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Verfahren zur Herstellung eines Kunststofformkörpers mit armierter Oberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststofformkörpers mit armierter Ober- fläche, bei dem ein die Oberfläche des herzustellenden Formkörpers bildendes, härtbares Material in die Form eingebracht und die Form dann mit einem körnigen, mikroporösen, treibmittelhaltigen Polystyrol- material gefüllt wird, welches durch Wärmeeinwirkung in der Form ausgeschäumt wird.
Aus geschäumtem Polystyrol bestehende Gegenstände weisen an sich eine Reihe von Vorteilen auf, die sie für die verschiedensten Anwendungsgebiete geeignet machen. Besonders vorteilhaft ist das leichte Gewicht, die hohe Isolationsfähigkeit gegen Temperaturunterschiede sowie der relativ niedrige Herstellungspreis der Gegenstände. Für eine grosse Anzahl von Anwendungsgebieten scheiden jedoch Formkörper aus geschäumtem Polystyrol von vornherein aus, da die Oberfläche derselben sehr weich und sehr wenig widerstandsfähig gegen mechanische oder gewisse chemische Einwirkung ist. Je nach Materialart und Schaumtechnik variiert die Oberfläche zwischen einer relativ stark geschlossenen Schicht und einer Schicht, die mehr oder minder starke, mit blossem Auge erkennbare Vertiefungen aufweist.
Es wurden dementsprechend die verschiedenartigsten Verfahren vorgeschlagen und in der Praxis durchgeführt, um der Oberfläche der Gegenstände aus geschäumtem Polystyrol eine harte, gegebenenfalls lackartige Beschaffenheit zu verleihen.
Ein Teil dieser Verfahren bedingt jedoch einen Aufwand, der, insbesondere bei der Herstellung von Massenartikeln, nicht tragbar ist. So kostet oftmals die Behandlung der Oberfläche mehr als die Herstellung des geschäumten Polystyrolgegenstandes selbst. In andern Fällen treten eine Reihe von Schwierigkeiten auf, die erhebliche Nachteile mit sich bringen.
Eine Oberflächenbehandlung von Polystyrol sollte an und für sich folgende Bedingungen erfüllen :
1. Die Oberfläche des Gegenstandes muss egalisiert werden, d. h. die rauhe Struktur muss ausgeglichen werden und die Vertiefungen müssen ausgefüllt werden.
2. Die Oberfläche muss so hart werden, dass sie bei Gebrauch des Gegenstandes nicht verletzt werden kann.
3. Die für die Behandlung der Oberfläche verwendeten Materialien dürfen das an sich empfindliche Polystyrol nicht angreifen. Insbesondere müssen also Lösungsmittel, Weichmacher 00. dgl. vermieden werden, die im Laufe der Zeit in den Polystyrolschaumstoff eindringen und diesen dabei zerstören könnten.
4. Die Oberflächenbeschichtung sollte, wenn möglich, in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen, damit die Kosten hiefür im Vergleich zu den Herstellungskosten des Gegenstandes tragbar bleiben.
Es ist bisher noch kein Verfahren bekannt, bei dem sämtliche dieser grundlegenden Bedingungen erfüllt würden.
Bei einer Gattung der bekannten Verfahren wird die Oberfläche des Schaumkörpers mit wasserver- dünnbaren Dispersionsanstrichmitteln behandelt, oder aber mit Anstrichmitteln, welche nur Alkohole und/oder Benzinkohlenwasserstoffe als Lösungs- oder Verdünnungsmittel enthalten. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Oberflächenvertiefungen des Schaumkörpers nicht in einem Arbeitsgang egalisiert werden können, da die lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmaterialien schrumpfen, und da man zur Erzielung einer tragbaren Trockenzeit an bestimmte Auftragsstärken gebunden ist.
Bei einer zweiten Gruppe der bekannten Verfahren werden Mischungen verwendet, die Epoxyharze und Polyamine oder Polyamide in lösungsmittelfreier oder mit Alkohol verdünnter Zusammensetzung
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enthalten. Beim Auftrag dieser Reaktionslacke durch Streichen, Spritzen oder Giessen wird jedoch die Luft nicht völlig aus den Poren des Schaumkörpers verdrängt, so dass bei der nachfolgenden Trocknung Blasenbildungen auftreten, die auf die in den Poren eingeschlossene Luft und auf das in dem Polystyrolmaterial enthaltene Expansionsmittel zurückzuführen sind. Zur Beseitigung dieser Blasen und zur Erzie- ) lung einer einwandfreien Oberfläche sind jedoch mehrere Arbeitsgänge erforderlich.
Das Verfahren kann auch zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit abgewandelt werden, indem eine auf die Oberfläche des Schaumkörpers aufgebrachte Kunstharzfüllerschicht durch Glasmatten, Glasgewebe, perforierte Aluminium-, Papier- oder Kunststoffolien abgedeckt wird, die dann als Träger für einen weiteren Kunstharzüberzug dienen. Auf diese Weise können dann drei oder mehr Schichten aufgetragen werden, bis ) eine einwandfreie egalisierte Oberfläche erzielt ist. Man benötigt hier jedoch bei Lufttrocknung Trokkenzeiten von etwa 6 bis 8 Stunden.
Selbst bei Trocknung unter der maximal zulässigen Temperatur von 600C werden noch etwa zwei Stunden benötigt, so dass sich also durch die erforderlichen Einrichtungen und, insbesondere bei der Herstellung von Massenartikeln, durch die erforderlichen Stapel- oder Lageranlagen ein erheblicher Aufwand ergibt. i Bei einer weiteren Gruppe von bekannten Verfahren wird die Oberfläche von Körpern aus geschäumtem Polystyrol nach dem Ausschäumen mit Kunststoff- oder Metallfolien belegt, welche mittels eines geeigneten Klebematerials befestigt werden. Hier besteht jedoch die Gefahr, dass der ausgeschäumte Polystyrolformkörper an der Oberfläche silikon- oder wachshaltiges Formtrennmittel enthält, wodurch die Haftung des Klebers an dem Formkörper beeinträchtigt wird.
Es wurde weiterhin auch bereits vorgeschlagen, zuerst ein Glasfasergewebe mit einer Mischung aus ungesättigten Polyestern zu tränken. Diese Mischung wird 8 Minuten bei 950C polymerisiert, bis das imprägnierte Gewebe halbstarr geworden ist. Das halbstarre Gewebe soll dann luftdicht an der Unter- bzw.
Oberseite einer Form anliegen. Anschliessend werden in die Form treibmittelhaltige Polystyrolperlen eingefüllt. Nach dem Schliessen wird die Form 15 Minuten in Wasser von 950C gelagert.
Dieses Verfahren hat einerseits den Nachteil, dass die Masse, mit welcher das Glasfasergewebe getränkt wurde, vor dem Einbringen in die Form bis zu einem genau definierten Grad polymerisiert werden muss. Es ist also ein vorgängiger Arbeitsschritt, der sehr exakt durchgeführt werden muss, erforderlich. Es besteht jedoch auch anderseits der Nachteil, dass sich die Arbeitsgänge in der Praxis nicht so aufeinander abstimmen lassen, dass das monomere Styrol der Tränkmasse vollständig zu Polystyrol polymerisiert wird.
Bereits geringe Reste von freiem Monostyrol bewirken jedoch eine Zerstörung des geschäumten Polystyrols.
Das freie Monostyrol diffundiert also in den Polystyrolschaumkörper und führt zu einer raschen oder auch langsam-jedoch stetig-fortschreitenden Zerstörung desselben.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und Polystyrolschaumkörper in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen und gleichzeitig mit einer Oberfläche zu versehen, welche unerwartet günstige Eigenschaften hat.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht dabei im wesentlichen darin, dass die Form vor dem Einbringen des Polystyrolmaterials mit einer flüssigen oder streichfähigen Masse ausgekleidet wird, welchemindestens eine Epoxyd-Komponente und eine Amino-, Carboxyl-oder Hydroxyl-Gruppen enthaltende Komponente in solcher Abstimmung enthält, dass unter der für das Ausschäumen des Polystyrols benötigten Temperatur und Ausschäumzeit die Masse eine harte Kunststoffschicht bildet, die sich in den Zwischenräumen zwischen den ausgeschäumten Polystyrolteilchen verankert, jedoch gegenüber dem Polystyrolkörper inert ist.
Vorzugsweise wird auf die flüssige oder streichfähige Masse vor dem Einfüllen des Polystyrolmaterials ein an sich bekanntes Textil-, Glas- oder Metallgewebe oder eine netzförmig perforierte Kunststoff- oder Metallfolie gelegt.
Zweckmässigerweise wird die Form vor dem Einbringen der flüssigen oder streichfähigen Masse mit einem vorzugsweise wachs-oder silikonhaltigen, an sich bekannten Formtrennmittel behandelt. Besonders zweckmässig erwiesen sich Metallformen, deren Innenflächen poliert oder verchromt sind.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung enthält die Masse als Epoxyd-Komponente einen etwa 0, 5-0, 7 Epoxywert enthaltenden Polyglycidyläther und als Härtungsmittel ein cycloaliphatisches Polyamin oder Polyamid.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung des Verfahrens gemäss der Erfindung und des mit dem Verfahren erzielten Fortschritts.
Beispiel l : Es wurde eine Nierenform mit einer Bodenplatte aus poliertem Aluminium und einem Flächeninhalt von 525 cm verwendet. Die Höhe des Forminnenraums betrug 2 cm. Für den Dampfeinlass war die Deckplatte im Abstand von 15 mm mit 2 mm-Löchern versehen. Über der Deckplatte befand sich eine Dampfkammer mit Anschlussstutzen für die Dampfzuleitung.
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Auf die polierte Bodenplatte der Form wurde ein an sich bekanntes silikonhaltiges Formtrennmittel aufgetragen. Nach dem Auftrag wurde ein Gemisch, bestehend aus 100 Teilen eines flüssigen, lösungsmittelfreien und niedrig-viskosen Epoxyharzes (z. B. das von der Firma BASF unter dem Handelsnamen "Epoxin 162"vertrieben Harz) vermischt im äquivalenten Verhältnis (40 Teile) mit einem cycloalipha-
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mittelhaltigen Polystyrol im Raumgewicht von 40 g/l gefüllt.
Nach dem Verschliessen der Form wurde das vorgeschäumte, treibmittelhaltige Polystyrol mittels eines Dampfstosses von etwa 1, 2 atu (zwei Minuten) verbacken. Anschliessend wurde die Form zirka fünf Minuten in Wasser gekühlt und geöffnet. An Stelle des Dampfstosses wurde bei einer Wiederholung des Versuches ein Wasserbadverwendet, wobei ähnliche Resultate wie bei dem Dampfstossverfahren erzielt wurden.
Es zeigte sich, dass der fertige Kunststofformkorper eine glatte Oberfläche vorzüglicher Beschaffenheit aufweist, da die Epoxy-Polyaminmasse bei dem Ausschäumen des Polystyrols unter starker Haftung an dem Polystyrol aushärtet.
Die Haftung der Oberflächenschicht an dem Formkörper ist so gut, dass diese von dem Formkörper nicht getrennt werden kann, ohne dass dieser dabei zerstört wUrde. Die Polystyrolpartikelchen wurden durch den beim Ausschäumen entstehenden Expansionsdruck an die Oberfläche der am Anfang des Verfahrens noch flüssigen oder streichfähigen Masse hindurchgepresst und blieben deutlich sichtbar. Die ausgehärtete Epoxy-Polyaminmasse füllte jedoch die Räume zwischen den Partikeln aus dem geschäumten Polystyrol aus, so dass eine geschlossene glatte Oberfläche entsteht.
Zur Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit wurden nach dem beschriebenen Verfahren mehrere Formkörper hergestellt, von denen einer ein Raumgewicht von 20 g/l und der andere von 60 g/l hatte. Zum Vergleich wurden ebensolche Formkörper, jedoch ohne Verwendung der Epoxy-Polyaminmasse, hergestellt.
Für die Biegefestigkeit der Prüf- und Vergleichskörper wurden folgende Vergleichswerte erzielt :
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<tb> Schaumkörper <SEP> ohne <SEP> Schaumkörper <SEP> gemäss
<tb> Raumgewicht <SEP> Oberflächenarmierung <SEP> der <SEP> Erfindung
<tb> 20 <SEP> g/l <SEP> 3, <SEP> 6-4, <SEP> 3 <SEP> kg/cm <SEP> 55 <SEP> kg/cm <SEP>
<tb> 60 <SEP> g/l <SEP> S-8, <SEP> 3 <SEP> kg/cm <SEP> 62 <SEP> kg/cm <SEP>
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Beispiel 2 : Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch der Epoxy-Polyaminmasse 300/0 Chromoxydgrün zur Erzielung einer farbigen Oberflächenstruktur zugesetzt wurden. Der fertiggestellte Formkörper hatte eine geschmacklich sehr ansprechende Oberfläche. Die weissen Polystyrolteilchen kontrastierten mit dem grünen Oberflächenbelag, so dass der Farbeffekt der Oberfläche einer Marmorierung ähnelte.
Beispiel 3 : Es wurde eine ähnliche Form wie in Beispiel 1 verwendet, bei der jedoch auf der polierten Aluminiumbodenplatte drei im Winkel von 900 zur Bodenplatte stehende Stege von 3 mm Dicke, 16 mm Höhe und 180 mm, 140 mm bzw. 100 mm Länge angeordnet waren. Nach dem Auftragen des Formtrennmittels wurde eine ähnliche Masse wie in Beispiel 1 aufgetragen, der jedoch diesmal etwa 5% einer schwachpolaren Verbindung aus gereinigtem Montmorrilonit und Aminen zugesetzt wurde (z. B. die von der Firma National Lead Company New York unter dem Handelsnamen"Bentone 18 C"vertriebene Verbindung). Durch diesen Zusatz wurde erreicht, dass die flüssige Masse thixotrope Eigenschaften annahm und an senkrechten Flächen, insbesondere an den Stegen, nicht ablief. Im übrigen wurde das Verfahren, wie in Beispiel 1 angegeben, zu Ende geführt.
Der fertiggestellte Formkörper zeigte überraschenderweise keinerlei Inhomogenitäten in seiner Oberfläche an den durch die Stege in der Form gebildeten, scharfkantigen Vertiefungen. Die Oberfläche war vielmehr durchgehend glatt und vollständig geschlossen.
Beispiel 4 : Die Versuche gemäss den Beispielen 1 - 3 wurden wiederholt, wobei jedoch vor dem Einbringen des vorgeschäumten Polystyrols in die mit der Epoxy-Polyaminmasse ausgelegte Form ein Glasvlies von 0,2 mm Dicke eingelegt wurde. Das Verfahren wurde dann, wie in den vorhergehenden Beispielen angegeben, zu Ende geführt.
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