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Verfabren zur Herstellung von Schwammkautschuk aus wässerigen Kautschukdispersionen.
Für die Herstellung von Schwammkautschuk aus wässerigen Kautschukdispersionen stehen bereits eine Reihe von Verfahren zur Verfügung. Man hat z. B. Kautschukmilch mit löslichen Karbonaten versetzt, dann durch Zusatz von Säure aus den Karbonaten COs in Freiheit gesetzt und gleichzeitig die Kautschukmilch koaguliert und die so entstandene blasenhaltige Masse vulkanisiert. Nach einem andern Verfahren wurden wässerige Kautschukdispersionen mit organischen Basen undfestem feinpulverisiertem Ammoniumkarbonat vermischt und diese Mischung bis zur Dissoziation des Ammonsalzes und Koagulation der Kautschukdispersion erwärmt. Eine Reihe von Verfahren beruht auf dem Grundgedanken, dass man wässerige Kautschukdispersionen, gegebenenfalls solche mit geeigneten Zusätzen, z. B. durch Schlagen in Schaum überführt und diesen dann verfestigt und gegebenenfalls vulkanisiert.
Nach einem andern Verfahren werden die Kautschukdispersionen mit einem Kautschuklösungsmittel in mässigen Mengen versetzt, die Masse zum Erstarren gebracht und vulkanisiert. Für die Herstellung sehr feinporigen Schwammkautschuks kennt man eine Reihe von Verfahren, nach denen man die Kautschukdispersion in eine wasserhaltige Gallerte verwandelt und diese unter Vermeidung des Entweichens vcn Wasser vulkanisiert. Schliesslich hat man auch Anhäufungen von Körnern, die aus einem bei Berührung mit Wasser zerfallenden Material bestanden, mit wärmeempfindlichen Kautschukdispersionen übergossen, die Dispersionen zum Erstarren gebracht und darauf durch Behandeln mit Wasser die Körner aus dem Kautschulsystem entfernt.
Das vorliegende Verfahren beruht auf der Regel, dass man wässerigen Kautschukdispersionen Stoffe zufügt, die, wie z. B. H202 oder Peroxyde, wie z. B. NaOsUnd K, oder Persalze, wie z. B. Natriumperborat, bei Berührung mit den Kautschukdispersionen oder beim Erwärmen mit ihnen Sauerstoff abgeben, dass man in den so vorbereiteten Dispersionen die Sauerstoffentwicklung vor sich gehen lässt oder hervorruft, so dass die Dispersion mit Gasbläsehen erfüllt wird und den entstandenen Schaum, gegebenenfalls nach Formgebung, verfestigt.
Der Vorgang kann durch Zusatz von Katalysatoren, die die Sauerstoffabspaltung fördern, wie z. B. Eisensalze oder Hämoglobin, beschleunigt werden.
Es ist zweckmässig, das Verfahren mit Kautschukdispersionen auszuführen, die neben den Sauerstoff abspaltenden Stoffen noch Zusätze enthalten, die den Dispersionen die Eigenschaften verleihen, beim Erwärmen oder bei blossem Stehenlassen zu Gallerten zu erstarren. Derartige Zusätze erlauben es, den Schaum durch Erwärmen bzw. durch Stehenlassen zu verfestigen. Werden Zusätze der erwähnten Art nicht benutzt, kann man die Verfestigung des Schaumes durch Eintrocknen vornehmen, da die ausserordentlich hohe Beständigkeit des nach der Erfindung erzeugten Schaumes ein Eintrocknen ohne wesentliche Schädigung der Schaumstruktur gestattet.
Die zugefügten Sauerstoff entwickelnden Stoffe können sowohl flüssige Gestalt besitzen, wie z. B. eine Lösung von HO oder von Natriumperborat, als auch die Gestalt fester Stoffe, wie z. B. pulver- förmiges Nas02. Mit festen Stoffen erhält man ganz allgemein gröbere Poren als mit flüssigen. Gegebenenfalls können auch beide Arten von Stoffen Verwendung finden.
Die Zeiten, die man nach dem Zusatz der Sauerstoff entwickelnden Stoffe bis zur Ausbildung des Schaumes mindestens verstreichen lassen muss, sind sehr verschieden, je nach der Menge und der Beschaffenheit der Sauerstoff abgebenden Substanz. Sie können zwischen einem Bruchteil einer Minute und mehreren Minuten, z. B. 0-5-5 Minuten, liegen, gegebenenfalls aber sehr viel länger sein.
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Um gewünschtenfalls den Kautsehukdispersionen die Fähigkeit zu verleihen, in der Kälte im Laufe der Zeit oder beim Erwärmen in Gestalt von Gallerten zu erstarren, kann man die hiefür bekannten Zusätze einführen, z. B. Alkalisilikofluoride, bzw. ZnO zusammen mit Ammonsalzen. Als sehr zweckmässiges Mittel, um die Dispersion wärmeempfindlich zu machen, hat sich auch der Zusatz von pulverförmiger, nicht gequollener Stärke erwiesen. Ein anderer Weg, auf dem man die Dispersionen wärmeempfindlich machen oder ihnen die Fähigkeit, beim Stehen zu erstarren, verleihen kann, besteht darin, dass man ihnen neben den Sauerstoff abgebenden Stoffen, wie z. B. H202, Formaldehyd zusetzt.
Der Formaldehyd erfährt unter diesen Umständen eine Oxydation zu Ameisensäure und diese bewirkt Koagulation der Dispersion bzw. eine Verfestigung des Schaumes.
Die Verformung der blasigen Dispersionen kann auf alle bekannten Weisen erfolgen, wie z. B. unter Benutzung von Giess-oder Tauchformen, durch Streichen und durch Sprühen. Die Massen eignen sich z. B. gut zum Überziehen von Geweben, z. B. zum Überkleiden der Unterseite von Teppichen mit einer porösen Kautschukschicht. Das für viele Anwendungszwecke der vorliegenden Erfindung sehr geeignete Aufsprühen der Dispersionen auf die mit dem Sehwammkautschuk zu überziehenden Unter- lagen lässt sich z. B. so ausführen, dass man den Sauerstoff abgebenden Stoff der Dispersion kurz vor deren Einfüllung in die Spritzpistole zufügt ; man kann aber auch die Zugabe der Sauerstoff entwickelnden Substanz zu der Kautschukdispersion in der Pistole selbst vornehmen.
Unter Kautschukdispersionen sollen alle Dispersionen von Kautschuk und dem Kautschuk ähnlichen Stoffen, wie. z. B. Guttapercha und Balata und von synthetischem Kautschuk, verstanden sein. Die natürlichen Dispersionen, wie z. B. Kautschukmilch, können die natürliche Konzentration besitzen oder in Form von Konzentraten vorliegen. Die Dispersionen können in vulkanisiertem Zustand benutzt werden, oder man kann ihnen, wenn eine nachträgliche Vulkanisation durchgeführt werden
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Füllstoffe, Alterungsmittel, Farbstoffe, enthalten. Im allgemeinen haben sich Kautschukdispersionen mit einem Gehalt an freiem Alkalihydroxyd als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Vulkanisation der verfestigten Masse kann in heisser Luft oder auch in heissem Wasser oder in gesättigtem Dampf vorgenommen werden. In den beiden letzteren Fällen ist die erzielte Porosität grösser als in dem ersteren, weil zu den durch die Sauerstoffbläschen verursachten Makroporen noch die durch den bekannten Beckmann-Effekt entstehenden Mikroporen hinzukommen.
Ausführungsbeispiele :
1. 200 Teile 40% iger Ammoniaklatex
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Hierauf werden 5 Teile 40% iger HsO-Losung eingerührt.
Die Mischung wird dann in eine Schale entsprechender Form gegossen und in einem Heizschrank so lange auf 400 erwärmt, bis sich aus der Mischung ein Schwamm von der gewünschten Grösse bzw.
Porosität gebildet hat. Er kann dann aus dem Ofen genommen werden, ohne seine Form einzubüssen- auch nach Abkühlung nicht. Schliesslich wird er, vorzugsweise in Wasser, vulkanisiert.
Wie sich aus diesem Beispiel ergibt, kann man durch Bemessung der Zeit je nach Wunsch einen kleiner-oder grösserporigen Schwamm erzeugen.
2. 130 Teile eines unter dem Namen Revertex bekannten Kautschukmilehkonzentrats von 75% Trockengehalt
5 "ZnO
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8 ungequollene Stärke l Farbstoff 0'5 " handelsübliches Hämoglobin werden vermischt und zur Erzielung gleichmässiger Verteilung durch eine Farbmühle geschickt. Man rührt dann 4 Teile einer 15%igen H202-Lösung ein. Die Mischung, die in wenigen Minuten in kleinschaumigen Zustand übergeht, wird in etwa 2mm dicker Schicht auf die Unterseite eines Teppichs gesprüht, 5 Minuten auf etwa 1000 erwärmt, wobei sie erstarrt, und dann getrocknet und offen vulkanisiert.
3. Wenn man einen gröberporigen Überzug erhalten will als in Beispiel 2, kann man an Stelle der dort angegebenen Mischungen die folgenden benutzen.
130 Teile Revertex, 73% ig
10 "ZnO
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10 Teile ungequollene Stärke
1 Farbstoff
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Die Verarbeitung ist die gleiche wie in Beispiel 1.
4. Um eine lederartige poröse Hartgummiplatte herzustellen, kann man folgendermassen verfahren.
Man stellt eine Mischung her, bestehend aus
130 Teilen Revertex, 73% ig 5 ZnO
12 S l Vulkanisationsbeschleuniger (Vulkazit DM).
Die Mischung wird dann in einer Farbmühle behandelt und danach mit 3 Teilen einer 15%igen Lösung von H202 versetzt. Nach der Ausbildung des Schaumes und kurz vor der Verarbeitung werden 2 Teile einer 50% igen Aufschlämmung von Na2SiF6 eingerührt. Dann wird die Masse in eine Plattenform gegossen und darin erstarren gelassen. Auf die Erstarrung folgt die Vulkanisation in Dampf.
5. Die Herstellung einer porösen Hartgummiplatte kann folgendermassen erfolgen. Man bereitet eine Mischung von
130 Teilen Revertex, 73% ig 5 ZnO
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die man, nachdem sie in der Farbmühle behandelt wurde, mit 5 Teilen 15% iger HO2-Lösung versetzt. Nach der Ausbildung des Schaumes wird die Mischung in eine Plattenform gegossen und darin bei 80 bis 1000 getrocknet und danach zu Ende vulkanisiert.
6. Um einen in seiner ganzen Masse aus Kautschuksehwamm bestehenden Ball herzustellen, bereitet man eine Mischung aus
130 Teilen Revertex, 73% zig
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Nach dem Homogenisieren in der Farbmühle wird die Mischung mit 3 Teilen 15%iger H202-Lösung versetzt und nach Ausbildung der Schaumstruktur in eine eiserne Kugelform gegossen, die aus zwei Halbkugeln besteht, von denen die eine mit einer verschliessbaren Eingussöffnung versehen ist. Nach dem Verschliessen der Einfüllöffnung wird die Form auf eine unterhalb 1000 liegende Temperatur, z. B. auf 40-90 , erwärmt, bis die schaumige Masse erstarrt ist. Die Vulkanisation kann nach Entnahme des Balles aus der Form ausgeführt werden und erfolgt vorzugsweise in Wasser.
7. Ein Toilettenschwamm kann auf folgende Weise hergestellt werden :
Eine Mischung von
130 kg Revertex
10 kg ZnO
3 kg S
1 kg Vulkanisationsbeschleuniger (Vulkazit P extra) wird in der Farbmühle gemahlen. Dann werden 5 ! 40%ige Formaldehydlösung und 5 l15%ige H202- Lösung zugefügt. Die Mischung wird in Mengen, die zur Herstellung eines Schwammes nötig sind, in halbrunde Schalen gegossen und in einem auf 900 geheizten Trockenschrank etwa eine halbe Stunde erhitzt. Nach dieser Zeit ist die Masse zu einem Schwamm aufgetrieben und als solcher erstarrt. Der Schwamm wird aus der Schale genommen und in siedendem Wasser schwimmend etwa eine halbe Stunde lang vulkanisiert.
Es ist nicht nötig, beim Eingiessen der schaumigen Masse in die Kugelform diese vollständig zu füllen. In der Bemessung der Menge der Schaummasse hat man ein Mittel, die Porengrösse des Schwammkautschuks zu regeln, in dem Sinn, dass die Poren um so grösser ausfallen, je weniger Masse in die Form gebracht wird.
In der Regel besitzen die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Schwammkautschukgegenstände eine im Vergleich zum Innern des Gegenstandes weniger poröse, gegebenenfalls sogar praktisch dichte Aussenhaut. Wenn man eine Oberfläche wünscht, die hinsichtlich der Porosität dem Innern des Schwammkörpers entspricht, so kann man z. B. durch Behandlung mit dem Sandstrahlgebläse oder
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auch kann man z. B. die Aussenteile des Schwammkörpers wegschneiden. Man kann aber auch der Entstehung von dichten Oberflächen vorbeugen, indem man die Erstarrung des Schaumes nicht an dichten, z. B. metallischen, oder an freien Oberflächen vor sich gehen lässt, sondern an Formwänden, die mit einer vorzugsweise feuchten Lage eines Gewebes oder von Papier bedeckt sind.
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Das Verfahren bietet eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Es ist danach möglich, durch Bemessung der zugesetzten Sauerstoff liefernden Stoffe die Porosität der Erzeugnisse gut zu regeln. Gegen- über den auf die Wirkung von Ammoniumsalzen beruhenden Verfahren zur Erzeugung von Schwammkautschuk gewährt es den Vorteil, dass man bei tieferen Temperaturen, z. B. auch bei Zimmertemperatur, arbeiten kann. Die Ammoniumsalze, wie z. B. Ammoniumkarbonat oder-nitrit, dagegen dissozieren erst bei Temperaturen oberhalb 1000 in ausreichendem Masse. Die Methode, nach der man das blasenbildende Kohlendioxyd durch Einwirkung von Säure auf Karbonate in der Wärme der Kautschukdispersion in Freiheit setzt, hat eine Reihe von Nachteilen.
Die Säure wirkt koagulierend auf die Kautschukdispersion, ferner bilden sich infolge der Unmöglichkeit, die Säure beim Einmischen genügend rasch zu verteilen, örtliche Auftreibungen aus, auch fällt der in der Wärme erzeugte Schaum beim Abkühlen zusammen. Überdies übt die Säure einen nachteiligen Einfluss auf die Vulkanisation und die Beschaffenheit der Erzeugnisse aus. Ganz allgemein lässt sich sagen, dass je höher die Temperatur ist, bei der der Schaum erzeugt wird, desto grössere Neigung auch der Schaum zeigt, beim Abkühlen sich zusammenzuziehen und gegebenenfalls ganz zusammenzubrechen.
Bei den bei hohen Temperaturen hergestellten Schaumsystemen ist es daher nötig, Gaseinwirkung und Vulkanisation in einem Arbeitsgang vorzunehmen und, falls nicht geschlossene Formen verwendet werden, genau aufeinander abzustimmen, was erfahrungsgemäss technisch schwierig durchzuführen ist. Bei dem vorliegenden Verfahren können derartige Schwierigkeiten völlig vermieden werden. Das Verfahren zeichnet sich überdies durch die Entbehrlichkeit aller teueren Apparaturen aus.