aussehen: metallisch glänzender, poriger Körper mit abgeschlossenen Poren.
Spezifisches Gewicht: 0,14 g/cm3 Schaumeffekt: ca. 1200 0/o Wärmestandfestigkeit: 1200 C, oberhalb 1200 C leichte Plastizität, kurz zeitig 2000 C.
Druckfestigkeit: 15,2 kg/cm2, gemessen an
Würfeln von 5 cm Kanten länge (DIN) Dielektrizitätskonstante: ca. 2,0 (800 Hz) Dielektrischer Verlustfaktor: ca. 10. 10-9 (800 Hz) ca. 11. 10-3 (1 MHz) Spezifischer Widerstand: 6. 105 Ohm. cm
Selbstverständlich können den nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Schaumstoffen in an sich bekannter Weise gegebenenfalls weitere Stoffe hinzugefügt werden, beispielsweise Absorptionsmittel für elektromagnetische Energie, wie Graphitpulver. Auch kann eine äussere Metallisierung der Schaumstoffe erfolgen, um sie für elektromagnetische Wellen reflektierend zu machen. Weiterhin ist die mechanische Festlegung im Schaumstoff vorgesehener elektrischer Bauelemente bzw. Schaltungen vorteilhaft möglich.
Ein weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet des erfindungsgemässen Verfahrens ist beispielsweise die Abwandlung der Sandwich- bzw. Honigwabenbauweise, die vielfach im Flugzeugbau Verwendung findet.
Hierbei wird der erfindungsgemässe Harzansatz zwischen zwei metallische Begrenzungsplatten, bzw.
-folien eingebracht und ausgeschäumt. Nach dem Ausschäumprozess sind die beiden Platten, bzw. Folien fest miteinander verbunden. Darüberhinaus lassen sich derartige Schaumstoffe überall da vorteilhaft einsetzen, wo bei grosser Preiswürdigkeit auf sehr geringes spezifisches Gewicht des Bauteils geachtet werden muss.
Process for the production of foams
The invention relates to a process for the production of foams based on polyadducts, wherein an epoxy resin, as obtainable from epichlorohydrin and diphenylolpropane, a mixture containing polyvalent aliphatic amine, blowing agent and reactive diluent is produced and foamed. The process is particularly suitable for the production of specifically light foams.
In today's technology, materials with the lowest possible specific weight are required for various areas of application. Depending on the area of application, additional requirements are placed on these substances, such as a certain mechanical strength or flexibility, insulation against temperature or switching and the like. a. m.
The possibilities of producing such materials on the basis of thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastics are quite extensive according to the prior art. The known methods are generally based on adding a propellant to a plastic which, under certain conditions, is decomposable and splits off gaseous components. At the same time, the plastic to be foamed must be converted into a liquid to viscoplastic paste or already exist in this form so that the decomposing, gaseous components-releasing blowing agent can have a foaming effect.
The foaming effect depends on several criteria. On the one hand on the type, amount and mode of action of the added propellant, on the other hand on the possibility of how the propellant can be decomposed, for example by exposure to a certain temperature. Another criterion is the viscosity that the substance to be foamed has at the moment when the propellant begins to decompose. When foaming thermoplastics, it is possible to convert the plastic / blowing agent mixture into a viscoplastic state by heating it to a certain temperature.
When foaming thermosetting plastics, for example epoxy resins, the blowing agent is usually added to the initial mixture and curing is initiated by heating. At a certain temperature, the decomposition of the propellant begins at the same time, so that the entire mass begins to foam.
The known resin hardener systems, which are suitable for the production of epoxy-based foams, also have a very high viscosity in the foaming temperature. Naturally, this lag occurs in the foam effect achieved. In this way, therefore, only foams with a maximum foaming effect of about 100 / o can be achieved, which corresponds to a specific weight of about 0.5-0.7 g / cm3.
The object of the invention is to provide a method for producing lightweight epoxy-based foams which have a higher foaming effect than the epoxy-based foams produced by the known method. The increase in the foam effect is equivalent to a reduction in the specific weight of the foam.
To achieve this object, the process mentioned at the outset is characterized according to the invention in that the reactive diluent used is aliphatic compounds having one or two glycidyl groups.
With this method it is possible to produce foams with a foaming effect of, for example, 1000-1200 O / o and a specific weight of about 0.12-0.15 g / cm3.
In the following, two exemplary embodiments are described to explain the invention in greater detail.
Example 1 approach:
130 parts by weight of component a
95 parts by weight of component b
24 parts by weight of component c
24 parts by weight of component d
10 parts by weight of component e
3 parts by weight of component f
The components a and b are resin components; a is a condensation product of epichlorohydrin and diphenylolpropane (as known under the trade name ARALDIT foam 33/945, component A, from CIBA) and b is a polyvalent aliphatic amine (as known under the trade name ARALDIT foam 33/945, component B, the Known from CIBA).
Component c is a liquid polysulfide polymer (as known under the trade name THIOKOL Lp 33 from Thiokol Gesell.); it is not absolutely necessary, but is expediently added in order to reduce the brittleness of the foam body depending on the amount added; H. to improve his flexibility.
Component d is the reactive thinner to be added according to the invention, a preferably low-viscosity aliphatic mono- or diglycide, such as ontanediol glycidyl ether, the thinner known under the trade name RD2 from CIBA (see Casting Resins in Electronic Technology, page 169, Carl Hauser Verlag, Munich 163 ), which, due to its epoxy groups, intervenes in the hardening reaction and is polymerized into the resin hardener system. The reactive thinners in the epoxy resin system can be added to reduce the viscosity of the resin batch up to a content of 15-20% without the mechanical and electrical properties of the cured materials being significantly affected.
Component e is the blowing agent, for example azoisobutyric acid dinitrile. This should expediently be ground in powder form and added last.
Component f is the hardener, a polyvalent aliphatic amine (such as, for example, known under the trade name foam component D from CIBA).
Resin, hardener, thinner and propellant are carefully mixed and hardened or foamed at approx. 800 ° C. Duration approx. 1-2 hours.
The foam obtained in this way has the following properties: Specific weight: 0.13 g / cm3 Foam effect: approx. 11000 / o Heat resistance: 1200 C, above 1200 C the body will become slightly plastic for a short time
Endure 2000 C, with a slight brown coloration.
Compressive strength: 7.4 kg / cm2, measured on
Cube of 5 cm edge length (DIN) Dielectric constant: 1.15 (800 Pl :: :), 1.15 (1 MHz) dielectric
Loss factor: 3.8. 10-2 (800 Hz), 5.10-5 (1MHz) Specific resistance: approx. 2.10'6 Ohm. cm To cover the outer pores, the foam can be spread with a filler and then painted.
Example 2
To further improve the mechanical properties of the foam, in particular to increase the compressive strength, the following procedure can be used:
15% by weight of Al powder, based on the total amount, are added to the batch according to Example 1 and then cured or foamed. Duration approx.
2 h, temperature 80 "C. The foam obtained according to this example has the following properties:
Appearance: shiny metallic, porous body with closed pores.
Specific weight: 0.14 g / cm3 Foam effect: approx. 1200 0 / o Heat resistance: 1200 C, above 1200 C slight plasticity, briefly 2000 C.
Compressive strength: 15.2 kg / cm2, measured on
Cubes of 5 cm edge length (DIN) Dielectric constant: approx. 2.0 (800 Hz) Dielectric loss factor: approx. 10. 10-9 (800 Hz) approx. 11. 10-3 (1 MHz) Specific resistance: 6. 105 ohms. cm
Of course, further substances can optionally be added to the foams produced by the process according to the invention in a manner known per se, for example absorbents for electromagnetic energy, such as graphite powder. The foams can also be metallized on the outside in order to make them reflective for electromagnetic waves. Furthermore, the mechanical fixing of electrical components or circuits provided in the foam is advantageously possible.
Another advantageous field of application of the method according to the invention is, for example, the modification of the sandwich or honeycomb construction, which is often used in aircraft construction.
Here, the resin batch according to the invention is placed between two metallic delimitation plates or
- foils introduced and foamed. After the foaming process, the two plates or foils are firmly connected to one another. In addition, foams of this type can be used advantageously wherever it is necessary to ensure a very low specific weight of the component while being very affordable.